關(guān)于紙橋承重比賽的紙橋的設(shè)計制造

趙國博

（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)計制造

趙國博

（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兼顧動手制作與創(chuàng)新的比賽，它鍛煉了一個人的動手能力與創(chuàng)新能力，又鍛煉了一個團(tuán)隊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，故分享下自己的心得體會。

紙橋承重；45.7g；15.85kg

1 紙橋要求

跨長不小于280mm；橋洞可通過180*80的長方體；橋面為一整體，橋不能為一框架；橋面可放100*100的承載平臺；總重不超過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

橋墩是采用實心，還是采用空心？在我們?nèi)粘Ｉ钪校覀兯姶髽颍ū热绺呒軜颉⑻鞓虻龋┑臉蚨斩际菍嵭牡模俏覀兯黾垬虻臉蚨帐遣皇且彩菍嵭哪兀慨?dāng)橋墩的外圓直徑相同時，我們不能否認(rèn)實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，空心橋墩的性能明顯優(yōu)于實心橋墩。我們做過實驗測試：采用相同紙張時，實心橋墩的外圓直徑明顯小于空心橋墩，導(dǎo)致實心橋墩的承重面積過小，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題。我們用兩張紙做了四個橋墩，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

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，還是采用實心？《材料力學(xué)》［1］告訴我們在相同材料下空心鋼的性能是要高于實心鋼的。那對于我們的紙橋是不是也適用呢？我們做過測試：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，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，會導(dǎo)致梁的受力非常復(fù)雜，且受力不均勻，會使大部分載荷轉(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，在接觸的一點上抹上膠，按照給定的橋梁跨長要求，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，這樣得到的橋梁（如圖5）會非常硬，而且強(qiáng)度很大。

4 橋面設(shè)計

紙橋的承載能力有橋墩和橋梁決定，與橋面無關(guān)。故橋面的設(shè)計要考慮到紙橋的外形要求，同時兼顧美觀。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小比賽，但它鍛煉了一個人的動手能力和創(chuàng)新能力，同時鍛煉了一個團(tuán)隊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∶國防工業(yè)出版社，2015（01）.

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