第五屆結構設計大賽方案設計說明書-資料下載頁
2025-08-11 06:44本頁面
【正文】 驗算，根據(jù)其臨界力與真實值的比較重新考慮桿件的截面形式與桿件長度，并根據(jù)加載實驗合理選配桿件。圖 結構靜力分析示意圖 參數(shù)輸入特性介紹(1) 竹材：用于制作結構構件。有如下兩種規(guī)格：竹材規(guī)格 款式1250430 本色側壓雙層復壓竹皮1250430 本色側壓雙層復壓竹皮1250430 本色側壓單層復壓竹皮竹材力學性能參考值：彈性模量 10^4MPa，抗拉強度 60MPa。竹材的密度：10^4N/m^3具體參數(shù)輸入在建模過程中，考慮到實際過程中 502 膠水良好的粘接作用，節(jié)點處桿件的剛度比值不是很大，所以節(jié)點按剛節(jié)點處理，支座處為固定約束?？紤]到在實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。在用軟件模擬時也要按照實際情況去施加荷載，以得到符合實際情況的數(shù)據(jù)。重力加速度 。鐵塊荷載簡化后如圖 ?圖 軟件模擬下靜荷載分布圖 位移結算結 圖 靜載作用下整體結構位移圖圖 靜荷載下整體結構的位移等值線圖從整體結構的變形圖上可以看出，結構的位移是均勻變化的，沒有突變，說明結構在整體剛度的設計上是合理的，在桿件截面的選取上是合理的，通過軟件分析，整體結構的位移是由上往下依次減小的，通過比較與實際情況是相符的，其偏差原因可以歸結于以下因素：1. 在實際中支座處的約束不是理想的固定端，不能完全將結構約束，以造成在加載過程中支座處有位移，導致整體位移偏大。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。 軸力計算結果與穩(wěn)定驗算圖 靜載作用下全部桿件軸力圖通過圖像可以看出結構靜載作用所有柱子，橫梁二層以上桿件都是受壓桿件，一層與二層的連接桿都是受拉桿件，在結構中啟到了很好的作用。與概念設計階段的定性分析也基本吻合，說明軟件模擬的結果是非常理想的。在結構設計中壓桿是一定要考慮失穩(wěn)的。而結構中部分桿件平面內的計算長度與平面外的計算長度不等，所以失穩(wěn)要分兩方面考慮。用此階段計算得到的各個壓桿的軸壓值，對比各個桿件的失穩(wěn)臨界力，便可以判斷結構中是否存在失穩(wěn)桿件，并且能夠為桿件截面形式以及桿件長度的優(yōu)化提供理論數(shù)據(jù)。在結構的失穩(wěn)驗算中主要結合設計圖紙確定出各個桿件的長度，根據(jù)各個桿件截面的信息和材料的彈性模量確定出 EI 值，然后結合實際情況和規(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力。對于歐拉臨界力公式 ， —壓桿長度因數(shù)的選定，結合2()crpEIAl????實際結構相鄰節(jié)點間的約束情況，為了簡化計算，并在一定保證率的情況下令在 1~2 范圍內取值。經(jīng)過加載試驗發(fā)現(xiàn)計算結果符合實際情況。? 結構地震荷載分析 在地震荷載分析中，根據(jù)賽題說明，本次競賽加的地震荷載為水平方向的，由承辦方提供的材料中用邁達斯可以生成地震波，在軟件中加載地震婆可以很好的模擬實際情況 參數(shù)輸入基本參數(shù)的確定：具體參數(shù)的輸入：在地震荷載模擬中，采用的地震波數(shù)據(jù)是來自 2022 汶川地震中什邡八角站記錄的 NS 方向加速度時程數(shù)據(jù)，在定義時程工程時，分析類型采用線性，分析方法用振型疊加法，時程類型采用瞬態(tài)，按題目要求，分析時間為 32 秒，分析步長為 秒，阻尼比定為 ，分析軟件使用的時程荷載函數(shù)用將賽題的地震波數(shù)據(jù)導入地震波生成器而定義的，由于所給的單位不是國際單位制，在導入時需要換算成標準單位。關于地面加速度的定義中，按要求只添加 x 軸水平方向的時程分析函數(shù)，為了讓結果分析明了，在軟件中還定義了時程結果函數(shù)用于數(shù)值的圖形輸出，其中包括最高節(jié)點的位移變化，二層樓板位置 位移計算結果圖 地震荷載作用下結構的變形圖圖 地震荷載作用下最高點的位移變化圖通過軟件分析，結構在地震荷載的作用下沿水平方向位移最明顯，如圖，同時我們知道了頂部的位移是最大的，其值為 33mm，與實驗記錄的結果很相符但考慮到與實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。 軸力計算結果與穩(wěn)定驗算圖 地震荷載作用下整體結構的軸力圖圖 一二層的某單元位置某單元圖 地震荷載作用下一二層某單元軸力變化圖通過軸力圖可以發(fā)現(xiàn)，結構在承受地震荷載時結構的中間位置桿件軸力最大與實際的定性分析是吻合的，考慮到結構的穩(wěn)定性，在風荷載時仍然需要進行結構桿件的失穩(wěn)驗算。 模態(tài)分析與結構振型參數(shù)輸入：使用剛度選擇零初始條件零預應力狀態(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；其他項為系統(tǒng)默認狀態(tài)；在質量源定義質量重選擇來自對象和附加質量。分析結果圖 結構第一振型圖圖 結構第二陣型圖圖 結構第三陣型圖表三：振型信息表振型編號 周期 頻率 圓頻率 特征值num Sec Cyc/sec rad/sec rad2/sec21 2 3 圖 地震反應譜模態(tài)分析中第一振型的自振周期與第二振型自振周期基本一樣，表三是由三個振型圖統(tǒng)計得到的，對比結構的自振周期和地震反應譜圖可以看出，各個振型所對應的加速度，與賽題給的數(shù)據(jù)十分相符，說明本次地震荷載是成功的。另一個方面通過地震波的反譜分析和各振型下結構的自振周期
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