结构设计大赛计算书.doc

自立式塔吊设计大赛计算书 组长：12土木2班 肖志康 组员：12土木2班 张斌鑫、柳晨 目 录 设计说明书 方案构思·······················································2 材料性能·······················································2 结构设计·······················································3 制作工艺·······················································4 特色处理·······················································5 设计计算书 计算方法·····················································6 结构建模·····················································6 内力计算结果·················································6 设计说明书 方案构思 阅读完竞赛规则之后，我们从模型设计的要求、模型制作材料的性能、加载形式和制作的可操作性等方面出发，进行了构思设计。 首先，我们确定了C点的设计配重至少为5千克，而A点的配重为2千克。考虑到拉杆的抗拉性能、纸的受拉性能等因素，我们选定了格构式，格构式构件是由众多杆件组成的梁杆系统。就底座而言，如果能够使格构形式主要受轴力，那么不仅能在结构的稳定性上有足够的保证，也能更好地利用纸制圆柱的受压性能。 然后，我们参考了工地上常见的塔吊，塔吊式结构的受力机理是很合理的。如果能在此基础上作改进，相信能有一个较理想的结构形式。 材料性能 在开始制作前，我们用白卡纸和乳胶做了一些实验，并得出了如下结论： （1）将纸卷成圆筒并用乳胶粘结后，可承受较大的压力，但受长细比的限制，相同质量的纸杆，越短承载力越大，所以，压杆应尽可能短，而且尽量不受弯矩作用。 （2）用2.5cm宽纸条通过折叠，可承受大于200N的拉力 另外，我们还在网上查阅了相同型号白卡纸的一些力学实验数据： 表1. 白卡纸弹性模量 名称种类 层数 弹性模量(MPa) 白卡纸 1 56.9 2 148.2 表2. 白卡纸极限应力 名称类型 层厚 (mm) 拉应力（N/mm2） 压应力 （N/mm2） 备 注 白卡纸 0.3 22.2 7.0 受压计算时需考虑长细比对稳定的影响 表3 空心杆的质量及轴心受压极限承载力 杆内径 （mm） 杆壁纸层数 杆长度 (mm) 杆质量 (g) 受压极限承载力 (kg) 16 3 100 9.4 20.7 结构设计 3.1 结构尺寸 在确定这个格构尺尺寸的设计时，我们考虑了结构的稳定性及自重，经过多次修改，我们最终将结构的尺寸定为：柱高110cm、宽20cm，梁为等边三棱柱，边长18 cm，顶柱至梁顶高10cm。 3.2 主体构造 我们组结构的主体构造模仿了工地上的塔吊结构，通过在细部的优化使悬臂部的力基本依轴力的方式传到立柱上，并用纸带使结构的受力更加合理，尽量减少上部梁的剪力，使该结构具有较强的纵横向抗弯刚度和抗扭刚度，整体性好，稳定性高，自重小。 3.3 杆件尺寸 桁架结构中，各种杆件的尺寸和用量如下表。 表4. 各构件用纸尺寸表 构件名称 长（） 数量 1.5 110 4 斜腹杆1 2 24 4 斜腹杆2 2 22 12 横杆 2 18 16 横杆2 2 18 3 梁 底部大杆 1.5 100 2 上部大杆 1.5 100 1 压腹杆1 0.5 20 14 压腹杆2 1 15 2 拉腹杆1 0.5 12 3 拉腹杆2 1 15 2 纸带 纸带 2.5 80 2 4 制作工艺 4.1 大杆 在大杆的制作中，我们发现白卡纸很容易开裂，杆件很容易粗细不均，或变形弯曲。于是我们先用铅笔在白卡纸上每隔5厘米画一条线，涂上适量乳胶，然后3个人同时动手卷杆，在到达刚才画的线时暂停，检查进程是否同步，然后再继续卷杆，卷完后用胶布固定，晾干后再撕下胶布，这样既不会出现大杆绽开的情况，又不会违反比赛规则。 4.2小杆 因为我们同时要追求更大的承重，又要使塔吊自身更轻，所以我们决定将受力不大的小杆做成两层纸厚。并预先将小杆的长度做成比需要的还长6厘米，以便和大杆连接，使节点更牢固。 4.3纸带 在裁剪纸带时，因为折叠后再裁剪会