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        關(guān)于紙橋承重比賽的紙橋的設(shè)計(jì)制造

        2016-10-19 07:41:49趙國(guó)博
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年19期
        關(guān)鍵詞:橋梁變形比賽

        趙國(guó)博

        (山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,濟(jì)南 250002)

        關(guān)于紙橋承重比賽的紙橋的設(shè)計(jì)制造

        趙國(guó)博

        (山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,濟(jì)南 250002)

        紙橋承重比賽是一個(gè)兼顧動(dòng)手制作與創(chuàng)新的比賽,它鍛煉了一個(gè)人的動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力,又鍛煉了一個(gè)團(tuán)隊(duì)的合作能力與分工能力。前不久我們參加了一次比賽,我們的紙橋橋重46.7g承重15.85kg,取得了優(yōu)異的成績(jī),故分享下自己的心得體會(huì)。

        紙橋承重;45.7g;15.85kg

        1 紙橋要求

        跨長(zhǎng)不小于280mm;橋洞可通過(guò)180*80的長(zhǎng)方體;橋面為一整體,橋不能為一框架;橋面可放100*100的承載平臺(tái);總重不超過(guò)55g,用大賽給定的Α4紙與固體膠;其他工具自備。

        由于手工制作精度低,外形越復(fù)雜,制作難度越大,精度越低,誤差越大,效果更差。因此我們的方案選擇原則是簡(jiǎn)潔有效,故采用四墩兩梁一面的結(jié)構(gòu)(如圖1)。

        2 橋墩設(shè)計(jì)

        橋墩是采用實(shí)心,還是采用空心?在我們?nèi)粘I钪校覀兯?jiàn)大橋(比如高架橋、天橋等)的橋墩都是實(shí)心的,那我們所做紙橋的橋墩是不是也是實(shí)心呢?當(dāng)橋墩的外圓直徑相同時(shí),我們不能否認(rèn)實(shí)心橋墩的性能的確優(yōu)于空心橋墩。但如果是采用相同紙張時(shí),空心橋墩的性能明顯優(yōu)于實(shí)心橋墩。我們做過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試:采用相同紙張時(shí),實(shí)心橋墩的外圓直徑明顯小于空心橋墩,導(dǎo)致實(shí)心橋墩的承重面積過(guò)小,進(jìn)而導(dǎo)致橋體不穩(wěn),易坍塌,而空心橋墩卻能很好的解決這些問(wèn)題。我們用兩張紙做了四個(gè)橋墩,承重可達(dá)20kg以上,并在橋墩上捏出凹槽(如圖2)。

        3 橋梁設(shè)計(jì)

        橋梁是一座橋的最重要部件,它起到承擔(dān)載荷以及把載荷傳遞到橋墩上的作用。橋梁是采用空心,還是采用實(shí)心?《材料力學(xué)》[1]告訴我們?cè)谙嗤牧舷驴招匿摰男阅苁且哂趯?shí)心鋼的。那對(duì)于我們的紙橋是不是也適用呢?我們做過(guò)測(cè)試:在相同紙張條件下,空心梁先發(fā)生彎曲,導(dǎo)致橋梁承重能力下降,進(jìn)而引起橋失穩(wěn)坍塌。我們解釋為:紙畢竟不是剛,鋼的強(qiáng)度硬度非常大,而紙非常軟;由于木質(zhì)板很硬,當(dāng)木質(zhì)板擠壓梁時(shí),梁容易發(fā)生變形,就如同用手壓海綿,海綿容易變形一樣;只要紙制梁發(fā)生明顯的變性,會(huì)導(dǎo)致梁的受力非常復(fù)雜,且受力不均勻,會(huì)使大部分載荷轉(zhuǎn)移到變形梁上,加快梁的變形,導(dǎo)致橋迅速失穩(wěn)坍塌。因此我們要保證紙質(zhì)梁非常的硬,把變形臨界點(diǎn)往后推移。我們每一根梁用四張紙,共八張紙。將四張紙按圖3放置,在接觸的一點(diǎn)上抹上膠,按照給定的橋梁跨長(zhǎng)要求,剪掉多余的部分,將之沾到薄弱的地方(如圖4),然后將紙卷起來(lái),這樣得到的橋梁(如圖5)會(huì)非常硬,而且強(qiáng)度很大。

        4 橋面設(shè)計(jì)

        紙橋的承載能力有橋墩和橋梁決定,與橋面無(wú)關(guān)。故橋面的設(shè)計(jì)要考慮到紙橋的外形要求,同時(shí)兼顧美觀。我們考慮到橋重的要求,便將紙裁成滿足橋面要求的形狀,直接用膠沾到了橋梁上。

        5 總結(jié)

        紙橋承重比賽雖是一個(gè)小比賽,但它鍛煉了一個(gè)人的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力,同時(shí)鍛煉了一個(gè)團(tuán)隊(duì)的合作能力與分工能力。故我們應(yīng)以積極的心態(tài)去看待比賽,以認(rèn)真的心態(tài)去參加比賽,在比賽中盡情發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力與動(dòng)手制作能力,收獲比賽的喜悅與幸福,感受成功的美好。

        [1]馮維明.材料力學(xué)[M].北京∶國(guó)防工業(yè)出版社,2015(01).

        10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.183

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