1、0單單跨跨簡(jiǎn)簡(jiǎn)支支結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算書(shū)書(shū) 1目目 錄錄1. 結(jié)構(gòu)選型結(jié)構(gòu)選型 .31.1 方案構(gòu)思.31.2 結(jié)構(gòu)選型.31.3 結(jié)構(gòu)特色.32. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .42.1 結(jié)構(gòu)外形設(shè)計(jì) .43.3. 結(jié)構(gòu)靜力分結(jié)構(gòu)靜力分.54. 模型成品圖模型成品圖.55 模型制作及加載模型制作及加載.6結(jié)結(jié) 語(yǔ)語(yǔ).621. 結(jié)構(gòu)選型結(jié)構(gòu)選型1.1 方案構(gòu)思方案構(gòu)思本次比賽題目為“紙質(zhì)單跨簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)” ，根據(jù)競(jìng)賽規(guī)則要求，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)模型要考慮在靜荷載作用下的承載能力，要求在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的前提下，設(shè)計(jì)出模型結(jié)構(gòu)合理、材料利用率高、承載能力大的方案。因此，方案構(gòu)思從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、靜力穩(wěn)定性

2、及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面，對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行遴選。本次競(jìng)賽的紙質(zhì)單跨簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)模型主要承受豎直靜荷載，豎直荷載較容易滿(mǎn)足，加載時(shí)可能會(huì)由于偏載產(chǎn)生側(cè)向傾覆，則要求結(jié)構(gòu)有一定的抗傾覆能力。作品命名為凌空越阻，他不僅寓意著我們?cè)O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可以跨過(guò)前進(jìn)道路上的任何阻礙，也寓意著我的的團(tuán)隊(duì)可以沖破阻礙取得勝利。因、本作品主要靠?jī)蓚€(gè)拱來(lái)承受并傳遞壓力。 。因此，我隊(duì)模型方案構(gòu)思總體說(shuō)明如下：（1）我組采用拱形結(jié)構(gòu)，主承重拱采用 2 根 940*8mm 的拱形構(gòu)件和 2 根940*5 的受拉桿件。（2）節(jié)點(diǎn)處采用錨固的方式來(lái)保證力能夠很好的傳遞。（3）側(cè)向采用 15*4mm 橫桿固定在主承重柱上起到抗扭抗側(cè)向位移作用。1

3、.2 結(jié)構(gòu)選型結(jié)構(gòu)選型按設(shè)計(jì)要求，模型加載試驗(yàn)采用跨中靜力加載，加載的同時(shí)，測(cè)量結(jié)構(gòu)跨中的豎向位移。每級(jí)加載有效持續(xù)時(shí)間 15 秒。每件參賽模型共有 4 次加載機(jī)會(huì)。其中前 2 次加載的荷載必須按照計(jì)算書(shū)方案進(jìn)行，后 2 次加載荷載可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。加載只能單調(diào)增加荷載，不允許先卸載后加載。每級(jí)加載后，必須持荷 15 秒以上（不含 15 秒）方能繼續(xù)下一級(jí)加載。此外，在同一級(jí)荷載加載過(guò)程中，每次加載砝碼的間隔必須小于 5 秒。每個(gè)參賽模型最大加載荷載不能超過(guò) 120kg?，F(xiàn)場(chǎng)提供 1-20kg 不同等級(jí)砝碼。以模型荷重比來(lái)體現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)的合理性和材料利用效率；為了使結(jié)構(gòu)更加的穩(wěn)定和行走

4、更加便利，在制作過(guò)程中我組的制作工藝更加精細(xì)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，最終選定現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)，我們組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了美觀性，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成拱形增加了美觀性，同時(shí)我們經(jīng)過(guò)計(jì)算，此拱形不但增加了美觀性，而且受力合理。1.3 結(jié)構(gòu)特色結(jié)構(gòu)特色在遵守原則的前提下，我們綜合考慮各個(gè)因素設(shè)計(jì)具有以下四個(gè)創(chuàng)意點(diǎn)：3（1 1）創(chuàng)意點(diǎn)一）創(chuàng)意點(diǎn)一 根據(jù)靜載的分布規(guī)律，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成拱形，使其在上部承受壓力下部承受拉力，充分利用材料的抗拉強(qiáng)度。（2 2）創(chuàng)意點(diǎn)二）創(chuàng)意點(diǎn)二 考慮材料抗拉性能良好，結(jié)合材料的力學(xué)性能，我組設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為拱形，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力。（3 3）創(chuàng)意點(diǎn)三）創(chuàng)意點(diǎn)三 各桿件根據(jù)其所在位置不同和其所受力的大小采用不同的截面形

5、式以達(dá)結(jié)構(gòu)所需的強(qiáng)度。（4 4）創(chuàng)意點(diǎn)四）創(chuàng)意點(diǎn)四 我們組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了經(jīng)濟(jì)性和美觀性，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成拱形，同時(shí)我們經(jīng)過(guò)計(jì)算，此拱形不但實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性和美觀性，而且充分發(fā)揮了材料的力學(xué)性能。依據(jù)以上創(chuàng)意點(diǎn)加上精細(xì)的制作環(huán)節(jié)，我們制作出的結(jié)構(gòu)荷質(zhì)比相對(duì)可以較高。本結(jié)構(gòu)是在我們制作結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)的多次循環(huán)反復(fù)而后的出來(lái)的結(jié)構(gòu)，它凝聚了所有的試驗(yàn)所得的經(jīng)驗(yàn)。它的優(yōu)點(diǎn)： （1）從結(jié)構(gòu)的外形上看，我們選擇由拱作為主體形狀，受力均勻并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)。（2）符合設(shè)計(jì)理念，并能承受住較大的荷載。 （3）構(gòu)件之間相交時(shí)，節(jié)點(diǎn)通過(guò)錨固連接，用乳白膠加固，這大大提高了斜桿的穩(wěn)定性和強(qiáng)度以及桿間的黏結(jié)力。2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 結(jié)構(gòu)外形設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)外形設(shè)計(jì)模型縱向長(zhǎng)度大于 940mm，模型的外輪廓橫向?qū)挾?160mm。模型高度在280mm，結(jié)構(gòu)采用弧形框架加強(qiáng)穩(wěn)定性和抗彎性。2.2 截面組合設(shè)計(jì)截面組合設(shè)計(jì)我們用桿件受主要荷載，后通過(guò)拱形將力傳給底部受拉桿件。主體承力弧形桿由橫截面為直徑是 8mm 的空心桿件，桿與桿之間主要靠錨固形式連接。各桿件截面的組合形式及尺寸見(jiàn)表 1 所示。表 1 構(gòu)件截面組合形式桿件號(hào)截面形狀尺寸直徑（mm）長(zhǎng)度（mm）數(shù)量1 8mm940mm&410&50mmd=10mm2 根&4 根&4 根&2個(gè)42 8&6mm410mm&160mm2&4 根3 8&6mm280mm&160

7、mm各 2 根2.3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 主體框架結(jié)構(gòu)相交的節(jié)點(diǎn)由于桿在加靜載時(shí)會(huì)引起較大的剪力，故用錨固連接圖圖2-12-1（楔形結(jié)連（楔形結(jié)連 圖示比例圖示比例30mm30mm：35mm35mm）3. 結(jié)構(gòu)靜力分結(jié)構(gòu)靜力分析析2.1、計(jì)算簡(jiǎn)圖52.2、內(nèi)力分析在受到荷載時(shí)，底邊兩根紙帶受到拉力，各桿件收到軸力、剪力和彎矩。由結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得：在荷載作用在四根傾斜柱子端點(diǎn)位置時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部彎矩如圖所示：此時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的軸力如圖：6剪力圖如下： 四根傾斜桿件橫截面圖：連接四根傾斜桿橫向水平細(xì)桿橫截面7位移計(jì)算圖查資料得：250g 的白卡紙的厚度為 0.33mm，抗壓強(qiáng)度許用值為7.0n/mm2，抗拉強(qiáng)度許

8、用值為 22.2n/mm2,彈性模量為 1400nmm22.3、內(nèi)力計(jì)算：對(duì)于四根傾斜桿：若承受 50kg 重物的壓力，則每根桿分得的壓力為 125n軸力n25.17645cosfnf桿件橫截面面積：a222mm64.81）-（arr桿件伸縮量： 可忽略不計(jì)mmealfln77.0桿實(shí)際能承受重力：n4.1812af實(shí)際8桿能承受的豎向荷載： 遠(yuǎn)大于 125nn7.128145cos4.1812f對(duì)于桿件失穩(wěn)情況：22leif慣性矩 i=49-44m1053.3）d-d（32此時(shí)，桿件在不失穩(wěn)的情況下能承受最大力為：大于 125nn68.1975.01053.3101400f29-62對(duì)于橫細(xì)桿可承受最大軸壓力：afn）r-r（a22 遠(yuǎn)大于 125nn3.1115fn所以構(gòu)件十分安全94.模型成品圖模型成品圖105 模型制作及加載模型制作及加載1.在制作過(guò)程中，先將各個(gè)桿件制作好。2.然后所有成員一起粘接桿件。3.最后組合各個(gè)桿件在一起從高蹺底部從下往上粘接。4.結(jié)構(gòu)模型加載臺(tái)系統(tǒng)示意圖結(jié) 語(yǔ)1、本結(jié)構(gòu)主要是利用桿的拉力來(lái)抵抗荷載的作用。2、本結(jié)構(gòu)利用紙條的抗拉性能，及抗壓性能來(lái)抵抗荷載的作用。3、根據(jù)分析的結(jié)論，我們選擇拱形作為主體截面形狀，工藝簡(jiǎn)單，受力均勻