結構力學紙結構電算書

1、遼寧工程技術大學結構力學綜合訓練紙結構計算書 教學單位 專 業(yè) 班 級 組 員 指導教師 1、設計說明31.1設計題目與要求31.2方案構思41.3結構體系42、計算設計52.1材料力學性質(zhì)參數(shù)52.2、計算簡圖62.3、靜力分析62.4、動力分析73、結構94、幾何信息105、荷載信息205.1、(恒、活、風)節(jié)點、單元荷載信息206、總結216.1結構設計優(yōu)缺點分析216.2心得體會221、設計說明1.1設計題目與要求設計題目：多層結構模型設計與制作設計要求：根據(jù)競賽規(guī)則要求，我們從模型的用材特性、加載形式和制作方便程度方面出發(fā)，結合節(jié)省材料，經(jīng)濟美觀，承載力強等特點，采用比賽提供的白卡紙

2、材料，乳膠作為粘結劑，精心設計制作了該大跨結構模型。本次多層結構模型為了滿足建筑使用要求建筑使用要求：樓面層滿足基本的建筑使用要求，應具有足夠的承載剛度，樓面層配重放置于樓面幾何中心處。理論方案應包括：設計說明書、方案圖和計算書。設計說明書應包括對方案的構思、造型和結構體系及其他有特色方面的說明；方案圖應包括結構整體布置圖、主要構件詳圖和方案效果圖；計算書應包括結構選型、計算簡圖、荷載分析、內(nèi)力分析、承載能力估算等。在決賽整個加載過程中，盡量避免出現(xiàn)以下情況：(1)模型任何構件出現(xiàn)明顯失穩(wěn)或連接破壞;(2)配重或撞擊板脫落;(3)測點位移大于80mm或者測點脫離預先黏貼紙靶(50mm50mm)

3、;(4)測試完成后，測點1或2處結構殘余變形大于35mm。1.2方案構思根據(jù)訓練任務書和結構設計規(guī)則要求，我們從模型的用材特性、加載形式和制作方便程度方面出發(fā)，結合節(jié)省材料，經(jīng)濟美觀，承載力強等特點，采用比賽提供的白卡紙材料，乳膠作為粘結劑，在模型內(nèi)部，樓層之間（底部吊腳層除外）不能設置任何妨礙房屋使用功能（指建筑使用空間要求）的構件。模型為多層結構模型，在上層頂部承受鋼托盤與配重鋼塊的質(zhì)量之和約為10kg。安裝于一層樓面的加載裝置質(zhì)量，約為2kg3kg。同時在模型一層樓面進行具有一定沖擊能量小球撞擊，結構整體會受到瞬間應力，容易造成失穩(wěn)，所以模型必須要有足夠的剛度來抵抗，在側面加斜杠輔助受力

4、起到能傳遞和分散力的作用。本結構主要構思是想利用白卡紙的抗拉性能在后面承受拉力作用。用矩形立柱和斜梁承受壓力和彎矩。其次，盡可能把節(jié)點設計成鋼節(jié)點，并利用白卡紙的特性來進行節(jié)點外圍的加固，以此來達到承受并抵消外部荷載的作用。1.3結構體系1、主體為框架結構體系：梁、柱和斜桿的組合，作為該大跨結構模型的壓彎系統(tǒng)，承擔結構的整體受彎、受壓和抗剪；圓形柱承受結構豎向荷載；斜桿承受結構的抗拉和抗壓。2、節(jié)點設計將橫梁和中間柱的接頭做成T型接頭與柱和梁連接；將柱刻槽與主梁和底座連接，再在相交處塞入實心圓柱來增大接觸面積；用Y型實心接頭連接斜桿與主梁。斜桿與底座和主梁的交接處，將斜桿切斜面，粘結在一起，增

5、強整體穩(wěn)定性。側面連接以斜桿連接，構成三角形，從而達到減震裝置，整個側面的斜撐桿呈弓形，把側面分解成三角形，其作用分別是分解來自撞擊點和撞擊面的沖擊力和使結構軸向與橫向竟可能保持穩(wěn)定減小撞擊位移。連續(xù)斜桿三角形方案，由于在端部加荷載，會導致底部和加載位置產(chǎn)生較大的彎矩，考慮作用力很大，不容易與底部連接等因素，綜上所述選用選用連續(xù)三角型模型，并在局部進行部分加固，以達到在小球滾下時較大的沖擊力的情況下，使其位移盡可能減小，所以，在考慮結構重量及剛度，強度，穩(wěn)定性等方面的影響，最終將方案定為四根主桿作支撐，中間用短桿連接形成多個三角形的桁架模型。3、創(chuàng)意特色第一，節(jié)點的處理采用交叉黏貼的方式，并運

6、用紙條進行外側加固，使得節(jié)點更加牢固，更加符合剛節(jié)點的特點。第二，進行空間桁架進行支撐，在保證美觀的同時，能夠均勻受力，并且大大減輕了結構的質(zhì)量。第三，粗細桿交叉使用，盡可能在受力較大的地方使用剛度較大的桿件，受力小的地方使用剛度較小的桿件，從而也減輕的結構的質(zhì)量。在制作過程中使模型整體向上微拱，使梁盡可能受壓力而少受彎，有利于梁的穩(wěn)定和減少撓度。第四，在結構制作完成后，在結構的表面刷上一層薄薄的乳膠，這樣既可以增加材料的抗彎性能，還可以使材料本身的一些缺陷、小裂紋等粘和起來，避免其成為應力集中點，或周期載荷的破壞起始點。2、計算設計2.1材料力學性質(zhì)參數(shù)提供的材料為230克巴西白卡紙，其力學

7、性質(zhì)參數(shù)如表1和2所示：表1.彈性模量名稱種類層數(shù)彈性模量（Mpa）230克巴西白卡紙156、92148、2表2.極限應力名稱類型層厚（mm）拉應力（N/mm2)壓應力（N/mm2)230克巴西白卡紙0、322、27、02.2、計算簡圖基本假定：（1）橫梁和斜撐與柱的連接都視為剛性連接，結構視為桁架結構;（2）所有桿件視為各向同性彈性體；（3）鋼球與軌道摩擦力為零，沖擊時間為0.01s。2.3、靜力分析1、橫梁強度驗算豎向重物：重物直接作用在頂層兩根橫梁上，可看成均布荷載，則每根梁上線荷載為：橫梁跨中最大彎矩：橫梁截面抵抗矩為：橫梁最大拉應力為：該計算結果表明橫梁截面強度不滿足要求，但考慮到橫

8、梁與柱粘結節(jié)點與假定鉸接還有一定差距，如果該處假定為剛接，這跨中彎矩減少一半，因此該處可以乘以一個系數(shù)0.75。，滿足要求。2、斜撐軸力底層交叉斜撐壓桿軸力最大，該斜撐桿采用雙層卡紙卷制。則柱截面壓應力為，滿足要求。3、橫梁彎矩由于我們將模型簡化為桁架結構，構件內(nèi)部不存在彎矩，只是頂層橫梁出現(xiàn)彎矩，查看彎矩計算結果，增加水平荷載對結構彎矩影響不大，這里就不再驗算。4、結構位移對比兩種節(jié)點結構變形圖，發(fā)現(xiàn)剛接的更接近現(xiàn)實模型加載變形，不過二者最大位移差不多。計算最大位移為80mm，結果偏大，與試驗得到的差距較大。分析原因，結構力學求解器只能計算二維桿件，而我們的模型是空間結構，整體剛度較二維桿件

9、會有很大提高，因此位移計算結果不準確。模型計算可以發(fā)現(xiàn)：1、軸力：結構的四根主桿受軸力最大，其他連接桿微小突變。要是結構能夠承受10kg的荷載，必須將四根桿直立連接，不能有晃動。2、彎矩：在小球撞擊加載處，產(chǎn)生較大的彎矩，也是整個結構重點連接和加固的地方。采用短桿桁架連接，可以有效的抵抗彎矩和維持平衡。2.4、動力分析考慮到所學力學知識有限，我們將動力分析轉(zhuǎn)換為靜荷載加載在模型上，來求水平位移。根據(jù)加載條件，利用物理能量守恒等原理，我們進行如下計算。鉛球下落總動能：水平動能分量：下落后鉛球水平速度為：根據(jù)碰撞定理：，假定撞擊后鉛球靜止，撞擊時間為0.02s，則沖擊力為，單榀桁架受力利用結構力學

10、求解器計算單榀桁架內(nèi)力及位移。柱截面性質(zhì)：橫梁和斜撐截面性質(zhì)：3、結構單元編號圖4、幾何信息各節(jié)點信息如下表：節(jié)點號x坐標(m)y坐標(m)z坐標(m)x向約束y向約束z向約束繞x約束繞y約束繞z約束10.1100.0000.78020.2170.0001.00030.1340.0000.56040.2170.0000.56050.1100.2170.78060.2170.2171.00070.1340.2170.56080.2170.2170.56090.0000.2170.340100.1150.2170.248110.2170.2170.140120.1320.2170.140130.2

11、170.2170.000140.0000.0000.000150.2170.0000.340160.0000.1091.000170.0000.2170.900180.0000.0000.900190.2170.1091.000200.2170.2170.900210.2170.0000.900220.0000.0000.340230.1150.0000.248240.2170.0000.140250.1320.0000.140260.2170.0000.000270.2170.0000.780280.0000.0000.140290.0000.0000.560300.0000.0000.78

12、0310.0000.0001.000320.0000.2171.000330.0000.2170.780340.0000.2170.560350.0000.2170.140360.0000.2170.000370.2170.2170.780380.2170.2170.340390.0500.0000.560400.0500.2170.560410.2110.2170.560各單元信息如下表：單元號截面名稱長度(m)面積(mm2)繞2軸慣性矩(x104mm4)繞3軸慣性矩(x104mm4)繞2軸計算長度系數(shù)繞3軸計算長度系數(shù)小節(jié)點釋放大節(jié)點釋放1梁250x100x4x60.24521521002

13、2361.0001.000-2梁250x100x4x60.221215210022361.0001.000-3梁250x100x4x60.245215210022361.0001.000-4梁250x100x4x60.245215210022361.0001.000-5梁250x100x4x60.221215210022361.0001.000-6梁250x100x4x60.245215210022361.0001.000-7梁250x100x4x60.257215210022361.0001.000-8梁250x100x4x60.309215210022361.0001.000-9梁250x

14、100x4x60.147215210022361.0001.000-10梁250x100x4x60.149215210022361.0001.000-11梁250x100x4x60.240215210022361.6831.000-12梁250x100x4x60.164215210022362.4631.000-13梁250x100x4x60.403215210022361.0001.000-14梁250x100x4x60.403215210022361.0001.000-15梁250x100x4x60.148215210022361.0001.000-16梁250x100x4x60.1482

150001.000-17梁250x100x4x60.148215210022361.0001.000-18梁250x100x4x60.148215210022361.0001.000-19梁250x100x4x60.257215210022361.0001.000-20梁250x100x4x60.309215210022361.0001.000-21梁250x100x4x60.149215210022361.0001.000-22梁250x100x4x60.147215210022361.0001.000-23梁250x100x4x60.240215210022361.6

16、831.000-24梁250x100x4x60.164215210022362.4631.000-25梁250x100x4x60.100215210022360.7101.651-26梁250x100x4x60.120215210022360.5691.376-27梁250x100x4x60.220215210022360.5520.816-28梁250x100x4x60.220215210022360.5360.854-29梁250x100x4x60.200215210022360.8860.794-30梁250x100x4x60.140215210022361.2660.768-31梁25

17、0x100x4x60.140215210022361.2660.829-32梁250x100x4x60.200215210022360.8860.764-33梁250x100x4x60.220215210022360.5400.742-34梁250x100x4x60.220215210022360.5520.786-35梁250x100x4x60.120215210022360.5691.418-36梁250x100x4x60.100215210022360.7101.701-37梁250x100x4x60.100215210022360.7101.701-38梁250x100x4x60.12

18、0215210022360.5691.418-39梁250x100x4x60.220215210022360.5520.786-40梁250x100x4x60.220215210022360.5360.742-41梁250x100x4x60.200215210022360.8860.764-42梁250x100x4x60.140215210022361.2660.829-43梁250x100x4x60.100215210022360.7101.651-44梁250x100x4x60.120215210022360.5691.376-45梁250x100x4x60.220215210022360

19、.5520.826-46梁250x100x4x60.220215210022360.5400.863-47梁250x100x4x60.200215210022360.8860.794-48梁250x100x4x60.140215210022361.2660.768-49梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-50梁250x100x4x60.109215210022362.0001.000-51梁250x100x4x60.109215210022362.0001.000-52梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-53梁

20、250x100x4x60.109215210022362.0001.000-54梁250x100x4x60.109215210022362.0001.000-55梁250x100x4x60.110215210022361.9731.000-56梁250x100x4x60.107215210022362.0281.000-57梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-58梁250x100x4x60.107215210022362.0281.000-59梁250x100x4x60.110215210022361.9731.000-60梁250x100x4x60.

21、217215210022361.0001.000-61梁250x100x4x60.050215210022364.3402.670-62梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-63梁250x100x4x60.050215210022364.2202.670-64梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-65梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-66梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-67梁250x100x4x60.2172152100223

22、61.0001.000-68梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-69梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-70梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-71梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-72梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-73梁250x100x4x60.132215210022361.6441.000-74梁250x100x4x60.085215210022362.5531.000-7

23、5梁250x100x4x60.085215210022362.5531.000-76梁250x100x4x60.132215210022361.6441.000-77梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-78梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-79梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-80梁250x100x4x60.217215210022361.0001.000-81方100x2.50.0779481481481.0001.000-82方100x2.50.0849481481481.5991.599-83方100x2.50.0849481481482.5991.599-84方100x2.50.0849481481482.5991.000-5、荷載信息結構重要性系數(shù)：1.005.1、(恒、活、風)節(jié)點、單元荷載信息1.節(jié)點荷載*以下為節(jié)點荷載匯總表:單位：力(kN)；彎距(kN.m)第0工況節(jié)點荷載表節(jié)點號PxPyPzMxMyMz20.00.0-16.70.00.00.060.00.0-16.70.00.00.0160.00.0-