竹皮結(jié)構(gòu)參考手冊(cè) 第二版

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1、竹皮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作參考手冊(cè)（第二版）學(xué)校：中國石油大學(xué)（華東）專業(yè)：土木工程系指導(dǎo)老師：楊文東編制人員：鄒翼程玉珍王慶曹文鄒鵬宇2017年4月1日參考論文：《竹皮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作分析》前言為了快速提高參賽選手在大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽上的競(jìng)爭(zhēng)力，依托國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱：木質(zhì)雙塔連體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與制作：項(xiàng)目編號(hào)：201610425042）由我校參加華東地區(qū)第十二屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的指導(dǎo)老師和比賽選手組成編寫小組，編制了《竹皮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作參考手冊(cè)》。在編制過程中，總結(jié)了華東地區(qū)第十二屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的比賽經(jīng)驗(yàn)及模型的制作技巧。本參考手冊(cè)只是初步對(duì)桿件性能、

2、模型設(shè)計(jì)和制作技巧進(jìn)行總結(jié)，還有大量的后續(xù)工作仍待今后的參賽選手和老師進(jìn)行補(bǔ)充與修訂。競(jìng)賽模型為木質(zhì)雙塔連體結(jié)構(gòu)，采用竹皮材料制作，模型由主塔樓和連廊共同組成，模型制作完成后，與木質(zhì)底板固定，木質(zhì)底板采用夾具固定于加載臺(tái)上進(jìn)行加載。圖1為連體結(jié)構(gòu)模型示意圖。賽題具體要求見附錄。圖1目錄1材料與工具……………………………………………………………………21.1材料………………………………………………………………………21.2工具………………………………………………………………………32結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法淺析…………………………………………………………42.1結(jié)構(gòu)選型…………………………

3、……………………………………42.2結(jié)構(gòu)分析……………………………………………………………53結(jié)構(gòu)的實(shí)際制作………………………………………………………………………83.1制作前期準(zhǔn)備…………………………………………………………83.2制作工藝………………………………………………………………114構(gòu)件與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與創(chuàng)新……………………………………………………154.1構(gòu)件的優(yōu)化與創(chuàng)新……………………………………………………154.2結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與創(chuàng)新……………………………………………………204.3結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)想……………………………………………………26致謝…………………………

4、…………………………………………………26附錄第十二屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽賽題…………………………………………………………2711材料與工具1.1材料1.1.1竹皮有如下三種規(guī)格：竹材規(guī)格款式1250x430x0.50mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮1250x430x0.35mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮1250x430x0.20mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮力學(xué)性能參考值：彈性模量1.0x10^4MPa,抗拉強(qiáng)度60Mpa，抗壓強(qiáng)度20MPa，泊松比0.311.1.2502膠水（1）應(yīng)選擇質(zhì)量較好的膠水。502膠水的質(zhì)量參差不齊，選擇一種能瞬粘且粘性強(qiáng)的膠水對(duì)模型制作有很大的幫助。（2）502膠水同鐵

5、制品的粘結(jié)力弱，在制作桿件時(shí)，可在下方鋪鐵皮或其它鐵制品，以防桿件與桌面粘接及桌子的損壞。21.2工具砂紙打磨桿件端部，獲得所需要的桿件精確尺寸打磨結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)處接觸面以增加接觸面積橡皮、直尺、鉛筆在竹皮上繪制桿件平面設(shè)計(jì)圖剪刀、美工刀切割修剪材料鑷子用以夾持細(xì)小構(gòu)件，防止膠水粘手橡膠手套防護(hù)雙手（也可以用膠布纏繞指尖）32結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法淺析設(shè)計(jì)模型前應(yīng)對(duì)賽題有充分的了解，包括所使用材料的力學(xué)性能（如竹皮的順紋抗拉強(qiáng)度優(yōu)越），模型的加載方式及其比賽得分算法（重要）。2.1結(jié)構(gòu)選型結(jié)構(gòu)采用竹皮作為材料，結(jié)點(diǎn)粘接較為牢固，且在實(shí)際制作中結(jié)點(diǎn)可加強(qiáng)處理，因而結(jié)點(diǎn)可視為剛結(jié)點(diǎn)。賽題要求該結(jié)

6、構(gòu)具有一定豎向承載力的同時(shí)具有較大的抗側(cè)剛度，下面以結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件為例，闡述結(jié)構(gòu)選型過程中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法。選擇滿足賽題要求的抗側(cè)力構(gòu)件如圖2所示，分別為純矩形剛架、三角剛架及內(nèi)部設(shè)置斜桿的矩形剛架。圖2結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件2.1.1抗側(cè)力構(gòu)件的定性分析純矩形剛架其側(cè)向位移主要源于豎桿的彎曲變形，其內(nèi)部無抗側(cè)力桿件，雖然節(jié)省材料但抗側(cè)剛度較小。三角剛架其側(cè)向位移主要源于斜桿的拉壓變形，能節(jié)省材料的同時(shí)抗側(cè)剛度較大。內(nèi)部設(shè)置斜桿的矩形剛架其側(cè)向位移來源主要是斜桿的拉壓變形及豎桿的彎曲變形，其抗側(cè)剛度同樣較大，但所需材料較多。2.1.2抗側(cè)力構(gòu)件的定量分析假定桿件截面如圖3所示，

7、通過結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器簡(jiǎn)要分析滿足賽題要求的結(jié)構(gòu)抗側(cè)構(gòu)件，分析數(shù)據(jù)如圖4。可通過指定點(diǎn)的位移大小及構(gòu)件質(zhì)量（正比于桿件長度總和）進(jìn)行抗側(cè)構(gòu)件合理性的定量判斷。求解器所需的截面力學(xué)性能參數(shù)計(jì)算：EA=20×10-6×1010=2×105Pa1I=10×0.5×2×52+×0.5×103×2=333mm412EI=333×10-12×1010=3.33N·m2圖3假定桿件截面圖4三種抗側(cè)力構(gòu)件的質(zhì)量比（構(gòu)件長度比）：1400:1120:2040=1.25:1:1.82在單位力下頂點(diǎn)的水平位移比值為：74.9:3