竹高跷结构模型设计书

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1、兰州大学第八届结构模型设计大赛设计方案项目名称：竹高跷结构设计模型队伍名称：土木年华组合项目完成人：庞凯敏周梦龙马佐伟所在学院：兰州大学土木工程与力学学院完成时间：2014年4月17日竹高跷作品设计人：庞凯敏周梦龙马佐伟1.设计构思1.1竞赛赛题分析1.本次竞赛要求制作竹高跷模型，模型整体包括竹高跷模型和踏板两个部分。2.踏板固定在竹高跷模型顶面上，将来自参赛选手的荷载通过踏板A、B、C三处实木条传递至模型。踏板由组委会提供。3.竹高跷模型由参赛队使用组委会提供的材料及工具，在规定的时间、地点内制作完成，其具体要求如下：（1）模型采用竹材料制作

2、，具体结构形式不限。（2）制作完成后的高跷结构模型外围长度为400mm±5mm，宽度为150mm±5mm，高度为265mm±5mm；模型结构物应在下图所示的阴影部分之内。（3）模型底面尺寸不得超过200mm×150mm的矩形平面。4踏板由组委会提供，其结构及尺寸如下图所示。踏板结构的面板为中密度板，面板上固定有A、B、C三根实木条，通过热熔胶与竹高跷模型固定。参赛选手用热熔胶将参赛鞋固定于踏板上，踏板上设有4个直径为15mm通孔供穿绕系带（系带由组委会提供），以进一步固定参赛鞋（参赛鞋由各参赛队自备，建议选用类似轮滑鞋的可以保护踝关节的高帮鞋）

3、。图2踏板结构图踏板与竹高跷模型固定后的模型整体高度应为300mm±5mm。如图3所示。在踏板与模型连接处的外侧（图3中的a、b处）允许增加构造物以进一步提高连结强度，构造物的高度不得超过10mm。5.材料：（1）竹材，用于制作结构构件。竹材规格及数量见下表.竹材规格及数量竹材规格竹材名称数量1250×430×0.50mm本色侧压双层复压竹皮5张1250×430×0.35mm本色侧压双层复压竹皮6张1250×430×0.20mm本色侧压单层复压竹皮5张注：竹材力学性能参考值：弹性模量1.0×104MPa，抗拉强度60MPa。（2）502胶水，1

4、0瓶（规格25克），用于模型结构构件之间的连接。1.2模型设计思路1.模型主要承受竖直动荷载和静荷载，要求模型有较强的抗压性能。按设计要求，在踏板承受较大的竖直动荷载和静荷载，因此，我们选择了整体构造截面为梯形的框架结构，并且利用支撑，使结构具有较好的整体性，以便承受较大的动力荷载。结构整体为左右对称，质量刚度沿截面形式均匀分布，上部结构重心位于同一平面内，做到了受力方式合理，传力路径明确，整体性、较好。3.在加载过程中，荷载等效为集中荷载作用于杆支撑。通过连接，该模型的杆件形成了一个统一的整体。踏板在均布荷载作用下，将力以集中荷载的方式传给受

5、弯杆件，在中间附加杆件的作用下加强了主要支撑杆件对荷载的抵抗能力，也提高了整体稳定性。4.充分利用竹质材料的特性，抗拉强度远大于抗压强度，充分利用了附加杆件的抗拉性能。5.所有的杆件均采用圆筒实心结构，最大程度地增大杆件的抗压强度。6.在设计合理的前提下，我们必须保证我们的做工精细、合理，这样才能使设计的模型最大程度的展现其作用。2.作品介绍2.1尺寸参考数介绍主要承重结构：撑杆，踏板杆件尺寸与数量表：标号形状尺寸（直径）长度数量主要杆件截面15mm281mm8附加杆件截面15mm192mm4附加杆件截面15mm295mm2附加杆件截面15mm

6、200mm2附加杆件截面15mm150mm22.2结构三视图实物图正视图侧视图俯视图2.3设计作品特色l形体规则，结构简单，结构简单性保证承载力有明确而直接的传力路径l结构体系合理，有效避免结构或构件局部破坏l受力明确，力传递途径合理l节点加强处理，提高薄弱部位连接能力l制作方便，符合竞赛规则在遵守规则的前提下，我们综合考虑各个因素设计的高跷模型有以下六个特点:1.从结构外形看，结构前后对称，左右空间对称，质量刚度沿截面形式均匀分布，避免结构模型偏心受扭，结构简单，传力路径明确，稳定性、整体性好；2.根据动荷载分布规律，结构受力特点等，我们从增

7、强刚度和采取构造措施对底柱采用支撑做了加强处理；3.考虑材料有较高的抗拉性能，结合材料的力学性能，我们的较好的利用了附加杆件的抗拉性能。4.在整体结构与踏板的粘结处部分采用热熔胶填实，从而保证粘结端成为刚性节点。5.在结构的上半部的左右采用了空间对称的对角式小型斜拉杆，既增强了抗压性能、节省了材料，又未改变整体的几何中心位置，使该部分构件最大拉应力和最大压力同时达到材料的许用应力。2.3形体设计说明l左右对称竹高跷结构模型采用左右对称竹高跷结构模型。在加载过程中，荷载等效为集中荷载作用于支撑杆上。通过拼接，该模型的踏板和杆件形成了一个统一的整体

8、。踏板在均布荷载作用下，其弯矩使得主要承重杆件受压。杆件之间设有斜杆做支撑抗剪能力，使得支撑部分与抗剪连为一个整体，并且加强杆件对荷载的抵抗能力。合理