一、纸的力学性质 二、影响桥梁承载力的因素分析
三、纸桥大赛作品点评
一、纸的力学性质
（一）纸张的丝缕 指纸张大多数纤维排列的方向。一般把纤维排列方向 与平版纸（以全张纸为标准）长边平行的叫纵丝缕纸张；
把纤维排列方向与平版纸长边垂直的叫横丝缕纸张
（二）纸的力学性质
强度、刚度、稳定性
实验1：抗拉试验
两人同时用力拉绳子把“桥”吊起来。 我们朝什么方向用力？
让吊“桥”的绳子下垂多些和把绳子尽 做一做 量拉平直，用力的大小有什么变化？
想一想桥塔为什么要修那么高？
桥塔修得很高，是为了降低钢缆的拉力。
复合体系桥梁
• 在一座桥梁上同时采用两种以上的结构 型式时，又出现了多种的组合。这是可 以利用不同桥型的突出优点，组合在一 起，达到的桥型选择。
大跨度的钢索桥 钢缆
西双版纳斜拉钢索桥
斜拉型钢索桥
小小建筑师
实际桥梁工程中此主塔 与地基牢固锚固，可行。 但是此模型放在桌子上， 未锚固，稳定性有待加 强
做一做
让我们模拟建一座“钢缆桥”， 体验一下“钢缆”的拉力。
用木板或瓦楞纸板做“桥面”，用绳子做“钢缆”，用椅子背做“桥塔”搭 成一个“钢索桥”。在纸板上放书包，不同程度地拉紧绳子，感觉用力的大 小。
取一张A4纸，横向纵向分别剪等宽度的纸条， 把纸条分别对折，然后将两条纸条对拉，沿横向剪下 的纸条先断。说明 纵向抗拉强度大
纸张从侧面很容易被撕开，说明纸张的 抗剪强度很小
P
P P
P
实验2：抗弯实验
控制纸张加工后的长宽一定。长24宽10跨度 12（CM）
承重10g
单片纸的刚度很 小，抗弯曲能力 250g~ 很差
接等方式组成。组成了简支、 连续桥梁，悬臂桥梁斜腿V 型、T型等刚构桥。 • 特点：跨径不大，自重大
哈尔滨松花江公路大 桥 宜万铁路宜昌长江大 桥
拱桥
• 拱桥是以桥梁单元为主要 承受巨大轴向压力的拱圈 或拱肋组成的桥梁。这种 型式的桥梁往往有不同形 式的曲线型，如圆曲线、 抛物线等，以达到拱圈或 拱肋内的力矩最小。 • 在拱脚处除产生竖向反力 外，还产生很大的水平推 力。所以一般对地基的要 求很高。
二、影响桥梁承载力的因素分析
• 材料的力学性能（已分析）
• 结构受力分析
• 制作（施工）工艺
结构受力分析
●
造型（结构类型）
杆件承载力 其他
●
●
桥梁结构类型
按 受 力 情 况 分
梁式桥 刚架桥 拱桥 悬索桥 斜拉桥 组合桥
按结构类型分类
• 梁式桥及刚架桥
单元和单元之间有铰接、刚
性连接、柔性连接、滑动连
将尽可能多的材料用到受压部分（沿纵向受压）。尽量避免 杆件受过大剪切力。 纸是“薄板型”材料，抗弯曲能力很差，要通过一定的 形状和结构来增强它的抗弯能力。
纸张在压力作用下，稳定性极差，需要通过一定的措施）
提高其抗压稳定性
瓦楞纸
纸结构的基本形状：
纸结构的组合：
相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不 同。
2,3图上弦杆承受剪力， 不利 4图拱轴受压
●设计经验与策略
◆结构造型是关键
•结构造型有：梁、拱、桁架、拉索结构、组合结构等；
•结构造型可向上布置，也可向下布置；
•结构造型必须考虑材质特点：纸的受拉性能要好于受压； •力的传递路径要短；
•造型要简洁、美观、新颖。
√
杆件受力分析
画该梁内力图Fຫໍສະໝຸດ a有外推力没有外推力
比较
相同点
不同点
桥面在拱的
优 点
桥拱高，方便行船。 桥面平缓，方便行车； 桥面拉住拱足，能抵消 拱的外推力。
都有 桥拱 桥面 桥墩
上方
桥面在拱的
下方
悬索桥
• 悬索：这是古代原始桥梁的一种结 构类型，又是现代特大型桥梁最适 宜的型式。 • 它是由索塔将特制的以高强柔性材 料制成有一定垂度的缆索为主要承 重结构做成的桥梁。 • 组成部分有锚墩、索塔、缆索、吊 索及加劲梁等组件。通行车辆的桥 面一般称为加劲梁，一般加劲梁多 以钢结构制成。 • 这种桥型在两岸需设有可以承受强 大水平拉力的锚墩。 （本次比赛适合吗）
避免失稳的措施
整体失稳： 减少单根压杆长度 （减小长细比）
局部失稳：设置 加劲肋和垫片， 减小集中载荷作 用。
此桥希望采用架子结构互相牵制以提高受力。但高度过大， 纸卷的长度过长，最终在0.4KG力之后就腿部骨折了。 （减小长细比，降低重心高度）
（三）纸的质量
普通A4纸的质量这样计算：
每平方米的A4质量的纸一般是70克左右， A4的尺寸是210mm*297mm, 面积是0.21*0.297=0.02637平方米， 这样算来重量是0.02637*70=4.3659克， 20张* 4.3659克=87.318克<比赛要求的100克
400g~~
P
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实验3：稳定性试验
稳定性是指构件保持其原有平衡状态的能力。 承受压力作用的杆件，当压力超过一定限度时就会发生 弯曲失稳现象。纸张受压容易 弯曲失稳
纸的力学性质
（二）纸张的力学性质 机制纸中，大多数品种强度纵向>横向>竖向。
因此应该用尽可能少的材料制作受拉部分（沿纵向受拉），
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横梁
主桁架
纵梁
结构设计中的几个概念
红色代表受拉 ,绿色代表受压
结点法（nodal analysis method） 03年讲过
其他力学问题
◆模型破坏形态常见主要有：
节点破坏——加强节点和支座处，要求结点承载 力 ≥构 件承载力 剪切破坏——尽量让杆件处于受拉或受拉状态 失稳破坏——降低模型重心，减小杆件长细比， 尽量避免开放式模型
桥 面
桥 塔
长江江阴大桥
1991年日本建成明石海峡 悬索型钢索桥 大桥，主跨径 1 990米。
斜拉桥
• 斜拉桥。这是另一种以高 强度柔性材料组成桥梁的 结构型式。它由主塔、斜 拉索、主梁组成。柔性的 斜拉索由主塔的上部平均 地斜拉到主梁的各个节间 上，组成稳定的桥梁体系。 斜拉索有辐射形、竖琴形、 扇形及星形等形式组成美 观的索面。这是继悬索桥 之后，在长大跨度桥梁上 最适宜采用的桥型。
跨越长江的江阴大桥，跨度达1385米，一跨 过江。吊起桥面的主钢缆，每根由两万多根钢丝 组成。钢缆要承受6.4万吨的拉力。两根主钢缆重 16780吨。
长江江阴大桥
钢索桥的结构与特点
钢索桥主要由钢缆、桥塔、桥面组成。 钢缆是桥承重的主要构件， 桥塔是支承钢缆的主要构件。 显著特点： 桥被钢缆吊起， 桥的跨度很大，是悬索桥。