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时间:2019-07-21
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1、大连理工大学第十一届大学生结构设计大赛理论方案作品名称:悬挑屋盖学校:参赛队员:一.设计说明书1.1方案构思本次结构设计大赛要求制作一个倒L字形悬挑屋盖,经过组员的商量讨论,我们决定采用桁架结构。模型加载区处于悬挑端部,尺寸已经规定为纵向70mm,横向400mm,高度不小于180mm,如果只做两排杆,全部放在外侧,跨度太大;放在内侧,影响结构整体美观。考虑到加载区尺寸要求以及使用铅发丝线作为拉杆使用,既节约材料又美观,我们决定做四排杆,中间两杆相距200mm,与外侧相距100mm,并在四排杆杆中间用铅发丝线斜拉着加载区。由于白卡纸
2、材料抗拉强度远优于抗压强度,因此应尽量使杆承受拉力。考虑到这一点,我们将主体结构的屋盖部分做成类似于三角形的结构。这样对加载区提供一个向上的拉力分量,能够承受的荷载更大。另外三角形结构也具有比较好的稳定性,且结构整体也显得更美观。考虑到连接的需要,我们在屋盖左侧拉杆与竖梁相连的地方,加了一个40mm的短竖杆。为了阻止横梁弯曲,需在横梁与竖梁间用杆支撑,但需考虑到在倒L字形内侧600mm×420mm区域内不得有任何构件,支撑杆尺寸必须设计好。横梁与倒L字形下部竖梁,一共两排,每排四根。底座部分要求设置横向不大于50mm的宽平坦区域用
3、于夹板固定。在横向部分,我们将四根杆叠放之后,用绳子与竖梁连接在一起。在纵向部分,我们仅做了一根杆与后排四根竖梁相连。这样在施加荷载后,后排四根杆与底座刚性连接,一起承受拉力,中间两根杆也不会由于离开地面之后失去承受拉力的作用。1.2结构特色说明:1.回形构件具有重量轻,抗弯性能好,刚度大,承载力强的特点。我们的大部分构件都是三层,但如果卷成三层的圆杆,无论抗压,抗弯能力都远远逊色于回形杆件。2.我们的节点处理方式比较新颖,制作方法是将每根杆的两端都预留两厘米的距离,沿四条边剪开,卷一个直径与内侧边长相差不大的圆杆,折弯后分别插进
4、两杆中涂上胶,干后再用绳子绑,既牢固,又美观。3.悬挑部分并不是一个平面,而是三角形与水平面相结合,充分利用了三角形的稳定性,并且结构整体显得不呆板。4.大部分的结构有两排杆组成,我们的有四排,在四排杆中间用铅发丝线斜拉着加载区,既能取代杆承受一部分拉力,结构又显得新颖,大气。5.在满足倒L字形内侧600mm*420mm不能有任何杆件的条件同时,又在横梁和竖梁内侧加上小短杆,阻止悬挑部分产生较大挠度。二.方案图1.结构整体布置图正视图俯视图侧视图方案效果图三、计算书1.结构选型桁架结构由于杆件复杂,节点的处理显得尤为重要。考虑到连
5、接的需要,我们将杆件做成回形截面。一方面,在使用相同纸的情况下,回形截面杆件要比圆形截面杆件抗拉,抗弯能力好得多,并且圆形截面如果卷得很薄,弯曲时发生变形,容易失稳。另一方面,回形截面的杆可以在两端剪开,卷成一个实心的接头,将接头弯曲,两端分别插进相交的杆内,涂上胶后再用铅发丝线缠紧,这样接头更加牢固。2.计算简图为简化计算,将全部横梁看成水平,8根竖梁看做全部放在结构最左端,计算简图如下所示。3.荷载分析与内力分析加载区位于悬挑端部70mm宽的区域,为简化计算,将荷载看做集中荷载作用于A点。设结构承受荷载为F,在横梁水平的情况下
6、,AB段承受大小为F的剪力,以及弯矩M,弯矩线性分布,B点最大。BC段剪力为零,轴向压力为F,弯矩为。剪力图:弯矩图:轴力图:4.承载能力估算白卡质材料的力学性能:在我们的结构中,共有两种截面,除8根竖梁外全部杆均为三层,每层边长为10mm,10.6mm,11.2mm,竖梁四层,边长依次为10mm,10.6mm,11.2mm,11.8mm.并且在横梁以及铅发丝线斜拉经过的杆件进行了加固。在比赛前,我们进行了一次加载,在加到6KG时底座绳子松开。之后我们有进行了加固。根据加载情况,预计可以承受荷载8KG左右。
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