结构设计.docx

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结构设计

XC湖北文理学院

结构名称：

天虹

辅导老师：

徐福卫

设计内容：

桥梁桁架建筑结构设计

小组成员：

曹颖（11建工）严琴（11建工）

谭星月（11建工）黄超（11建工）

二零一二年五月

结构设计：

结构平面图

结构正立面与左侧立面

计说明设

1·结构尺寸：

800×360×360

2·结构类型：

桁架桥梁结构

3·结构体系：

此结构为单层的桁架桥梁结构，其结构特点为：

侧向刚度小，为此加粗立柱。

十根立柱为主要承压构件，平均分布在两侧。

每侧的五根立柱之间，用斜杆使其顶端与底端相接，增强结点的承载度，防止立柱在承载时发生弯曲，同时也增强桁架结构的侧向刚度。

此桁架结构对称、精简，以减轻自重，节约材料。

4·截面选择：

此结构中所有杆件的截面为圆形截面，内部中空。

竖向立柱的截面尺寸较大，纸层较厚，以加强其承载能力。

5·节点设计：

为保证立柱的整体性，立柱中间不截断。

节点连接，将所有竖杆及斜杆的两端切成半圆弧状，切合在上弦杆和下弦杆上，然后用胶水粘牢，用纸带缠绕加固。

另外，整个行架的外轮廓杆件中，用一条麻线贯穿相接，以加强桁架的整体性和抗压强度。

6·注意事项：

前后对称的两根立柱与斜柱长度要相等，防止受力不均匀造成破坏，制作立柱时，每裹两层纸涂一层胶水，以保证杆件强度。

在立柱，斜柱的结点出切割深度要严格控制，切割方向要把握好，以保证各杆件相接时能完美契合。

材料力学性能指标

白卡纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗压稳定性差。

将纸折成圆筒并用乳胶粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏，可承受一定弯矩。

乳胶的粘接性能：

纸带对接时强度约降低50％，纸带侧接时，强度较高，认为与原材强度相同。

表1、240克白卡纸弹性模量

名称

层数

弹性模量（Mpa）

240克白卡纸

1

56.9

2

148.2

3

260

表2、240克白卡纸强度

名称

单层厚度（mm）

抗拉强度（N/mm2）

抗压强度（N/mm2）

240克白卡纸

0.3

22.2

7.0

注：

受压杆件需进行稳定性验算

表3、蜡线极限拉力

股数

1

2

3

4

5

6

极限拉力

48

110

168

207

225

232

计算说明：

a、各杆的横截面积

S1=S2=3.14*（2.5*2.5-0.5*0.5）=18.84

S3=3.14*（3*3-0.5*0.5）=27.475

S4=S5=S6=S7=3.14*（4-0.5*0.5）=11.775

b、层数计算

N1=N2=（R-r）/0.3=（12.5-2.5）/0.3=33

N3=（R-r）/0.3=（15-2.5）/0.3=41

N4=N5=N6=N7=（R-r）/0.3=（10-2.5）/0.3=25

c、杆件的容许应力计算

22.2*33=732.6N/

7.0*33=231N/

41*22.2=910.2N/

7.0*25=175N/

d、①③杆件的惯性矩

杆件①Iz=3.14*

（1-

）/64=3.14*

*（1-

）/64=1.91

杆件③Iz=3.14*

（1-

）/64=3.14*

*（1-

）/64=3.97

e、③杆件的抗弯刚度

EA=1757.6*

*2.747*

=4.828*

EI=1757.6*

*3.97*

=69.77

由于我们还处于大一阶段，关于桁架稳定性及超静定结构计算等有关知识我们还没有涉及到，超出了我们的能力范围，所以各杆件的位移数据及挠度等数据不能计算，只能借助结构力学求解器进行计算，计算结果图如下：

位移计算

位移计算

杆端位移值（乘子=1）

-----------------------------------------------------------------------------------------------

杆端1杆端2

----------------------------------------------------------------------------------

单元码u-水平位移v-竖直位移θ-转角u-水平位移v-竖直位移θ-转角

-----------------------------------------------------------------------------------------------

10.000000000.0000000091.19137850.8994319612887.7866-27.7372830

20.8994319612887.7866-27.73728302.36687879-12899.7687-27.7174232

32.36687879-12899.7687-27.71742323.265925580.0000000091.2533400

40.000000000.0000000051.5646973-18564.867012888.904951.5646973

5-18564.867012888.9049-85.9585171-18565.9457-12898.6501-85.9585171

6-18565.9457-12898.650151.58552193.265925580.0000000051.5855219

70.8994319612887.7866-27.7372830-18564.867012888.904991.2240804

8-18565.9457-12898.650191.22476002.36687879-12899.7687-27.7174232

930946.7019-7.71883571-115.072906-10479.5444-7.71883571-115.072906

100.8995371316354.9468-27.73728135049.0847316354.9468-27.7372813

112.36675260-16364.4468-27.71742535046.93816-16364.4468-27.7174253

120.8994319612887.7866-27.737283030946.7019-7.71883571-115.072906

1330946.7019-7.71883571-115.0729062.36687879-12899.7687-27.7174232

145049.0847316354.9468-27.73728130.8994319612887.7866-27.7372830

155046.93816-16364.4468-27.71742532.36687879-12899.7687-27.7174232

-----------------------------------------------------------------------------------------------

结构轴力图

结构剪力图

结构弯矩图

内力计算

杆端内力值（乘子=1）

-----------------------------------------------------------------------------------------------

杆端1杆端2

----------------------------------------------------------------------------------

单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩

-----------------------------------------------------------------------------------------------

11736.98300-0.265524890.000000001736.98300-0.26552489-66.3812217

22361.611090.54165473-81.24359052361.611090.5416547381.2528280

31736.23915-0.2656188966.40472121736.23915-0.265618890.00000000

4-3043.470820.000000000.00000000-3043.470820.000000000.00000000

5-1736.111080.000000000.00000000-1736.111080.000000000.00000000

6-3043.919890.000000000.00000000-3043.919890.000000000.00000000

71499.81552-0.1280854146.11074621499.81552-0.128085410.00000000

81500.18438-0.128064760.000000001500.18438-0.12806476-46.1033118

90.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000

100.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000

110.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000

12-1623.892320.08012441-31.2483785-1623.892320.080124410.00014024

13-1626.107680.080141190.00014024-1626.107680.0801411931.2552038

14-0.000000010.000000000.00000000-0.000000010.00000000-0.00000110

15-0.000000010.000000010.00000000-0.000000010.000000010.00000131

-----------------------------------------------------------------------------------------------

⑿号与⒀号所承受的荷载约为1623N

根据其材料性质求得其极限承载力：

F=

>1623N

所以⑿和⒀杆件是稳定的

所以该桁架的承载力为：

F=2*2*1623*

cos

=2*2*1623*（3.6/3.9）=5992.61N

考虑结构的稳定性的影响

估计承载力为160~180Kg左右