广东省第一届结构模型设计大赛 计算书(深大版).doc

2013年第一届广东省大学生结构设计竞赛计算书深圳大学2队指导老师:王刚,苏栋,陈贤川“芳竹队”成员:邱文浩,林芳竹,宋自强前言第一届广东省大学生结构设计竞赛的作品——“芳竹”采用以柔克刚,刚柔结合的理念设计,整个设计构思与优化共历时1个多月。其中,我们从最初比例化广州塔的外筒形式的方案到简约传统方案,到优化后的方案,做了比例与标准模型共6个,进行各种试验改造10多次,通过一套科学的分析方法确定了我们最终的模型“芳竹”。最终模型采用了简约的四边形的框架结构,共三层。我们运用SAP2000软件加入地震荷载得到其结构自振周期,同时导入大赛采用的地震波数据模拟其地震作用下的结构效应。综合考虑后,我们采用首层偏柔设计,采用偏心支撑,梁上的支撑点设在距梁端1/3处,交叉设置;中间层偏刚设计,采用中性十字斜撑,支撑点在柱梁交接处;顶层同样采用中性十字斜撑方式,但斜撑截面较中间层小。柱脚加固为用封闭的三棱柱加固,以确保柱子与底板固结不破坏。通过加载,观察底层位移较大,但是在合理的范围之内,且我们对底层柱子进行外包箍处理,避免发生局部失稳破坏,中间层及顶层层间位移较小,达到我们预期的效果。根据竞赛规则和地震波的特征,需要合理安排顶部的荷载,通过试验,本结构模型可承受30kg的荷载,能成功抵抗竞赛给定的各级地震作用。考虑材料的离散性和制作工艺的误差,“芳竹”的自重约为100g左右。本作品从最初的材料探索到最终方案的确定,离不开各位同学们和老师们的热心帮助和指导,希望能够得到各位评委们的认可。“芳竹”组结构组全体成员2013年5月20日目录前言 4(1)竹皮 4(2)胶水 4(3)热熔胶 8(1)模型自振周期测定 8(2)单根杆件稳定临界荷载测试与结构层数确定 9(3)其它材料性能 9(1)建模参数确定及有限元模型 10(2)竖向荷载作用效应 10(3)地震荷载作用效应及变形 11(4)荷载组合效应 11(5)承载力校核 15结语 16参考文献 。根据大赛要求,在设计过程中,我组考虑了模型的刚度、质量、自振频率、地震响应等内容。除了使结构能够承受地震荷载之外,还考虑了模型的实际使用性能以及外观。根据赛题要求,本组进行了一系列紧张有序的试验探索分析:首先对材料的性能进行了分析,并测定了竹制模型的自振频率,尽可能地避开共振区域,遵循高层建筑抗震设计原则“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件”,并运用概念设计制作初步模型,通过一系列的实验与计算,选取出合理的结构模型,最终形成了计算说明书。(1)竹皮本次竞赛中使用的竹材均为本色复压竹皮,有三种规格:1250×430×、1250×430××430×,竹材有顺纹与横纹之分,它的顺纹力学性能较好,抗拉强度达到60MPa,而竹材的抗折和抗剪能力较差;另外,它的横纹力学性能则较差。在设计与制作过程中,我们应充分利用竹材顺纹的拉压性能,在主要受力方向采用顺纹,同时尽量减小对竹纤维的破坏。与其它材料相比,竹材的延性较好,故我们在设计时也做了充分的考虑。(2)胶水大赛规定使用502胶水用于模型结构构件之间的连接,涂胶的用量与质量直接影响整个结构的性能。由于502胶水很脆,如果大量涂抹在竹片上会影响竹片的延性并且增加了质量,也会影响交接处的粘接。因此涂胶时应做到少量、均匀。另外,502胶水的挥发性和腐蚀性较强,使用时要小心,涂胶之后应马上粘贴,否则粘结强度将会受到严重影响。(3)热熔胶热熔胶用于顶层铁箱与模型的固定,根据大赛要求,顶层铁箱脱落属于结构破坏,故研究热熔胶的粘贴性能意义重大。根据我组的实验,热熔胶与竹材、水箱的粘结效果较好,但与铁块的粘结效果较差,在模型制作中,我组特地采取构造措施加强铁块与模型的连接。,竞赛模型为顶部集中质量模拟水塔结构模型,采用竹质材料制作,故结构不仅要能够承受竖向荷载,而且还要能够通过二级地震波的加载。本大赛对结构设计方案提供了很大的选择空间。为了进行更好地选择,我们研究了本次大赛所给的地震波,如图1-1-1,经过分析,我们可得到以下的地震频率和地震时程图,如图1-1-2及图1-1-3。图1-1-1竞赛加载所用的基准输入波图1-1-2地震波反应谱曲线图1-1-3地震时程图对地震波频率分布图(