竹皮结构参考手册 第二版

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1、竹皮结构设计与制作参考手册（第二版）学校：中国石油大学（华东）专业：土木工程系指导老师：杨文东编制人员：邹翼程玉珍王庆曹文邹鹏宇2017年4月1日参考论文：《竹皮结构设计与制作分析》前言为了快速提高参赛选手在大学生结构设计竞赛上的竞争力，依托国家级大学生创新创业训练计划项目（项目名称：木质双塔连体结构优化设计与制作：项目编号：201610425042）由我校参加华东地区第十二届大学生结构设计竞赛的指导老师和比赛选手组成编写小组，编制了《竹皮结构设计与制作参考手册》。在编制过程中，总结了华东地区第十二届大学生结构设计竞赛的比赛经验及模型的制作技巧。本参考手册只是初步对杆件性能、

2、模型设计和制作技巧进行总结，还有大量的后续工作仍待今后的参赛选手和老师进行补充与修订。竞赛模型为木质双塔连体结构，采用竹皮材料制作，模型由主塔楼和连廊共同组成，模型制作完成后，与木质底板固定，木质底板采用夹具固定于加载台上进行加载。图1为连体结构模型示意图。赛题具体要求见附录。图1目录1材料与工具……………………………………………………………………21.1材料………………………………………………………………………21.2工具………………………………………………………………………32结构设计方法浅析…………………………………………………………42.1结构选型…………………………

3、……………………………………42.2结构分析……………………………………………………………53结构的实际制作………………………………………………………………………83.1制作前期准备…………………………………………………………83.2制作工艺………………………………………………………………114构件与结构的优化与创新……………………………………………………154.1构件的优化与创新……………………………………………………154.2结构的优化与创新……………………………………………………204.3结构的优化设想……………………………………………………26致谢…………………………

4、…………………………………………………26附录第十二届结构设计大赛赛题…………………………………………………………2711材料与工具1.1材料1.1.1竹皮有如下三种规格：竹材规格款式1250x430x0.50mm本色侧压双层复压竹皮1250x430x0.35mm本色侧压双层复压竹皮1250x430x0.20mm本色侧压双层复压竹皮力学性能参考值：弹性模量1.0x10^4MPa,抗拉强度60Mpa，抗压强度20MPa，泊松比0.311.1.2502胶水（1）应选择质量较好的胶水。502胶水的质量参差不齐，选择一种能瞬粘且粘性强的胶水对模型制作有很大的帮助。（2）502胶水同铁

5、制品的粘结力弱，在制作杆件时，可在下方铺铁皮或其它铁制品，以防杆件与桌面粘接及桌子的损坏。21.2工具砂纸打磨杆件端部，获得所需要的杆件精确尺寸打磨结构节点处接触面以增加接触面积橡皮、直尺、铅笔在竹皮上绘制杆件平面设计图剪刀、美工刀切割修剪材料镊子用以夹持细小构件，防止胶水粘手橡胶手套防护双手（也可以用胶布缠绕指尖）32结构设计方法浅析设计模型前应对赛题有充分的了解，包括所使用材料的力学性能（如竹皮的顺纹抗拉强度优越），模型的加载方式及其比赛得分算法（重要）。2.1结构选型结构采用竹皮作为材料，结点粘接较为牢固，且在实际制作中结点可加强处理，因而结点可视为刚结点。赛题要求该结

6、构具有一定竖向承载力的同时具有较大的抗侧刚度，下面以结构的抗侧力构件为例，阐述结构选型过程中计算机辅助设计的方法。选择满足赛题要求的抗侧力构件如图2所示，分别为纯矩形刚架、三角刚架及内部设置斜杆的矩形刚架。图2结构抗侧力构件2.1.1抗侧力构件的定性分析纯矩形刚架其侧向位移主要源于竖杆的弯曲变形，其内部无抗侧力杆件，虽然节省材料但抗侧刚度较小。三角刚架其侧向位移主要源于斜杆的拉压变形，能节省材料的同时抗侧刚度较大。内部设置斜杆的矩形刚架其侧向位移来源主要是斜杆的拉压变形及竖杆的弯曲变形，其抗侧刚度同样较大，但所需材料较多。2.1.2抗侧力构件的定量分析假定杆件截面如图3所示，

7、通过结构力学求解器简要分析满足赛题要求的结构抗侧构件，分析数据如图4。可通过指定点的位移大小及构件质量（正比于杆件长度总和）进行抗侧构件合理性的定量判断。求解器所需的截面力学性能参数计算：EA=20×10-6×1010=2×105Pa1I=10×0.5×2×52+×0.5×103×2=333mm412EI=333×10-12×1010=3.33N·m2图3假定杆件截面图4三种抗侧力构件的质量比（构件长度比）：1400:1120:2040=1.25:1:1.82在单位力下顶点的水平位移比值为：74.9:3