第十二屆同濟大學大學生結構設計與模型競賽計算書(共16頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上理論分析計算書目錄一、設計說明 （3）1、方案構思 （3）2、結構選型 （4）3、結構特色 （5）二、方案設計 （5）1、設計基本假定（5）2、模型結構圖 （5）3、節(jié)點詳圖 （8）4、主要構件材料表及結構預計重量 （10）三、結構設計計算 （11）1、靜力分析 （11）2、內(nèi)力分析 （13）3、承載力及位移計算 （15）四、結構分析總結 （16）一、設計說明根據(jù)競賽規(guī)則要求，我們從模型制作的材料抗壓特性，沖擊荷載形式和靜力加載大小要求等方面出發(fā)，結合節(jié)省材料，經(jīng)濟美觀，承載力強等特點，采用比賽提供的木材細桿和木板，502膠水味粘結劑精心設計制作了“三足鼎立”結構模型

2、，空間桁架結構為該模型的一大亮點。1、方案構思模型主要承受150N豎直靜荷載和一定的豎向沖擊荷載，豎直靜荷載較容易滿足，而豎向沖擊荷載結構的剛度要求較高，同時要求結構有較強的抗剪能力。（1）本結構主要構思是想利用三根柱子的軸力來抵抗荷載的作用（2）設計的總原則是：盡可能的利用豎向支撐的三根粗桿來提高柱子的承載力而在柱子之間輔以細桿來穩(wěn)定結構，并利用木材的抗拉性能，及抗壓性能來抵抗荷載的作用。2、結構選型 由于三角形具有較強的穩(wěn)定性，而且在平面上容易找平，我們選擇三角形為主體結構框架，桁架受力均勻簡單，僅受軸力，便于木材性能的發(fā)揮，我們以空間桁架為主導。2.1結構外形結構上平面為邊長225mm的

3、等邊三角形，底面在半徑為240mm的圓上，整體為相似三角形，內(nèi)部采用空間桁架結構加強穩(wěn)定性。2.2材料截面選擇主體三根柱子截面為四根2*8的桿件粘接而成,形成外側10mm，內(nèi)側8mm的箱型，保證抗壓的同時減輕材料的質(zhì)量。T型柱穩(wěn)定性較好，我們用T型柱搭出上部的空間角錐體，使結構整體穩(wěn)定。主體承力T型柱由2*6翼緣2*4腹板組成框架結構。外圍由2*4與2*6的L行梁連接，結構內(nèi)部由2*2斜梁與主體柱交叉相連，增強整體穩(wěn)定性。2.3節(jié)點設計 主體框架結構相交的節(jié)點由于桿的傾斜在加動載和靜載時會引起較大的剪力，在連接時用小木片填充密實，再用2*2水平短木條相連使木條在下面頂住節(jié)點上部斜梁，在加載處節(jié)

4、點貼上薄木片來增大接觸面積，從而來增大節(jié)點強度，從而在結構受力計算時一些節(jié)點模擬成剛節(jié)點。斜梁相交時，兩根梁搭出榫結，用膠水加固，增大節(jié)點強度和剛度。3、結構特色這個名為漫步天下的結構是在我們制作結構對結構進行試驗的多次循環(huán)反復而后的出來的結構，它凝聚了所有的試驗所得的經(jīng)驗。它的優(yōu)點： （1）從結構的外形上看，我們選擇正三角形作為主體形狀，受力均勻，加載方便，上寬下窄，形狀漸隨著高度逐漸變化，有活力。（2）根據(jù)SAP2000軟件建立的模型分析，可得出結構位移最大點，針對這一情況，我們改造出變截面柱，成為我們結構一大特色。（3）斜梁相交時，兩根梁搭槽榫結，用膠水加固，這大大提高了斜梁的穩(wěn)定性和強

5、度。（4）結構采用1*55mm的木板，有效的節(jié)約了材料，采用2*2細桿加固，經(jīng)濟適用。（5）結構模仿實際工程，采用腰梁，增強抗震性和穩(wěn)定性。（6）根據(jù)SAP2000軟件建立的模型分析結果，我們加強頂部和支座強度。二、方案設計1、設計基本假定（1）木條材質(zhì)連續(xù)均勻。（2）柱、梁之間的節(jié)點按剛節(jié)點計算，支座為固定支座。加載時豎直靜荷載和豎直動載以集中力的形式均分到頂部三個節(jié)點上。（3）桿件計算時采用鋼結構計算模式。根據(jù)以上假定通過SAP2000軟件建立計算模型，所得的內(nèi)力和位移作為構件設計的依據(jù)。 2、模型結構圖通過autoCAD軟件建立計算模型，分析內(nèi)力和位移，簡化各個桿件尺寸和形狀。主體結構立

6、面圖主體結構俯視圖主體結構三維視圖 主體結構模型圖3、主要節(jié)點詳圖（一）（二）（三）（四）4、主要構件材料表及結構預計重量材料表：主要承重柱，受力橫梁，斜梁尺寸與數(shù)量表。標號形狀尺寸長度數(shù)量T形翼緣6*2mm腹板4*2mm180mm120mm33 L形垂直肢高6mm水平肢高6mm垂直肢厚2mm320mm3箱型1外圍10*10mm內(nèi)側6*6mm311mm3箱型2外圍8*8mm內(nèi)側4*4mm225mm3長邊4mm短邊2mm若干若干邊長2mm若干若干重量預計：我們根據(jù)所提供的木材的比重0.5，結合自身結構的特點預計結構總質(zhì)量為70g.三、結構設計計算根據(jù)本次比賽的加載規(guī)則，荷載有豎向靜載荷與豎向動載

7、，考慮到結構尺寸所能承受荷載的能力，需對本結構進行受力分析，在進行荷載分析時將靜載和動載簡化為三個均分集中荷載，通過計算來對相對薄弱部分作相應的加固，使得材料得到充分合理的利用。1、靜力分析結構頂部加載15kg質(zhì)量的砝碼，根據(jù)受力特點及結構形式，將荷載簡化為三個相等的集中力50N，分別同時施加在結構的三根承重柱上。根據(jù)SAP2000軟件建立的模型分析結果，找出結構最大處位移和最大處應力，分析最大處節(jié)點強度，剛度和穩(wěn)定性。主體結構加載圖主體結構受力變形圖我們制作的結構根據(jù)SAP2000軟件建立的模型分析結果，最大應力為1.25Mpa，遠小于木材抗拉強度30Mpa。結論：結構承受150N的重力，軸

8、力增加明顯，而彎矩和剪力變化不明顯。加載動載時，應加強靜力軸力最大點處連接。2、內(nèi)力分析 用SAP2000所作的內(nèi)力圖如下主體結構軸力圖（最大軸力為56.65N）主體結構剪力圖主體結構彎矩圖(最大彎矩為21.88N*M)3、承載力及位移計算以上是我組成員對結構簡化承載力和位移計算的過程，由于支座處可能會產(chǎn)生較大的沉降，因此我們預計跨中最大豎向位移為4mm,另外，考慮到制作過程中的產(chǎn)生的誤差，我們預計結構的最大承載力為500N.四、結構分析總結1、本結構主要是利用三根柱子的軸力來抵抗荷載的作用2、本結構利用細桿來提高柱子的承載力，并利用木材的抗拉性能，及抗壓性能來抵抗荷載的作用。3、根據(jù)SAP2000建模分析的結論，我們選擇正三角形作為主體形狀，受力均勻，加載方便。4、斜梁相交時，兩根梁搭槽榫結，用