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6up结构设计竞赛参赛设计说明书(附图纸

时间:2020-08-14 09:05

  设计竞赛设计说明书 作品名称 ============== 参赛队员 ========================================= 专业名称 指导教师 ===================================== 二〇一四年 1 理论分析计算书目录 一、设计说明 ……………………………………………………(3) 1、方案构思 ……………………………………………………(3) 2、结构选型 ……………………………………………………(3) 3、结构特色 ……………………………………………………(4) 二、结构承重计算 ………………………………………………(4) 1、设计基本假定…………………………………………………(4) 2、模型结构图 …………………………………………………(4) 3、弯矩内力计算 ………………………………………………(5) 4、剪力计算 …………………………………………………(6) 5、轴力计算 ………………………………………………(6) 6、计算成果应用模型设计……………………………………(7) 三、模型简图 …………………………………………………(8) 四、参考文献 …………………………………………………(9) 2 一、设计说明 根据竞赛规则要求,我们从模型制作的材料抗压特性,6up,抗拉特性, 加载形式和挠度控制要求等方面出发,结合赛会绿色环保的理念,采 用比赛要求的 230g 白色卡纸、白乳胶、铅丝线精心制作出这款名为 “语塞幻想”的塔吊模型。 1、方案构思 塔吊模型支柱主要通过悬臂梁承受较大偏心荷载。这就要求悬臂 梁具有较强的抗弯性能,柱子需要较强的抗压和抗弯性能。整个塔吊 模型悬臂端处挠度值需小于 50mm,因此在承载力满足要求的前提下, 尽可能地控制结构的整体变形。 结合纸质杆件材料参数难以确定的 特点(如杆件抗拉、压强度等),我们采用定性分析和试载实验相结 合的方法来完成模型的设计制作。 2、结构选型 按设计要求,结合塔吊的受力特征,模型柱子采用矩形截面空间 桁架结构。梁由底端的两道箱型细长梁以及连接至柱顶的斜拉结构组 成。 因柱子在满载的工况下为偏心受压状态,C 点加载 5kg 时,偏心 距为 e=M/N=341mm。因此在柱受拉和受压一侧杆件布置可不等。 在斜拉材料的选取上,主要有铅丝线,纸带和细杆三种。从自重 角度上出发,铅丝线和纸带能大幅减轻结构自重。但在三次试载实验 中,我分分别采用加密斜拉联系的情况下,挠度控制效果不明显,C 点最小挠度高达 90mm。并且试载期间还出现斜拉结构绷直程度不均 匀导致的结构扭转破坏。鉴于此,我们拟采用了细长斜拉杆作为斜拉 3 结构。试载实验中,在仅有三道斜拉杆的情况下,C 点挠度基本能控 制在 50mm 以内。通过进一步实验,在斜拉杆和主梁间适当增加斜杆 作为支撑能够进一步减小 C 点的挠度。最终,我们将梁设计为非等强 度杆件组成的空间桁架结构。 3、结构特色 这个名为 的模型是经过多次循环反复试验而制作出来的,它 凝聚了所有试验所得的经验。 它的优点: (1)从结构的外形上看,我们充分地利用了三角形稳定性的原 理,结构主要受力部分几乎都由三角形连接。 (2)斜拉结构,拉杆和压杆分工明确,为数不多且瘦弱(单层 纸)的斜腹杆很好了串联彼此,让三者唇齿相依,构造出了一道较强 的梁。 (3)我们将柱四角的杆件改为单根,通过增加斜杆,来增加整 体稳定性,且让结构不那么枯燥单调。 二、结构承重计算 1、设计基本假定 (1)杆件材质连续均匀。 (2)柱子结构节点连接为理想桁架节点。 2、模型结构图 根据模型结构和加载方式,模型可简化为如下图所示。其中 4 A、B 在加载期间为集中荷载,分别为 50N、10N。C 点由 0 递增 到 50N。 3、弯矩内力计算 根据结构简图,可绘出 C 点荷载增加期间弯矩包络图如 下: 4、剪力计算 5 根据结构简图,可绘出 C 点荷载增加期间剪力包络图如下: 5、轴力计算 根据结构简图,可绘出 C 点荷载增加至最大时柱轴力图: 6、计算成果应用模型设计 6 因难以确定杆件各项力学性能指标,故难以应用弹塑性方 法来进行抗力计算。因此,我们根据计算成果中的弯矩,剪力, 轴力在结构中分布特点选择性地减轻或减弱。模型结构设计基本 遵循以下步骤: (1)、参照弯矩、剪力包络图,轴力图,在危险点或区段强化结 构强度或刚度,做出结构模型。 (2)、完全模拟赛会要求的加载方式对结构进行试验性加载。测 出相应的挠度,破坏位置以及局部变形特征。 (3)、对试验所取得的成果进行定性分析,经讨论给出相应的解 决方案,再次经行试验。若强度满足要求,可定性地选择性增加 或去除部分支撑辅助杆件,以期达到提升刚度、控制变形或者优 化结构的目的。 现列举模型制作以及试验过程中,所遇到的一些问题及解决方 案: (1) 问题:梁与柱顶连接处和柱中间支撑处,杆件局部受压 变形,带动相邻杆件突然破坏。 原因分析:因纸质杆件为薄壁结构,柱顶集中荷载较大, 极易产生局部变形而影响结构整体稳定性。这点符合钢 结构中的局部承压问题的特征。 解决方案:参照钢结构中加劲肋的设计方法对集中荷载 处加强,如粘贴若干纸片硬化。 (2) 问题:当荷载较大或用悬绳连接时,结构因晃动产生扭转 7 而突然破坏。 原因分析:制作过程中,因误差、加载晃动或者柔软结构 绷直程度不一致造成作用力偏心,产生扭矩。纸带或绳索 又不能约束这种扭转,而梁,柱因未采取抗扭设计而不足 以抵抗扭转破坏。 解决方案:在梁、柱加设横向支护杆或增大柱截面尺寸。 三、模型简图 8 模型效果图 四、参考文献 1、材料力学(上,第五版),孙训方,2009,高等教育出版社 2、结构力学(上,第五版),李廉锟,2010,高等教育出版社 3、钢结构基本原理,金生吉,白泉,谷军明,中国建材工业出 版社 9