第四屆地區(qū)結(jié)構(gòu)模型競(jìng)賽計(jì)算書

我們的小組成員都進(jìn)行了討論和，對(duì)模型的破壞原因進(jìn)行分析，從結(jié)構(gòu)和材料上對(duì)201412 TOC\o"1-4"\h\z\u前 第一章概念設(shè) 設(shè)計(jì)概 關(guān)于模型設(shè)計(jì)的若干考 結(jié)構(gòu)優(yōu) 結(jié)構(gòu)特色和創(chuàng) 第二章設(shè)計(jì)方案與模形制 材料及參數(shù) 主要構(gòu)件設(shè)計(jì)方 桿件的設(shè) 節(jié)點(diǎn)的制作與拼 制作流 模型制作和竹皮材料試驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)和結(jié) 第三章內(nèi)力分析驗(yàn)算與數(shù)值仿 承載能力估 主要構(gòu)件截面和參 強(qiáng)度驗(yàn) 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn) 數(shù)值模 模型建 模型靜載分 第四章模型試 抗壓強(qiáng)度實(shí) 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及實(shí)驗(yàn)過 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分 結(jié)構(gòu)加載試 致 參考文 第一章念設(shè)《鹖冠子·備知》：“山無徑跡，澤無橋梁，不相往來?！边@古代最早對(duì)橋梁的解 1.1構(gòu)形式簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)合理，在抵御大偏心荷載的作用有良好的性能。主剛構(gòu)柱的截面形式矩形，相比其他截面形式的桿件有較好的抗彎特性。橋面布置了桁架增強(qiáng)橋梁的穩(wěn)定性。橋梁綜合使用了三角形桿件和矩形桿件。并且模型選用了小截面形式，減小了邊長(zhǎng)，相應(yīng)地減小了梁的跨度、減輕了模型的自重，在節(jié)點(diǎn)的處理方法具有新意，實(shí)現(xiàn)了模型型自重輕、承載力大的目標(biāo)?？傊?，我們的設(shè)計(jì)理念是以盡量少的構(gòu)件及材料，構(gòu)建簡(jiǎn)約易施工、強(qiáng)度高、穩(wěn)定且高效的模型結(jié)構(gòu)，在承受高荷載的基礎(chǔ)上保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。合理的體系選取及構(gòu)件截面設(shè)計(jì)，使該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸實(shí)用、線條清晰、視覺美觀。1.2關(guān)于模型設(shè)計(jì)的若干考慮精心設(shè)計(jì)和制作構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)板，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，從實(shí)踐中不斷總結(jié)，敢于創(chuàng)新，結(jié)構(gòu)選形方案演化：由于模型將承受任選方向的波，故結(jié)構(gòu)應(yīng)在水平x、y方向滿模型一：模型重量:385g(如圖1.31.11桿件名稱截面形材料厚度(mm)/弧長(zhǎng)mm)數(shù)量制作難度、力學(xué)性能和試驗(yàn)結(jié)果分析1索塔十字桿10×42橋面十字桿10×2料3橋面撐桿三角桿6×7×60/15002/7/料4底座三角桿8×4抗剪強(qiáng)度大，廢料5拉條/650/6108較高，裝配誤差模型二：模型重量：250g(如圖模型簡(jiǎn)要介紹:A1.4里對(duì)斜拉橋的介紹，一側(cè)索塔去掉，增加拉條的數(shù)量，而且用一根十字桿將底座和橋15mm的橋面節(jié)點(diǎn)處用一個(gè)十字桿支撐著，分擔(dān)整個(gè)模型的軸力。在模型優(yōu)化之后，模型成功減輕250克并成功通50公斤加載以往結(jié)構(gòu)模型比賽的優(yōu)秀作品,三角形截面是比較普遍的,，而且較省材料，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一層柱基本能承受三級(jí)的試驗(yàn)，而三層的立柱在三級(jí)加載時(shí)由于側(cè)向位移較大導(dǎo)致立柱受到的彎矩較大，在靠近中部?jī)衫咧g局部出現(xiàn)應(yīng)力集中，結(jié)果重負(fù)，被破壞。經(jīng)過試驗(yàn)，我們改變了部分桿件的橫截面，對(duì)于試驗(yàn)中易破壞的桿件1.2所示。桿件名截面形材料厚度制作難度、力學(xué)性能和試驗(yàn)結(jié)果分析1索塔十字形10×4抗壓強(qiáng)度大剛度大；2橋面梁十字形10×2抗壓抗彎強(qiáng)度大大；廢料三角形6×7×2作為鏈桿用途、穩(wěn)定性一般3橋面撐桿三角形6×7×7作為鏈桿用途、穩(wěn)定性一般三角形6×7×4作為鏈桿用途、穩(wěn)定性一般4三8×44制作要求精度較高，裝配誤差大，抗彎強(qiáng)度弱5拉條/5模型三為最終采用模型：模型重量：160g(如圖1.5做得很牢固也可以承受得了50公斤的豎向荷載。這個(gè)模型極大地增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性，不用再經(jīng)過隊(duì)員的討論與老師的指從原來1的385g2的250g3的160g，編桿件截面材料截面長(zhǎng)度/數(shù)制作難度、力學(xué)性能號(hào)名稱形式厚度尺寸弧長(zhǎng)量和試驗(yàn)結(jié)果分析（（1剛構(gòu)十字形10×2抗壓強(qiáng)度大，抗扭強(qiáng)度大、制作較方便，省材料2橋面梁十字形8×2抗剪強(qiáng)度大，剛度大3橋面撐桿三角形6×6×140/25/4抗壓強(qiáng)度大，抗彎強(qiáng)度大4拉條//4抗拉強(qiáng)度大結(jié)構(gòu)特色和創(chuàng)意模型設(shè)計(jì)特色抗剪強(qiáng)度較高，抗拉強(qiáng)度低,因此在節(jié)點(diǎn)處盡量避免了膠水抗拉。傳力方式簡(jiǎn)潔明確，避免了復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處理，杜絕薄弱環(huán)節(jié)的存在。設(shè)計(jì)應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)第二章設(shè)計(jì)方案與模形材料及參數(shù)表1.0x104Mpa60Mpa。竹皮相關(guān)特性如表2.1，主要構(gòu)件截面和參數(shù)見表2.2.質(zhì)量密度773.9kg/781.4kg/85.3g793.5kg/2.2構(gòu)件號(hào)名稱數(shù)量截面圖1橋面撐桿92橋面483剛構(gòu)柱41桿件的設(shè)十字們小組決定在主要受力桿件上采用截面為“田字形”型桿。如圖2.3所示：2.3三角3公斤的橫向風(fēng)力，在水平垂直于橋面的力不大，而又需要一定的強(qiáng)度，6mm×6mm×6mm的三角桿作為連接橋面的構(gòu)件，并在內(nèi)部用厚片連接底面中線和頂端，增強(qiáng)三角桿的強(qiáng)度。如圖2.4所示。2.4節(jié)點(diǎn)的制作與拼接2根桿件就可以產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)角，則桿件的位移就由1、剛構(gòu)頂端節(jié)點(diǎn)2.52、剛構(gòu)與橋梁的節(jié)點(diǎn) 3、橋面下端與三角桿的節(jié)點(diǎn)

三角桿與橋面粘合得更緊。如圖2.7所示：圖2.7橋面下端與三角桿的節(jié)4、竹粉的應(yīng)用 2.8竹粉的應(yīng)用：(1)竹粉2)竹皮的抗壓及抗拉強(qiáng)度與其厚度成正比，經(jīng)試驗(yàn)，相同尺寸不同厚度的桿件，0.5mm厚0.5mm厚的厚片竹皮制作，要求較小的采用0.35mm厚的中片竹片。0.5mm厚第三章內(nèi)力分析驗(yàn)算與數(shù)值仿真承載能力估算主要構(gòu)件截面和參數(shù)3.1422--41柱子承壓能力驗(yàn)算已知竹皮抗壓強(qiáng)度fc=26.3Mpa

1 sin柱子所受壓應(yīng)力：250/61.44=4.06N/mm2<fc（強(qiáng)度達(dá)到要求）②頂層梁截面強(qiáng)度驗(yàn)算1承受荷載： 頂梁 頂層梁所受壓應(yīng)力：250/31.14=8.02N/mm2<fc（強(qiáng)度達(dá)到要求）③竹皮抗拉性已知竹皮的抗拉強(qiáng)度為60Mpa，竹皮所受拉力為250N=250 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)Ep EAI 2200 AI

2200 AIAI0.75130AIAIAI 2140 AI模型建模型靜載分析和荷載施加方式如圖3.1所示，各級(jí)加載模型位移和應(yīng)力云圖如圖3.2所示。3.1鋼架橋的三維模 3.2各級(jí)加載的位移和應(yīng)力云圖（1-9為加載順序第四章型試抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及實(shí)驗(yàn)過程.4根試件進(jìn)行桿件抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，儀器采用MTS測(cè)試系統(tǒng)，如圖4.1。由于最終采用模型結(jié)構(gòu)形式各桿件主要受壓力作用，因此本參數(shù)詳見表4.1，試件樣品見圖4.2。4.1664.2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析4.34.4為實(shí)驗(yàn)所8個(gè)試件的抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其14號(hào)為橋梁試樣桿件，5號(hào)到8號(hào)為柱試樣。由時(shí)間-壓力曲線我們可以發(fā)現(xiàn)，橋梁試件的靜載極限強(qiáng)度壓力大概在1KN左右，最大豎向承載壓力為4號(hào)試件，大小為1.39KN；最小豎向承載壓力為第3號(hào)試件，大小為0.77KN。試件平均極限強(qiáng)度壓力為0.99KN。柱試件的靜荷載極限強(qiáng)度壓力大概在5KN左右。最大豎向承載壓力為5號(hào)試件5.27KN；最小豎向承載壓力為7號(hào)試件，大小為4.13KN。具體見試件極限抗壓強(qiáng)度壓力表4.2。而豎向荷載的重量為0.5KN（50kg），因此一 4.4橋梁桿件強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)壓力曲線：1-4 4.212345678極限荷載平均極限荷載結(jié)構(gòu)加載試驗(yàn)橋梁加載在兩水高的平臺(tái)間進(jìn)行，模型加載時(shí)兩側(cè)橋墩支座（用分發(fā)的材料自行制作）跨度同方向的寬200mm，厚度6mm，長(zhǎng)度350mm，平面位置如橋梁凈跨度4.63kg的砝碼施加橫向水平力（F4=3kg，代表橫向風(fēng)力）。（F1=5kg，F(xiàn)2=10kg，F(xiàn)4=3kg，代表兩車道活荷載不利布置情況）