结构设计大赛设计说明书.doc

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兰州理工大学第五届大学生结构设计竞赛

目录

设计说明书

1、方案构思·······················································2

2、结构选型·······················································2

3、材料性能·······················································2

4、特色处理·······················································4

5、结构分析图………………………………………………………………………4

1、方案构思

仔细阅读完竞赛赛题，我们从模型设计的要求、模型制作材料的性能、加载形式和制作方便程度等方面出发，进行构思设计。

确定设计竖向荷载80kg，考虑到压杆长细比限制、拉杆的抗撕裂能力、竹皮纸的受拉性能、制作模具等因素，竖向荷载较容易满足，但对于水平冲击荷载和扭转变形，杆件需要较大的刚度，要有很好的抗折、抗扭效果。

（1）本结构主要构思是想利用两根直柱和四根斜柱的轴力来直接抵抗荷载的作用。

（2）设计的总原则是：

尽可能的利用直杆来提高结构的承载力，并利用木材的抗拉性能，及抗压性能来抵抗荷载的作用。

2、结构选型

按设计要求，在加载参赛人员的情况下主要考虑竖向荷载，由于人员会产生抖动，还必须考虑水平动荷载的作用；因此，我们选择了正面为梯形侧面为的刚架结构，并且在所有节点处采用刚性连接，使结构具有较好的整体性，以便承受较大的竖向荷载和水平冲击荷载作用。

同时考虑到在初赛中结构的不稳定性，对此我们将在冲击面的两根主柱两侧加呈三角形的加筋肋支撑，一方面可以加强结构两侧的稳定性，一方面可以抵抗一部分水平冲击荷载带来的影响。

再者对于初赛中出现最多的问题，加载时，受拉杆件挠度过大，且节点破坏较严重，我们在新的结构里加强了杆件的强度和节点的刚性处理。

3、材料性能

竹皮纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力较差，抗压稳定性差。

将纸裁剪成矩形并用502胶水粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏，可承受一定弯矩。

502胶水的粘接性能：

通过对用胶水对接的杆件进行拉伸，可知：

502胶水强度较高，凝结时间为4h的试件在接触面被划开破坏，而8h和12h试件都为接触面处木条表层脱落破坏，因此可确定此胶水强度很高并且在一定力值范围内变形小足以用于粘结料。

竹材材料规格及数量

竹材规格

竹材名称

数量

1250×430×0.50mm

本色侧压双层复压竹皮

4张

1250×430×0.35mm

本色侧压双层复压竹皮

4张

1250×430×0.20mm

本色侧压单层复压竹皮

4张

竹材力学性能参考值：

弹性模量1.0×104MPa，抗拉强度60MPa。

（1）502胶水，用于模型结构构件之间的连接。

（2）制作工具：

美工刀，钢尺，三角板，砂纸，锉刀。

分析结果：

（1）将裁好的竹纸粘成长15mm,宽10mm，高270mm的支撑柱。

（2）将裁好的竹纸制作成长15mm，宽10mm，高300mm的斜撑柱。

（3）将裁好的竹纸按要求制作成相应的梁。

（4）将各个制作好的杆件粘接，组成几何不变体系。

4、特色处理

（1）采用不同截面的杆件，充分发挥材料的力学性能。

（2）主要受力直柱粘接了三层，斜柱粘接了两层，不承受压力的拉杆粘接了一层，以减少结构的自重。

（3）利用套筒原理，各柱的中间部分容易受损，我们柱子中间适量增加隔片加固。

（4）为提高结构的整体稳定性，在节点处添加加筋肋提高了节点刚度。

5、结构受力分析图：

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