结构设计竞赛计算书

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1、建筑工程学院2013年云南省大学生结构设计大赛计算书团队名称：步步高作品名称：风火轮参赛队员：XXX（组长）XXXXXX指导教师：XXX理论分析计算书目录1设计说明1.1赛题概述……………………………………………………11.2高跷简介……………………………………………………12设计方案2.1材料性能……………………………………………………22.2结构选型……………………………………………………33模型制作3.1模型材料表…………………………………………………33.2模型细部做法………………………………………………43.3结构模

2、型制作过程…………………………………………53.4制作完成……………………………………………………64分析与计算4.1加载分析……………………………………………………64.2人体加载计算………………………………………………74.3结构内力计算………………………………………………85结论……………………………………………………106参考文献与致谢6.1参考文献……………………………………………………116.2致谢…………………………………………………………111设计说明1.1赛题概述本次赛题要求采用规定的竹皮材料，制作一双竹结构

3、高跷模型，并进行加载测试。本次赛题的荷载并非事先确定的固定值或指定的荷载形式，而是在模型制作完成后各参赛队推选一名选手穿着由本队制作的竹高跷进行加载测试，模型的加载分为静加载和动加载两部分，静加载的荷载值为参赛选手的总重量，以模型荷重比来体现模型结构的合理性和材料利用效率；动加载通过参赛选手进行绕标竞速来判断模型的承载能力，因此模型所受到的冲击荷载的大小、方向甚至荷载作用点都取决于参赛选手的质量、运动方式和模型的结构形式，两项加载的总成绩决定参赛队伍的最终成绩。具体要求见《第四届云南省大学生结构设计竞赛赛题》。1.2高跷简介踩

4、高跷是我国一项群众喜闻乐见、流行甚广的传统民间活动。早在春秋时高跷就已经出现，汉魏六朝百红中高跷称为“跷技”，宋代叫“踏桥”，清代以来称为“高跷”。高跷分高跷、中跷和跑跷三种，最高者一丈多。高跷表演者不但以长木缚于足行走，还能跳跃和舞剑，形式多样。如图1、图2所示。10图1高跷图2踩高跷2设计方案2.1材料性能本次竞赛要求模型制作的材料采用规定竹皮。经实际制作、使用发现：竹皮材料制作的杆件具有重度轻，强度较高，韧性好，弹性范围广，弯曲变形量大的特点，由其组合而成的结构，变形协调能力好，吸收和耗散能量能力强，对承受弯曲荷载的本次

5、竞赛模型而言，是力学性能较理想的制作材料。502胶水用作主体结构的粘结，涂胶的质量直接影响整个结构的性能，涂胶时应做到少量、均匀。502胶水的腐蚀性较强，使用时要非常小心，且其挥发较快，涂胶之后应立即粘贴完毕，且连续涂胶长度不宜过长，否则粘结强度将会受到严重影响。  102.2结构选型在结构方案的概念设计时，为了充分利用竹结构延性好的特点，我们在纵向采用“W”形桁架结构，在横向布置部分斜杆，以保证横向稳定，提高结构整体稳定性，使结构更好地整体受力。我们所采用的杆件均为细长杆，为了提高单根杆件的压杆稳定性，我们在杆件中部用单层竹

6、片进行拉结，从而降低杆件在特定方向的计算长度，来降低其长细比。3模型制作3.1模型材料表物件名称尺寸（cm）数量实物图截面长度10QWZ/ZWZ/HWZ5*528.32/4/2QNZ/HNZ5*529.22/2ZNZ5*530.42底座外部尺寸15*201（注：QWZ:前外柱；ZWZ:中外柱；HWZ:后外柱；QNZ:前内柱；HNZ:后内柱；ZNZ:中内柱）3.2模型细部做法柱的粘接：节点做法：10边节点加固中间节点加固底板做法：底板粘接底板成型3.3结构模型制作过程柱子打磨柱子搭接103.4制作完成制作完成的单只模型静荷载下的

7、试验4.分析与计算4.1加载分析由于人在行走习惯不同，导致高跷结构所受外力的位置和大小不易明确，同时由于顶部踏板的纵向弯曲变开，以及行走地面不平整造成的底部连接件变形，导致中间斜柱内力的变化较为复杂，即高跷的踏板、斜柱和底部连接件作为整体相互影响，三者都将按各自的刚度对变形产生相互约束作用，从而影响斜柱内力的分布。为了简化计算，我们忽略地面不平整的影响，将顶部踏板视为杆件，并将所有杆件的连接视为铰接点，则整体结构可看作为空间桁架结构，并且将此空间桁架结构再进一步进行平面简化。10我们通过观察，将人体竖向荷载分纵向和横向分别简化

8、为两种情况；同时将人在行走过程中地面摩擦所产生的水平力考虑为两个方向，前进时为向前的水平力，以及人体扭转时的力偶，简化为横向桁架时即为横向水平力4.2人体加载计算按以上所述的计算简图如下图所示(人的质量m=50kg)：图3根据预定加载的人体质量m可求：m=50㎏则，G=mg=