房盖设计理论方案.doc

承重结构设计理论方案  作品名称______________白天虎_____ ________参赛学校________辽宁工程技术大学__ ____参赛队员_杨华冠_、__秦海朋_、__李健禹__专业名称_建筑工程_、_建筑工程_、_建筑工程_指导教师____________ 金大伟______________ 【摘 要】依据“辽宁第三届大学生结构设计竞赛”的竞赛要求，在充分利用纸、线、胶的力学性能的基础上，以结构重量最轻，承载力最大为结构设计目标，设计制作了符合竞赛要求的结构模型——白天虎通过结构设计、理论分析、模型设计及试验分析等一系列过程，对“白天虎”结构方案进行优化，并以此结构模型参加竞赛关键词】纸、线、胶；结构模型；重量；承载力目  录一、设计说明书1、参赛依据2、结构选型3、模型设计4、试验方案二、方案图1、效果图2、结构布置图3、构造设计三、计算书1、材料性质2、电算模拟3、位移分析4、模型构件几何尺寸和数量四、参考文献一、设计说明书1、参赛依据本参赛方案是根据辽宁省第三届大学生结构设计竞赛组委会颁布的“辽宁省第三届大学生结构设计竞赛细则”组织设计的2、结构选型结构使用的主要材料是纸、线、胶，本次组委会没有提供材料的力学性能指标。

由于本次组委会指定的材料与 “第二届大学生结构设计竞赛”组委会提供材料相近，因此，我们的设计计算假定纸、线力学性能指标分别见表1和表2表1  230克白卡纸弹性模量和极限应力名称种类层数层厚/mm弹性模量/N·mm2备  注230克白卡纸10.31459受压计算时需考虑长细比对稳定的影响 表2  蜡线极限拉力股  数123458极限力(N)48110168207225232表3  材料性能参数表材料密度重度弹性模量泊松比线膨胀系数N-s2/mm4N/mm3N/mm2 1/℃纸6E-096.00E-0614590.31.17E-05线2.40E-112.36E-084.00E+040.29.90E-06充分利用纸、线的抗拉强度，防止整体和局部失稳是结构方案设计的出发点模型结构受到固定荷载作用为了使杆件结构受到的弯矩最小，并充分利用纸、线的抗拉强度受力优势，方案采用悬索桁架结构体系使上弦杆和腹杆主要受压，下弦杆主要受拉，尽量避免结构受到的弯矩和剪力作用为了防止受压杆件的失稳问题，增加结构的整体受力性能，在竖向腹杆之间用线构造“X”的联系；为了减少上弦杆在平面内和平面外的计算长度，在顺桥向和横桥向用线和杆件设置联系；在结点处，所有杆件做成实的圆柱体，并与线、胶连接，防止结点破坏。

所有杆件用直径3mm模具卷成环形圆柱体，以提高压杆的稳定性根据受力类型和大小不同确定各杆件的外直径，具体尺寸见模型设计3、模型设计模型纵向长度为600mm，模型的外轮廓横向宽度600mm支座承载面以下的模型高度在0～350mm模型自重不超过500g要求模型结构有满足跨中静力加载的条件（见加载装置图），以承受跨中静力荷载，并能够满足加载装置给定的条件在结构模型跨中的横向设置两个位移量测点4、试验方案先称量模型自重，再将模型放在支座上，支座间的距离按竞赛要求设置在模型每跨的两个跨中侧面放置丁字尺，以测量模型的竖向位移按竞赛要求加载：承载台为两张等长、等高的长桌，桌上固定好四个支撑块，四个支撑块各在其上表面绘出一尺寸为60mm×60mm的正方形区域（该区域称为“支撑区域”），支撑区域中心点构成600mm×600mm的正方形，屋盖模型必须能安放入四个支撑区域内（能放入即视为尺寸符合要求）加载装置从屋盖中心穿过，并在下方悬吊砝码具体尺寸见附图1）加载过程比赛为直接加静荷载，按照图示加载方式加载初始荷载为10千克，荷载增加梯度为至少5千克/次，封顶荷载为70千克若模型结构失效，即取前一次加载重量为最大承载重量。

砝码加载由参赛队派代表在裁判的监督下进行，加载时队员身体不能接触模型和已加载上的砝码每一次加载，裁判会在队员手离开砝码后开始计时，模型在5秒钟内没有失效即加载成功，可以进行下一次加载2）失效条件凡出现下列情况之一者，即判定为屋盖模型失效： ① 模型无法按照设计要求正确安装就位； ② 模型无法依照比赛组委会规定的加载测量方式进行加载和测量； ③ 模型在加载过程中接触到了竞赛不允许接触的部位； ④ 模型在加载过程中出现明显的材料、结构损坏； ⑤ 结构发生扭转、倾覆；⑥ 评审委员会认为失效的其它情况二、方案图1、效果图结构的整体效果图、桥面效果图、立面效果图和侧面效果图分别见图1~4图1 实物图2、构造设计模型构造设计示意图见图2 (a)  弦杆的接长三、计算书1、材料性质10层卡纸厚度3mm，20层卡纸厚度6mm测出单层卡纸的平均厚度为0.3mm每张卡纸规格： 质量：230克 尺寸：788×1094 随机试样（自己制作）三个杆件：测得平均外径15.9 mm，平均内经13.01mmA=65.5867I=1135.471由论文资料反算出E=14592、电算模拟 1、计算简图2、杆件轴力 图3如图可知，杆一、杆三、杆四、杆七、杆八、杆九杆六和杆十时受压杆，杆二、杆五、杆十一、十二、十三、十四为受拉杆。

因为是用加载棒加载，所以为了考虑结构不受剪力与弯矩的作用我们设计的结点2与节点6之间的距离就是俩个加载棒之间的距离即120mm.设在节点2和节点6处各加1KN的集中荷载如图一，那么，各量杆之间的受力况如下：表4  构件状态及大小受压区压应力（单位1KN）杆一0.16杆三0.34杆四0.34杆六0.85杆七0.16杆八0.16杆九1.08杆十1.08受拉区拉应力（单位1KN）杆二0.66杆五0.66杆十一0.54杆十二0.53杆十三0.53杆十四0.54由表可知，受压区最危险的杆是杆九和杆十，这俩个杆个受1.08KN的力受拉区的最危险的杆是杆二和杆五，所受的拉应力为0.66KN由表2  “蜡线极限拉应力”可知，拉线的极限拉应力很大，而且蜡线的质量很轻，所以这里可以多用几股蜡线来保证能提供足够的拉应力，只是在实际操作的时候注意结点处的稳定关于压应力，可能我的专业知识还不够，我们并没有找到更好的方案能够让最大的压应力降到1KN以下，所以，我们只有在制作模型的时候认真在认真，来保证杆九和杆十有足够的强度在结构模型上施加单位荷载，杆件长度及截面面积不变，通过结构力学求解器在EA和EI之前乘以折减系数，反复改变系数值并计算结构每个杆件的轴力和位移。

得出以下结论：A越大，位移越小I越大，极限承载力越大结合各单杆长度及所受的轴向压力值，分析各个杆件其中1、2、3号杆件极限承载力为235N9、10号杆件极限承载力为305N按照电算模拟：9、10号杆件最先破坏3、位移分析4、模型构件几何尺寸和数量模型长宽为600mm*600mm支座承以上的模型高度在350mm，支座承载面以上的承载方框模型尺寸130mm*130mm表4  构件几何尺寸及数量表杆件内直径(mm)外直径(mm)展开面尺寸H×B(mm×mm)数量1、213.0115.9492×10954纸的展开平面图卷成后的纸杆图四、参考文献1．            龙驭球、包世华．结构力学教程（面向21世纪课程教材）．北京：高等教育出版社，2001。