文档介绍：该【创新课程设计—纸质悬臂结构 】是由【读书百遍】上传分享，文档一共【29】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【创新课程设计—纸质悬臂结构 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。目 录
设计任务书
1设计阐明书 1
1
1
5
...................................................6
7
7
8
8
2计算书 11
11
11
11
11
13
静载工况下构造的内力分析 14
14
17
18
18
19
19
19
19
19
20
20
小组分工阐明...........................................................20
附录一 构造力学求解器输入源代码 21
附录二构造内力输出值 23
附录三构造变形输出值 25
设计构思
本次设计根据设计任务书的规定,从白卡纸受力性能特点出发,由于白卡纸较抗拉不抗压,杆件较抗拉、压不抗弯、剪、扭,选择符合其受力性能的支架构造和悬臂构造,使白卡纸的在受到充足荷载作用下才破坏,最大限度地发挥材料的能力。另一方面白乳胶会使白卡纸浮现一定的性质变化
在构造选型问题上,不仅要考虑到理论上的受力,也要注意制作工艺的难度,如果工艺复杂规定高,我们很难在事实上达到预期的效果。
因此要稳定承受荷载的状况下,运用抗拉、抗压和抗弯性能,及纸带的抗拉强度高特点,选用构造简易,制作难度小,材料精简的原则来考虑构造的设计一座悬臂长440,柱高800的纸质悬臂构造。
构造造型构思
(1)材料强度分析
纸质杆件的抗弯剪能力比较弱,因此,设计构造时应尽量减少由荷载产生的弯矩和剪力。
由表1、表2可看出白卡纸的长处:拥有较强的抗拉性能;成果理论分析结合实际,白卡纸制成的杆件抗压性能也较强。因此,构造体系的杆件受力应考虑以受拉和受压为主,而减少弯剪效应以充足发挥白卡纸的受力性能。
表1230克白卡纸弹性模量
名称种类
层数
弹性模量(MPa)
230克白卡纸
1
2
表2230克白卡纸极限应力
名称类型
层厚
(mm)
拉应力
(N/mm2)
压应力
(N/mm2)
备注
230克白卡纸
受压计算时需考虑长细比对稳定的影响
构造功能规定
模型的受力条件:在悬臂端指定位置施加一种集中荷载,最低施加的荷载不能少于5kg,最大不能不小于20kg。
根据任务书的规定和所给材料及制作工艺难度选择斜拉式悬臂构造。为保证构造较大整体变形和失稳,在节点、加荷位置、应力集中位置都要具有较高的刚度,避免杆件局部受压导致塌陷。
此构造需要拥有足够大的强度、刚度及稳定性,应用刚性构件抗弯刚度高和柔性构件抗拉强度高的长处,兼顾外形美观,构造才质均匀,做到构造自重相对较轻,安装容易。
(3)构造立面形式的选择
悬臂构造,结合塔吊的受力原理,我们选择塔吊的构造形式,将起重臂拉绳及平衡臂拉绳传来的上部荷载,通过塔架构造传递给塔身构造。这样有效的将悬臂端的荷载产生的弯矩尽量的转化为纸带的拉力和杆件的压力。
图1塔式起重机
运用斜拉平衡力的道理,将悬臂两端的力通过抗拉性能良好的白卡纸传到主塔架上,达到两端平衡和大跨度的目的,运用此原理我们就可以完美解决悬臂部分的刚度、强度及稳定性问题。
图2斜拉桥
通过对塔式起重机和斜拉桥的对比和结合,我们进行了如下的构造形式比选:
表3 悬臂部分构造形式比选
悬臂部分
长处
缺陷
塔式起重机的桁架形式
构造刚度大,抗弯性能好。
构造形式复杂,构件较多,节点实际连接与计算假定存在差别。
斜拉桥的箱型梁形式
构造刚度大,抗弯性能较好。
构造形式较简朴
表4 支架部分构造形式比选
支架部分
长处
缺陷
倾斜框架体系
受力合理,稳定性好。
构件多样,构造复杂。
竖直框架体系
造型规则,构件统一。
稳定性较差。
由上面两表可以看出,在选择构造立面形式时,为能满足构造承载能力规定,并且又要充足考虑白卡纸的材料性质,以构造功能规定为基本出发点,从多种形式对比中,决定以塔式起重机和斜拉桥作为基本形式,再结合梁、刚架、桁架、组合构造的各自特点,最后选择将主体部分设计成斜拉悬臂梁构造。
这种构造组合既能较好的解决悬挑部分受弯矩作用产生较大挠度的问题,将弯矩尽量转化为拉、压力而运用白卡纸的抗拉压能力,使白卡纸的性能得到充足发挥,同步,各构件构成众多三角形,也增长了构造的整体稳定性。整体立面造型规则,简易而不简朴。如图3所示。
图3初始模型
(4)构件截面的选择
1)受力性能
如压弯杆件,考虑抗弯刚度的大小,宜采用箱形截面;受压杆件,考虑受压稳定性,而不适宜采用细长杆件等。
2)拼接工艺
一般来说,方杆的拼接形式最为灵活,节点美观性也较好;而圆杆则较复杂。
我们可考虑两种截面形式——单箱双室截面和空心圆形截面。在截面面积及杆件厚度相等的状况下(即避免自重影响),容易验证单箱双室截面比空心圆截面惯性矩大40%以上。此外,前者节点解决较圆形截面简朴,故最后可选用单箱双室截面。
考虑到本次所设计的构造体系只是承受静荷载,可采用更为简朴的单箱单室截面。
构造体系的选择
重要从构造体系的整体强度、刚度、稳定性出发。所设计体系为图4所示的悬臂(下为格构柱形式,上部为双索面的塔架),通过节点接连将悬臂和塔架两个部分连接成整体,并运用纸带张拉在塔架顶部的张拉以平衡整个构造,增强构造的受力性能。
参照了梁桥构造体系。桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥和组合系桥等类型,每种构造均有各自的特点。
从受力、重量、制作加工各个方面统筹分析,此种构造是我们的最佳选择。
这样,整个构造可以具有较大的强度、刚度和稳定性。
图4构造体系图
在悬臂端部加上一种由四根小立柱支撑所构成的加载平台,荷载加载在板上,由加载板传递下来的均布荷载转化为四个集中力,使整体构造受力分析更加简朴明了。如图5所示。
图5加载平台示意图
最后,通过设立横向支撑杆和剪刀撑,得到最后的模型方案。
(1)先用CAD绘制出精确的构件尺寸图形,然后按图形尺寸制作构件以减少误差。
(2)通过张拉纸带使梁少量预拱,可以有效减少构件的构造变形。
(3)上部悬臂构造采用横系杆,互相交叉的方式增长上部构造的稳定性。
(4)单室双箱截面与一般截面相比,具有更强的抗弯能力。
模型设计图纸
构造作品效果图
图6方案效果图
图7加载示意图
构造布置图
图8构造布置图(mm)
重要构件详图及节点图
一方面对模型重要构件及核心节点进行编号,如图9所示。