金汤之神大坝结构模型设计计算书-湖北省大学生结构设计大赛计算书

2016年第四届湖北省大学生结构设计大赛计算书 参赛学校：武汉工程大学作品名称：金汤之神 指导老师：王亚军 参赛队员：胡云飞 丁玮 王志彪目 录1 概况11.1设计理念11.2 结构基本情况12 计算书22.1 结构造型22.2 结构选型22.3 模型特色23 结构设计图23.1 结构轴侧图23.2 结构立面图33.3 构件截面图33.4 节点构造图44 结构建模及主要计算参数54.1 结构建模级主要计算参数55 受荷分析65.1 荷载确定及输入65.2 分析结果及构件承载力验算76 模型加工137 材料表138 总结14大坝结构模型设计计算书1 概况支挡结构作为主要的主要用于承受静止泥石流，碎石崩塌等，通过对本赛题的支挡结构在侧向冲击力作用下的受力性能和破坏特点。1.1 设计理念根据赛题分值模型加载评分规则，模型在满足强度和刚度要求条件下，重量对最后分值的影响较大，我们组在模型确定过程中主要考虑了以下设计理念：1）加强节点构造连接，不仅使结构具有较好的整体牢固性和整体稳定性，而且可以充分调动各构件多方面的力学性能。2）结构设计尽量作到传力直接，受力明确，用尽量少的构件和合理的体型表达力与构型的优美。3）构件设计在遵循材料特性和便于制作的前提下，尽可能追求截面面积小和截面力学性能好。4）由于支挡结构的主要受力构件为受弯和受压构件，为了防止构件发生失稳，主要的构件应设置成闭口的箱形截面，提高其扭转刚度。5）为了减小结构自重，长细比小的构件，截面尺寸可适当减小；弯曲变形较小的位置，可将箱形截面抗弯构件设置成矩形加劲肋。1.2 结构基本情况结构采用竹质面板和支撑体系。面板重量16.7g，侧向支撑重量34.3g，面板抗弯构件重量26.3g，侧向支撑为了防止发生失稳破坏，支撑面板节点加强。面板宽300mm,高350mm，为加强面板抗弯刚度，每隔90mm均匀布置竖柱4根，截面6*6mm，高350mm；为增加底部的抗剪能力，在底部柱间设置横梁；为提高面板抗拉强度，在面板高度100mm处设置宽度5mm，长300mm的拉条；在高度195mm、280mm处分别设置柱间横梁；为控制测点位移，在高为315mm处中间两柱间设置横条。为支撑面板，在拉条与竖柱节点处分别设置四根短斜撑，长度为13mm，截面为5mm*5mm;在第二排横梁与柱节点处，设置四根中斜撑，长度为25mm，截面为5mm*8mm，并在两边贴片以加强抗弯刚度；在顶层梁与柱交接处设置两根长斜撑，长度为32mm，截面为5mm*8mm。2 计算书2.1 结构造型根据赛题要求2.2 结构选型支挡结构的结构类型有多种，包括挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等支撑和锚固结构，由于赛题限制，我们采用类似挡土墙的结构模型，并设置斜撑。2.3 模型特色(1) 从结构的外形上，选择尽量多的支撑，使其受力均匀，加载方便，支撑方式随着高度逐渐变化，有活力。(2) 根据MIDAS软件简历的模型分析，可得出结构位移和受力的最大点，针对这一情况，我们改造出变截面支撑，成为我们结构一大特色。(3) 斜撑，梁柱节点相交处，用胶水加固，并贴L型片，这大大提高了斜撑的稳定性和强度。(4) 结构有效的节约了材料，采用合适的杆件加固，经济适用。(5) 结构模仿实际工程，采用斜撑式支挡结构，增强其动力特性和稳定性。 3 结构设计图3.1 结构轴侧图图1结构轴测图3.2 结构立面图图2 结构侧立面图3.3 构件截面图 图3 构件截面图3.4 节点构造图 (a) (b) (c) (d)图4 节点构造图4 结构建模及主要计算参数4.1 结构建模级主要计算参数结构的数值计算模型在midas软件中实现，力的单位为N，长度单位按mm设置，重力加速度取9806mm/s2。面板采用薄板单元，其他构件包括拉条按梁单元计算，结构材料为竹材，竹材的弹性模量取1e4MPa，并按均质各向同性考虑容重取7.8e-6。面板与底板基础连接部分假定粘结稳固，计算时面板底部结点按照固结处理，支撑与底板固结。图5 材料数据图6 截面列表5 受荷分析5.1 荷载确定及输入按照赛题要求，模型需要输入冲击荷载，在计算时为了简化加载工程，通过在静力荷载基础上乘于2.0的放大系数来考虑钢珠的冲击作用。图7 支座定义及约束形式图8 侧向压力计算方法5.2 分析结果及构件承载力验算5.2.1 计算结果 图9 梁单元轴向应力FX图10 梁单元弯曲应力my方向图11弯曲应力mz方向图12 弯矩my图13 弯矩mz图14 轴力FX图15 扭矩mx图16 薄板弯曲应力图17 板单元内力图18 DY图195.2.2 结构应力竹材按均质各向同性考虑，竹材密度：0.78g/cm3，顺拉强度：150Mpa，抗压强度：65Mpa，弹性模量：10Mpa。通过分析图-图，可以看出支挡结构的内力均为超过竹材的抗压和抗拉强度值，而观测点的瞬时最大位移只有7mm，变形较小。说明本组模型能够满足强度的要求，同时刚度上也能保证结构在冲击荷载作用的变形不至过大，前期的加载试验也验证了以上结论。需要指出的是，本模型数值分析计算结果并不一定完全真实，前期模型加载过程中也并没有观察检测点的位移变化情况。考虑到冲击本数值模拟对冲击荷载的简化采用的是在静力荷载基础上乘于冲击系数的做法，冲击系数的取值并没有专门做试验验证，因此存在误差是必然的。6 材料表7 总结在近半个月的备战过程中，我们小组的每个成员都为此付出很多，很多时候为了一个节点的处理方式而绞尽脑汁，或者为了一种工艺而冥思苦想。在这个过程中我们做了很多试件和模型，不断追求最优的方案，一次次的失败经验让我们懂得如何更好的在下一个模型上做出小小的进步，有失败有成功，有过气馁，不过更多的时候想到的是不放弃和坚持。模型的制作是枯燥的，不断的计算杆件长度，不断地测量杆件搭配，只为得到一个合理的结构。我们不断地进行优化，不断寻求一个好的结构设计，一个满足要求又节省材料的杆件形式，不断