大連市結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽設(shè)計說明書樣本(共21頁)

1、大連市結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽設(shè)計說明書大連理工大學(xué)第十二屆結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書 作品名稱 龍門吊 參賽隊員專業(yè)名稱目 錄一、概念設(shè)計2（一）方案構(gòu)思2（二）結(jié)構(gòu)選型方案比較222. 設(shè)計方案243. 設(shè)計方案35（三）最終方案詳述6.6 .7 .8二、計算設(shè)計.10（一） 靜力分析.10（二） 基本假設(shè).13（三） 荷載分析13（四）位移分析13（五）承載能力的優(yōu)化與極大值估算15三、構(gòu)造設(shè)計16四小結(jié).18一、概念設(shè)計（1） 方案構(gòu)思本次設(shè)計競賽主要有三個方面的技術(shù)要求:模型制作材料模型制作材料為組委會統(tǒng)一提供的230克巴西白卡紙、鉛發(fā)絲線（鞋底線）和白膠。不得使用組委會指定以外的其它任何材料，否則將直接取

2、消其參賽資格，并在賽會中通報。模型輪廓尺寸限定模型正立面投影限制在如圖1所示陰影范圍內(nèi)；側(cè)立面投影限制在圖2所示陰影范圍內(nèi)。提交模型時，參賽學(xué)生應(yīng)使用賽會的固定裝置、模型驗收模具進(jìn)行試安裝，以確認(rèn)模型符合尺寸要求，并取得參賽資格。此外，為保證能夠在模型上表面施加移動荷載，模型的上表面應(yīng)具備足夠的硬度及平整度。模型柱腳錨固構(gòu)造為保證模型能可靠地錨固于加載試驗裝置臺面，制作模型時，嚴(yán)格按照賽會規(guī)定限位器的尺寸制作模型柱腳。（2） 結(jié)構(gòu)選型方案比較框架結(jié)構(gòu)是指由梁和柱以剛接結(jié)或者鉸結(jié)相連接構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu)，即由梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現(xiàn)的荷載。本次結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽為正是以框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計為背景

3、，承受較大豎向荷載，基于這些原則，我們做了如下的探索。：由于結(jié)構(gòu)在自由端受到豎直荷載的作用，可知在外圍一側(cè)結(jié)構(gòu)受拉，內(nèi)側(cè)受壓。已知白卡紙的抗拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的3倍，所以外側(cè)用單層桿連接，內(nèi)側(cè)用雙層雙桿進(jìn)行連接。同時，為了防止受拉一側(cè)出現(xiàn)較大變形，設(shè)置了多個支撐桿保持其穩(wěn)定。為了使桁架沒有較大的偏心，在兩側(cè)又設(shè)置了四條拉桿。 結(jié)果分析：使用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，分析可得，本方案設(shè)計的比較保守，使得任何一個桿件的承受方式都遠(yuǎn)高于題目要求的荷載。：結(jié)合方案一加載結(jié)果的分析，設(shè)計了方案二的構(gòu)造：刪除或減小大部分桿件，減輕底座的自重，增強(qiáng)底座與固定臺的連接。圖2 方案2正視圖 結(jié)果分析：使用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，

4、分析可得，軸力的改變并不大，下梁中間彎矩基本上沒有改變。所以使用這種結(jié)構(gòu)能很大減少中間支撐桿件的重量，而受力基本上不影響。 （三）最終方案詳述：為利用材料（白卡紙、白乳膠等）的力學(xué)性能，結(jié)合已有結(jié)構(gòu)力學(xué)等力學(xué)知識，結(jié)合現(xiàn)行高層建筑設(shè)計規(guī)范等資料；同時為了滿足本次大賽的設(shè)計要求，在老師的指導(dǎo)下，我團(tuán)隊隊員不斷探索，最終采用了現(xiàn)在的兩榀桁架的結(jié)構(gòu)模型。充分的利用了白卡紙的力學(xué)性能。 1）、主桿設(shè)計：為了節(jié)約材料，加大結(jié)構(gòu)加載最終荷重比，我們將各桿件進(jìn)行嚴(yán)格的理論分析，確定各桿件受力情況。將豎向二根主要受壓柱子采取多層折疊，并結(jié)合水平單向荷載的特點(diǎn)，將四根主要受壓梁采用10mm*10mm雙層矩形截面

5、截面；由于中間彎矩大，我們采用了六個10mm*10mm*2矩形截面雙層雙梁疊加的形式。 2）、水平連接桿件設(shè)計： 由于水平桿件主要起結(jié)構(gòu)連接作用，并不主要受力，其應(yīng)力較小，為節(jié)約材料，減輕結(jié)構(gòu)自重，在工藝允許范圍內(nèi)，考慮到手工制作問題，于是我們將水平連接桿件設(shè)計為10mm*10mm的正方形截面單層桿，在滿足承載力要求的前提下大大降低了結(jié)構(gòu)自重。 圖5 水平連接桿效果圖 3. 設(shè)計圖紙2、 計算設(shè)計（一）靜力分析 在對模型進(jìn)行靜荷載分析時，我們采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器軟件分析。確定該結(jié)構(gòu)后我們建立了結(jié)構(gòu)的空間模型，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器軟件建模又對結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。1、 計算模型模型簡化使用結(jié)構(gòu)力學(xué)

6、求解器進(jìn)行簡化，將使用40Kg的荷載，因為接觸長度為5cm，所以我們再將荷載以40Kg計算的時候，頂部承受4KN/m的均布荷載，受力分析如下 彎矩圖 軸力圖 剪力圖 位移圖標(biāo)題:無標(biāo)題內(nèi)力計算桿端內(nèi)力值 ( 乘子 = 1)- 桿端 1 桿端 2 - - 單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪力 彎矩- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

7、54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 -標(biāo)題:無標(biāo)題位移計算桿端位移值 ( 乘子 = 1)- 桿端 1 桿端 2 - - 單元碼 u -水平位移 v -豎直位移 -轉(zhuǎn)角 u -水平位移 v -豎直位移 -轉(zhuǎn)角- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62

8、63 64 65 -內(nèi)力計算桿端內(nèi)力值 ( 乘子 = 1)- 桿端 1 桿端 2 - - 單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪力 彎矩- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 -（五）承載能力的優(yōu)化與極大值估算 整體是壓彎組合的穩(wěn)定性分析（因為高寬比不大，可忽略整體穩(wěn)

9、定性問題），局部壓桿屈曲（計算也表明了這種情況）實際上是第二類失穩(wěn)問題（極值點(diǎn)失穩(wěn)），由于分析起來比較復(fù)雜，可看成兩端鉸支的第一類穩(wěn)定性問題經(jīng)過定性分析及其估計計算并通過實驗驗證。利用實際加載，我們按照競賽要求，對制作的模型進(jìn)行了靜載實驗，并通過靜載實驗，結(jié)合理論分析對桿件的布置和截面進(jìn)行了多次優(yōu)化，使得結(jié)構(gòu)能承受靜荷載的情況下，到達(dá)結(jié)構(gòu)重量輕、位移小的效果。初步估計最大承受荷載為40KG。3、 構(gòu)造設(shè)計 1. 截面形式選取由于賽題提供白卡紙原材料，白卡紙做出的截面形式可以不限，為滿足我們設(shè)計結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在截面大小、截面抗彎剛度的要求下，模型結(jié)構(gòu)壓桿主要采取正方形截面形式；而主要抗彎桿件采用的是

10、矩形截面，相同面積時矩形慣性矩最大，抗失穩(wěn)效果最佳。2、 桿件制作為了制作標(biāo)準(zhǔn)矩形、正方形截面桿件，減小因為桿件尺寸誤差帶來的裝配應(yīng)力，我們不斷探索；最終采用圖紙砸點(diǎn)畫痕折疊等多種方法綜合應(yīng)用。在制作模型前期，我們按照設(shè)計整個桁架的詳細(xì)尺寸在CAD軟件中成圖并按照1：1打印到圖紙中；制作流程為：用鉛筆按照尺寸畫點(diǎn) 圓珠筆劃痕折疊成型粘膠成型 吹干 誤差處理（施壓）其中，在桿折疊過程中，為了做出標(biāo)準(zhǔn)的棱角，而結(jié)合白卡紙的性能，我們采取了圓珠筆劃痕的方法，實踐證明該方法可行高效。另外，在桿件粘膠成型后期強(qiáng)度體現(xiàn)過程，結(jié)合工程實際（鋼筋混泥土應(yīng)該在常溫下養(yǎng)護(hù)一段時間），但是由于比賽時間有限，我們采用

11、吹風(fēng)機(jī)均勻吹熱風(fēng)加速乳白膠的凝固加快桿件強(qiáng)度的提升，同時，在實際制作過程中可能會由于受熱不均使桿件變彎，我隊采取后期施加壓力等方法解決。l 主桿中部加固處理經(jīng)過前期實驗我們摸索到，主要受壓構(gòu)件及其受彎構(gòu)件端部易出現(xiàn)失穩(wěn)破壞，因此在細(xì)長桿件的中部采取局部加固的方法提高強(qiáng)度。l 節(jié)點(diǎn)處理在節(jié)點(diǎn)處，為了使此節(jié)點(diǎn)牢固，我們在桿件拼接連接過程中采取了加大接觸面積的方法進(jìn)行處理，將采取在桿件連接時，在比較薄弱的地方貼一段薄紙片，然后用白乳膠粘接，保證節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度要求。 圖12 節(jié)點(diǎn)效果圖四、小結(jié)經(jīng)過這么多天的準(zhǔn)備，歷經(jīng)方案設(shè)計、模型修正一直到最終這個成型的作品，象襁褓中的孩子，雖然并不完美，但是凝聚了我們?nèi)M員的心血。 從最初的慢慢