结构模型大赛计算书.docx
《结构模型大赛计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构模型大赛计算书.docx（69页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
结构模型大赛计算书
第十一届结构设计竞赛
计算书
队伍名称：
1
作品名称：
2
队伍成员：
3
一、设计说明...............................................................................................................4
1.1概述.................................................................................................................4
1.2材料性能分析.................................................................................................4
1.2.1竹材......................................................................................................4
1.2.2胶水......................................................................................................5
二、结构方案概念设计.................................................................................................5
2.1概述...................................................................................................................5
2.2框架设计...........................................................................................................5
三、模型制作设计与构造.............................................................................................6
3.1总设计效果图..................................................................................................6
3.2主要连接图.......................................................................................................8
四、结构计算分析.........................................................................................................11
4.1迈达斯软件模型电算.......................................................................................11
五、模型重量及材料表.................................................................................................23
5.1材料表...............................................................................................................23
六、施工流程说明.........................................................................................................24
七、关键问题及对策预案.............................................................................................25
八、参考文献..................................................................................................................25
一、设计说明
1.1概述
本次竞赛模型为一大跨度结构，采用竞赛组委会提供的规格的木质材料和502胶水制作，具体结构形式不限。
此次跨度结构需满足竞赛组委会规定的净空要求:
下底宽500mm，净高165mm，侧高75mm，上底宽250mm；使用净空的平面宽度为300mm；并且比赛设有加载测试，需通过加载测试后，以各组模型重量为标准得出模型得分。
竞赛的目的是为了在全面满足竞赛要求的前提下，通过合理设计模型的结构形式实现较大的结构强度、刚度以及稳定性，以承受静荷载和横向动荷载的作用，并且做到整个结构的质量尽可能小。
整个分析设计过程需要综合运用结构力学和材料力学等相关的知识。
1.2材料性能分析
1.2.1木材
本次竞赛中使用的木材均为桐木条，有三种规格：
2×2mm、2×4mm、2×6mm、2×8mm、1×55mm、5×8mm。
木材有顺纹与横纹之分，顺纹力学性能较好，抗拉强度达到60MPa，横纹力学性能则较差。
在设计与制作过程中，我组充分利用木材顺纹的抗拉性能，尽量减小对木纤维的破坏。
与其它材料相比，木材的延性较好，设计时做了充分的考虑。
1.2.2胶水
根据赛题规定，502胶水用作主体结构的粘结，涂胶的质量直接影响整个结构的性能，涂胶时应做到少量、均匀。
502胶水的腐蚀性较强，使用时要非常小心，且其挥发较快，涂胶之后应马上粘贴，否则粘结强度将会受到严重影响。
二、结构方案概念设计
2.1概述
考虑到赛题为一个大跨度结构，并且重量因素为模型评比要素之一，因此我们小组打算把模型做成一个框架结构。
模型长530mm，宽245mm，高200mm，为一个长方形的框架结构，底部用502胶水粘于底板上，模型整体结构满足赛题净空要求。
结构中利用三角形结构、并且充分利用桐木条的抗拉性能来提高模型的横向稳定性。
在横向梁体运用剪力墙结构来增加梁体的抗压性能。
模型整体结构紧凑，减少多余材料用量，并加大了主要梁体柱体的强度。
2.2框架设计
结合赛题关于加载点位置、加载状态、加载重量的要求，我组把横向梁做成一个类似于剪力墙的箱形结构，以增加其抗拉性能。
模型的支柱采用箱形结构，以增加模型整体的抗压性能。
模型支柱的平面内采用三角结构连接，使模型获得良好的抗扭性能，以应对加载测试中的横向动加载。
三、模型制作设计与构造
3.1总设计效果图
模型整体效果图
图2加载节点示意图1
图2加载节点内视示意图2
3.2主要连接图
图3柱底节点加固
图4空心梁及加劲木片的形式
图5梁柱连接节点
3.3模型尺寸及铁块布置详图
图6结构前视图
图6结构左视图
图6结构俯视图及加载点图示
四、结构计算模型
4.1迈达斯软件模型电算
1．给出结构有限元计算模型。
2．主梁内力及变形计算
1）结构重力引起主梁内力及变形计算（人行道荷载12.35KN/m）。
2）活载引起主梁内力及变形计算（为简化起见，冲击系数区1.2,荷载横向分布系数取0.6）。
3）均匀温度作用引起主梁内力及变形计算（成桥温度15℃）。
要求给出各工况单独作用下主梁内力图及组合工况作用下的内力包络图，并分别以表格形式列出各工况控制截面内力值和变形值。
1.结构有限元计算模型。
控制界面的节点号分别是：
1,6,11,16,21,26,31,36,41,46,51,56,61,66,71,76,81
将4跨连续梁划分成81个节点，80个单元。
各个节点坐标如下：
10.0000000.0000000.000000
21.0000000.0000000.000000
32.0000000.0000000.000000
43.0000000.0000000.000000
54.0000000.0000000.000000
65.0250000.0000000.000000
76.0000000.0000000.000000
87.0000000.0000000.000000
98.0000000.0000000.000000
109.0000000.0000000.000000
1110.0500000.0000000.000000
1211.0000000.0000000.000000
1312.0000000.0000000.000000
1413.0000000.0000000.000000
1514.0000000.0000000.000000
1615.0750000.0000000.000000
1716.0000000.0000000.000000
1817.0000000.0000000.000000
1918.0000000.0000000.000000
2019.0000000.0000000.000000
2120.1000000.0000000.000000
2221.0000000.0000000.000000
2322.0000000.0000000.000000
2423.0000000.0000000.000000
2524.0000000.0000000.000000
2625.1250000.0000000.000000
2726.0000000.0000000.000000
2827.0000000.0000000.000000
2928.0000000.0000000.000000
3029.0000000.0000000.000000
3130.1500000.0000000.000000
3231.0000000.0000000.000000
3332.0000000.0000000.000000
3433.0000000.0000000.000000
3534.0000000.0000000.000000
3635.1750000.0000000.000000
3736.0000000.0000000.000000
3837.0000000.0000000.000000
3938.0000000.0000000.000000
4039.0000000.0000000.000000
4140.2000000.0000000.000000
4241.0000000.0000000.000000
4342.0000000.0000000.000000
4443.0000000.0000000.000000
4544.0000000.0000000.000000
4645.2250000.0000000.000000
4746.0000000.0000000.000000
4847.0000000.0000000.000000
4948.0000000.0000000.000000
5049.0000000.0000000.000000
5150.2500000.0000000.000000
5251.0000000.0000000.000000
5352.0000000.0000000.000000
5453.0000000.0000000.000000
5554.0000000.0000000.000000
5655.2750000.0000000.000000
5756.0000000.0000000.000000
5857.0000000.0000000.000000
5958.0000000.0000000.000000
6059.0000000.0000000.000000
6160.3000000.0000000.000000
6261.0000000.0000000.000000
6362.0000000.0000000.000000
6463.0000000.0000000.000000
6564.0000000.0000000.000000
6665.3250000.0000000.000000
6766.0000000.0000000.000000
6867.0000000.0000000.000000
6968.0000000.0000000.000000
7069.0000000.0000000.000000
7170.3500000.0000000.000000
7271.0000000.0000000.000000
7372.0000000.0000000.000000
7473.0000000.0000000.000000
7574.0000000.0000000.000000
7675.3750000.0000000.000000
7776.0000000.0000000.000000
7877.0000000.0000000.000000
7978.0000000.0000000.000000
8079.0000000.0000000.000000
8180.4000000.0000000.000000
荷载组合:
恒载作用=自重+铺装+人行道
活载作用=汽车荷载+人群荷载
综合作用是根据软件自动生成作用组合中选择的包络组合
2.主梁内力及变形计算
1）结构重力引起主梁内力及变形计算（人行道荷载12.35KN/m）。
a.梁体自重情况下
梁体自重作用内力图如下
梁体自重作用变形图如下
梁体自重作用下各控制界面的变形值如下表
节点
荷载
DX（m）
DY（m）
DZ（m）
RX（[rad]）
RY（[rad]）
RZ（[rad]）
1
梁体自重
0
0
0
0
0.000974
0
6
梁体自重
0
0
-0.004289
0
0.000582
0
11
梁体自重
0
0
-0.005345
0
-0.000172
0
16
梁体自重
0
0
-0.002934
0
-0.000657
0
21
梁体自重
0
0
0
0
-0.00024
0
26
梁体自重
0
0
-0.000652
0
0.000268
0
31
梁体自重
0
0
-0.001693
0
0.000056
0
36
梁体自重
0
0
-0.001094
0
-0.000244
0
41
梁体自重
0
0
0
0
0
0
46
梁体自重
0
0
-0.001094
0
0.000244
0
51
梁体自重
0
0
-0.001693
0
-0.000056
0
56
梁体自重
0
0
-0.000652
0
-0.000268
0
61
梁体自重
0
0
0
0
0.00024
0
66
梁体自重
0
0
-0.002934
0
0.000657
0
71
梁体自重
0
0
-0.005345
0
0.000172
0
76
梁体自重
0
0
-0.004289
0
-0.000582
0
81
梁体自重
0
0
0
0
-0.000974
0
梁体自重作用下的内力值如下表
单元
荷载
位置
轴向（kN）
剪力-y（kN）
剪力-z（kN）
扭矩（kN*m）
弯矩-y（kN*m）
弯矩-z（kN*m）
1
梁体自重
I[1]
0
0
-81.47
0
0
0
5
梁体自重
J[6]
0
0
-29.69
0
279.29
0
6
梁体自重
I[6]
0
0
-29.69
0
279.29
0
10
梁体自重
J[11]
0
0
22.09
0
298.37
0
11
梁体自重
I[11]
0
0
22.09
0
298.37
0
15
梁体自重
J[16]
0
0
73.88
0
57.25
0
16
梁体自重
I[16]
0
0
73.88
0
57.25
0
20
梁体自重
J[21]
0
0
125.66
0
-444.09
0
21
梁体自重
I[21]
0
0
-110.78
0
-444.09
0
25
梁体自重
J[26]
0
0
-58.99
0
-17.54
0
26
梁体自重
I[26]
0
0
-58.99
0
-17.54
0
30
梁体自重
J[31]
0
0
-7.21
0
148.81
0
31
梁体自重
I[31]
0
0
-7.21
0
148.81
0
35
梁体自重
J[36]
0
0
44.57
0
54.94
0
36
梁体自重
I[36]
0
0
44.57
0
54.94
0
40
梁体自重
J[41]
0
0
96.35
0
-299.13
0
41
梁体自重
I[41]
0
0
-96.35
0
-299.13
0
45
梁体自重
J[46]
0
0
-44.57
0
54.94
0
46
梁体自重
I[46]
0
0
-44.57
0
54.94
0
50
梁体自重
J[51]
0
0
7.21
0
148.81
0
51
梁体自重
I[51]
0
0
7.21
0
148.81
0
55
梁体自重
J[56]
0
0
58.99
0
-17.54
0
56
梁体自重
I[56]
0
0
58.99
0
-17.54
0
60
梁体自重
J[61]
0
0
110.78
0
-444.09
0
61
梁体自重
I[61]
0
0
-125.66
0
-444.09
0
65
梁体自重
J[66]
0
0
-73.88
0
57.25
0
66
梁体自重
I[66]
0
0
-73.88
0
57.25
0
70
梁体自重
J[71]
0
0
-22.09
0
298.37
0
71
梁体自重
I[71]
0
0
-22.09
0
298.37
0
75
梁体自重
J[76]
0
0
29.69
0
279.29
0
76
梁体自重
I[76]
0
0
29.69
0
279.29
0
80
梁体自重
J[81]
0
0
81.47
0
0
0
b.桥面铺装自重作用下
桥面铺装作用下内力图如下
桥面铺装作用下变形图如下
桥面铺装作用下各控制界面变形值如下表
节点
荷载
DX（m）
DY（m）
DZ（m）
RX（[rad]）
RY（[rad]）
RZ（[rad]）
1
桥面铺装自重
0
0
0
0
0.003242
0
6
桥面铺装自重
0
0
-0.014279
0
0.001938
0
11
桥面铺装自重
0
0
-0.017793
0
-0.000573
0
16
桥面铺装自重
0
0
-0.009767
0
-0.002187
0
21
桥面铺装自重
0
0
0
0
-0.000798
0
26
桥面铺装自重
0
0
-0.00217
0
0.000893
0
31
桥面铺装自重
0
0
-0.005637
0
0.000187
0
36
桥面铺装自重
0
0
-0.003642
0
-0.000812
0
41
桥面铺装自重
0
0
0
0
0
0
46
桥面铺装自重
0
0
-0.003642
0
0.000812
0
51
桥面铺装自重
0
0
-0.005637
0
-0.000187
0
56
桥面铺装自重
0
0
-0.00217
0
-0.000893
0
61
桥面铺装自重
0
0
0
0
0.000798
0
66
桥面铺装自重
0
0
-0.009767
0
0.002187
0
71
桥面铺装自重
0
0
-0.017793
0
0.000573
0
76
桥面铺装自重
0
0
-0.014279
0
-0.001938
0
81
桥面铺装自重
0
0
0
0
-0.003242
0
桥面铺装自重作用下各控制截面内力值如下表
单元
荷载
位置
轴向（kN）
剪力-y（kN）
剪力-z（kN）
扭矩（kN*m）
弯矩-y（kN*m）
弯矩-z（kN*m）
1
桥面铺装自重
I[1]
0
0
-271.22
0
0
0
5
桥面铺装自重
J[6]
0
0
-98.83
0
929.75
0
6
桥面铺装自重
I[6]
0
0
-98.83
0
929.75
0
10
桥面铺装自重
J[11]
0
0
73.55
0
993.27
0
11
桥面铺装自重
I[11]
0
0
73.55
0
993.27
0
15
桥面铺装自重
J[16]
0
0
245.93
0
190.58
0
16
升级会员 