dA全天候球場(chǎng)活動(dòng)拱頂設(shè)計(jì)

1、指導(dǎo)老師：施惠基設(shè)計(jì)人：寧大亮 990309（環(huán)91) 朱洪濤 990324（環(huán)91) 張志超 990329（環(huán)91) l總體設(shè)計(jì)思路總體設(shè)計(jì)思路l宏觀展示宏觀展示l受力分析受力分析l總結(jié)總結(jié)l設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 為了每次重要比賽都能順利的進(jìn)行，為了每次重要比賽都能順利的進(jìn)行，尤其是在全球直播比賽多多的今天，一尤其是在全球直播比賽多多的今天，一場(chǎng)大雨往往令全世界的人們失望場(chǎng)大雨往往令全世界的人們失望 ?；??；谶@一思路，我們?cè)O(shè)計(jì)了這個(gè)這一思路，我們?cè)O(shè)計(jì)了這個(gè)活動(dòng)的拱頂。活動(dòng)的拱頂。詳細(xì)內(nèi)容詳細(xì)內(nèi)容.l設(shè)計(jì)達(dá)到的目的設(shè)計(jì)達(dá)到的目的 晴天為觀眾遮陽(yáng)晴天為觀眾遮陽(yáng) 雨天為大家遮雨雨天為大家遮雨詳細(xì)內(nèi)

2、容詳細(xì)內(nèi)容.l總體構(gòu)形總體構(gòu)形 體育館整體為半球和圓柱結(jié)合體。體育館整體為半球和圓柱結(jié)合體。拱頂由拱頂由十二條主桁架十二條主桁架組成，組成， 其間采用其間采用拉膜結(jié)構(gòu)拉膜結(jié)構(gòu) 。 詳細(xì)內(nèi)容詳細(xì)內(nèi)容.十二條主桁架十二條主桁架：基本采用三角柱結(jié)構(gòu)，其：基本采用三角柱結(jié)構(gòu)，其中一條主梁為工字型（粗），二條輔梁中一條主梁為工字型（粗），二條輔梁（細(xì)）。（細(xì)）。 主梁的形狀為根部弧形，頂端直線形。主梁的形狀為根部弧形，頂端直線形。主梁的頂端有一與球鉸相連的凹槽。這主梁的頂端有一與球鉸相連的凹槽。這一凹槽與其相鄰的桁架的工字型主梁相一凹槽與其相鄰的桁架的工字型主梁相連形成可滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)。連形成可滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)。

3、 詳細(xì)內(nèi)容詳細(xì)內(nèi)容.l 拉膜結(jié)構(gòu)：拉膜結(jié)構(gòu)： 與相鄰的桁架主梁相連的折疊結(jié)構(gòu)。與相鄰的桁架主梁相連的折疊結(jié)構(gòu)。 其根部有彈性鏈鎖與墻體相連，使其其根部有彈性鏈鎖與墻體相連，使其在移動(dòng)過程中保持拉緊。在移動(dòng)過程中保持拉緊。 膜的一邊固定在一主梁上，另一邊在膜的一邊固定在一主梁上，另一邊在相鄰主梁上滑動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方式類相鄰主梁上滑動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方式類 升國(guó)旗的滑輪滑動(dòng)。升國(guó)旗的滑輪滑動(dòng)。 詳細(xì)內(nèi)容詳細(xì)內(nèi)容.l動(dòng)態(tài)說明：動(dòng)態(tài)說明： 拱頂?shù)拈_合采用旋轉(zhuǎn)上升的原理。相拱頂?shù)拈_合采用旋轉(zhuǎn)上升的原理。相鄰主桁架相互支撐，均勻受力。鄰主桁架相互支撐，均勻受力。詳細(xì)內(nèi)容詳細(xì)內(nèi)容. 這邊日出這邊日出 那邊雨那邊雨 左是

4、無晴 右有晴 v受力分析 1基本長(zhǎng)度參數(shù)基本長(zhǎng)度參數(shù)主梁水平投影長(zhǎng)度為主梁水平投影長(zhǎng)度為l ，其中弧形部分投影長(zhǎng)度為其中弧形部分投影長(zhǎng)度為l； 主梁往豎直方向投影為主梁往豎直方向投影為h；繩索傳動(dòng)系統(tǒng)中，滑輪繩索傳動(dòng)系統(tǒng)中，滑輪e直徑為直徑為r；2基本角度參數(shù)基本角度參數(shù)主梁曲線對(duì)應(yīng)圓心角為主梁曲線對(duì)應(yīng)圓心角為，其中水平直桿部分對(duì)應(yīng)圓心角為其中水平直桿部分對(duì)應(yīng)圓心角為；相鄰兩主梁的夾角為相鄰兩主梁的夾角為，主梁與靠近墻體的球鉸主梁與靠近墻體的球鉸c導(dǎo)軌夾角為導(dǎo)軌夾角為；3 基本物理量基本物理量可滑動(dòng)端可滑動(dòng)端d內(nèi)（使用統(tǒng)一滾珠）各接觸內(nèi)（使用統(tǒng)一滾珠）各接觸面的靜摩擦因數(shù)面的靜摩擦因數(shù)1j，動(dòng)

5、摩擦因數(shù)，動(dòng)摩擦因數(shù)1d；主梁所在平面上，重力載荷為主梁所在平面上，重力載荷為w，重心的坐標(biāo)為重心的坐標(biāo)為xc ；風(fēng)載簡(jiǎn)化為單個(gè)集中力后大小為風(fēng)載簡(jiǎn)化為單個(gè)集中力后大小為fw. . 1明確須求量明確須求量分析求解的目的是確定各約束點(diǎn)的分析求解的目的是確定各約束點(diǎn)的約束力、約束力偶和傳動(dòng)繩索提供拉力約束力、約束力偶和傳動(dòng)繩索提供拉力的大小，為內(nèi)力分析和材料選擇提供根的大小，為內(nèi)力分析和材料選擇提供根據(jù)；據(jù)； 1）明確約束點(diǎn)）明確約束點(diǎn) c為球鉸（可沿軌自由滑動(dòng)，可為球鉸（可沿軌自由滑動(dòng)，可拴緊）；拴緊）；a為活動(dòng)柱鉸；為活動(dòng)柱鉸； ； sincoscossin22fffffftytx 力bfsi

6、ncosayayffbfayfaxf sincoscossinbxbyaybxbyaxmmmmmmaxmbxmbymaym結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析3)繩索傳動(dòng)系統(tǒng)繩索傳動(dòng)系統(tǒng) sfdsfsfersferfmssseff2sfsfsnf22sin2ssnff sfdrsfesfsfsnf22sin2ssnff結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析4)明確待定變量明確待定變量 利用各變量間已經(jīng)有的關(guān)系式消去一定變量后，得 ：球鉸c拴緊時(shí)：（是否考慮d在b點(diǎn)的摩擦力f1j視具體情況定）球鉸c 可沿軌滑動(dòng)時(shí)：sbybxczcycxazayaxfmmffffff,sbybxcz

7、ctazayaxfmmfffffff,21結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析2明確分析狀態(tài)明確分析狀態(tài) 1） 理想靜態(tài)理想靜態(tài)2） 無風(fēng)約束靜態(tài)無風(fēng)約束靜態(tài)（球鉸c拴緊，繩索拉緊d）3） 外風(fēng)載下的約束靜態(tài)外風(fēng)載下的約束靜態(tài)4） 啟動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)即結(jié)構(gòu)開始閉合狀態(tài)啟動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)即結(jié)構(gòu)開始閉合狀態(tài)結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析分析分析此時(shí)球鉸此時(shí)球鉸c拴緊，待定變量有拴緊，待定變量有 sbybxczcycxazayaxfmmffffff,0sbybxcycxayaxfmmffffczazff ,結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析求解求解，bzazffwfcz 0f 0

8、m)()(cazxlwllfwllxlfcazwfcz 結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析1.無風(fēng)約束靜態(tài)無風(fēng)約束靜態(tài) jsbybxczcycxazayaxffmmffffff1,結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析受力平衡受力平衡 即 即 即 01snxcxjaxffff0cos2sin21scxjaxffff0bcyayfff0sin)cos1 (axcyayfffbzazff0snzczfwf0sin2sin2sczfwf0cossin1jaxaysffff結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析力偶平衡力偶平衡xy平面平面即即xz平面平面即即yz平面平面 0lfl

9、fbay0sin)cos(lfllfaxay0)()()(1snsnzsnsnxcazjaxbxaxxlfzfxlwllfhfhfmm0sin2sin)(2cos2sin2)()()cos1 (sin1snssnscazjaxbxbyxlfzfxlwllfhfhfmm0)cos1 (sinhfmmcybybx結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析 01jf0bym)sincos()(max111axayazjbazjjsfffffff忽略相對(duì)小量：繩的拉力至少要超過b處最大靜摩擦力，現(xiàn)取約束邊界作簡(jiǎn)化：方程組的求解見結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析 2風(fēng)載下約束靜態(tài)風(fēng)載下約束

10、靜態(tài)jsbybxczcycxazayaxffmmffffff1,風(fēng)的載荷簡(jiǎn)化為在風(fēng)的載荷簡(jiǎn)化為在的方向上再加一個(gè)已知力的方向上再加一個(gè)已知力；其余假設(shè)同上時(shí)，得方程組其余假設(shè)同上時(shí)，得方程組snfwf結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析 0, 0)sincos(0)cos1 (sinsin)(cos)(sin2sin)(2cos2sin2)()cos1 (sin0sin)cos(0cossinsinsin2sin20sin)cos1 (coscos2sin21111byjaxayazjscybybxsnwsnwcsnssnsazjaxbxbyaxayaxayswsczaxcyaywsc

11、xjaxmfffffhfmmxlfzfxlwxlfzfllfhfhfmmlfllfffffwffffffffff 結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析球鉸球鉸c c 可沿軌滑動(dòng)，可沿軌滑動(dòng)，待定變量有待定變量有 sbybxczctazayaxfmmfffffff,21結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析受力平衡受力平衡x x方向方向 即即y y方向方向 即即z z方向方向 即即d上上 01snxcxaxefffff0)cos2sin1 (2cossin21sctaxfffff0bcyayfff0sinsincos)cos1 (2axctayffff0snzczfwf0sin2s

12、in2sczfwf0cossin1ffffaxays結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析力偶平衡力偶平衡 xy平面平面 即即 xz平面平面 即即 yz平面平面即即 0sbaymlflf0sin)cos(rflfllfsaxay0)()()(1snsnzsnsnxcazaxebxaxxlfzfxlwllfhfhfhfmm0sin2sin)(2cos2sin22)()()cos1 (sin1snssnsscazaxbxbyxlfzfhfxlwllfhfhfmm0)cos1 (sinhfmmcybybx0sincos)cos1 (sin2hfhfmmctbybx結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開

13、狀態(tài)靜力學(xué)分析物理方程物理方程 sincos)(11111axdaydazdbazdffffffsincos)(11111axdaydazdbazdffffff簡(jiǎn)化假設(shè)簡(jiǎn)化假設(shè) 0bym忽略相對(duì)小量：結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析1.1.理想靜態(tài)理想靜態(tài)參數(shù)估計(jì)參數(shù)估計(jì)l=40ml=29.282mxc=26.027mw=100300kn結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析130.4knazfknfcz100kn1 .913azfknfcz300結(jié)果結(jié)果w取取100kn時(shí)時(shí) w取取300kn時(shí)時(shí) 結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析2.2.無風(fēng)約束靜態(tài)無風(fēng)約束靜態(tài)

14、方程組用方程組用af=b表示，其中表示，其中 01jf0bym,sbxczcycxazayaxfmfffffff結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析10000cossin0sin00000sin)(cos2sin2cos10000000000cossin100000sincossin2sin20100000000100cos1sincos2sin20001001111jjjsnsnhxlzllhllla00)(0000cxlwwb結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析參數(shù)估計(jì)參數(shù)估計(jì)?027.26,949.26,116.12,20,282.29,40386.572,10.12,1

15、3.53,63010000jcsnsnmxmxmzmhmlml結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析(運(yùn)用matlab5.0數(shù)學(xué)計(jì)算軟件編程求解) 當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)5 . 0,1501jknw.71.8932kn,192.4448kn,71.8930kn,n-169.2559k, 0, 0,m2875.7kn,268.3075kn,1437.9kn,m-2490kn,n-124.5211k,196.4145kn,196.4151kn1sczcycxbybxbayaxazayaxfffffmmfmmmfff結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析05. 0,1501jknw當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí).9.437

16、9kn,155.5720kn,9.4379kn,-22.2194kn, 0, 0,m377.5154kn,35.2226kn,188.7577kn,mn-326.9380k,153.5357kn,25.7847kn,25.7848kn1sczcycxbybxbayaxazayaxfffffmmfmmmfff結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)005. 0,1501jknw.0.9743kn,150.5752kn,0.9743kn,-2.2937kn, 0, 0,m38.9704kn,3.6360kn,19.4852kn,m-33.7494kn191.2167,2.6617kn,

17、2.6617kn1sczcycxbybxbayaxazayaxfffffmmfmmmfff結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析3.3.有風(fēng)約束靜態(tài)有風(fēng)約束靜態(tài)01jf0bym方程組用方程組用af=b表示，其中表示，其中,sbxczcycxazayaxfmfffffff結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析00sin)(cos)(00cos0cossnwsnwcwwxlfzfxlwfwfba與無風(fēng)靜態(tài)的相同與無風(fēng)靜態(tài)的相同結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析參數(shù)估計(jì)參數(shù)估計(jì)005. 0,150,30027.26,949.26,116.12,20,282.29,40386.5

18、72,10.12,13.53,63010000jwcsnsnknwknfmxmxmzmhmlml結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)果結(jié)果.1.2186kn,166.8888kn,1.2186kn,13.3003kn, 0, 0,m48.7449kn,4.5479kn,24.3724kn,m-42.2143kn239.1772kn,3.3293kn,3.3293kn1sczcycxbybxbayaxazayaxfffffmmfmmmfff結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析4. 4. 結(jié)構(gòu)開始閉合狀態(tài)結(jié)構(gòu)開始閉合狀態(tài) 0bym方程組用方程組用af=b表示，其中表示，其中 ,2

19、1sbxczctazayaxfmffffffff結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析0010000000001cossin0sin0sincos0000sin)(cos2sin22cos10000000000cossin1000010sincossin2sin201000000000sincos00cos1sin)cos2sin1 (200cossin100122111dddddsnsnhhxlzhhllhrllla000)(0000cxlwwb結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析參數(shù)估計(jì)參數(shù)估計(jì)1 . 0,005. 0,005. 0027.26,949.26,116.12,2

20、0,282.29,40386.572,10.12,13.53,30,6302100000rmxmxmzmhmlmlddcsnsn結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)果結(jié)果m0.1956kn1.9563kn,151.1550kn,0.7527kn,-0.6135kn,1.0437, 0,m-36.3075kn,-3.3693kn,-18.1538kn,m31.4432kn212.1169kn,-2.4616kn,-2.4750kn21ssczctbybxbayaxazayaxmfffffmmfmmmfff結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析結(jié)構(gòu)打開狀態(tài)靜力學(xué)分析5.matlab5.matlab程序文

21、件程序文件ju1.mju1.m無風(fēng)約束靜態(tài)無風(fēng)約束靜態(tài)ju2.mju2.m有風(fēng)約束靜態(tài)有風(fēng)約束靜態(tài) ju3.m結(jié)構(gòu)開始閉合時(shí)結(jié)構(gòu)開始閉合時(shí) l作為剛體進(jìn)行整體受力分析作為剛體進(jìn)行整體受力分析 l作為彈性體進(jìn)行桿件內(nèi)力分析作為彈性體進(jìn)行桿件內(nèi)力分析 l雨載時(shí)支架梁受力分析雨載時(shí)支架梁受力分析l作為剛體進(jìn)行整體受力分析作為剛體進(jìn)行整體受力分析 l作為彈性體進(jìn)行桿件內(nèi)力分析作為彈性體進(jìn)行桿件內(nèi)力分析 l雨載時(shí)支架梁受力分析雨載時(shí)支架梁受力分析 簡(jiǎn)化桁架結(jié)構(gòu)的弧形梁為實(shí)心柱體簡(jiǎn)化桁架結(jié)構(gòu)的弧形梁為實(shí)心柱體 水平直形此柱體重力集度為水平直形此柱體重力集度為 密度為密度為，截面積為，截面積為s支架梁總弧長(zhǎng)

22、為支架梁總弧長(zhǎng)為 總重總重 )(36.469273. 050mrsw36.46a q d o fy fx b c o 圖一圖一 由由 可得可得 （1）設(shè)其余各梁在端點(diǎn)處給予該支架梁的作用力為設(shè)其余各梁在端點(diǎn)處給予該支架梁的作用力為q ,方向如圖一。方向如圖一。 0yf0wfyswfy36.46由由 可得可得 （2 2）由由 可得可得 （3 3） 0 xf0 xfq 0m0)sin2/sin40()30(rfrfyx 注：由幾何知識(shí)，注：由幾何知識(shí)，o為均質(zhì)弧為均質(zhì)弧ab重心，重心，故有故有 聯(lián)立（聯(lián)立（2）（）（3）可解的）可解的 sinroo 2sinoodordosin2sinsqfx005.48 因?yàn)橐驗(yàn)?所以所以 對(duì)任一點(diǎn)對(duì)任一點(diǎn)x處（角度為處（角度為 ） 有有 gdxsdx)(gscosdxdl x處分布力集度為處分布力集度為 剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力 2250050cos)(xgsgsxq50arcsin50)()(xgsdxx