结构力学课程设计.doc

工 程 训 练 (2011-2012学年第一学期) 题目: 圣诞——纸结构模型设计 学科部名称: SB 专业、班级: 姓名 (学号): SB江宇 222 指 导 教师: 乔布斯 南昌大学科技学院理工学科部土建系 圣诞——纸结构模型设计 设计说明 根据任务要求，我们从模型制作的跨中受荷承重能力方面出发，采用任务提供的A0标准绘图纸、白乳胶精心制作了“圣诞”结构模型。 方案构思 本结构主要构思是利用两根长跨的承载力以及中部拉杆拉住下部 长跨，再经过两根斜杆将跨中承载传递到两边以及桥墩处。设计的总原则是：尽可能利用拉杆来承受并传递荷载。 结构选型 按照设计要求，在跨中承受荷载，所以考虑尽量将跨中荷载通过拉杆和斜杆向两端传递。考虑到结构的整体性以及承荷作用，这里采用三角形结构，利用三角形的稳定性保证整体性能，以承受更大的荷载，在中部加上竖直方向和斜向拉杆以和主跨一起分担荷载。 结构外形 考虑到承载台加载点，我们设计的结构平面为长760mm，宽160mm的长方形，结构高为300mm距离桥墩处1/4主跨部位布置长度150mm竖直支撑杆上部接斜杆，斜杆长度约为4800mm，斜杆中部与主跨中部用长度约为2400mm的斜拉杆连接。 节点设计 各受力杆相交的节点由于杆在受力时会引起较大的力，进而引起松脱，在连接时用实心小纸团来增大接触面积，从而增大节点强度。 结构特色 此构件在主跨选取上使用了两张张A0纸张卷成的杆件，保证主要受力部分的强度以及结构完整性。其他部分构件也都选取了A0的纸张。从外形上看采用了三角形结构，充分利用了三角形的稳定性，使得结构有了很好的整体性。 二、设计方案 1、设计基本假定 ①纸张材质连续均匀②支座为固定支座③杆件之间节点按铰接点计算 2、模型结构图 结构实物图 结构俯视图 结构平视图 模型结构计算简图 节点大样图 5、主要构件材料表、 标号 形状 尺寸 长度 数量 主跨截面 外径18mm 内径2mm 760mm 2 斜杆截面 外径12mm 内径2mm 480mm 4 跨中立柱截面 外径12mm 内径2mm 300mm 2 1/4跨立柱截面 外径6mm 内径2mm 150mm 4 跨内斜拉杆截面 外径6mm 内径2mm 240mm 4 三、设计计算 1、材料性能试验与分析 （1）、抗拉强度计算: A0绘图纸 受力测试 顺纹 63N 逆纹 32N 测试的纸带长度15mm，宽度b=20mm，厚度h=0.03mm 纸带截面积为A=bh=20*0.03mm2=0.6mm2 所以纸带的拉应力为σ=FN/A=63/0.6 N/mm2=105N/mm2 （2）、弹性模量计算： 根据试验得出数据 预变形（即挠度w）mm 实际承载力 N 4.000 53 7.300 76.5 12.775 140.5 ΔF=[(F2-F1)+(F3-F2)]/2=43.75N Δw=[(w2-w1)+(w3-w2)]/2≈4.39mm 由于存在Δw=ΔFL3/48EI Iz=π(D4-d4)/64=3.14*(184-24)/64mm4=5149.6mm4 E=ΔFL3/48ΔwIz≈15684MP 2、结构计算 模型受力简图 模型轴力图 模型剪力图 模型弯矩图 模型受力位移变形图 对所能承受的承载力进行试验时，实际加载模型如下图①所示 图① 进行计算时，消除多余约束后结构简图如图②所示，节点支座没有画出 图② 在节点1处施加单位力1N 取节点1进行计算，受力如图③ 图③ 此时F=1=F1，即竖直杆收到的轴力为1 取节点2进行受力分析，受力如图④ 图④ F2与F3夹角的一半为?，由模型的尺寸可以得到cos?=5/8, F1’=F1=F=1, F2*sin?=F3*sin? 所以F2=F3 2F2*cos?=F1’ 得到F2=0.8 取节点3进行受力分析，受力如图⑤ 图⑤ F3’=F3=F2 得到 F3*sin?=F4=0.65 3、受力构件截面尺寸设计计算 根据设计的模型，考虑到在加载实验时需要预留支承端，并要求悬空跨长为700mm，我们把主跨长度设计为760mm预留出60mm的支承，且由于是主体构件，所以直径选为18mm；由于我们设计的是三角钢架结构桥梁，因此根据勾股定理可以得出各边长度。由于跨中竖直杆承受拉力，且相对受力较大，因此其相对直径选取12