第十五屆同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)賽計(jì)算書

1、2014-9-15 第十五屆同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽計(jì)算書 李志遠(yuǎn) 1251018曹政 1251026張持海1251022 理論分析計(jì)算書目錄一、設(shè)計(jì)說明 （3）1、方案構(gòu)思 （3）2、結(jié)構(gòu)選型 （3）3、結(jié)構(gòu)特色 （5）二、設(shè)計(jì)方案 （6）1、設(shè)計(jì)基本假定（6）2、模型結(jié)構(gòu)圖 （6）3、主要構(gòu)件表（8）三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 （8）1、靜載分析 （9）2、動(dòng)載分析 （9）3、內(nèi)力分析 （10）3、計(jì)算簡圖 （10）四、結(jié)構(gòu)分析總結(jié) （13）五、材料表（14） 一、設(shè)計(jì)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，抗拉特性，豎向靜力荷載、動(dòng)荷載等方面要求出發(fā)，結(jié)合節(jié)省材料，經(jīng)濟(jì)美觀，承載力強(qiáng)等特點(diǎn)

2、，采用比賽提供的木材、膠水，精心設(shè)計(jì)制作了參賽結(jié)構(gòu)模型，該模型為一座木制桁架橋結(jié)構(gòu)模型。 1、方案構(gòu)思模型主要承受豎直均布荷載、集中動(dòng)荷載，豎直荷載較容易滿足，動(dòng)載對結(jié)構(gòu)的剛度要求較高，同時(shí)要求結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的抗壓穩(wěn)定能力。（1）本結(jié)構(gòu)主要構(gòu)思是想利用木材的軸力來抵抗荷載的作用。（2）設(shè)計(jì)的總原則是：利用材料的抗拉性能及抗壓性能來抵抗荷載的作用。 2、結(jié)構(gòu)選型按設(shè)計(jì)要求，在承重柱承受豎直荷載情況下外加較大的水平荷載和動(dòng)力荷載，必須考慮動(dòng)荷載的作用；因此，我們選擇了比較穩(wěn)定的方形截面桿件作為主要受力桿，并且利用桁架的優(yōu)勢，避免壓桿失穩(wěn)，由于膠水的緣故，粘貼并不完全剛接，其實(shí)處于剛接和鉸接之間，剛接作

3、用強(qiáng)一點(diǎn)，所以這里采用剛接。形成兩榀桁架，使結(jié)構(gòu)具有較好的整體性，以便承受較大的動(dòng)力荷載。在遵守原則的前提下，我們綜合考慮各個(gè)因素設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)模型具有以。創(chuàng)意點(diǎn)一 從拱橋出發(fā)，結(jié)合材料特點(diǎn)簡化設(shè)計(jì)，滿足荷載要求。創(chuàng)意點(diǎn)二 考慮到手工難易度，桿件采用箱型結(jié)構(gòu)。創(chuàng)意點(diǎn)三 考慮到受力均勻，主要受力桿件采用方形截面。創(chuàng)意點(diǎn)四 發(fā)揮桁架優(yōu)勢，加強(qiáng)穩(wěn)定性。依據(jù)以上創(chuàng)意點(diǎn)加上精細(xì)的制作環(huán)節(jié)，我們制作出的結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，節(jié)省材料，承載空間大，經(jīng)濟(jì)美觀，達(dá)到了物盡其用之美，真可謂簡約之美。 、結(jié)構(gòu)外形如圖，此結(jié)構(gòu)為類拱橋形狀的桁架橋，長1500mm，高250mm，為兩榀桁架拼接組成。2502001500、

4、材料截面選擇主體承重桿件采用8mm*8mm的方形桿件，連接桿由6mm*8箱型梁連接，增加了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 通過幾何塑型及外貼木片等制作節(jié)點(diǎn)。3、結(jié)構(gòu)特色該橋梁結(jié)構(gòu)是在我們對結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)的多次循環(huán)反復(fù)而后的出來的最終形態(tài)，它凝聚了所有的試驗(yàn)所得的經(jīng)驗(yàn)。它的優(yōu)點(diǎn)： （1）從結(jié)構(gòu)的外形上看，類似拱形，受力對稱，加載方便，桁架的交錯(cuò)產(chǎn)生美感。（2）針對結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和位移情況，選擇箱型桿件，成為我們結(jié)構(gòu)一大特色。（3）連接桿與承重桿之間相交時(shí)，利用幾何塑型和加貼木片加固，這大大提高了整體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。（4）結(jié)構(gòu)在最大限度上節(jié)省材料、堅(jiān)固美觀、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。二、設(shè)計(jì)方案1、設(shè)計(jì)基本假定（1）

5、木材材質(zhì)連續(xù)均勻。（2）桿件之間的節(jié)點(diǎn)按剛節(jié)點(diǎn)計(jì)算，支座為固定支座。加載時(shí)豎直靜荷載為均布荷載作用在整個(gè)橋面上，然后傳遞與連接桿，主要受力桿，（桿件假設(shè)為軸心受壓）。（3）桿件計(jì)算時(shí)采用鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算模式。2、結(jié)構(gòu)示意圖分析內(nèi)力和位移，簡化各個(gè)桿件尺寸和形狀。3、主要構(gòu)件主要承重柱，受力橫梁，拉桿尺寸與數(shù)量表。標(biāo)號形狀尺寸長度數(shù)量柱子截面11mm*8mm622mm4主梁截面外邊6*8mm內(nèi)邊4*6mm195mm220mm250mm3種長度各4根拉桿寬度8mm長度270mm281mm293mm各8根三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)本次比賽的加載規(guī)則，荷載有豎向靜載荷水平荷載及水平動(dòng)載，考慮到結(jié)構(gòu)尺寸所能承受荷

6、載的能力，需對本結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，在進(jìn)行荷載分析時(shí)將靜載和動(dòng)載簡化為均布荷載，通過計(jì)算來對相對薄弱部分作相應(yīng)的加固，使得材料得到充分合理的利用。1. 靜力分析壓桿穩(wěn)定分析Fcr=（2EI）/(2l2) =0.7；l=0.62m在網(wǎng)上查得桐木的彈性模量最大的極限力Fcr= 37.5N故可求得主要受力桿件邊長約為10mm。結(jié)構(gòu)頂部加載豎向荷載80N，均勻分布。根據(jù)受力特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)形式，將荷載簡化為均布力，分別同時(shí)施加在結(jié)構(gòu)的四根承重柱上。 根據(jù)荷載的分布和動(dòng)荷載的加載，找出結(jié)構(gòu)最大處位移和最大處應(yīng)力，分析最大處節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性。 柱子的剪力圖 3、內(nèi)力分析 由于本結(jié)構(gòu)桿件較多，而且多為超靜定連接，直接手算不太現(xiàn)實(shí)，我們根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)選型，桿件的截面系數(shù)，和材料屬性等，在SAP2000中建立模型，進(jìn)行有限元分析，最終計(jì)算可知我們的模型能承載大約160N的豎向靜載，而對于動(dòng)荷載的影響，對于100N的水平動(dòng)載依然能夠承受。4、計(jì)算簡圖梁的計(jì)算剪力圖 四、結(jié)構(gòu)分析總結(jié)1、本結(jié)構(gòu)主要是利用四根主要受力桿的軸力來抵抗荷載的作用2、針對結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和位移情況，選擇箱型桿件，成為我們結(jié)構(gòu)一大特色。3、根據(jù)分析的結(jié)論，我們選擇拱型桁架橋作為主體形狀，受力均勻，加載方便，穩(wěn)定性好。4、主梁與承