第十五届同济大学结构赛计算书

-1-第十五届同济大学结构设计大赛计算书李志远1251018曹政1251026张持海12510222014-9-15-2-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……………………………………………………（5）二、设计方案……………………………………………………（6）1、设计基本假定…………………………………………………（6）2、模型结构图…………………………………………………（6）3、主要构件表………………………………………………（8）三、结构设计计算…………………………………………………（8）1、静载分析……………………………………………………（9）2、动载分析…………………………………………（9）3、内力分析………………………………………………（10）3、计算简图……………………………………………………（10）四、结构分析总结…………………………………………………（13）五、材料表……………………………………………………………（14）2014-9-15-3-一、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，抗拉特性，竖向静力荷载、动荷载等方面要求出发，结合节省材料，经济美观，承载力强等特点，采用比赛提供的木材、胶水，精心设计制作了参赛结构模型，该模型为一座木制桁架桥结构模型。1、方案构思模型主要承受竖直均布荷载、集中动荷载，竖直荷载较容易满足，动载对结构的刚度要求较高，同时要求结构有较强的抗压稳定能力。（1）本结构主要构思是想利用木材的轴力来抵抗荷载的作用。（2）设计的总原则是：利用材料的抗拉性能及抗压性能来抵抗荷载的作用。2、结构选型按设计要求，在承重柱承受竖直荷载情况下外加较大的水平荷载和动力荷载，必须考虑动荷载的作用；因此，我们选择了比较稳定的方形截面杆件作为主要受力杆，并且利用桁架的优势，避免压杆失稳，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。形成两榀桁架，使结构具有较好的整体性，以便承受较大的动力荷载。2014-9-15-4-在遵守原则的前提下，我们综合考虑各个因素设计的建筑结构模型具有以。创意点一从拱桥出发，结合材料特点简化设计，满足荷载要求。创意点二考虑到手工难易度，杆件采用箱型结构。创意点三考虑到受力均匀，主要受力杆件采用方形截面。创意点四发挥桁架优势，加强稳定性。依据以上创意点加上精细的制作环节，我们制作出的结构质量轻，强度高，节省材料，承载空间大，经济美观，达到了物尽其用之美，真可谓简约之美。、结构外形如图，此结构为类拱桥形状的桁架桥，长1500mm，高250mm，为两榀桁架拼接组成。、材料截面选择15002002502014-9-15-5-主体承重杆件采用8mm*8mm的方形杆件，连接杆由6mm*8㎜箱型梁连接，增加了结构的强度和刚度。、节点设计通过几何塑型及外贴木片等制作节点。3、结构特色该桥梁结构是在我们对结构进行试验的多次循环反复而后的出来的最终形态，它凝聚了所有的试验所得的经验。它的优点：（1）从结构的外形上看，类似拱形，受力对称，加载方便，桁架的交错产生美感。（2）针对结构的受力特点和位移情况，选择箱型杆件，成为我们结构一大特色。（3）连接杆与承重杆之间相交时，利用几何塑型和加贴木片加固，这大大提高了整体的稳定性和强度。（4）结构在最大限度上节省材料、坚固美观、经济实用。2014-9-15-6-二、设计方案1、设计基本假定（1）木材材质连续均匀。（2）杆件之间的节点按刚节点计算，支座为固定支座。加载时竖直静荷载为均布荷载作用在整个桥面上，然后传递与连接杆，主要受力杆，（杆件假设为轴心受压）。（3）杆件计算时采用钢结构计算模式。2、结构示意图分析内力和位移，简化各个杆件尺寸和形状。2014-9-15-7-2014-9-15-8-2014-9-15-9-3、主要构件主要承重柱，受力横梁，拉杆尺寸与数量表。标号形状尺寸长度数量2014-9-15-10-三、结构设计计算根据本次比赛的加载规则，荷载有竖向静载荷水平荷载及水平动载，考虑到结构尺寸所能承受荷载的能力，需对本结构进行受力分析，在进行荷载分析时将静载和动载简化为均布荷载，通过计算来对相对薄弱部分作相应的加固，柱子截面11mm*8mm622mm4主梁截面外边6*8mm内边4*6mm195mm220mm250mm3种长度各4根拉杆宽度8mm长度270mm281mm293mm各8根2014-9-15-11-使得材料得到充分合理的利用。1.静力分析压杆稳定分析Fcr=（π2EI）/(μ2l2)μ=0.7；l=0.62m在网上查得桐木的弹性模量最大的极限力Fcr=37.5N故可求得主要受力杆件边长约为10mm。结构顶部加载竖向荷载80N，均匀分布。根据受力特点及结构形式，将荷载简化为均布力，分别同时施加在结构的四根承重柱上。根据荷载的分布和动荷载的加载，找出结构最大处位移和最大处应力，分析最大处节点强度，刚度和稳定性。柱子的剪力图2014-9-15-12-3、内力分析由于本结构杆件较多，而且多为超静定连接，直接手算不太现实，我们根据确定的结构选型，杆件的截面系数，和材料属性等，在SAP2000中建立模型，进行有限元分析，最终计算可知我们的模型能承载大约160N的竖向静载，而对于动荷载的影响，对于100N的水平动载依然能够承受。4、计算简图梁的计算剪力图2014-9-15-13-四、结构分析总结1、本结构主要是利用四根主要受力杆的轴力来抵抗荷载的作用2、针对结构的受力特点和位移情况，选择箱型杆件，成为我们结构一大特色。3、根据分析的结论，我们选择拱型桁架桥作为主体形状，受力均匀，加载方便，稳定性好。4、主梁与承重圆柱之间相交时，利用几何塑型及加贴木片加固，这大大提高了整体的稳定性和强度。5、结构在最大限度上节省材料、坚固美观、经济实用。2014-9-15-14-五、材料表规格数量2*4mm362*8mm165*8mm121*55mm1