結(jié)構(gòu)模型大賽計算書

1、 決賽模型計算書第十一屆結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽計算書隊伍名稱：1作品名稱：2 隊伍成員：3目 錄一、設(shè)計說明 . 4 1.1概述 . 41.2材料性能分析 . 4 1.2.1 竹材 . 41.2.2 膠水 . 5二、結(jié)構(gòu)方案概念設(shè)計 .52.1概述 . 52.2框架設(shè)計 . 5三、模型制作設(shè)計與構(gòu)造 . 63.1總設(shè)計效果圖 . 63.2主要連接圖 . 8四、結(jié)構(gòu)計算分析 . 114.1邁達(dá)斯軟件模型電算.11五、模型重量及材料表 . 235.1材料表 . 23六、施工流程說明 . 24七、關(guān)鍵問題及對策預(yù)案 . 25八、參考文獻(xiàn) . 25 14一、設(shè)計說明 1.1 概述 本次競賽模型為一大跨度結(jié)構(gòu)，采

2、用競賽組委會提供的規(guī)格的木質(zhì)材料和502膠水制作，具體結(jié)構(gòu)形式不限。此次跨度結(jié)構(gòu)需滿足競賽組委會規(guī)定的凈空要求: 下底寬500mm，凈高165mm，側(cè)高75mm，上底寬250mm；使用凈空的平面寬度為300mm；并且比賽設(shè)有加載測試，需通過加載測試后，以各組模型重量為標(biāo)準(zhǔn)得出模型得分。競賽的目的是為了在全面滿足競賽要求的前提下，通過合理設(shè)計模型的結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)較大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性，以承受靜荷載和橫向動荷載的作用，并且做到整個結(jié)構(gòu)的質(zhì)量盡可能小。整個分析設(shè)計過程需要綜合運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)等相關(guān)的知識。1.2 材料性能分析 1.2.1 木材 本次競賽中使用的木材均為桐木條，有三種規(guī)格：

3、2×2mm、2×4mm、2×6mm、2×8mm、1×55mm、5×8mm。木材有順紋與橫紋之分，順紋力學(xué)性能較好，抗拉強(qiáng)度達(dá)到 60MPa，橫紋力學(xué)性能則較差。在設(shè)計與制作過程中，我組充分利用木材順紋的抗拉性能，盡量減小對木纖維的破壞。與其它材料相比，木材的延性較好，設(shè)計時做了充分的考慮。 1.2.2 膠水 根據(jù)賽題規(guī)定，502 膠水用作主體結(jié)構(gòu)的粘結(jié)，涂膠的質(zhì)量直接影響整個結(jié)構(gòu)的性能，涂膠時應(yīng)做到少量、均勻。502 膠水的腐蝕性較強(qiáng)，使用時要非常小心，且其揮發(fā)較快，涂膠之后應(yīng)馬上粘貼，否則粘結(jié)強(qiáng)度將會受到嚴(yán)重影響。 二、結(jié)構(gòu)方案概念

4、設(shè)計 2.1 概述 考慮到賽題為一個大跨度結(jié)構(gòu)，并且重量因素為模型評比要素之一，因此我們小組打算把模型做成一個框架結(jié)構(gòu)。模型長530mm，寬245mm，高200mm，為一個長方形的框架結(jié)構(gòu)，底部用502膠水粘于底板上，模型整體結(jié)構(gòu)滿足賽題凈空要求。結(jié)構(gòu)中利用三角形結(jié)構(gòu)、并且充分利用桐木條的抗拉性能來提高模型的橫向穩(wěn)定性。在橫向梁體運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)來增加梁體的抗壓性能。模型整體結(jié)構(gòu)緊湊，減少多余材料用量，并加大了主要梁體柱體的強(qiáng)度。2.2 框架設(shè)計 結(jié)合賽題關(guān)于加載點位置、加載狀態(tài)、加載重量的要求， 我組把橫向梁做成一個類似于剪力墻的箱形結(jié)構(gòu)，以增加其抗拉性能。模型的支柱采用箱形結(jié)構(gòu)，以增加模型整

5、體的抗壓性能。模型支柱的平面內(nèi)采用三角結(jié)構(gòu)連接，使模型獲得良好的抗扭性能，以應(yīng)對加載測試中的橫向動加載。三、模型制作設(shè)計與構(gòu)造 3.1 總設(shè)計效果圖 模型整體效果圖圖 2 加載節(jié)點示意圖1 圖 2 加載節(jié)點內(nèi)視示意圖23.2 主要連接圖 圖 3 柱底節(jié)點加固圖 4 空心梁及加勁木片的形式圖 5 梁柱連接節(jié)點3.3 模型尺寸及鐵塊布置詳圖 圖 6 結(jié)構(gòu)前視圖圖 6 結(jié)構(gòu)左視圖543211S11圖 6 結(jié)構(gòu)俯視圖及加載點圖示四、結(jié)構(gòu)計算模型 4.1邁達(dá)斯軟件模型電算1給出結(jié)構(gòu)有限元計算模型。2主梁內(nèi)力及變形計算1）結(jié)構(gòu)重力引起主梁內(nèi)力及變形計算（人行道荷載12.35KN/m）。2）活載引起主梁內(nèi)力

6、及變形計算（為簡化起見，沖擊系數(shù)區(qū)1.2,荷載橫向分布系數(shù)取0.6）。3) 均勻溫度作用引起主梁內(nèi)力及變形計算（成橋溫度15）。要求給出各工況單獨(dú)作用下主梁內(nèi)力圖及組合工況作用下的內(nèi)力包絡(luò)圖，并分別以表格形式列出各工況控制截面內(nèi)力值和變形值。1. 結(jié)構(gòu)有限元計算模型?？刂平缑娴墓?jié)點號分別是：1,6,11,16,21,26,31,36,41,46,51,56,61,66,71,76,81將4跨連續(xù)梁劃分成81個節(jié)點，80個單元。各個節(jié)點坐標(biāo)如下：10.0000000.0000000.00000021.0000000.0000000.00000032.0000000.0000000.0000004

7、3.0000000.0000000.00000054.0000000.0000000.00000065.0250000.0000000.00000076.0000000.0000000.00000087.0000000.0000000.00000098.0000000.0000000.000000109.0000000.0000000.0000001110.0500000.0000000.0000001211.0000000.0000000.0000001312.0000000.0000000.0000001413.0000000.0000000.0000001514.0000000.0000

8、000.0000001615.0750000.0000000.0000001716.0000000.0000000.0000001817.0000000.0000000.0000001918.0000000.0000000.0000002019.0000000.0000000.0000002120.1000000.0000000.0000002221.0000000.0000000.0000002322.0000000.0000000.0000002423.0000000.0000000.0000002524.0000000.0000000.0000002625.1250000.0000000

9、.0000002726.0000000.0000000.0000002827.0000000.0000000.0000002928.0000000.0000000.0000003029.0000000.0000000.0000003130.1500000.0000000.0000003231.0000000.0000000.0000003332.0000000.0000000.0000003433.0000000.0000000.0000003534.0000000.0000000.0000003635.1750000.0000000.0000003736.0000000.0000000.00

10、00003837.0000000.0000000.0000003938.0000000.0000000.0000004039.0000000.0000000.0000004140.2000000.0000000.0000004241.0000000.0000000.0000004342.0000000.0000000.0000004443.0000000.0000000.0000004544.0000000.0000000.0000004645.2250000.0000000.0000004746.0000000.0000000.0000004847.0000000.0000000.00000

11、04948.0000000.0000000.0000005049.0000000.0000000.0000005150.2500000.0000000.0000005251.0000000.0000000.0000005352.0000000.0000000.0000005453.0000000.0000000.0000005554.0000000.0000000.0000005655.2750000.0000000.0000005756.0000000.0000000.0000005857.0000000.0000000.0000005958.0000000.0000000.00000060

12、59.0000000.0000000.0000006160.3000000.0000000.0000006261.0000000.0000000.0000006362.0000000.0000000.0000006463.0000000.0000000.0000006564.0000000.0000000.0000006665.3250000.0000000.0000006766.0000000.0000000.0000006867.0000000.0000000.0000006968.0000000.0000000.0000007069.0000000.0000000.0000007170.

13、3500000.0000000.0000007271.0000000.0000000.0000007372.0000000.0000000.0000007473.0000000.0000000.0000007574.0000000.0000000.0000007675.3750000.0000000.0000007776.0000000.0000000.0000007877.0000000.0000000.0000007978.0000000.0000000.0000008079.0000000.0000000.0000008180.4000000.0000000.000000荷載組合:恒載作

14、用 =自重+鋪裝+人行道 活載作用 =汽車荷載+人群荷載 綜合作用是根據(jù)軟件自動生成作用組合中選擇的包絡(luò)組合2.主梁內(nèi)力及變形計算1）結(jié)構(gòu)重力引起主梁內(nèi)力及變形計算（人行道荷載12.35KN/m）。a.梁體自重情況下梁體自重作用內(nèi)力圖如下梁體自重作用變形圖如下 梁體自重作用下各控制界面的變形值如下表 節(jié)點荷載DX (m)DY (m)DZ (m)RX (rad)RY (rad)RZ (rad)1梁體自重00000.00097406梁體自重00-0.00428900.000582011梁體自重00-0.0053450-0.000172016梁體自重00-0.0029340-0.000657021梁

15、體自重0000-0.00024026梁體自重00-0.00065200.000268031梁體自重00-0.00169300.000056036梁體自重00-0.0010940-0.000244041梁體自重00000046梁體自重00-0.00109400.000244051梁體自重00-0.0016930-0.000056056梁體自重00-0.0006520-0.000268061梁體自重00000.00024066梁體自重00-0.00293400.000657071梁體自重00-0.00534500.000172076梁體自重00-0.0042890-0.000582081梁體自重0

16、000-0.0009740梁體自重作用下的內(nèi)力值如下表單元荷載位置軸向 (kN)剪力-y (kN)剪力-z (kN)扭矩 (kN*m)彎矩-y (kN*m)彎矩-z (kN*m)1梁體自重I100-81.470005梁體自重J600-29.690279.2906梁體自重I600-29.690279.29010梁體自重J110022.090298.37011梁體自重I110022.090298.37015梁體自重J160073.88057.25016梁體自重I160073.88057.25020梁體自重J2100125.660-444.09021梁體自重I2100-110.780-444.090

17、25梁體自重J2600-58.990-17.54026梁體自重I2600-58.990-17.54030梁體自重J3100-7.210148.81031梁體自重I3100-7.210148.81035梁體自重J360044.57054.94036梁體自重I360044.57054.94040梁體自重J410096.350-299.13041梁體自重I4100-96.350-299.13045梁體自重J4600-44.57054.94046梁體自重I4600-44.57054.94050梁體自重J51007.210148.81051梁體自重I51007.210148.81055梁體自重J5600

18、58.990-17.54056梁體自重I560058.990-17.54060梁體自重J6100110.780-444.09061梁體自重I6100-125.660-444.09065梁體自重J6600-73.88057.25066梁體自重I6600-73.88057.25070梁體自重J7100-22.090298.37071梁體自重I7100-22.090298.37075梁體自重J760029.690279.29076梁體自重I760029.690279.29080梁體自重J810081.47000b.橋面鋪裝自重作用下橋面鋪裝作用下內(nèi)力圖如下橋面鋪裝作用下變形圖如下橋面鋪裝作用下各控制

19、界面變形值如下表節(jié)點荷載DX (m)DY (m)DZ (m)RX (rad)RY (rad)RZ (rad)1橋面鋪裝自重00000.00324206橋面鋪裝自重00-0.01427900.001938011橋面鋪裝自重00-0.0177930-0.000573016橋面鋪裝自重00-0.0097670-0.002187021橋面鋪裝自重0000-0.000798026橋面鋪裝自重00-0.0021700.000893031橋面鋪裝自重00-0.00563700.000187036橋面鋪裝自重00-0.0036420-0.000812041橋面鋪裝自重00000046橋面鋪裝自重00-0.00

20、364200.000812051橋面鋪裝自重00-0.0056370-0.000187056橋面鋪裝自重00-0.002170-0.000893061橋面鋪裝自重00000.000798066橋面鋪裝自重00-0.00976700.002187071橋面鋪裝自重00-0.01779300.000573076橋面鋪裝自重00-0.0142790-0.001938081橋面鋪裝自重0000-0.0032420橋面鋪裝自重作用下各控制截面內(nèi)力值如下表單元荷載位置軸向 (kN)剪力-y (kN)剪力-z (kN)扭矩 (kN*m)彎矩-y (kN*m)彎矩-z (kN*m)1橋面鋪裝自重I100-27

21、1.220005橋面鋪裝自重J600-98.830929.7506橋面鋪裝自重I600-98.830929.75010橋面鋪裝自重J110073.550993.27011橋面鋪裝自重I110073.550993.27015橋面鋪裝自重J1600245.930190.58016橋面鋪裝自重I1600245.930190.58020橋面鋪裝自重J2100418.310-1478.35021橋面鋪裝自重I2100-368.770-1478.35025橋面鋪裝自重J2600-196.390-58.38026橋面鋪裝自重I2600-196.390-58.38030橋面鋪裝自重J3100-24.01049

22、5.37031橋面鋪裝自重I3100-24.010495.37035橋面鋪裝自重J3600148.380182.89036橋面鋪裝自重I3600148.380182.89040橋面鋪裝自重J4100320.760-995.81041橋面鋪裝自重I4100-320.760-995.81045橋面鋪裝自重J4600-148.380182.89046橋面鋪裝自重I4600-148.380182.89050橋面鋪裝自重J510024.010495.37051橋面鋪裝自重I510024.010495.37055橋面鋪裝自重J5600196.390-58.38056橋面鋪裝自重I5600196.390-5

23、8.38060橋面鋪裝自重J6100368.770-1478.35061橋面鋪裝自重I6100-418.310-1478.35065橋面鋪裝自重J6600-245.930190.58066橋面鋪裝自重I6600-245.930190.58070橋面鋪裝自重J7100-73.550993.27071橋面鋪裝自重I7100-73.550993.27075橋面鋪裝自重J760098.830929.75076橋面鋪裝自重I760098.830929.75080橋面鋪裝自重J8100271.22000c.人行道板情況下人行道板自重作用下內(nèi)力圖如下人行道板自重作用下變形圖如下人行道板自重作用下各控制截面變

24、形值如下表節(jié)點荷載DX (m)DY (m)DZ (m)RX (rad)RY (rad)RZ (rad)1人行道板自重00000.00214106人行道板自重00-0.0094300.00128011人行道板自重00-0.0117510-0.000379016人行道板自重00-0.006450-0.001444021人行道板自重0000-0.000527026人行道板自重00-0.00143300.00059031人行道板自重00-0.00372300.000124036人行道板自重00-0.0024050-0.000536041人行道板自重00000046人行道板自重00-0.00240500

25、.000536051人行道板自重00-0.0037230-0.000124056人行道板自重00-0.0014330-0.00059061人行道板自重00000.000527066人行道板自重00-0.0064500.001444071人行道板自重00-0.01175100.000379076人行道板自重00-0.009430-0.00128081人行道板自重0000-0.0021410人行道板自重作用下各控制截面內(nèi)力值如下表單元荷載位置軸向 (kN)剪力-y (kN)剪力-z (kN)扭矩 (kN*m)彎矩-y (kN*m)彎矩-z (kN*m)1人行道板自重I100-179.110005人

26、行道板自重J600-65.27061406人行道板自重I600-65.270614010人行道板自重J110048.570655.96011人行道板自重I110048.570655.96015人行道板自重J1600162.410125.86016人行道板自重I1600162.410125.86020人行道板自重J2100276.250-976.3021人行道板自重I2100-243.540-976.3025人行道板自重J2600-129.70-38.55026人行道板自重I2600-129.70-38.55030人行道板自重J3100-15.850327.14031人行道板自重I3100-15

27、.850327.14035人行道板自重J360097.990120.78036人行道板自重I360097.990120.78040人行道板自重J4100211.830-657.63041人行道板自重I4100-211.830-657.63045人行道板自重J4600-97.990120.78046人行道板自重I4600-97.990120.78050人行道板自重J510015.850327.14051人行道板自重I510015.850327.14055人行道板自重J5600129.70-38.55056人行道板自重I5600129.70-38.55060人行道板自重J6100243.540-9

28、76.3061人行道板自重I6100-276.250-976.3065人行道板自重J6600-162.410125.86066人行道板自重I6600-162.410125.86070人行道板自重J7100-48.570655.96071人行道板自重I7100-48.570655.96075人行道板自重J760065.270614076人行道板自重I760065.270614080人行道板自重J8100179.11000d.所有重力作用下所有重力作用下的內(nèi)力圖如下所有自重作用下變形圖如下 所有自重作用下各控制截面變形值如下表節(jié)點荷載DX (m)DY (m)DZ (m)RX (rad)RY (ra

29、d)RZ (rad)1所有自重00000.00635806所有自重00-0.02799800.0038011所有自重00-0.0348890-0.001124016所有自重00-0.0191520-0.004288021所有自重0000-0.001565026所有自重00-0.00425400.001752031所有自重00-0.01105300.000367036所有自重00-0.0071420-0.001592041所有自重00000046所有自重00-0.00714200.001592051所有自重00-0.0110530-0.000367056所有自重00-0.0042540-0.00

30、1752061所有自重00000.001565066所有自重00-0.01915200.004288071所有自重00-0.03488900.001124076所有自重00-0.0279980-0.0038081所有自重0000-0.0063580所有重力作用下各控制截面內(nèi)力值如下表單元荷載位置軸向 (kN)剪力-y (kN)剪力-z (kN)扭矩 (kN*m)彎矩-y (kN*m)彎矩-z (kN*m)1所有自重I100-531.80005所有自重J600-193.7901823.0406所有自重I600-193.7901823.04010所有自重J1100144.2201947.6011所

31、有自重I1100144.2201947.6015所有自重J1600482.220373.68016所有自重I1600482.220373.68020所有自重J2100820.230-2898.73021所有自重I2100-723.090-2898.73025所有自重J2600-385.080-114.46026所有自重I2600-385.080-114.46030所有自重J3100-47.070971.32031所有自重I3100-47.070971.32035所有自重J3600290.930358.61036所有自重I3600290.930358.61040所有自重J4100628.940-

32、1952.57041所有自重I4100-628.940-1952.57045所有自重J4600-290.930358.61046所有自重I4600-290.930358.61050所有自重J510047.070971.32051所有自重I510047.070971.32055所有自重J5600385.080-114.46056所有自重I5600385.080-114.46060所有自重J6100723.090-2898.73061所有自重I6100-820.230-2898.73065所有自重J6600-482.220373.68066所有自重I6600-482.220373.68070所有自

33、重J7100-144.2201947.6071所有自重I7100-144.2201947.6075所有自重J7600193.7901823.04076所有自重I7600193.7901823.04080所有自重J8100531.80002）活載引起主梁內(nèi)力及變形計算（為簡化起見，沖擊系數(shù)區(qū)1.2,荷載橫向分布系數(shù)取0.6）。a.汽車荷載情況汽車荷載作用下內(nèi)力圖如下汽車荷載作用下變形圖如下汽車荷載作用下各控制截面變形值如下表節(jié)點荷載DX (m)DY (m)DZ (m)RX (rad)RY (rad)RZ (rad)1汽車荷載(全部)00000.00264306汽車荷載(全部)000.012005

34、00.001788011汽車荷載(全部)000.0161400.000547016汽車荷載(全部)000.01015200.001858021汽車荷載(全部)00000.001715026汽車荷載(全部)000.00830500.001464031汽車荷載(全部)000.012500.000411036汽車荷載(全部)000.0083800.001457041汽車荷載(全部)00000.001468046汽車荷載(全部)000.0083800.001458051汽車荷載(全部)000.012500.00041056汽車荷載(全部)000.00830700.001464061汽車荷載(全部)00

35、000.001715066汽車荷載(全部)000.01014800.001858071汽車荷載(全部)000.01614600.000547076汽車荷載(全部)000.01200300.001787081汽車荷載(全部)00000.0026420汽車荷載作用下各控制截面內(nèi)力值如下表單元荷載位置軸向 (kN)剪力-y (kN)剪力-z (kN)扭矩 (kN*m)彎矩-y (kN*m)彎矩-z (kN*m)1汽車荷載(全部)I100275.580005汽車荷載(全部)J600178.70843.7806汽車荷載(全部)I600178.70843.78010汽車荷載(全部)J1100156.070

36、996.75011汽車荷載(全部)I1100156.070996.75015汽車荷載(全部)J1600232.90588.98016汽車荷載(全部)I1600232.90588.98020汽車荷載(全部)J2100301.880721.58021汽車荷載(全部)I2100299.060721.58025汽車荷載(全部)J2600218.780566.33026汽車荷載(全部)I2600218.780566.33030汽車荷載(全部)J3100135.590848.19031汽車荷載(全部)I3100135.590848.19035汽車荷載(全部)J3600215.940581.73036汽車荷載(全部)I3600215.940581.73040汽車荷載(全部)J4100294.4