结构大赛设计方案

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1、动力结构模型设计与制作方案设计作品名称 “腾飞 ”高层结构模型 学生姓名 申京灵 、 郭聪 、 张闻闻 专业名称 土木工程 、 土木工程 、 城市规划 联系电话浙江大学结构设计竞赛组委会二九年“腾飞”高层模型设计说明书 日期：2009年3月29日一、 设计摘要本结构是为参加浙江大学第十届大学生结构设计竞赛而设计的作品， 二、 模型方案说明模型严格按照竞赛组委会的要求制作，说明如下：模型制作材料为PVC塑料装订封面（厚度0.2mm左右，规格为A3），模型构件连接采用双面胶和热熔胶水，模型高度为10005 mm，整体结构形式为组合结构。模型顶面保证可以承放底面积为150mm150mm的加载物A（重

2、量为10N），模型固定在底板的范围在250 mm250 mm之类，符合要求。各构件尺寸见图三计算模型。模型方案正立面视图如图一所示，结构四面均为梯形构造，每面结构如图二所示。对结构进行几何构造分析如下：将大地看成一刚片，记为刚片 0刚片 1 由以下杆件构成：(1) (2) 刚片 2 由以下杆件构成：(3) (8) (9) (15) (16) 刚片 3 由以下杆件构成：(5) (6) (11) (13) (18) 由二元体规则,将杆件(7) (21) 加入到刚片 2由二元体规则,将杆件(14) (23) 加入到刚片 2刚片 2 由以下杆件构成：(3) (8) (9) (15) (16) (7)

3、(21) (22) (14) (23) (24) 刚片 4 由以下杆件构成：(4) (19) (20) 刚片 0 1 可并为一大刚片，命为刚片 0刚片 2 3 可并为一大刚片，命为刚片 2刚片 2 4 可并为一大刚片，命为刚片 2刚片 0 2 可并为一大刚片，命为刚片 0结论:为有多余约束的几何不变体系。 结构多余约束数:15 ,自由度数:0。 图一，正立面图二，各面构造图三、 计算书1、 计算模型加载试验时，由参赛者在模型的顶面安置组委会统一提供的加载物A，然后再由参赛者选定加载砝码W进行动力荷载试验。参赛队在50NW 100N（每级差为10N）范围内自行选择2次加载重量。采用结构力学求解器

4、（Structural Mechanics Solver，简称SM Solver）进行分析。对加载条件进行分析可知，加载方式为突加动荷载，动力系数，为了简化计算，将动荷载视为两倍荷载幅值的静荷载，即最小荷载由60N动荷载简化为120N静荷载，最大加载简化为200N，采用静力学方法进行简化计算。计算模型如图三。图三，计算模型各杆件横截面以及参数见图四。图四，截面及参数2、材料性质密度：1380 kg/m3 杨氏弹性模量(E) 2900-3400 MPa 拉伸强度(t) 50-80 MPa伸长率 20%40%。抗拉刚度EA=69000N抗弯刚度EI=1.52Nm23、内力与反力计算杆端内力值 (

5、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 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 2 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 3 -405.074502 -0.00000007 0.00000000 -405.074502 -0.00000007 -0.00001748 4 30.6205774 -0.00000000 -0.00000000 30.62057

6、74 -0.00000000 0.00000000 5 396.106948 -0.00000008 0.00001908 396.106948 -0.00000008 -0.00000000 6 336.014484 -0.00000015 -0.00001908 336.014484 -0.00000015 -0.00005331 7 -0.01277747 -0.00000000 0.00000000 -0.01277747 -0.00000000 -0.00000000 8 -267.564573 -0.00000011 0.00004227 -267.564573 -0.000000

7、11 0.00001748 9 -267.563880 0.00000013 -0.00004227 -267.563880 0.00000013 -0.00001574 10 3.91525368 0.00000000 -0.00000000 3.91525368 0.00000000 0.00000000 11 91.9737865 0.00000007 0.00001182 91.9737865 0.00000007 0.00002665 12 91.9737865 0.00000007 -0.00002665 91.9737865 0.00000007 -0.00001182 13 1

8、83.737888 -0.00000002 -0.00002363 183.737888 -0.00000002 -0.00002736 14 -0.00651171 0.00000000 -0.00000000 -0.00651171 0.00000000 0.00000000 15 -97.8220896 -0.00000001 0.00001798 -97.8220896 -0.00000001 0.00001574 16 -97.8217361 0.00000012 -0.00001798 -97.8217361 0.00000012 -0.00000000 17 -100.13583

9、3 -0.00000000 -0.00000000 -100.135833 -0.00000000 0.00000000 18 -2.50368741 0.00000018 -0.00000000 -2.50368741 0.00000018 0.00002736 19 -65.9434616 0.00000000 -0.00000000 -65.9434616 0.00000000 0.00000000 20 70.2892449 -0.00000000 0.00000000 70.2892449 -0.00000000 -0.00000000 21 -99.5087419 -0.00000

10、000 -0.00000000 -99.5087419 -0.00000000 0.00000000 22 107.742020 0.00000000 -0.00000000 107.742020 0.00000000 0.00000000 23 -125.678387 -0.00000000 0.00000000 -125.678387 -0.00000000 -0.00000000 24 134.355001 0.00000000 -0.00000000 134.355001 0.00000000 0.00000000-反力计算约束反力值 ( 乘子 = 1)- 结点约束反力 合力 支 座

11、- - 结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩- 1 -21.5035271 -395.522835 -0.00000000 396.106948 266.888044 -0.00000000 2 -56.5061226 -3.95432956 -0.00000000 56.6443166 184.003063 -0.00000000 3 -21.9903502 404.477164 -0.00000000 405.074502 93.1119558 -0.00000000-轴力图如下：图五，轴力图4、位移计算杆端位移值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 u -水平

12、位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角- 1 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 2 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 3 0.00000000 0.00000000 -0.00736849 1.96548369 -0.72261351 -0.00877959 4 1.96548369 -0.72261351 -0.00640205 1.90848859 0.7073493

13、1 -0.00640205 5 1.90848859 0.70734931 -0.00863705 0.00000000 0.00000000 -0.00709691 6 1.90848859 0.70734931 -0.00863705 4.46136156 1.21453623 -0.01412184 7 4.46136156 1.21453623 -0.01167500 4.46134044 -1.10131596 -0.01167500 8 4.46134044 -1.10131596 -0.01330723 1.96548369 -0.72261351 -0.00877959 9 4

14、.46134044 -1.10131596 -0.01330723 7.58749683 -1.37882032 -0.01712952 10 7.58749683 -1.37882032 -0.01458220 7.58179883 1.16781553 -0.01458220 11 7.58179883 1.16781553 -0.01665794 4.46136156 1.21453623 -0.01412184 12 4.46136156 1.21453623 -0.01412184 7.58179883 1.16781553 -0.01665794 13 7.58179883 1.1

15、6781553 -0.01665794 10.7592863 1.29972023 -0.01959625 14 10.7592863 1.29972023 -0.01680885 10.7592778 -1.34935483 -0.01680885 15 10.7592778 -1.34935483 -0.01907380 7.58749683 -1.37882032 -0.01712952 16 10.7592778 -1.34935483 -0.01907380 13.7158576 -1.31135213 -0.01996246 17 13.7158576 -1.31135213 -0

16、.01727450 13.8337675 1.12953456 -0.01727450 18 13.8337675 1.12953456 -0.02094839 10.7592863 1.29972023 -0.01959625 19 1.90848859 0.70734931 -0.00753925 0.00000000 0.00000000 -0.00753925 20 0.00000000 0.00000000 -0.00775538 1.96548369 -0.72261351 -0.00775538 21 1.96548369 -0.72261351 -0.01009141 4.46136156 1.21453623 -0.01009141 22 4.46136156 1.21453623 -0.01478894 7.58749683 -1.37882032 -0.01478894 23 7.58749683 -1.37882032 -0.01712435 10.7592863 1.29972023 -0.01712435 24 10.7592863 1.29972023 -0.01859496 13.7158576 -1.31135213 -0.01859496- 图六，位移示意图5、根据以上加载模拟分析，该结构可以承受比赛所规定的各种荷载。