关于纸桥承重比赛的纸桥的设计制造

2016-10-19赵国博

山东工业技术 2016年19期

关键词：实心桥墩桥面

赵国博

（山东大学机械工程学院，济南 250002）

关于纸桥承重比赛的纸桥的设计制造

赵国博

（山东大学机械工程学院，济南 250002）

纸桥承重比赛是一个兼顾动手制作与创新的比赛，它锻炼了一个人的动手能力与创新能力，又锻炼了一个团队的合作能力与分工能力。前不久我们参加了一次比赛，我们的纸桥桥重46.7g承重15.85kg，取得了优异的成绩，故分享下自己的心得体会。

纸桥承重；45.7g；15.85kg

1 纸桥要求

跨长不小于280mm；桥洞可通过180*80的长方体；桥面为一整体，桥不能为一框架；桥面可放100*100的承载平台；总重不超过55g，用大赛给定的Α4纸与固体胶；其他工具自备。

由于手工制作精度低，外形越复杂，制作难度越大，精度越低，误差越大，效果更差。因此我们的方案选择原则是简洁有效，故采用四墩两梁一面的结构（如图1）。

2 桥墩设计

桥墩是采用实心，还是采用空心？在我们日常生活中，我们所见大桥（比如高架桥、天桥等）的桥墩都是实心的，那我们所做纸桥的桥墩是不是也是实心呢？当桥墩的外圆直径相同时，我们不能否认实心桥墩的性能的确优于空心桥墩。但如果是采用相同纸张时，空心桥墩的性能明显优于实心桥墩。我们做过实验测试：采用相同纸张时，实心桥墩的外圆直径明显小于空心桥墩，导致实心桥墩的承重面积过小，进而导致桥体不稳，易坍塌，而空心桥墩却能很好的解决这些问题。我们用两张纸做了四个桥墩，承重可达20kg以上，并在桥墩上捏出凹槽（如图2）。

3 桥梁设计

桥梁是一座桥的最重要部件，它起到承担载荷以及把载荷传递到桥墩上的作用。桥梁是采用空心，还是采用实心？《材料力学》［1］告诉我们在相同材料下空心钢的性能是要高于实心钢的。那对于我们的纸桥是不是也适用呢？我们做过测试：在相同纸张条件下，空心梁先发生弯曲，导致桥梁承重能力下降，进而引起桥失稳坍塌。我们解释为：纸毕竟不是刚，钢的强度硬度非常大，而纸非常软；由于木质板很硬，当木质板挤压梁时，梁容易发生变形，就如同用手压海绵，海绵容易变形一样；只要纸制梁发生明显的变性，会导致梁的受力非常复杂，且受力不均匀，会使大部分载荷转移到变形梁上，加快梁的变形，导致桥迅速失稳坍塌。因此我们要保证纸质梁非常的硬，把变形临界点往后推移。我们每一根梁用四张纸，共八张纸。将四张纸按图3放置，在接触的一点上抹上胶，按照给定的桥梁跨长要求，剪掉多余的部分，将之沾到薄弱的地方（如图4），然后将纸卷起来，这样得到的桥梁（如图5）会非常硬，而且强度很大。