结构设计大赛作品计算书

“千年龟壳”屋盖构造模型设计方案学院名称XXXXXXXXXX专业名称土木工程学生姓名倪兴惠指导老师XXXXXXXXXXXXX联系电话XXXXXXXX浙江省大学生构造设计竞赛组委会二OO六年十月一、设计阐明书根据竞赛规则规定，我们从模型的用材特性、加载形式和制作方便程度等方面出发，采用社会上收集的易拉罐罐体、用改性丙烯酸酯胶作为粘结剂，精心设计制作了“千年龟壳”屋盖模型。刚与柔的完美结合是这个模型的最大特点。1、构造体系主体为张弦梁的构造体系：屋面板和方型梁的组合，作为张弦梁的压弯系统，承当构造的整体受弯、受压和抗剪；单根铝片作为张弦梁的受拉系统，承当下部拉力；方型薄壁杆作为张弦梁的中间撑杆，协调上述两者共同工作，承受压力。2、截面选择用U型加两侧翼缘和面板黏结构成完整的箱型截面，让屋面板参加整体受力，产生蒙皮效应；铝条抗拉能力强，因此采用简朴的“一”字型截面；撑杆受压，采用方型现有助于稳定，又有助于与上部箱型梁的紧密连接。3、节点设计支座处：采用封闭箱型局部加固端部，确保能承受较大的支座反力；采用双层材料在梁底夹住铝条，确保铝条不因受拉而产生支座处忽然脱开。加载处：将连接拉环的铝条，从方型薄壁撑杆中穿过后，直接粘贴于方型梁顶，加载时荷载通过拉环和铝条直接作用于梁上。合理的模拟了现实中张弦梁的工作状态。4、制作解决在制作过程中使模型整体向上微拱，使梁尽量受压力而少受弯，有助于梁的稳定和减少挠度。5、设计假定（1）材质持续，均匀；（2）梁与梁之间结点为刚结；梁与撑杆之间的连接为铰结；撑杆与下部拉条之间为铰结；屋盖支座为简支；（3）屋盖本身质量不计；加载时，荷载以集中力的形式作用在指定的九个节点处。（4）杆件计算时采用钢构造的计算模式；根据以上假定，通过构造力学求解器建立计算模型，所得的内力和位移作为构件设计的根据。二、方案图1．模型构造图“千年龟壳”效果图“千年龟壳”仰望图模型实物图构造整体布置图4.截面详图三、计算书1.构造选型采用“丰”字交叉式张弦梁构造形式。构造以“三”为主受力，“︱”为次受力合理性和实用性:张弦梁构造综合应用了刚性构件抗弯刚度高和柔性构件抗拉强度高的优点，构造能够做到构造自重相对较轻，体系的刚度和形状稳定性相对较大，因而能够跨越很大的空间。创新性:1．模型结合了普通的双向井字交叉张弦梁构造和单向张弦梁制做简朴、受力明确等优点，克服了双向井字交叉张弦梁双向协同工作困难的缺点。2．对次受力方向的一榀张弦梁（b）做了特殊解决。制做时对主受力方向的三榀张弦梁（a）的拉索的绷紧程度不不大于b的拉索，因此在加载时b较a后屈服破坏，从而予以a足够的侧向支撑确保，尽量发挥a的受力性能。并且b的设立对减小中间挠度效果明显。具体工作原理以下：2．荷载分析根据本次比赛的加载规则，考虑最不利状况取三个40N集中荷载同时作用。因素以下：加载过程中可能会由于加载链的长短和原来挂钩的长短，造成加载有先后。但是，其先后不会相差很大，最多相差20N(在第一种20N的砝码作用上去时)，与三个40N的同时作用相比较，后者更为不利。另外在加载时会存在一定的动力效应，及加载时的不均匀性等不利因素的影响，采用在制做时适宜加强构件的方法，计算时不予考虑。3．计算简图与内力分析（1）主张弦梁(a2)简图40N40N40Na.弯矩图(N*mm)34．08291．66291.66 b.剪力图(N)1.441.29-1.29-1.44c.轴力图(N)-107.85-106.44-106.44-107.85-21.29-42.58114.64108.55108.55114.64d.位移图(竖向值mm)-1.975-2.427-1.975-1.926-2.293-1.926（2）主张弦梁(a1、a3)简图40N40N40Na.弯矩图(N*mm)-474.11-474.11-1257.87b.剪力图(N)-2.348.66-8.662.34c.轴力图(N)-114.32-113.40-113.40-114.32-34.02-22.68122.14113.97113.97122.14d.位移图(竖向值mm)-1.757-4.320-1.757-1.678-4.258-1.678内力分析成果：梁的最不利组合为：，，撑杆（Z1—Z3、Z7—Z9）的最大轴力为：撑杆（Z4、Z6）的最大轴力为：撑杆（Z5）的最大轴力为：拉索：4．强度，刚度，稳定性校核已知材料：铝质易拉罐侧面，厚0.11mm改性丙烯酸酯胶粘剂（AB胶）材料性质：经实验测的材料的极限抗拉强度为236N/mm2,屈服强度fy=190N/mm2,设计强度f=180N/mm2，抗剪强度=104N/mm2。(1)梁：由内力分析可知,最不利组合为：截面特性：满足规定。由于梁与屋面板紧密黏结，能够确保其整体稳定性。另外，在梁上集中荷载作用处，采用局部加厚等构造方法以满足局部强度的规定。(2)撑杆（Z1—Z3、Z7—Z9）由内力分析可知：截面特性：满足规定。（3）撑杆（Z4—Z6）其中Z4、Z6的，。Z5的，。满足规定。满足规定。（4）拉条抗拉强度验算：满足规定。（5）支座处剪力验算:已知梁的截面性质：，满足规定。另外支座处局部压应力采用局部加强方法确保。