紙質(zhì)桿件的抗彎能力增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(專業(yè)版)
【正文】 圖12 位移圖 承載能力驗(yàn)算、穩(wěn)定性驗(yàn)算經(jīng)大量試驗(yàn)得到不同長細(xì)比下的穩(wěn)定系數(shù)，見表3。上弦桿主要承受較大的軸心壓力。要將模型設(shè)計(jì)為懸臂結(jié)構(gòu)，考慮模型制作的白卡紙力學(xué)性能，借用“塔吊”的思想對(duì)我們的設(shè)計(jì)進(jìn)行構(gòu)思，本次模型采用空間桁架結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單明了，穩(wěn)定性好，荷載傳遞路線清晰，構(gòu)件受力合理。圖2 最終模型（4）構(gòu)件截面的選擇由白卡紙材料性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的功能要求決定了構(gòu)件宜以受拉、壓為主，而白卡紙的受拉性能較好，且拉桿不存在穩(wěn)定性問題。圖8 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 構(gòu)件截面尺寸上弦桿：方形，10mm10mm，厚度10mm下弦桿：矩形 10mm10mm，厚度10mm腹桿：方形，10mm10mm，厚度10mm拉條：寬10mm，厚度10mm 材料力學(xué)性質(zhì)參見表1，表2 。本設(shè)計(jì)容許最大變形[f] = 40mm,則變形控制的最大承重 = 20 x =。腹桿主要承受拉力和壓力，但所受力的大小較上弦桿小得多。由表1，表2可看出白卡紙的主要優(yōu)點(diǎn)在于它具有較強(qiáng)的抗拉性能；經(jīng)試驗(yàn)，白卡紙制成的桿件抗壓性能也較強(qiáng)。方案三、穩(wěn)定性較好，質(zhì)量較輕，充分利用紙帶很好的抗拉性能，實(shí)用性強(qiáng)，但傳力略復(fù)雜，紙帶的張拉難道大。 模型設(shè)計(jì)圖紙 結(jié)構(gòu)作品效果圖效果圖1效果圖2圖4方案效果圖節(jié)點(diǎn)圖圖5 A節(jié)點(diǎn)處理示意圖圖6 B節(jié)點(diǎn)處理示意圖其他節(jié)點(diǎn)圖7 其他節(jié)點(diǎn)的處理 結(jié)構(gòu)構(gòu)思設(shè)計(jì)：全組三人 運(yùn)用草圖大師制圖：老盧 運(yùn)用力學(xué)求解器求解：葉總 承載能力驗(yàn)算：許工 122 計(jì)算書 計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖8所示。 破壞形式的估計(jì)對(duì)模型的特點(diǎn)及以上計(jì)算的受力分析，粗略估計(jì)該模型的破壞形式主要有以下兩種：（1） 偏心產(chǎn)生的整體傾覆 由于模型的主體結(jié)構(gòu)處于支座上方，重心較高，制作誤差及加載過程中的偏差致使模型存在偏心作用，從而使模型發(fā)生橫向的整體傾覆。因此，根據(jù)白卡紙抗拉性能較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，適當(dāng)減小下弦桿的截面面積，故將其選為高度小于寬度的矩形截面，也易于進(jìn)行節(jié)點(diǎn)處理。模型最低加載荷載不能少于5kg，最大加載荷載不能大于20kg（不包含掛籃系統(tǒng)重量），且必須承載20s；模型豎向或橫向最大撓度不大于跨度的1/10。（3）結(jié)構(gòu)立面形式的選擇結(jié)構(gòu)最重要的功能，就是承受其生命全過程中可能出現(xiàn)的各種荷載。圖3 圓形截面桿件連接示意圖 結(jié)構(gòu)體系的選擇結(jié)構(gòu)體系的選擇主要從結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性出發(fā)。（2） 局部損壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞由以上的受力分析可看出上弦桿壓應(yīng)力較大，最接近其極限壓應(yīng)力，故在無偏心以及制作誤差較小的情況下，上弦桿將最早達(dá)到屈服，從而引起結(jié)構(gòu)的破壞。這樣，整個(gè)結(jié)構(gòu)能夠具有較大的橫向、縱向的穩(wěn)定性，使結(jié)構(gòu)不至因偏心導(dǎo)致整體的傾覆。方案二：傳力直接，但質(zhì)量大，不美觀。因此，結(jié)構(gòu)體系的桿件受力應(yīng)以桿件受拉和受壓為主。因此，考慮到腹桿與上弦桿、腹桿與下弦桿之間節(jié)點(diǎn)的連接方面，為了便于節(jié)點(diǎn)處理，腹桿截面選為與上弦外包尺寸相等的方形截面（僅白卡紙層數(shù)不同）。考慮制作誤差等缺陷影響，取安全系數(shù)。各桿件的具體位置如圖8所示。如圖2所示。充分利用白卡紙抗拉性能好的優(yōu)點(diǎn)。從圓形、方形、矩形截面中考慮，圓形的受壓性能優(yōu)于方形，方形優(yōu)于矩形。表3 不同長細(xì)比對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)長細(xì)比λ1020304050607080穩(wěn)定系數(shù)1， 拉桿結(jié)構(gòu)的拉桿均為紙帶，計(jì)算承受最大軸力的53號(hào)桿件的承載力 滿足強(qiáng)度要求2， 懸臂桿件 懸臂的回轉(zhuǎn)半徑i===，桿件的計(jì)算長度為360mm，= =，查表3由內(nèi)插法得懸臂在荷載作用下最大軸力= （壓）+= + = [] = 16MPa3,底柱桿件的回轉(zhuǎn)半徑 I = = = ，桿件的
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