结构模型计算书 3.doc

2014年湖北省大学生结构设计竞赛 静荷载作用下 拱结构模型设计 计 算 书 学校名称： 华中科技大学 作品名称： 单飞虹影 参赛人员： 陈安定 黄炎 陈祥磊 指导老师： 熊世树 廖绍怀 目录 1概 述 - 3 - 2材料性能 - 3 - 2.1绘图纸 -3 - 2.2白乳胶 - 3 - 3结构方案 - 4 - 3.1结构选型 - 4 - 3.2 结构制作 - 6 - 3.2.1 构件选型 - 6 - 3.2.2 节点构造 - 6 - 3.2.3 模型制作工艺 - 8 - 4结构计算 - 10 - 4.1 计算模型 -10- 4.2 竖向荷载下受力分析 - 11 - 5承载力验算 - 13 - 5.1柱承载力验算 - 13 - 6总结 - 15 - 1概 述 结构在施工过程中的受力状态与结构在施工完成后正常使用过程中的受力状态是不完全一样的，甚至差异会比较大。有些情况下，设计人员只针对后者进行相应的设计，前者被一定程度的忽视了，从而造成事故，或者事故隐患。因此结构在施工过程中的状态及其响应必须得到工程师的重视，要求施工过程安全可控，建成后的结构内力和线型分布满足设计，同时也提倡设计时尽量考虑可能的施工过程影响。 本届结构设计竞赛赛题以体现结构的施工过程为宗旨，希望通过结构模型的设计、制作与荷载试验，了解结构在施工过程的受力特点和破坏特点，探求提高结构施工安全性能的措施。 2材料性能 2.1绘图纸 本次比赛的绘图纸只有一种规格，即模型材料为1开(787mm*1092mm)80克规格的白纸。 2.2白乳胶 白乳胶的品种较多，最主要的是使用时的浓度问题，太稀，内含水分太多，凝固时间太长，太稠，粘结不牢，都不可取。因此，在使用之前应该做一定量的试验品来校准使用量。白乳胶如图2-1所示。 图2-1 3结构方案 3.1结构选型 在进行模型结构选型之前，我们提出了多种方案，并制作出对应的试验品进行加载，验证自己的猜想。每个模型都有不同的优缺点，我们必须经过一定的计算以及考虑制作工艺的可行性后才能进行判断，进而选择出最优的模型。由于赛题中尺寸的相关限制，我们的模型基本上都是从拱结构上进行改造。 1、拱—主拱结构 拱的优缺点： 优点：1.跨越能力较大； 2.外形美观； 3.构造较简单。 缺点：1.自重较大，相应的水平推力也较大，增加的下部结构的工作量，对 下部条件的要求较高； 2.由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大跨结构中，为防止破坏而 需采用较复杂的措施。 2、拱—斜撑结构 该结构在主拱的基础上增加了每拱之间的斜撑，较大程度上提高了结构的整体刚度以及承载能力。但是，该结构对制作工艺的要求较高，尤其是斜撑与主拱相交的结点处。如果该结点处的制作出现错误，便很有可能引起加载过程中的结构破坏。 3、拱—撑杆结构 在平行的两拱之间增加水平撑杆，争强结构的稳定性，防止结构在荷载的作用下发生水平变形。撑杆不是主要的受力构件，只需要很薄很轻的短圆杆即可很好的固定结构。 拱—拉条结构 当拱在下面受到荷载时，通过拉条将荷载传到主拱上，当拉条对称布置时，拱的受力就会对称。 根据上述四种结构形式的分析，采用拱—拉条—斜撑结构作为本次结构形式。 结构效果图及相应尺寸如图3-1，3-3所示： 图3-1 结构效果图 拱线型图如图3-2 如图3-2 图 长度 宽度 直径 数量 主拱 270 450 7 10 横梁 180 150 4 6 斜撑 300 150 5 10 拉条 1350 6 1 2 图3-5 拉条示意图（4层） 3.2.2 节点构造 （1）单拱节点 由于本次结构为大跨结构，而构件的长度受到了限制，过长极容易导致结构失稳，所以我们的一拱用5跟圆柱链接而成。故我们在两个杆件之间采用了如下形式的节点处理方法。如图3-6所示。 图详图 图节点详图 图3-8长拉条与主拱节点详图 3.2.3 模型制作工艺 制作流程：基本构件制作（圆柱拱，横梁，拉条，斜撑等）——主拱拼——拉条，节点及加载连接装置粘贴。如图3-9所示： 图3-9模型制作流程图 4结构计算 4.1 计算模型 图4-1 计算模型 4.2 竖向荷载下受力分析 4-2 剪力图 4-2 弯矩图 4-2 轴力图 图4-2 竖向荷载内力图 在图示