結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽模型計(jì)算書

1、石河子大學(xué)第四屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽作品名稱： 戈壁自由塔 院系名稱 水利建筑工程學(xué)院 學(xué)生姓名 胡春源 李繼友 付柳燕 員麗君 雷青松指導(dǎo)老師 曾 曉 云 石河子大學(xué)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)二O一一 年 六 月目錄一、 設(shè)計(jì)說明書（一）結(jié)構(gòu)選型 3（二）材料性質(zhì)： 3（三）制作工藝4（四）模型特色5二、 結(jié)構(gòu)計(jì)算書（一）計(jì)算簡(jiǎn)圖與內(nèi)力分析6（二）、強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性校核6三、方案圖7 一、 設(shè)計(jì)說明書（一）結(jié)構(gòu)選型1、考慮因素：（1）、紙的抗拉壓強(qiáng)度比較高，抗彎能力較弱，抗壓穩(wěn)定性差。（2）、防止整體和局部強(qiáng)度條件和失穩(wěn)是結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的出發(fā)。（3）、加載條件是豎向的靜荷載。（4）、加載時(shí)荷載容

2、易出現(xiàn)偏心力，使模型偏倒。2、開始構(gòu)思：在閱讀了本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽的要求后，我們小組就開始查找資料。本次要求我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)多層結(jié)構(gòu)。并且是承受豎向荷載。由于尺寸的要求，模型高為600mm，頂部尺寸應(yīng)滿足能放200mm 200mm的加載板。所以該多層結(jié)構(gòu)容易在豎向荷載加載時(shí)的偏心力作用下偏倒。考慮到以上4點(diǎn)因素，為了使桿件結(jié)構(gòu)受到的力更為合理，方案采用桁架結(jié)構(gòu)體系。最開始考慮到容易傾倒，我們聯(lián)想到了埃菲爾鐵塔，于是我們的構(gòu)思是設(shè)計(jì)頂層為豎直桿，中間是傾斜桿，底層為三個(gè)斜三棱柱，但由于節(jié)點(diǎn)桿件數(shù)目過多，接點(diǎn)不好處理，可能做出來的模型節(jié)點(diǎn)容易破壞。于是我們將斜桿改成了三根豎直的主柱，在底層為了防止偏倒，

3、在外圍用斜桿支撐。底層內(nèi)部用三根斜桿（一段固定在主桿上，另一端把三個(gè)桿固定到一起。）為了防止受桁架的失穩(wěn)問題，增加結(jié)構(gòu)的整體受力性能，在豎向桿件之間用線構(gòu)造“”的斜桿和橫桿聯(lián)系。最終確定它高600mm，底座跨度為356mm，頂部為邊長(zhǎng)為17.8cm的正三角形。如右圖所示（二）材料性質(zhì)： 白卡紙作為模型材料，其力學(xué)性能特點(diǎn)是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗壓穩(wěn)定性差。將紙折成圓筒并用乳膠粘結(jié)后，可承受一定的壓力，但受長(zhǎng)細(xì)比的限制，多為壓桿失穩(wěn)狀態(tài)的受力破壞，可承受一定彎矩。結(jié)構(gòu)使用的主要材料是紙、線、膠，通過查閱相關(guān)資料，材料的力學(xué)性能指標(biāo)分別見表1和表2。表1 230克白卡紙彈性模量和極限應(yīng)力名

4、稱種類層數(shù)層厚/mm彈性模量/Nmm2備 注230克白卡紙10.31459受壓計(jì)算時(shí)需考慮長(zhǎng)細(xì)比對(duì)穩(wěn)定的影響表2. 215克白卡紙極限應(yīng)力名稱類型層厚(mm)拉應(yīng)力（N/mm2）壓應(yīng)力（N/mm2）備 注215克白卡紙0.322.27.0受壓計(jì)算時(shí)需考慮長(zhǎng)細(xì)比對(duì)穩(wěn)定的影響（三）制作工藝1、卷?xiàng)U：（1）剛開始卷的時(shí)候，由于考慮到要把桿芯容易地拔出來，我們?cè)跅U芯上套上了一圈紙環(huán)。（2）為了不把桿件卷斜，我們?cè)诩埖闹虚g畫上了一根于邊界平行的細(xì)線，讓在卷的過程中直線重合。（3）在我們卷主桿時(shí)，我們?nèi)齻€(gè)人一起往前卷，并邊卷便涂膠，涂抹要均勻，并用直尺刮平。（4）在卷細(xì)斜桿是，我們將卡紙拆成薄薄的兩張，這

5、樣容易卷。2、節(jié)點(diǎn)：我們?nèi)坑美K子捆綁。（四）模型特色1、頂層：考慮到頂層橫桿彎矩較大，我們用V字型的兩根桿支撐，并將荷載傳遞給底層節(jié)點(diǎn)。 2.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：在每一根桿的結(jié)點(diǎn)處，我們把它削成V字型或者是斜尖兒型。使中間斜桿于主柱緊密結(jié)合。然后我們用繩子緊密捆綁。如右圖所示3、底座：模型底層用三根水平放置的直桿（一頭連在一起）。在主桿底部掏上一個(gè)洞，讓底部直桿穿過去。并在主桿的外圍加上一根斜桿支撐。二、 結(jié)構(gòu)計(jì)算書表4 構(gòu)件幾何尺寸及數(shù)量表位置內(nèi)徑（mm） 外徑mm長(zhǎng)度mm根數(shù)主要柱20286003上部橫桿5151503中間橫桿281506頂層斜桿2102146中間斜桿2102503底部斜桿2102266底部橫桿2101343紙彈性模量取E=1459MPa；截面尺寸取空心圓形截面，其主要受力截面（一）計(jì)算簡(jiǎn)圖與內(nèi)力分析(為了方便計(jì)算，我們把一個(gè)側(cè)面看成是一個(gè)平面)（用結(jié)構(gòu)求解器計(jì)算） 當(dāng)加載為200kg時(shí)，1、受力圖 (kN) 2、彎矩圖(N*mm) 3.剪力圖(N) 4 .軸力圖(N) c（2）內(nèi)力分析結(jié)果：主桿的最不利組合為：M幾乎為0，N=,500N，V=20N 撐桿的最大軸力為：N=250N 2、強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性校核（查表2，=7.00）：A=301.44mm那么，截面對(duì)中性軸的慣性矩 =22306.56m