結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書模板

-.z.西南科技大學(xué)第十五屆構(gòu)造設(shè)計競賽〔建工組〕渡槽支承系統(tǒng)構(gòu)造模型設(shè)計及制作方案設(shè)計說明書作品名稱駐華而立參賽編號001參賽隊員張三李四王五提交類型終稿二○一八年四月摘要我國是一個水資源短缺的國家，且水資源時空分布不均勻?？傮w來看，時間上，夏秋多、冬春少；空間上，南方多、北方少。在這種情況下，我國利用空間渡槽支承系統(tǒng)構(gòu)造架起了輸水管道，將南方相對充分的水資源運往北方，這是我國解決水資源匱乏問題的方法之一。本次構(gòu)造設(shè)計競賽制作的模型構(gòu)造就是渡槽支承系統(tǒng)構(gòu)造，此模型構(gòu)造要求輸水管應(yīng)經(jīng)過相隔一米的A、B兩個灌溉點，其余構(gòu)造自定義?；诒举愵}要求，我們合理設(shè)計了強度大、撓度小、同時兼顧穩(wěn)定性的構(gòu)造體系?？傮w方案采用橋梁大跨度與普通跨度結(jié)合的設(shè)計，梁體設(shè)計在大跨處采用張弦設(shè)計。普通跨度處采用張拉式多跨支撐及連續(xù)格構(gòu)柱支撐的方案，橋墩設(shè)計采用格構(gòu)柱及"V〞型門架設(shè)計，"V〞型門架與承臺板用螺釘連接，為拉緊拉條提供支點，中部格構(gòu)柱用于支撐輸水管。最后一段橋梁采用三個格構(gòu)柱連續(xù)支撐的設(shè)計方式，可靈活應(yīng)變輸水管長度不均，最后一段自然彎曲角度大等問題。模型整體均利用竹皮良好的抗拉性能，如此設(shè)計可以保證在較小質(zhì)量的狀態(tài)下保證構(gòu)造的強度、剛度和穩(wěn)定性。在概念設(shè)計后經(jīng)屢次有限元分析計算、實體模型的試驗和構(gòu)件的不斷優(yōu)化，確定了具有較佳荷重比的模型。本計算書主要從構(gòu)造方案、構(gòu)造建模及受荷分析、節(jié)點構(gòu)造、模型制作4個局部進展闡述。通過有限元分析程序Midascivil對模型進展了靜力分析，結(jié)果說明所用構(gòu)造體系具有較強的承載力和良好的穩(wěn)定性能，在滿足大跨度要求下成功抵御競賽給定的靜載作用。關(guān)鍵詞：渡槽支承系統(tǒng)靜力分析Midascivil分析目錄TOC\o"1-2"\h\u6996摘要15205第一章設(shè)計說明1324001.1作品簡介1277351.2設(shè)計思路2227951.3構(gòu)造選型4452第二章節(jié)點構(gòu)造7130132.1桿件拼接連接7260502.2背索與柱節(jié)點的連接7179982.3橋面拉索與背索的連接855392.4柱腳節(jié)點以及固定8322352.5背索固定917112.6材料截面選擇96714第三章總結(jié)與感悟13-.z.第一章設(shè)計說明1.1作品簡介此次構(gòu)造設(shè)計大賽模型為渡槽支承系統(tǒng)構(gòu)造模型，采用竹質(zhì)材料制作完成，。模型可分段可整體，至少需要一個跨度為1050mm橋。加載時，模型包括承臺板、各段模型以及輸水管三局部。模型荷載由輸水管注水實現(xiàn)，水流逐漸注滿整個輸水管，并持荷20s，最后排出所有水。模型柱子與承臺板通過螺釘固定在承臺板上。其中，輸水管與輸水裝置、承臺板、螺釘均由主辦方提供。模型的制作、粘結(jié)用502膠水完成。本次競賽的目的是在滿足賽題要求的前提下，合理設(shè)計構(gòu)件截面形式、截面尺寸、構(gòu)件連接方式、構(gòu)造布置形式以及制作工藝，使得最終的構(gòu)造模型在具有較強的豎向承載能力的同時，有足夠的強度與側(cè)向穩(wěn)定性，以及接近正常使用極限狀態(tài)承受50kg荷載為前提，以承受均布荷載作用下所產(chǎn)生的彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。同時根據(jù)賽題規(guī)則，要充分考慮構(gòu)造自重以及剛度，在保證構(gòu)造正常使用極限狀態(tài)承受50kg荷載和到達更大的極限承載能力極限狀態(tài)，以及保證模型穩(wěn)定性的情況下，以最小的構(gòu)造自重承受各層剪力、軸力、彎矩、扭矩，并且保證足夠大的輸水效率。在整個設(shè)計模型的過程中，我們充分的運用到了所學(xué)的材料力學(xué)、構(gòu)造力學(xué)、流體力學(xué)、橋梁工程等相關(guān)知識，同時查閱了橋梁受均布豎向荷載作用和水流沖擊荷載作用的相關(guān)原理，綜合橋梁構(gòu)造的傳力、受力特點，考慮多方面因素，最終采用此方案。橋跨局部：整個橋為張弦式構(gòu)造橋，整體跨度為1040mm。橋分4跨，上弦桿采用4mmmm拉條，起構(gòu)型作用，保證腹桿穩(wěn)定性；以及在卸載后使模型能恢復(fù)原狀以保證排水效率。下弦梁采用6mmmm中薄雙層竹皮拉條，在滿足強度要求的情況下，使用雙層拉條防止構(gòu)件因材料離散性在節(jié)點處破壞。橋兩端擱置在柱上，柱采用魚腹式格構(gòu)柱，根本滿足構(gòu)造剛度及穩(wěn)定性要求。背索采用5mmmm中薄雙層竹皮拉條，兩條背索向中靠攏端固定于一點，提供橋向外拉力，抵抗水流對橋不利荷載。普通跨度局部：普通跨度采用兩段高度逐級降低的多跨支撐構(gòu)造和一段連續(xù)格構(gòu)柱支撐構(gòu)造，多跨支撐構(gòu)造橋墩為兩個"V〞型門架和一個格構(gòu)柱，其連續(xù)高度為320mm、310mm、300mm及295mm、285mm、275mm，橋面為兩條7mm*0.35mm拉條，根本滿足構(gòu)造強度要求。垂直橋面方向采用3mm*0.35mm拉條連接，增強模型整體性。"V〞型門架柱子采用0.35mm厚竹皮制作成的6mm*7mm日字桿，柱腳用螺釘卡住防止其滑動。格構(gòu)柱垂直及水平方向桿件采用2mm*2mm竹條，其余局部均采用2mm*0.35mm拉條，增強格構(gòu)柱穩(wěn)定性及整體性。連續(xù)格構(gòu)柱連續(xù)高度為270mm、260mm、250mm。1.2設(shè)計思路1.2.1設(shè)計思路此次構(gòu)造設(shè)計競賽要求設(shè)計的模型為渡槽支承構(gòu)造，制作材料為本色復(fù)壓竹皮及竹條。根據(jù)題目要求，在滿足高差要求、輸水效率、指定水流路徑點，構(gòu)造各構(gòu)件形式可合理設(shè)計，布置、構(gòu)件內(nèi)部構(gòu)造以及構(gòu)件的平面內(nèi)約束在規(guī)定范圍內(nèi)即可，這就給我們的方案設(shè)計提供了空間，我們的設(shè)計思路如下：1〕確保主體構(gòu)造強度與穩(wěn)定性，保證構(gòu)造正常使用極限狀態(tài)根據(jù)本次比賽的評分規(guī)則，構(gòu)造首先應(yīng)能承受50kg加載和不整體失穩(wěn)，故在制作時注重構(gòu)造的整體性和對稱性的準(zhǔn)確度與錨固可靠性。2〕優(yōu)化構(gòu)造強度、剛度分布經(jīng)過理論分析，模型在豎向荷載和水流沖擊作用下，構(gòu)造主要承受豎向彎矩作用和面外傾覆，需要足夠的抗彎剛度和穩(wěn)定性，因此采用張弦式橋和多跨支撐構(gòu)造。同時由于水流的加載過程會逐漸產(chǎn)生不同程度的偏心，彎矩將到達增大，然后逐漸減小直至穩(wěn)定，而剪力逐漸增大直至最大，期間橋梁構(gòu)造將可能產(chǎn)生簡諧振動，最終構(gòu)造跨中彎矩最大，柱頂剪力最大。據(jù)此我們的橋梁構(gòu)造采用了張弦梁形式多跨支撐及連續(xù)格構(gòu)柱支撐形式，有效利用竹皮良好的抗拉性能，具有較大的豎向承載力。在此條件下，利用軟件計算分析模型頂部傾覆，嘗試找到在滿足強度要求的前提下又具有一定的抗側(cè)剛度，同時又不至于豎向位移太大而降低輸水效率。柱與卡扣榫卯構(gòu)件相連接并用螺釘緊固，連接結(jié)實，脫落概率極小。橋梁上弦桿拉拉條保證豎向構(gòu)件穩(wěn)定性及模型整體性，張弦式橋梁豎向承載力比擬好，只是安裝時給拉條施加的預(yù)應(yīng)力效果會影響承載力。3〕平面外設(shè)置拉條，提高構(gòu)造抗側(cè)剛度構(gòu)造雖然具有足夠剛度但構(gòu)造整體性缺乏，在橋兩端均設(shè)置了拉條，使當(dāng)構(gòu)造存在側(cè)傾傾向時能夠拉的住此模型，且在靜載作用下，在構(gòu)造發(fā)生扭轉(zhuǎn)時，拉條的一松一緊，有效抵抗扭矩防止節(jié)點脫開。1.2.2方案演化在制作模型初期我們采用的總體方案為橋梁大跨度與普通跨度結(jié)合的設(shè)計，梁體設(shè)計在大跨處采用張弦式設(shè)計，普通跨度采用多跨支撐以及多個格構(gòu)柱支撐形式。因為該構(gòu)造形式比擬成熟，根本工程中均直接考慮此種構(gòu)造。通過高度逐漸降低的連續(xù)梁橋?qū)⑤斔退?。因此，接下來我們將著重考慮構(gòu)造的剛度、構(gòu)件強度、施工工藝的設(shè)計。通過理論分析、屢次的模型試驗同時考慮到多種因素，我們的構(gòu)造模型設(shè)計方案經(jīng)過了如下的演化過程，最終形成參賽方案。圖SEQ圖\*ARABIC1方案演化圖〔1〕確保主體構(gòu)造的強度和穩(wěn)定性為了確保構(gòu)造承受賽題要求的豎向荷載并且保證整體的穩(wěn)定性，使用張弦式橋梁，并且采用較大的截面和整體截面，下面采用中薄雙層6mm×。普通跨度處為保證多跨支撐的強度，在跨中我們增設(shè)一個格構(gòu)柱來降低跨中撓度，提高輸水效率?！?〕協(xié)調(diào)各截面剛度分布在前期試驗根底上，主體構(gòu)造有了較好的強度和穩(wěn)定性。在保證構(gòu)造整體穩(wěn)定的根底上，結(jié)合對位移的分析，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)模型剛度較小，過分加強又過大，水流沖擊時可能會造成損壞。此時并非構(gòu)造的最優(yōu)剛度。因此在主跨橋梁處橋柱我們選擇使用魚腹式格構(gòu)柱來滿足橋跨局部的強度和剛度要求，且格構(gòu)柱穩(wěn)定性好。多跨支撐局部為降低兩端橋柱的彎矩，我們選擇將柱頂端外傾，保證橋柱不會受彎破壞?！?〕設(shè)計抗扭構(gòu)造措施由于模型〔特別是最大跨度的橋梁〕，跨度大，高度高，在水流沖擊作用下容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。在橋梁兩側(cè)外部設(shè)置向內(nèi)側(cè)擴張的拉條，以控制其穩(wěn)定性，防止輸水管轉(zhuǎn)角沖擊對兩側(cè)模型產(chǎn)生不利影響。同時用竹皮包住節(jié)點，防止節(jié)點脫開?！?〕最大限度減小模型自重在保證構(gòu)造豎向承載力、整體剛度、抗扭能力的情況下，本模型盡可能減小自重。經(jīng)過理論計算和實踐測試我們橋跨局部的下部拉索采用6*0.55的中薄雙層拉條，上部構(gòu)型拉條采用4*0.35，背索采用5*0.55的中薄雙層拉條。多跨支撐段橋面拉索在1200跨度段我采用7*0.35，在1300跨度段采用8*0.35，背索采用7*0.35。因格構(gòu)柱承壓能力強，受壓桿采用最細(xì)的2*2竹條制作。該模型制作難度低，模型質(zhì)量輕，該構(gòu)造抗剪強度也滿足要求，輸水效率高，較為穩(wěn)妥。構(gòu)造豎向承載力、整體穩(wěn)定性、抗扭能力也都得到保證。1.3構(gòu)造選型1.3.1模型構(gòu)造選擇本次競賽的渡槽支撐系統(tǒng)滿足具體的灌溉點、高度、持荷加載、卸載以及輸水效率的要求，但是對于構(gòu)造的形式不做要求，因此在模型的構(gòu)造選擇中我們有較大的選擇空間。通過解讀與分析賽題，我們認(rèn)為所制作的模型要滿足以下的根本要求：〔1〕模型長度應(yīng)符合自然管長6.5m，且需經(jīng)過AB兩灌溉點；〔2〕模型不發(fā)生整體垮塌〔允許局部損壞，但輸水管不得觸碰承臺板并且不能損壞〕，且輸水效率應(yīng)到達賽題要求的90%；〔3〕滿足現(xiàn)場制作和裝載時，使用規(guī)定工具能到達的拼裝精度，且制作工序不過于復(fù)雜，尤其是要便于安裝防止安裝超時。在對多種構(gòu)造形式的模型測試和分析中，得出以下結(jié)論：多跨桁架橋：優(yōu)點：強度大，穩(wěn)定性高，模型形變小，輸水效率高。缺點：自重大，制作工藝復(fù)雜，模型節(jié)點過多不利于處理，。多跨張弦橋：優(yōu)點：制作工藝簡單，輸水效率高，強度滿足荷載要求。缺點：自重較大，穩(wěn)定性較差，拉條因材料離散性易發(fā)生斷裂。單跨張弦橋+多個四角支撐構(gòu)造：優(yōu)點：制作工藝簡單，安裝效率高，輸水效率高，強度滿足荷載要求。缺點：自重較大，與承臺板連接節(jié)點未直接連接易發(fā)生滑動。單跨張弦橋+多塔張拉式構(gòu)造+多個單立柱優(yōu)點：制作工藝簡單，輸水效率高，自重小，強度大，穩(wěn)定性較好。缺點：安裝較復(fù)雜，橋柱受彎矩較大，易發(fā)生破壞。經(jīng)過屢次實驗，理論分析，軟件模擬，我們最終選擇了第四種構(gòu)造形式并進展優(yōu)化我們得到模型形式如下列圖：圖SEQ圖\*ARABIC2模型整體實物圖1.3.2模型構(gòu)造圖圖SEQ圖\*ARABIC3橋梁尺寸圖圖SEQ圖\*ARABIC4多跨支撐構(gòu)造尺寸圖圖SEQ圖\*ARABIC5格構(gòu)柱尺寸圖第二章節(jié)點構(gòu)造2.1桿件拼接連接桿件在打印出來的圖紙上進展組裝拼接，以到達足夠的準(zhǔn)確度，降低模型受到的手工因素影響，在這個制作過程中，準(zhǔn)確度要求最高的是柱子的底端傾角，另外一個就是格構(gòu)柱的拼接準(zhǔn)確度問題，我們通過拉條對有些存在手工誤差的桿件進展調(diào)整準(zhǔn)確度，到達橫平豎直的模型效果。圖SEQ圖\*ARABIC18格構(gòu)柱節(jié)點圖SEQ圖\*ARABIC19柱底端傾角2.2背索與柱節(jié)點的連接為保證加載過程中柱的穩(wěn)定性，在柱上節(jié)點處各連接一根拉條作為背索固定柱面。柱頂拉條取計算長度延升3-5mm粘貼到與拉力方向相反的桿面保證拉條在加載過程中不會被拉脫。圖SEQ圖\*ARABIC20背索與柱節(jié)點2.3橋面拉索與背索的連接橋面拉索與背索的連接參考鋼構(gòu)造中鋼板的焊接方式，在背索與柱節(jié)點處首先用502粘接一片竹皮，再將橋面與背索粘接，為防止橋面拉索與背索拉脫，再用一片竹皮粘接橋面拉索與背索。圖SEQ圖\*ARABIC21橋面拉索與背索連接處理2.4柱腳節(jié)點以及固定柱腳與承臺板的連接，我們采用螺栓連接方式，首先將竹皮加工成一個小片，將柱腳卡進入小片，最后用螺釘固定在承臺板上。圖SEQ圖\*ARABIC22柱腳處理以及固定2.5背索固定背索的固定我們采用螺栓連接，通過螺釘將背索與承臺板進展固定。在連接處為防止孔壁破壞，我們將連接處用502粘接兩層順紋竹皮和一層逆紋竹皮，以保證孔壁在各方向上的承壓能力。圖SEQ圖\*ARABIC23背索固定2.6材料截面選擇本次比賽提供了豐富的竹材原料——竹皮與竹條，可組合成較多的截面尺寸，因此對于不同位置的桿件可合理選擇其截面，充分發(fā)揮材料的作用。所提供材料及其尺寸如下表：表SEQ表\*ARABIC1材料規(guī)格表竹材規(guī)格竹皮竹條900mm×6mm×1mm900mm×2mm×2mm900mm×3mm×3mm經(jīng)過實際實驗，理論計算，模型的構(gòu)建截面形式與模型材料表如下：表SEQ表\*ARABIC2構(gòu)件截面形式截面規(guī)格截面尺寸截面實體效果圖SB3×3H6×××T6××TP6×××××L3×L6×表SEQ表\*ARABIC3下料長度序號構(gòu)件材料截面規(guī)格下料長度數(shù)量1竹條SB2*2310422854327044260452504676477048694960401035411326122941327614224151961617417101018SB3*3350420330421SB6*160122竹皮TP6*7*362223345224340225313226L7*1250227430428410229370230L8*0.3570043112002321200233L55043455043512002361250137L2*800253842013第三章總結(jié)與感悟隨著人類的各種活動,水資源環(huán)境明顯惡化，全球目前有14%以上的水體約受到污染。水資源短缺已成為全球性的問題，在亞洲有60%的地區(qū)