大学生结构设计大赛计算书.docx

1、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

2、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600mm420mm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

3、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.

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

5、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。