桁架模型方案资料.docx

1、桁架模型方案资料1、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，荷载形式,结构尺寸等要求出发，结合节省材料，经济美观，承载力强等特点，采用比赛提供的小木条、白乳胶精心设计制作了“步步为赢”两榀静力桁架结构模型，通过求解器计算，内力和稳定性分析，比较和优化多种方案等，最终确定最优方案。 1、方案构思桁架是平面结构中受力最合理的形式之一。理想桁架的结构特点：（1）所有点都为铰结点（2）所有的外力在结点上（3）各杆都是直且通过铰点假定设计荷载为F。根据内力情况结论：三角形桁架：内力分布不均匀，弦杆的轴力由两端向中间递减，腹杆轴力则由两端向中间递增，其两端节点处弦杆的轴力最大，而夹角又很

2、小，制作困难。平行弦桁架：内力分布不均匀，弦杆的轴力由两端向中间递增，腹杆轴力则由两端向中间递减，因此为节省材料，各节点间的杆件应采用与其轴力相应的不同截面，但这样会增加各节点拼接困难。抛物线型桁架：内力分布比较均匀，上下弦杆的轴力几乎相等，腹杆轴力为零，受力性能好，但节点构造复杂，制作复杂。梯形桁架：内力介于三角形桁架和平行弦桁架之间，弦杆的轴力变化不大，腹杆轴力由两端向中间递减，而且构造简单，制作方便。综合考虑，我组选择梯形桁架结构。2、力学及材料性能分析构件力学性能分析： 木条作为模型材料，其力学性能特点是顺纹抗压性能良好，抗拉裂能力较差，抗剪能力差，抗弯一般。将木条成层粘贴可提高其抗拉

3、压性能。但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏，或为节点局部破坏。此次比赛选用材料为红樟松，其力学性质为：抗弯强度：fm=13N/mm2顺纹抗压强度：fc=10N/mm2顺纹抗拉强度：ft=8N/mm2顺纹抗剪强度：fv=1.4N/mm2弹性模量：E=9000N/mm2横纹承压强度：全表面：1.9N/mm2 局部表面积全面：2.9N/mm2 由材料性能分析知，材料的抗压强度明显高于抗拉强度，因此设计中应多采用压杆。上弦皆为压杆，下弦为拉杆，为保障其强度，在其上设置加强杆。由于杆件的节点较为复杂，难以确定腹杆的具体受力性质，所以在设计时予以考虑，采用强度较大的杆件，以保证其承载能力。同时在

4、两榀桁架键连接处设置支撑，保证桁架的整体稳定性。 考虑荷重比的因素，对于结构的选择不一定取承载力最大的结构。复选截面时要参照结构的内力分布。 但是，顺木材受拉有以下缺点：（1）木材纹受拉的应力应变曲线接近于直线，因此木材受拉破坏前并无明显的塑性变形阶段，表现为脆性破坏。木材顺纹受压破坏时，纤维失稳而屈曲。木材顺纹受压和受拉相比，受压时木材具有较好的塑性。（2）由于木材顺纹受压时的纤维失稳屈曲性质，能使局部的应力集中逐渐趋于缓和，所以在受压构件中通常可以不考虑应力集中的不利影响。（3）木节（如右图）对受拉构件承载能力的影响很大，木节与周围木质之间的联系很差，削弱了截面，并使截面偏心受力。而木节对

5、受压强度的影响也远小于对受拉强度的影响。 综上所述，木构件的受压要比受拉工作可靠的多。斜腹杆受拉：斜腹杆受压：通过上述两图比较得：当斜腹杆方向向外时，为受压状态,对承载有利，因此我组选用斜腹杆向外的桁架结构。结合前人的经验，桁架高度越高，两加载点之间距离越大的结构最有利。根据大赛要求，我组最终选用每榀净跨1000mm，高度是200mm，两加载点间距离是400mm的结构。2、模型方案选择方案一内力计算单位：力(默认),力矩(默认)杆端内力值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 0.75000000 0.00000000 0.0000

6、0000 0.75000000 0.00000000 0.00000000 2 0.75000000 -0.00000000 -0.00000000 0.75000000 -0.00000000 -0.00000000 3 1.50000000 -0.00000000 0.00000000 1.50000000 -0.00000000 0.00000000 4 1.50000000 0.00000000 -0.00000000 1.50000000 0.00000000 -0.00000000 5 0.75000000 0.00000000 -0.00000000 0.75000000 0.0

7、0000000 0.00000000 6 0.75000000 -0.00000000 0.00000000 0.75000000 -0.00000000 -0.00000000 7 -1.25000000 -0.00000000 0.00000000 -1.25000000 -0.00000000 -0.00000000 8 -1.50000000 0.00000000 0.00000000 -1.50000000 0.00000000 0.00000000 9 -1.50000000 0.00000000 -0.00000000 -1.50000000 0.00000000 0.00000

8、000 10 -1.50000000 0.00000000 -0.00000000 -1.50000000 0.00000000 0.00000000 11 -1.50000000 -0.00000000 0.00000000 -1.50000000 -0.00000000 -0.00000000 12 -1.25000000 -0.00000000 0.00000000 -1.25000000 -0.00000000 -0.00000000 13 0.00000000 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 14 1.2

9、5000000 -0.00000000 0.00000000 1.25000000 -0.00000000 -0.00000000 15 -1.00000000 0.00000000 -0.00000000 -1.00000000 0.00000000 0.00000000 16 0.00000000 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 17 0.00000000 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 18 -0.00000000 0.00000

10、000 -0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.00000000 19 -1.00000000 0.00000000 -0.00000000 -1.00000000 0.00000000 0.00000000 20 1.25000000 0.00000000 -0.00000000 1.25000000 0.00000000 0.00000000 21 0.00000000 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000- 轴力图位移计算单位：位移(默认),转角(默认)杆端位移值 ( 乘子 = 1

11、)- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角- 1 0.00000000 0.00000000 -0.00436343 0.00006250 -0.00065451 -0.00436343 2 0.00006250 -0.00065451 -0.00373843 0.00012500 -0.00121528 -0.00373843 3 0.00012500 -0.00121528 -0.00083333 0.00029167 -0.00138194 -0.00083333 4 0.00029167 -0.0013819

12、4 0.00083333 0.00045833 -0.00121528 0.00083333 5 0.00045833 -0.00121528 0.00373843 0.00052083 -0.00065451 0.00373843 6 0.00052083 -0.00065451 0.00436343 0.00058333 0.00000000 0.00436343 7 0.00000000 0.00000000 -0.00343750 0.00058333 -0.00065451 -0.00343750 8 0.00058333 -0.00065451 -0.00447917 0.0004

13、5833 -0.00132639 -0.00447917 9 0.00045833 -0.00132639 -0.00027778 0.00029167 -0.00138194 -0.00027778 10 0.00029167 -0.00138194 0.00027778 0.00012500 -0.00132639 0.00027778 11 0.00012500 -0.00132639 0.00447917 0.00000000 -0.00065451 0.00447917 12 0.00000000 -0.00065451 0.00343750 0.00058333 0.0000000

14、0 0.00343750 13 0.00058333 -0.00065451 -0.00260417 0.00006250 -0.00065451 -0.00260417 14 0.00058333 -0.00065451 -0.00281250 0.00012500 -0.00121528 -0.00281250 15 0.00012500 -0.00121528 -0.00166667 0.00045833 -0.00132639 -0.00166667 16 0.00012500 -0.00121528 -0.00083333 0.00029167 -0.00138194 -0.0008

15、3333 17 0.00029167 -0.00138194 -0.00000000 0.00029167 -0.00138194 -0.00000000 18 0.00029167 -0.00138194 0.00083333 0.00045833 -0.00121528 0.00083333 19 0.00045833 -0.00121528 0.00166667 0.00012500 -0.00132639 0.00166667 20 0.00045833 -0.00121528 0.00281250 0.00000000 -0.00065451 0.00281250 21 0.0000

16、0000 -0.00065451 0.00260417 0.00052083 -0.00065451 0.00260417- 位移图方案二内力计算单位：力(默认),力矩(默认)杆端内力值 ( 乘子 = 1) 杆端 1 杆端 2 - -单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 0.74916250 0.00111666 0.00000000 0.74916250 0.00111666 0.00016750 2 0.74916250 0.00111666 0.00016750 0.74916250 0.00111666 0.00033500 3 0.74978958 0.00000000

17、0.00010479 0.74978958 0.00000000 0.00010479 4 0.74916250 -0.00111666 0.00033500 0.74916250 -0.00111666 0.00016750 5 0.74916250 -0.00111666 0.00016750 0.74916250 -0.00111666 0.00000000 6 -1.24860417 0.00000000 0.00000000 -1.24860417 0.00000000 0.00000000 7 -1.49832501 -0.00000000 0.00000000 -1.498325

18、01 -0.00000000 -0.00000000 8 -1.49832501 0.00000000 -0.00000000 -1.49832501 0.00000000 0.00000000 9 -1.49832501 0.00000000 -0.00000000 -1.49832501 0.00000000 0.00000000 10 -1.49832501 -0.00000000 0.00000000 -1.49832501 -0.00000000 -0.00000000 11 -1.24860417 -0.00000000 0.00000000 -1.24860417 -0.0000

19、0000 -0.00000000 12 -1.00000000 -0.00000000 0.00000000 -1.00000000 -0.00000000 -0.00000000 13 1.24860417 0.00000000 -0.00000000 1.24860417 0.00000000 0.00000000 14 -0.00177363 0.00000000 -0.00000000 -0.00177363 0.00000000 0.00000000 15 -0.00177363 -0.00000000 0.00000000 -0.00177363 -0.00000000 -0.00

20、000000 16 -1.00000000 -0.00000000 0.00000000 -1.00000000 -0.00000000 -0.00000000 17 1.24860417 -0.00000000 0.00000000 1.24860417 -0.00000000 -0.00000000 18 0.00250829 0.00000000 -0.00000000 0.00250829 0.00000000 0.00000000 19 0.74978958 -0.00125415 0.00002062 0.74978958 -0.00125415 -0.00023021 20 0.

21、74978958 0.00125415 -0.00002062 0.74978958 0.00125415 0.00023021 轴力图 剪力图 弯矩图位移计算单位：位移(默认),转角(默认)杆端位移值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角- 1 0.00000000 0.00000000 -0.01898884 0.00024972 -0.00268083 -0.01563886 2 0.00024972 -0.00268083 -0.01563886 0.00049944 -0.004356

22、66 -0.00558890 3 0.00049944 -0.00435666 -0.00558890 0.00116592 -0.00435666 0.00558890 4 0.00116592 -0.00435666 0.00558890 0.00141564 -0.00268083 0.01563886 5 0.00141564 -0.00268083 0.01563886 0.00166536 0.00000000 0.01898884 6 0.00000000 0.00000000 -0.01207123 0.00199805 -0.00236562 -0.01207123 7 0.

23、00199805 -0.00236562 -0.01623656 0.00149860 -0.00480110 -0.01623656 8 0.00149860 -0.00480110 0.00054814 0.00083268 -0.00469148 0.00054814 9 0.00083268 -0.00469148 -0.00054814 0.00016676 -0.00480110 -0.00054814 10 0.00016676 -0.00480110 0.01623656 -0.00033268 -0.00236562 0.01623656 11 -0.00033268 -0.

24、00236562 0.01207123 0.00166536 0.00000000 0.01207123 12 0.00049944 -0.00435666 -0.00499581 0.00149860 -0.00480110 -0.00499581 13 0.00049944 -0.00435666 -0.00957403 0.00199805 -0.00236562 -0.00957403 14 0.00049944 -0.00435666 -0.00167014 0.00083268 -0.00469148 -0.00167014 15 0.00083268 -0.00469148 0.

25、00167014 0.00116592 -0.00435666 0.00167014 16 0.00116592 -0.00435666 0.00499581 0.00016676 -0.00480110 0.00499581 17 0.00116592 -0.00435666 0.00957403 -0.00033268 -0.00236562 0.00957403 18 0.00083268 -0.00469148 0.00000000 0.00083268 -0.00469259 0.00000000 19 0.00083268 -0.00469259 -0.00000000 0.000

26、49944 -0.00435666 -0.0055889020 0.00083268 -0.00469259 -0.00000000 0.00116592 -0.00435666 0.00558890 位移图总结：一、比较方案一与方案二： 1、方案二将下弦杆改为连续杆，使制作更加简单； 2、方案二将方案一中的杆13和杆21去掉，减轻了结构自重，由于杆13和杆21上的节点处不设加载点，所以这两个零杆所起作用不大，因此承受同样大小的力，方案二较好； 3、分析内力图可知，两个方案的内力大小相差不大，但方案二的位移较方案一大，所以考虑在两榀之间多加几道支撑，保证结构稳定性。经比较后，我组考虑采用方案二。2、截面选择 截面尺寸 杆件单元 4510 112 1617 2510 13,15 155 14唐山学院土木工程系结构（桁架）模型方案设计说明书 步步为赢组 专 业： 土木工程 组长姓名： 胡雪芳4110408217成员姓名： 赵 丽4110408142 黄玲玲4110408232 指导教师： 马卫华 2014年4月 24日