大学生结构设计大赛计算书.docx

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大学生结构设计大赛计算书

大连理工大学第十一届大学生结构

设计大赛理论方案

作品名称：

悬挑屋盖

学校：

参赛队员：

一.设计说明书

1.1方案构思

本次结构设计大赛要求制作一个倒L字形悬挑屋盖，经过组员的商量讨论，我们决定采用桁架结构。

模型加载区处于悬挑端部，尺寸已经规定为纵向70mm,横向400mm,高度不小于180mm，如果只做两排杆，全部放在外侧，跨度太大；放在内侧，影响结构整体美观。

考虑到加载区尺寸要求以及使用铅发丝线作为拉杆使用，既节约材料又美观，我们决定做四排杆，中间两杆相距200mm,与外侧相距100mm，并在四排杆杆中间用铅发丝线斜拉着加载区。

由于白卡纸材料抗拉强度远优于抗压强度，因此应尽量使杆承受拉力。

考虑到这一点，我们将主体结构的屋盖部分做成类似于三角形的结构。

这样对加载区提供一个向上的拉力分量，能够承受的荷载更大。

另外三角形结构也具有比较好的稳定性，且结构整体也显得更美观。

考虑到连接的需要，我们在屋盖左侧拉杆与竖梁相连的地方，加了一个40mm的短竖杆。

为了阻止横梁弯曲，需在横梁与竖梁间用杆支撑，但需考虑到在倒L字形内侧600mm×420mm区域内不得有任何构件，支撑杆尺寸必须设计好。

横梁与倒L字形下部竖梁，一共两排，每排四根。

底座部分要求设置横向不大于50mm的宽平坦区域用于夹板固定。

在横向部分，我们将四根杆叠放之后，用绳子与竖梁

连接在一起。

在纵向部分，我们仅做了一根杆与后排四根竖梁相连。

这样在施加荷载后，后排四根杆与底座刚性连接，一起承受拉力，中间两根杆也不会由于离开地面之后失去承受拉力的作用。

1.2结构特色说明：

1.回形构件具有重量轻，抗弯性能好，刚度大，承载力强的特点。

我们的大部分构件都是三层，但如果卷成三层的圆杆，无论抗压，抗弯能力都远远逊色于回形杆件。

2.我们的节点处理方式比较新颖，制作方法是将每根杆的两端都预留两厘米的距离，沿四条边剪开，卷一个直径与内侧边长相差不大的圆杆，折弯后分别插进两杆中涂上胶，干后再用绳子绑，既牢固，又美观。

3.悬挑部分并不是一个平面，而是三角形与水平面相结合，充分利用了三角形的稳定性，并且结构整体显得不呆板。

4.大部分的结构有两排杆组成，我们的有四排，在四排杆中间用铅发丝线斜拉着加载区，既能取代杆承受一部分拉力，结构又显得新颖，大气。

5.在满足倒L字形内侧600mm*420mm不能有任何杆件的条件同时，又在横梁和竖梁内侧加上小短杆，阻止悬挑部分产生较大挠度。

二．方案图

1.结构整体布置图

正视图

俯视图

侧视图

方案效果图

三、计算书

1.结构选型

桁架结构由于杆件复杂，节点的处理显得尤为重要。

考虑到连接的需要，我们将杆件做成回形截面。

一方面，在使用相同纸的情况下，回形截面杆件要比圆形截面杆件抗拉，抗弯能力好得多，并且圆形截面如果卷得很薄，弯曲时发生变形，容易失稳。

另一方面，回形截面的杆可以在两端剪开，卷成一个实心的接头，将接头弯曲，两端分别插进相交的杆内，涂上胶后再用铅发丝线缠紧，这样接头更加牢固。

2.计算简图

为简化计算，将全部横梁看成水平，8根竖梁看做全部放在结构最左端，计算简图如下所示。

3.荷载分析与内力分析

加载区位于悬挑端部70mm宽的区域，为简化计算，将荷载看做集中荷载作用于A点。

设结构承受荷载为F,在横梁水平的情况下，AB段承受大小为F的剪力，以及弯矩M，弯矩线性分布，B点最大

。

BC段剪力为零，轴向压力为F，弯矩为

。

剪力图：

弯矩图：

轴力图：

4.承载能力估算

白卡质材料的力学性能：

在我们的结构中，共有两种截面，除8根竖梁外全部杆均为三层，每层边长为10mm,10.6mm,11.2mm,竖梁四层，边长依次为10mm,10.6mm,11.2mm，11.8mm.并且在横梁以及铅发丝线斜拉经过的杆件进行了加固。

在比赛前，我们进行了一次加载，在加到6KG时底座绳子松开。

之后我们有进行了加固。

根据加载情况，预计可以承受荷载8KG左右。