D: West Point Bridge Designer

Med programmet West Point Bridge Designer kan man lave computermodeller af broer i talrige forskellige design. Programmet er gratis at bruge til undervisning og giver et realistisk indtryk af kravene til brokonstruktioner. Programmet er udviklet af United States Military Academy, West Point, New York og skaffes ved at downloade filen setup.exe fra bridgecontest.usma.edu/download.htm. Programmet bliver udpakket ved at eksekvere filen setup.exe.

D1: Gitterbroer

Klassen kan deles op, fx i 12 hold, der fordeler sig på de 6 forskellige former for simple gitterbroer, der foreslås i programmet. Hvem kan lave den billigste bro?

  1. Start programmet WPBD4.exe.
    I velkomstvinduet skal knappen Create a New Bridge Design være aktiveret. Klik OK.
    I Select a Design Project skal knappen Single Span Truss være aktiveret. Klik Next >>.
    Eleverne vælger mellem de seks forskellige bro-design, Pratt, Howe eller Warren med gitterdragere under eller over broen.
    Udfyld de to felter til navngivning. Klik Next >>. Læs teksten og klik på Finish.
  2. Første udgave af broen konstrueres ved at placere de nødvendige Joints (samlinger). Vælg material til at være Carbon Steel, cross section til at være Solid bar samt member size til at være 150 mm. Placer derpå de nødvendige members (led) for at gøre broen færdig.
    Nu testes broen ved et klik på ikonen Load test your current design (den eneste animerede ikon!). Forhåbentlig kan broen holde til at lastbilen kommer over broen.
  3. Nu skal broen gøres billigere ved at anvende billigere led. Start med at få et overblik over belastningen og styrken af de enkelte led ved at klikke på ikonen Report the load test result (yderst til højre). Det kan se således ud:
# Member Section Matl. Length Compr. Status Status Tension Tension Status
  Size       Force Strength   Force Strength  
        (m) (kN) (kN)   (kN) (kN)  
1 150 x 150 Bar CS 5,7 0 2062,1 OK 1085,7 5343,8 OK
2 150 x 150 Bar CS 4 752,9 3231 OK 0 5343,8 OK
                     

For at kunne optimere konstruktionen skal vi først se lidt på leddenes egenskaber. Herom handler opgaverne d - h. Man kan også vælge at "prøve sig frem", men det kan ikke anbefales - hvis I går efter at vinde konkurrencen!

  1. Hvori består forskellen mellem Compression Strength og Tension Strength?
    Forklar, at led 1 og 2 i tabellen har forskellige Compression Strength, mens Tension Strength er ens.

Klik på Close for at lukke rapporten. Gå tilbage til brokonstruktion ved et klik på ikonen Go back to the drawing board.

  1. Marker et led, og gør det dobbelt så tykt som før. Test konstruktion og se den nye test-rapport. Sammenlign tension strength for det tykke led med én af de andre - hvor mange gange stærkere er det dobbelt så tykke led? Forklar sammenhængen.
  2. Vælg ét af leddene, som kun udsættes for tryk-kræfter. Udskift dette led med et hult led, Hollow Tube, og find ud af, hvor tyndt det kan være og alligevel være stærkt nok til at klare testen. Klik på ikonen Report engineering properties of the current member og find ud af prisen pr. meter for led af denne type.
    Sammenlign med et massivt led, Solid Bar. Hvad er den billigst mulige pris?
    Forklar, hvorfor det hule led er det økonomisk optimale valg.
  3. Lav den tilsvarende analyse for et led, som kun udsættes for træk-kræfter. Hvilken type led kan det da bedst betale sig at bruge? Klik på Report cost calculations og giv en forklaring på dette
  4. Undersøg, hvad der sker med den samlede pris, når ét af leddene gøres lidt tyndere. I Report cost calculations findes forklaringen.
    Det kan altså ikke betale sig at bruge en hel masse forskellige typer af led - er det realistisk?
  5. Du er nu klar til at optimere din bro-konstruktion. Bemærk, at du også kan vælge led af en bedre og dyrere stål-kvalitet, High-Strength Low-Alloy steel eller Quenched and Tempered Low-Alloy Steel i stedet for den billige Carbon Steel.
    Hvis I er opdelt i hold, kan I konkurrere om at bygge den billigste bro. Er der én af konstruktionerne, Pratt, Howe eller Warren, der er tydeligt billigere eller dyrere end de andre?
    Der er ikke nogen "lige" vej til den billigste bro af et bestemt design. Man må prøve sig frem, samtidig med at resultaterne fra d - h tages i betragtning. Prøv også programmets help-funktion for at få gode ideer til brobygningen.
  6. Over eller under?
    For hvert designnavn kan leddene være placeret over - eller under vejbanen. Hvilken konstruktion er billigst - prøv at forklare hvorfor.
    Diskuter fordele og ulemper ved de forskellige konstruktioner.