支点塔吊结构模型方案设计.docx
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支点塔吊结构模型方案设计
“支点”塔吊结构模型设计理论方案
参赛学校:
参赛队员:
指导老师:
二○一一年十一月二十九日
1.设计说明书
给我一个支点,我可以撑起整个地球。
现代结构讲究结构与建筑美学相适应,在满足结构功能的同时体现建筑美,同时也传递一种精神,一种理念。
这是本作品设计的源泉,打破传统塔吊的结构型式,具有极强的视觉冲击与震撼,体现了力与美的完美结合。
以创新为支点,撑起未来的希望。
1.1方案构思
形象是结构内在品质物化的外在形态,是表现结构内涵和个性的形式和语言系统。
为使我们的结构能给人留下特别的印象,考虑从各种技术手段上来表现结构形象。
我们的结构采用上面一个三棱锥形,寓意作为一个支点,撑起整体。
塔身共有16根主承重杆件,整个结构外观简洁、新颖,赋予塔吊以生气。
1.2结构选型
初步设计时仔细的考虑了传统结构形式和材料用量,得出初步的方案采用以竖杆为主要承重杆件承受竖向荷载,辅以截面较小的斜向和水平支撑来承受水平荷载。
整体是一个近似实体塔吊的结构,本着大赛的宗旨,创新,我们将塔吊的吊臂结构制作成两部分,一个支点撑起整个吊臂,两个部分相互承载,将杆件的能力发挥的最大,主杆件连接多用三角形,三角形稳定,连接时保证a、b、c三点在一条直线,防止加载时偏心。
拉力大的地方用纸带。
我们的连接点都是刚结点,超静定模型比较稳固。
下面支座主杆件之间用斜撑杆件连接,整体连接有几个优点:
(1)斜杆作为支撑杆可以有效增加结构抗扭刚度,减小结构水平位移。
(2)外形简洁大方。
(3)杆件的数量明显减少,节点加工方便。
(4)从整体看结构比较对称,简单稳定。
2.材料性能与制作经验
2.1材料力学性能指标
1、230g白卡纸弹性模量与拉应力.压应力
弹性模量(MPa)拉应力(MPa)压应力(MPa)
56.922.27.0
2、蜡线极限拉力
股数123456
极限力(N)48110168207225232
2.2制作经验
经过我们多次的制作尝试,我们得出了以下几点经验:
(1)模具的选择。
我们的结构杆件均是空心圆柱体,所以我们找到了直径12mm的钢管、直径8mm的钢管来卷各杆件。
(2)白卡纸纹线的合理。
刚开始我们由于追求速度而随意量取规格进行卷纸,卷的过程我们发现当平行与纸张条纹卷的时候卷得顺且易,成品的刚度也相对较大;反之,当垂直与条纹卷时容易使纸张褶皱且成品刚度低。
(3)胶水的使用很有讲究。
胶水必须有一定的流动度,以便很好地涂抹,但不能太稀,否则很难控制粘贴。
胶合的时候最好用工具对粘贴面施加一定的压力,这样可以保存粘贴良好,外表也美观。
使用胶水时避免对胶水的揉搓,否则会使胶水发黄变黑影响美观。
(4)对于杆件和蜡线的预应力的施加,锚固也有讲究,可以使结构更加稳定,在受外力荷载时变形不会过大。
3.计算书
3.1计算模型整体效果图
3.2结构计算假定和各个单元物理参数
计算假定
(1)因为杆件下部用大量胶水灌注,并用纸片固定,因而底部支座可以近似认为刚接。
(2)各杆件的连接节点,由于采取了加强措施,所以也应该视为刚接。
(3)我们的结构要受横向荷载作用,所以计算时主杆和支撑均采用空间杆件单元。
(4)计算时所有的荷载均等效为作用在节点上的集中荷载
3.3构件截面尺寸
(1)主杆采用圆环截面
截面外直径(D)16mm截面内直径(d):
12mm
(2)支撑采用圆环截面
截面1外直径(D)10mm截面1内直径(d):
8mm
3.4结构计算简图
(一)荷载分析
位移计算图
位移计算表
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_-转角u-水平位移v-竖直位移_-转角
-------------------------------------------------------------------------------------------
1-0.00000000-0.000000340.00000001-0.00000001-0.000000150.00000000
2-0.00000001-0.000000150.00000000-0.00000001-0.000000100.00000000
3-0.00000001-0.000000100.00000000-0.00000001-0.000000050.00000000
4-0.00000001-0.000000050.00000000-0.00000002-0.000000010.00000000
5-0.00000002-0.000000010.00000000-0.00000002-0.000000000.00000000
6-0.00000002-0.000000000.00000000-0.000000020.000000010.00000000
7-0.000000020.000000010.00000000-0.000000020.000000030.00000000
8-0.000000020.000000030.00000000-0.00000006-0.000000000.00000000
9-0.00000006-0.000000000.00000000-0.00000000-0.000000340.00000001
10-0.00000000-0.000000340.00000001-0.00000001-0.000000150.00000000
11-0.00000006-0.000000000.00000000-0.00000002-0.000000000.00000000
12-0.00000006-0.000000000.00000000-0.000000020.000000010.00000000
13-0.00000006-0.000000000.00000000-0.00000002-0.000000010.00000000
14-0.00000001-0.000000100.00000000-0.00000006-0.000000000.00000000
15-0.00000001-0.000000050.00000000-0.00000004-0.000000050.00000000
16-0.00000004-0.000000050.00000000-0.00000002-0.000000010.00000000
17-0.00000002-0.000000010.00000000-0.00000001-0.000000010.00000000
18-0.00000001-0.000000010.000000000.000000000.000000000.00000000
19-0.000000020.000000010.00000000-0.000000010.000000000.00000000
20-0.000000010.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
21-0.000000020.000000010.00000000-0.00000001-0.000000010.00000000
22-0.00000001-0.000000010.000000000.000000000.000000000.00000000
23-0.00000001-0.000000150.00000000-0.00000006-0.000000000.00000000
--------------------------------------------------------------------------------------------
(二)内力分析
内力计算图
内力计算表
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
-------------------------------------------------------------------------------------------
1-12.00000000.000000000.00000000-12.00000000.000000000.00000000
2-26.60000000.000000000.00000000-26.60000000.000000000.00000000
3-26.60000000.000000000.00000000-26.60000000.000000000.00000000
4-26.60000000.000000000.00000000-26.60000000.000000000.00000000
5-12.55000000.000000000.00000000-12.55000000.000000000.00000000
6-12.55000000.000000000.00000000-12.55000000.000000000.00000000
7-4.000000000.000000000.00000000-4.000000000.000000000.00000000
85.656854250.000000000.000000005.656854250.000000000.00000000
924.73863370.000000000.0000000024.73863370.000000000.00000000
10-12.00000000.000000000.00000000-12.00000000.000000000.00000000
110.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
1219.11838120.000000000.0000000019.11838120.000000000.00000000
13-31.41675500.000000000.00000000-31.41675500.000000000.00000000
140.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
150.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
160.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
17-28.10000000.000000000.00000000-28.10000000.000000000.00000000
18-28.10000000.000000000.00000000-28.10000000.000000000.00000000
1917.10000000.000000000.0000000017.10000000.000000000.00000000
2017.10000000.000000000.0000000017.10000000.000000000.00000000
210.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
220.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
232.785677660.000000000.000000002.785677660.000000000.00000000
-------------------------------------------------------------------------------------------
(3)弯矩分析图
(4)剪力分析图
4.结语
这次结构设计给了我们充分展示自我的发展空间,可自由发挥我们的爱好和特长。
在社会实践中,我们根据自己的爱好和特长,充分展示自己,使自己的个性发展得到支持和鼓励,逐渐形成了自己的特色。
还激发了我们的创新意识。
在困难中,我经常会遇到“为什么”和“怎么做”,这就要求我要会质疑和反思,要求我们对问题要多方位、多角度地思考,从而激发蕴藏在我们身上的潜在创造性。
在结构设计中使我实践能力也得以发展。
在结构设计中,我们自己动手操作、分析设计,面对陌生事物大胆创新,克服困难,实现目标。
这就要我在此过程中实现手脑结合,体力劳动和脑力劳动相结合,在体力和智力协调发展的基础上实现实践能力更进一步地发展。
这次艰难坎坷的结构设计就像一剂强心针,调整了我们的情绪,磨练了我们的意志和品格,提高了承受能力和自调能力,从根本上消除心理上的自我干扰和相互磨擦。
通过结构设计,让我们在学校里,学习掌握了一定的理论知识,结合了实践的问题,让我们不断的创新,在困难重提高自己,锻炼了我们意志。
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