第五屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽方案設(shè)計(jì)說明書(文件)
【正文】 計(jì)說明書結(jié)合賽題與相關(guān)文獻(xiàn)，從方案構(gòu)思、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、建模 計(jì)算到制作工藝一步步闡述了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作的全過程，最后對(duì)方案的特色與創(chuàng)新進(jìn)行了簡要的說明。在結(jié)構(gòu)簡化計(jì)算階段主要解決對(duì)結(jié)構(gòu)整體形式的選取，通 過結(jié)構(gòu)簡化內(nèi)力圖確定結(jié)構(gòu)各個(gè)部位的受力情況，從而確定荷載在結(jié)構(gòu)中分配與傳遞的宏觀路徑。 對(duì)于結(jié)構(gòu)的制作工藝我們將其作為獨(dú)立的章節(jié)進(jìn)行闡述，主要包括桿件以及節(jié)點(diǎn)的制作，四個(gè)立面的拼裝工藝， 結(jié)構(gòu)整體連接以及調(diào)平措施，竹皮的粘接。其位移是柱的位移與梁位移的累加。結(jié)構(gòu)在地震荷載中，地震波數(shù)據(jù)頻率 f 為 200Hz，全部波形時(shí)長為 205s，峰值加速度 581gal，參照結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)相關(guān)知識(shí)，可以將動(dòng)力荷載轉(zhuǎn)變成靜力荷載分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)所承受的荷載類型，可以將結(jié)構(gòu)的受力簡化為以下兩種形式圖 靜載作用下結(jié)構(gòu)簡化彎矩圖 圖 地震作用結(jié)構(gòu)簡化彎矩圖通過結(jié)構(gòu)的彎矩簡圖可以發(fā)現(xiàn)，柱子、橫梁是主要受彎構(gòu)件，為防止結(jié)構(gòu)受破壞需要對(duì)柱子、橫梁這些主要構(gòu)件進(jìn)加固，若結(jié)構(gòu)在此基礎(chǔ)上布置一定數(shù)量的斜撐，結(jié)構(gòu)在形式上就會(huì)具有很大的合理性和優(yōu)化價(jià)值，所以結(jié)構(gòu)的初步方案就是將斜撐加在柱子和橫梁彎矩為零的位置。 圖 方案一 圖 方案二 圖 方案三 圖 方案四方案一的確定主要依據(jù)賽題的模型示例以及彎距圖分布圖規(guī)律，設(shè)計(jì)出一個(gè)最基本的模型方案，底板為 330*330mm,模型底面尺寸不得超過 22cm22cm的正方形平面，總高度不超過 1000mm,至少為四層且每層高大于 220mm,則方案一確定為一最普通的結(jié)構(gòu)以達(dá)到承受豎向荷載，從簡化后的水平地震作用后彎矩圖可以看出在某些部位彎矩較小，故可以定為節(jié)點(diǎn)位置，這樣不僅可以保護(hù)節(jié)點(diǎn)更重要的是保證結(jié)構(gòu)不受破壞。很容易使橫梁和柱子的節(jié)點(diǎn)受到破壞，在綜合分析這一問題后，決定在大斜撐和柱、梁形成的三角形中加上小斜撐以防上柱子過大的變形，這樣就很好保護(hù)了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。所以一層的斜撐改成如圖 所示，這樣有利于結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過程中將部分能量傳遞到變形斜撐。接著通過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)圖一中中間部分承載能力比較弱，就在對(duì)角處加一細(xì)條。下面將分別介紹結(jié)構(gòu)的柱子與斜撐。如圖 三層樓第 3 部分 結(jié)構(gòu)力學(xué)特性分析 結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)簡述結(jié)構(gòu)在承受豎向均布荷載和地震荷載作用時(shí)，結(jié)構(gòu)在整體上是受彎模型，由于竹質(zhì)材料的抗拉變形強(qiáng)，豎直方向上滿足條件比較容易，通過計(jì)算得到理論數(shù)據(jù)與實(shí)際情況一致，但水平方向上的作用來自于地震作用，是整個(gè)模型穩(wěn)定性能否保證的關(guān)鍵所在，而且柱子主要承受的受彎變形，結(jié)構(gòu)在計(jì)算時(shí)需要重點(diǎn)考慮主要桿件失穩(wěn)與構(gòu)件剛度兩方面的問題。有如下兩種規(guī)格：竹材規(guī)格 款式1250430 本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮1250430 本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮1250430 本色側(cè)壓單層復(fù)壓竹皮竹材力學(xué)性能參考值：彈性模量 10^4MPa，抗拉強(qiáng)度 60MPa。重力加速度 。與概念設(shè)計(jì)階段的定性分析也基本吻合，說明軟件模擬的結(jié)果是非常理想的。在結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)驗(yàn)算中主要結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙確定出各個(gè)桿件的長度，根據(jù)各個(gè)桿件截面的信息和材料的彈性模量確定出 EI 值，然后結(jié)合實(shí)際情況和規(guī)范簡化出桿件兩端的約束形式，最后用歐拉公式求出其臨界荷載以及臨界應(yīng)力。關(guān)于地面加速度的定義中，按要求只添加 x 軸水平方向的時(shí)程分析函數(shù)，為了讓結(jié)果分析明了，在軟件中還定義了時(shí)程結(jié)果函數(shù)用于數(shù)值的圖形輸出，其中包括最高節(jié)點(diǎn)的位移變化，二層樓板位置 位移計(jì)算結(jié)果圖 地震荷載作用下結(jié)構(gòu)的變形圖圖 地震荷載作用下最高點(diǎn)的位移變化圖通過軟件分析，結(jié)構(gòu)在地震荷載的作用下沿水平方向位移最明顯，如圖，同時(shí)我們知道了頂部的位移是最大的，其值為 33mm，與實(shí)驗(yàn)記錄的結(jié)果很相符但考慮到與實(shí)際情況相差不是很大，說明軟件的模擬成果還是非常成功的。另一個(gè)方面通過地震波的反譜分析和各振型下結(jié)構(gòu)的自振周期。 模態(tài)分析與結(jié)構(gòu)振型參數(shù)輸入：使用剛度選擇零初始條件零預(yù)應(yīng)力狀態(tài)；模態(tài)類型為特征向量；最大振型數(shù)為 3，最小振型數(shù)位 1；其他項(xiàng)為系統(tǒng)默認(rèn)狀態(tài)；在質(zhì)量源定義質(zhì)量重選擇來自對(duì)象和附加質(zhì)量。經(jīng)過加載試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際情況。而結(jié)構(gòu)中部分桿件平面內(nèi)的計(jì)算長度與平面外的計(jì)算長度不等，所以失穩(wěn)要分兩方面考慮。2. 制作的偏心和材料的不均勻性柱子偏心受壓，有較大的附加彎矩作用，變形過大從而使豎向位移偏大。考慮到在實(shí)際的加載中用的是鐵塊，可以簡化為壓力荷載處理，鐵塊的布置圖見附錄。 結(jié)構(gòu)靜荷載分析 在靜載分析中利用邁達(dá)斯分析軟件，主要計(jì)算結(jié)構(gòu)中各個(gè)桿件的受力情況，并對(duì)其進(jìn)行失穩(wěn)的驗(yàn)算，根據(jù)其臨界力與真實(shí)值的比較重新考慮桿件的截面形式與桿件長度，并根據(jù)加載實(shí)驗(yàn)合理選配桿件。橫向布置樓層間的布置是依據(jù)三角形的穩(wěn)定好，這樣既可以保證結(jié)構(gòu)不易變形也可以省材料。如圖 圖 板梁最終布置圖在樓板的選擇上，主要分析其豎向荷載作用，故采用 * 的竹片
高考資料相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1