结构设计大赛计算书.docx

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结构设计大赛计算书

西南交通大学第四届研究生

结构设计竞赛

设计理论方案

作品名称

参赛编号A2-2

组长姓名刘宁国班级13级桥梁3班学号

队员姓名兰华华班级13级桥梁2班学号

队员姓名方亮班级13级桥梁3班学号

联系电话

1设计说明书

方案构思

以某高墩大跨桥梁T型钢构最大双悬臂施工状态为工程背景，完成模型结构的设计与制作，通过模型风洞试验来检验结构在施工阶段抗风设计的合理性。

设计应遵循安全、经济和美观的原则。

通过此次竞赛，加强对结构风荷载、风致振动现象，以及抗风性能设计的认识。

结构造型

我们经过多次对比与讨论，最终决定采用三角桁架式结构。

其特点是构造简单，受力性能明确，便于设计计算以及模型安装。

通过有限元模型计算，对受力较大的截面进行加固，最终模型具有较好的刚性和稳定性，在风荷载的作用下能够表现出较好的抗弯性能。

结构体系

结构主要由桥墩、主梁、底板和挡风板构成，本次结构设计大赛中，迎风面的总体尺寸已经确定，因此只需要确定横向尺寸即可确定主体结构的外形。

本次结构横向尺寸取为14cm。

主梁横截面和桥墩横截面形式均为矩形，主要是由于矩形截面受力方式明确，便于计算，可根据计算结果对局部杆件进行加强，并且模型安装快速，缩短了制作时间。

特色处理

本组设计模型的最大特点有如下：

1墩与主梁的截面采取2条桐木条粘接的形式，增大了截面面积与单根杆的抗弯惯性矩。

2主梁与桥墩接触处，将柱墩挖出一个杆件大小的缺口，使主梁从中通过，成型后在节点外侧再粘贴节点板进行固定，加强了主梁与墩的连接。

2方案图

结构总体布置图

图2-1模型立面

图2-2主梁立面

图2-3桥墩立面

图2-3桥墩侧面

主要构件详细图

图2-4墩梁连接处节点构造

图2-5主梁端部节点

图2-6梁底节点构造

图2-7墩底与底板接触面构造

图2-8挡风板节点构造

图2-9挡风板与主梁整体构造

方案效果图

图2-10方案效果图

3模型计算书

结构模型采用有限元软件Midas进行计算。

有限元建模

计算模型共179个节点，368个单元。

其中主结构单元类型为梁单元，增风板采用板单元，由于将AB胶连接的木条视为刚接，因此计算结果与实际情况有一定得误差。

图3-1模型总体图

荷载分析

具体计算过程中以节点集中力模拟挂重；T构迎风面受到的风荷载等效分布于迎风面的梁单元上，简化为连续梁单元荷载；挡风板承受的风荷载压力面荷载的形式作用在挡风板上。

静风位移

风速5m/s

图3-2主梁横向位移（mm）

风速s

图3-3主梁横向位移（mm）

风速s

图3-4主梁横向位移（mm）

基底弯矩

风速5m/s

图3-5结构基底反力（）

风速s

图3-9结构基底反力（）

风速s

图3-10结构基底反力（）

动力特性

结构的动力特性如下图：

图3-111阶振型图

图3-122阶振型图

图3-133阶振型图

图3-144阶振型图

图3-155阶振型图

表3-1结构前5阶自振模态

模态号

频率

周期

容许误差

（rad/sec）

（cycle/sec）

（sec）

1

+000

2

+000

3

+000

4

+000

5