海洋平台结构设计与模型制作计算书

1、海洋平台结构设计与模型制作理论方案浙江大学结构设计竞赛组委会二一二年第一部分：方案设计摘要根据学长“简单、粗犷”的原理，在实践中抛弃了很多复杂、沉重的构件，最终展现在我们面前的是一个四棱台与四棱柱结合的简单作品。自下而上的构件分别为：底部为深入沙中的底柱，长为10cm。通过一次实验，为利于柱子插入细沙中而将柱子削尖。联结底柱的是四棱台，高42cm、底边长45cm、顶边长28cm。为抵抗风荷载的力矩而增大重力的力臂，在保证质量较轻的条件下增大底部长度。初时对竖向荷载过分估计以致四周承重柱以及斜撑杆过重，但稳重的底部在加载过程汇中也有可取之处。之所以将高度定为28cm，是因为伊始准备在四棱台中间安

2、置塑料片筒体。但在实际操作中我们放弃了这个设想。联结四棱台的是被斜杆分成三部分的四棱柱。借鉴了别人的轻质理念，一改底座的笨重，上部桁架的布置简明，但纤细的杆件也使整体遭受了风荷载的极大挑战。在实验加载中发现荷载箱稍小，因此改进顶部边长、露出四个小柱。本欲在与水面相切处设置420*420的塑料片则可以利用水的吸附力，可惜塑料片质量稍重、效果也不太明显。改进后，四棱台留在空中的部分受风荷载较大，布置了较密的桁架。在构件联结处，我们尽力增大构件的接触面积，同时也做了些小木段与木片作为加固。总结来看，在最初的设计思考中我们还是有一些新的想法,比如筒体，比如利用水的吸附力，但在实践制作过程中我们缺乏对可

3、操作性的理性认识；同时我们过分估计竖向荷载以致质量过重，轻视水平风荷载而在试验中多次面临剧烈的扭转。最终我们的结构形式归于简单，但过程并不平淡。在否定与自我否定中，我们已有收获。第二部分：计算书1） .主要结构图2）.设计参数尺寸参数：木条粗杆截面3mm*3mm 细杆截面2mm*2mm 顺纹弹性模量1.0*104Mpa 顺纹抗拉强度30Mpa 有效荷载箱3.3kg，外部尺寸300mm*300mm*300mm 水平恒载砝码186g 水平风荷载，风速v=8.0m/s3）.荷载分析与承载能力估算：1竖直向下方向：每根柱子所受力：fz=m*g/4=3.3*9.8/4=8.085N 侧面悬挂重物，节点所

4、受力： fz1=m1*g=0.186*9.8=1.823N2水平风荷载：已知风速v=8.0m/s，空气密度=1.2kg/m3，运用动量定理：m·v = f· t；m=V=S(vt)，则有f=v2S，S为接触面积计算得到fx=v2S/2=1.2*（8.02）*0.3*0.3/2=3.456N（分担在顶端侧向两节点上）3荷载组合力矩：M= fz1*1.05+ fx*1.35=6.580 N·m，又M=(m+m荷载)/2·g·l/2 底面边长l=0.45m，为使构件稳定，则理论上需要重量：m=4M/（g·l）- m荷载=2.668kg4实际

5、可受竖向荷载：F=8*30Mpa*（2*10-3）2=960N4）.计算简图在学长帮助下，对于最初设计的建模分析。1. 运用有限元软件ANSYS建模如下：2考虑荷载计算结果图如下：位移图： 轴力图： 应力图： 建模尺寸均选用3mm的木条，计算得到的顶端节点位移偏大，故需要作适当调整，调整方案为，适当的把最上层杆件截面加大，节点连接牢靠。第三层斜杆轴力偏大，需加大截面，应力均在木条可承受范围内。3局部截面验算（稳定验算）：取轴压力最大的杆件，计算长细比，得到稳定系数，参考钢结构教材里面构件稳定承载力计算方法，验算本结构中构件是否满足稳定性；取本结构中长度较大的杆件，由上述结果图提取轴压力，计算长细比，得到稳定系数，参考钢结构教材里面构件稳定承载力计算方法，验算本结构中构件是否满足稳定性；5）.结论与建议按照上述方法调整后，本结构基本可行，竖向与横向荷载都能有效承受。但需要注意的是，在手工制作中主要节点之间的连接应当加固、整体模型端正稳固，在加载中模型需放置平稳。 虽然在实践操作中最初的模型未被采用，但得出的结构使我们着重了制作细节