结构设计书.doc

2012年工学院结构设计大赛计算书 作品名称：小小桥 参赛人员： 舒俊豪 蒋震 申扬帆 2012年11月9日星期五 结构设计技术要求 模型材料要求 结构模型材料制定为1300*20*4(mm)和1300*20*6(mm)的竹材；粘结剂为502胶，可用纱线连接。竹材为各向异性材料，力学性能为顺纹弹性模量1.0*10^4Mpa,顺纹抗拉强度60Mpa。 模型设计，制作要求 结构模型计算跨径不小于900mm（支点侧距离），模型外围长度为1200mm，宽度为500mm,高度为800 mm；其结构设计应满足大跨度要求。 结构选型与体系 选型思路 （1） 我们要用竹材做一个空间大跨度的结构，而竹子的各项力学性能良好，且模型主要承受竖直荷载和较大的水平动载，竖直荷载较容易满足，水平动载对结构的刚度要求较高，同时要求结构有较强的抗剪能力。（为什么要抗剪呢？因为现在的土木结构，都要有良好的抗震性） （2）设计的总原则是：尽可能的利用细杆来提高柱子的承载力，并利用竹材材的抗拉性能，及抗压性能来抵抗荷载的作用。通过增加斜杆件结构，来增加抗剪性和几何不变体系。 （二）结构特点 按照设计要求，大跨度结构不仅会承受荷载还有可能会受到较大的水动力荷载，所以考虑到动荷载作用，因此，我们选择了整体构造截面为矩形的桁架结构，并且利用箱型梁与正方形（由于胶水的缘故，粘贴并不完全刚接，其实处于刚接和铰接之间，刚接作用强一点，所以这里采用刚接）柱子的刚性连接形成矩形框架，使结构具有较好的整体性，以便承受较大的动力荷载。 我们综合考虑了我们的设计，具有以下特点： 特点一：考虑材料有较高的抗拉性能，结合材料的力学性能，我们结构的主梁设计为箱型梁，增强梁的抗弯性和承载能力。 特点二：结构简单，用材少，次梁采用T型梁，T梁两横一竖正交相接并与上下斜撑和直撑连接，T梁腹板承槽型相对形成很大的接触面积使得次梁与上下结构更好的粘结，即省材料又美观实用。 特点三：施加预应力——在结构承受300KN左右荷载的基础上,进行斜拉杆的粘结，卸载之后即产生预应力，而且斜拉杆可以增加柱子的刚度和承重。 特点四：在整个结构与底板的粘结处采用充实竹子的低端以增加粘结面积，并且在低端采用立体三角形粘结底板与柱子，以便保证此粘结端成为刚性节点。 特点五：采用M形桁架结构，M形桁架结构的跨度大，而且节省材料。 综合以上特点，我们制作的结构以简单，质轻高强，实用，节省材料为目的。 以最少的材料设计出最牢固的结构是我们土木工程设计始终的追求。 三 方案图 根据选型思路，设计出下图的结构 这是结构的正视图。 侧视图 俯视图 1.结构外型 根据比赛要求：结构平面为长为1200mm,宽为500mm的矩形。上柱高200mm，下柱高600mm。上柱整体为20mm*20mm*200m的正四棱柱，下柱为两根粘连着的整体为20mm*20mm*600mm的正四棱柱。梁采用箱型主梁和T型次梁的组合结构加强稳定性和抗弯性。斜拉条整体为6*20mm*?的竹片。 2.节点 主体框架结构相交的节点由于杆在加动载和静载时会引起较大的剪力，在连接时用小木片填充密实其梁的结头处横断面，在加载处节点贴上薄竹片来增大接触面积，从而来增大节点强度，从而在结构受力计算时一些节点模拟成刚节点。主梁与次梁之间都通过端点处延伸木条来粘结，使得接触面积增大，从而保证具有良好的刚度和较大的强度。 主要承重柱，受力横梁，次梁，撑杆尺寸与数量表。 标号 形状 尺寸 长度 数量 柱子截面 20*20mm 1000mm 8 主梁截面 20*20mm 195mm 8 次梁截面 腹板2*20mm 翼缘1*20mm 195mm 8 计算书 四 杆件的内力分析 竹材的力学性能为：密度ρ=0.65g/cm3，弹性模量E=10GPa，顺纹抗拉强度σb=60MPa，抗压强度σbc=70MPa，抗弯强度σbb=120MPa，横纹抗剪强度σc=20MPa。水平荷载为Fx，竖直荷载为Fy。 结构整体受力简图。 柱荷载分析： 应力计算： 强度校核：根据材料力学的拉伸强度理论，，有 柱的伸长长度： 梁荷载分析： C H D A E F G B 如上图，对节点c做受力分析有： 应力计算： 强度校核：根据材料力学的拉伸强度理论，，有 柱的伸长长度： 根据荷载的分布和动荷载的