文档介绍：塔吊结构模型的设计与制作
塔吊结构模型的设计与制作
摘要：本文中的塔吊结构模型是浙江大学第九届大学生结构设计竞赛的参赛作品。文中详尽地论述了该塔吊结构模型的设计制作要求，实际的设计和制作的全过程。最后，文中还以一些合理的假设为前应的主撑杆。在横梁的上放偏A端处，设计了一个三角架结构将其压住，可减缓该端上翘或下弯的趋势。三角架的顶点与支撑柱顶层一横杆相连，往下引出的一根竖杆和两根斜杆都顶在横梁的顶部长杆上。结构可参看图7的整体结构图。
杆件制作
通过材料力学的学****得知，薄壁管形的杆件综
合力学性能良好，而且材料节约，质量轻，所以这个塔吊模型的所有杆件均制成管形。管形杆件的制作方法为以某圆钢管（或其他刚度较大的类似物）为转轴，将按设计尺寸裁好的牛皮紧密地卷在圆钢管上，一边卷一边在将要卷进去的牛皮纸的内侧均匀涂上白胶。牛皮纸卷完后，等待白胶基本结固，然后抽出圆钢管，一跟纸管就做好了。如果牛皮纸卷得紧密，白胶完全干后的纸管壁材质类似于木材。在本塔吊模型中杆件分为粗杆和细杆两类。粗杆用直径为12mm的钢管卷制，牛皮纸尺寸为1200mm×240mm，其中1200mm为粗杆长度。粗杆用作横梁的长杆和支撑柱的主承力杆，共需七根，其余的杆件均为细杆。细杆用大径为6mm的螺纹杆卷制，其各项参数较为复杂，具体见表1和表2。表1和表2中的尺寸为杆件制作出来的初始尺寸，比结构设计时计算的理论尺寸放长约30mm或10mm。其主要原因是杆件之间联结时还要加工出各种形状的接头，使两者接触良好，减少应力集中等因素，提高各杆件联结处的强度。其次要原因是制作过程中肯定会存在各种误差，使实际尺寸值偏离理论计算值，为了避免制作出来的杆件不够
长，从而特意放长了杆件实际制作时的尺寸。
表1 .支撑柱各个细杆参数：
层数
尺寸(mm):杆长×纸宽
数量(根)
第一层(底层)
水平横杆
223×150
4
水平斜杆
310×150
1
侧面斜杆
320×150
4
第二层
水平横杆
202×150
4
水平斜杆
268×150
1
侧面斜杆
307×150
4
第三层
水平横杆
181×150
4
水平斜杆
238×150
1
侧面斜杆
296×150
4
第四层
水平横杆
160×150
4
水平斜杆
208×150
1
侧面斜杆
258×150
4
第五层
水平横杆
143×150
4
水平斜杆
184×150
1
侧面斜杆
281×150
2
第六层(顶层)
水平横杆
123×150
4
水平斜杆
155×150
1
表2. 横梁各个细杆参数：
类型
尺寸(mm):杆长×纸宽
数量(根)
横接杆
109×150
20
斜接杆(长型)
178×150
18
斜接杆(短型)
158×150
6
然而上述两张表中，没有列出在联结横梁和支撑柱过程中额外增加的杆件，包括支撑柱四层和五层之间的四根短撑杆和顶住横梁的三角架结构所用杆件。这些杆件的尺寸等参数是后来根据模型制作过程的实际情况灵活确定的。
杆件连接
杆件连接过程中，首先用电钻、钢锯、各式锉刀等工具，加工出各相适应的接头几何形状，使各杆件连接处基本为面接触，杆件的尺寸也正确合理。然后每根空心杆件内部都穿过两股卡发丝线，各端紧扎在被连接的杆件上，并且在绳扎紧前各接触面上均匀涂上白较。如此的连接方法，使连接后的局部结构即抗拉又抗压，其中纸管杆件主要承受压力，管腔内的线主要承受拉力。我们在杆件各个集中的扎绳处事先额外地包裹粘上了两层牛皮纸，防止了由局部集中扎绳引起的应力集中对杆件造成的破坏。在整个模型制作过程中，杆件连接的顺序是按照“由下而上，先横杆再斜杆”的基本原则进行的。
绳拉索布置
社会中有着很多的拉索结构，实践已经证明拉
索结构对提高悬臂梁等结构的承载能力有着巨大的作用，而且拉索结构的质量相对于悬臂梁的质量往往可以忽略不计，所以它不增加结构本身的质量。鉴于此，我们在塔吊横梁的合适位置上也布置了若干卡发丝线，斜向上压住并绕过支撑柱的顶面，连接在横梁的另一端或支撑柱的承力杆上。同时，支撑柱的顶面上固定有三根特制的细纸管，所有绳拉索均从合适的一根管中穿过，这样就使每根绳固定了，确保没有因绳拉索产生横向位移而失去拉索功能的现象发生。
模型固定
根据要求，模型是需要固定在指定的木工板上的。我们采用了两步处理的方法。第一步，支撑梁四根承力杆的底端包裹粘上长宽尺寸合适的一圈多的牛皮纸，并且留有一定长度的出头，然后将其伸出部分的牛皮纸剪开，沿承力杆底端折到水平位置，形成粘到木版