大连市结构设计竞赛设计项目说明书.doc

大连理工大学第十二届结构设计说明书

作品名称 龙门吊 　

参赛队员

专业名称

目 录
一、概念设计 2
（一）方案构思 2
（二）结构选型方案比较 2
1.设计方案1 2
2. 设计方案2 4
3. 设计方案3 5
（三）最终方案详述 6
1.整体结构设计 ......................................6
2.具体设计....................................................................................................7
3.设计图纸....................................................................................................8
二、计算设计 ...10
（一） 静力分析 ..10
（二） 基础假设 ..13
（三） 荷载分析 13
（四）位移分析 13
（五）承载能力优化和极大值估算 15
三、结构设计 16
四．小结............................................................................................................18

一、概念设计
（一） 方案构思
此次设计竞赛关键有三个方面技术要求:

①模型制作材料
模型制作材料为组委会统一提供230克巴西白卡纸、铅发丝线（鞋底线）和白胶。不得使用组委会指定以外其它任何材料，不然将直接取消其参赛资格，并在赛会中通报。
②模型轮廓尺寸限定
模型正立面投影限制在图1所表示阴影范围内；侧立面投影限制在图2所表示阴影范围内。提交模型时，参赛学生应使用赛会固定装置、模型验收模具进行试安装，以确定模型符合尺寸要求，并取得参赛资格。
另外，为确保能够在模型上表面施加移动荷载，模型上表面应含有足够硬度及平整度。
③模型柱脚锚固结构
为确保模型能可靠地锚固于加载试验装置台面，制作模型时，严格根据赛会要求限位器尺寸制作模型柱脚。
（二） 结构选型方案比较
框架结构是指由梁和柱以刚接结或铰结相连接组成承重体系结构，即由梁和柱组成框架共同抵御使用过程中出现荷载。此次结构设计大赛为正是以框架结构设计为背景，承受较大竖向荷载，基于这些标准，我们做了以下探索。
1.设计方案1：
因为结构在自由端受到竖直荷载作用，可知在外围一侧结构受拉，内侧受压。已知白卡纸抗拉强度约为抗压强度3倍，因另外侧用单层杆连接，内侧用双层双杆进行连接。同时，为了预防受拉一侧出现较大变形，设置了多个支撑杆保持其稳定。为了使桁架没有较大偏心，在两侧又设置了四条拉杆。

结果分析：使用结构力学求解器，分析可得，两根梁之间承压杆件轴力为皆为正负0.10左右，本方案设计比较保守，使得任何一个杆件承受方法全部远高于题目要求荷载。

2.设计方案2：
结合方案一加载结果分析，设计了方案二结构：
删除或减小大部分杆件，减轻底座自重，增强底座和固定台连接。

图2 方案2正视图

结果分析：使用结构力学求解器，分析可得，两根梁之间承压杆件轴力为皆为正负0.12左右，轴力改变并不大，下梁中间弯矩基础上没有改变。所以使用这种结构能很大降低中间支撑杆件重量，而受力基础上不影响。

（三）最终方案详述
1.整体结构设计：
为利用材料（白卡纸、白乳胶等）力学性能，结合已经有结构力学等力学知识，结合现行高层建筑设计规范等资料；同时为了满足此次大赛设计要求，在老师指导下，我团体队员不停探索最终采取了现在两榀桁架结构模型。充足利用了白卡纸力学性能。

1）、主杆设计：
为了节省材料，加大结构加载最终荷重比，我们将各杆件进行严格理论分析，确定各杆件受力情况。将竖向二根关键受压柱子采取多层折叠，并结合水平单向荷载特点，将四根关键受压梁采取10mm*10mm双层矩形截面截面；因为中间弯矩大，我们采取了六个10mm*10mm*2矩形截面双层双梁叠加形式。

2）、水平连接杆件设计：
因为水平杆件关键起结构连接作用，并不关键受力，其应力较小，为节省材料，减轻结构自重，在工艺许可范围内，考虑到手工制作问题，于是我们将水平连接杆件设计为10mm*10mm正方形截面单层杆，在满足承载力要求前提下大大降低了结构自重。

图5 水平连接杆效果图

3. 设计图纸

二、 计算设计
（一）静力分析
在对模型进行静荷载分析时，我们采取结构力学求解器软件分析。确定该结构后我们建立了结构空间模型，经过结构力学求解器软件建模又对结构方案进行改善和优化。
1、 计算模型

模型简化

使用结构力学求解器进行简化，将使用40Kg荷载，因为接触长度为5cm，所以我们再将荷载以40Kg计算时候，顶部承受4KN/m均布荷载，受力分析以下

弯矩图

轴力图

剪力图

位移图
标题:无标题

内力计算

杆端内力值 ( 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 -0.00009593 -0.00000000 0.00000000 -0.00009593 -0.00001591
2 0.02343593 0.00008339 -0.00001591 0.02343593 0.00008339 -0.00000262
3 0.02343593 -0.00008370 -0.00000262 0.02343593 -0.00008370 -0.00001596
4 0.04606369 0.00000853 -0.00001596 0.04606369 0.00000853 -0.00001460
5 0.04606369 0.00008794 -0.00001460 0.04606369 0.00008794 0.00000000
6 -0.11134302 -0.00043863 0.00000000 -0.11134302 -0.00043863 -0.00007273
7 -0.11134302 0.00037106 -0.00007273 -0.11134302 0.00037106 -0.00001359
8 -0.13442099 -0.00038337 -0.00001359 -0.13442099 -0.00038337 -0.00007470
9 -0.13442099 0.00007166 -0.00007470 -0.13442099 0.00007166 -0.00006328
10 -0.04769645 -0.00459181 -0.00000000 -0.04769645 -0.00459181 -0.00060842
11 0.03327879 0.00450521 -0.00060842 0.03327879 0.00450521 0.00065304
12 0.03327879 0.00450521 0.00065304 0.03327879 0.00450521 0.00078820
13 0.18598693 0.00036238 0.00078820 0.18598693 0.00036238 0.00089692
14 0.03304681 -0.00493355 0.00089692 0.03304681 -0.00493355 0.00060090
15 0.03304681 -0.00493355 0.00060090 0.03304681 -0.00493355 -0.00063248
16 -0.04756986 0.00477347 -0.00063248 -0.04756986 0.00477347 -0.00000000
17 -0.11134302 0.00043863 0.00000000 -0.11134302 0.00043863 0.00007273
18 -0.11134302 -0.00037105 0.00007273 -0.11134302 -0.00037105 0.00001359
19 -0.13442101 0.00038335 0.00001359 -0.13442101 0.00038335 0.00007470
20 -0.13442101 -0.00007155 0.00007470 -0.13442101 -0.00007155 0.00006329
21 -0.15867649 -0.00038128 0.00006329 -0.15867649 -0.00038128 -0.00000000
22 0.00000000 0.00009594 -0.00000000 0.00000000 0.00009594 0.00001591
23 0.02343593 -0.00008339 0.00001591 0.02343593 -0.00008339 0.00000262
24 0.02343593 0.00008370 0.00000262 0.02343593 0.00008370 0.00001596
25 0.04606359 -0.00000854 0.00001596 0.04606359 -0.00000854 0.00001460
26 0.04606359 -0.00008793 0.00001460 0.04606359 -0.00008793 -0.00000000
27 -0.15867649 0.00038119 -0.00006328 -0.15867649 0.00038119 0.00000000
28 0.01613803 0.00000000 0.00000000 0.01613803 0.00000000 0.00000000
29 -0.01514021 -0.00000000 0.00000000 -0.01514021 -0.00000000 -0.00000000
30 0.01428465 -0.00000000 0.00000000 0.01428465 -0.00000000 -0.00000000
31 -0.01572567 -0.00000000 0.00000000 -0.01572567 -0.00000000 -0.00000000
32 0.01451949 0.00000000 -0.00000000 0.01451949 0.00000000 0.00000000
33 0.00009593 0.00000000 -0.00000000 0.00009593 0.00000000 0.00000000
34 0.00080969 -0.00000000 0.00000000 0.00080969 -0.00000000 0.00000000
35 0.00016709 0.00000000 -0.00000000 0.00016709 0.00000000 0.00000000
36 0.00045503 -0.00000000 0.00000000 0.00045503 -0.00000000 -0.00000000
37 -0.00007940 0.00000000 -0.00000000 -0.00007940 0.00000000 0.00000000
38 0.00009594 0.00000000 -0.00000000 0.00009594 0.00000000 0.00000000
39 0.01451949 -0.00000000 0.00000000 0.01451949 -0.00000000 -0.00000000
40 -0.01572566 0.00000000 -0.00000000 -0.01572566 0.00000000 0.00000000
41 0.01428468 0.00000000 -0.00000000 0.01428468 0.00000000 0.00000000
42 -0.01514005 0.00000000 -0.00000000 -0.01514005 0.00000000 0.00000000
43 0.01613817 0.00000000 -0.00000000 0.01613817 0.00000000 0.00000000
44 0.00080969 0.00000000 0.00000000 0.00080969 0.00000000 0.00000000
45 0.00016709 0.00000000 -0.00000000 0.00016709 0.00000000 0.00000000
46 0.00045490 -0.00000000 0.00000000 0.00045490 -0.00000000 -0.00000000
47 -0.00007940 -0.00000000 0.00000000 -0.00007940 -0.00000000 -0.00000000
48 0.03771694 -0.00021065 -0.00000000 0.03771694 -0.00021065 -0.00003370
49 -0.11759585 0.00085104 -0.00003370 -0.11759585 0.00085104 0.00009395
50 -0.11759585 0.00085104 0.00009395 -0.11759585 0.00085104 0.00017906
51 -0.11759585 0.00085104 0.00017906 -0.11759585 -0.09914896 -0.00102839
52 -0.11702469 0.09914766 -0.00102839 -0.11702469 -0.00085234 0.00017899
53 -0.11702469 -0.00085234 0.00017899 -0.11702469 -0.00085234 0.00009376
54 -0.11702469 -0.00085234 0.00009376 -0.11702469 -0.00085234 -0.00003409
55 0.03759026 0.00021308 -0.00003409 0.03759026 0.00021308 -0.00000000
56 0.06571578 0.00000000 -0.00000000 0.06571578 0.00000000 0.00000000
57 -0.05368995 0.00000000 -0.00000000 -0.05368995 0.00000000 0.00000000
58 -0.12456286 0.00000000 -0.00000000 -0.12456286 0.00000000 0.00000000
59 0.1590 0.00000000 -0.00000000 0.1590 0.00000000 0.00000000
60 -0.12678332 -0.00000000 0.00000000 -0.12678332 -0.00000000 -0.00000000
61 -0.12586157 0.00000000 -0.00000000 -0.12586157 0.00000000 0.00000000
62 0.12058329 -0.00000000 0.00000000 0.12058329 -0.00000000 -0.00000000
63 -0.12511966 0.00000000 -0.00000000 -0.12511966 0.00000000 0.00000000
64 -0.05387403 -0.00000000 0.00000000 -0.05387403 -0.00000000 0.00000000
65 0.06593724 -0.00000000 0.00000000 0.06593724 -0.00000000 -0.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------

标题:无标题

位移计算

杆端位移值 ( 乘子 = 1)
-----------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1 杆端 2
---------------------------------------- ------------------------------------------
单元码 u -水平位移 v -竖直位移 θ-转角 u -水平位移 v -竖直位移 θ-转角
-----------------------------------------------------------------------------------------------
1 -0.00000075 -0.00073170 0.00819076 -0.00120611 -0.00073170 0.00542571
2 -0.00120611 -0.00073170 0.00542571 -0.00176527 -0.00058803 0.00233083
3 -0.00176527 -0.00058803 0.00233083 -0.00194869 -0.00044435 -0.00077250
4 -0.00194869 -0.00044435 -0.00077250 -0.00141269 -0.00016196 -0.00587741
5 -0.00141269 -0.00016196 -0.00587741 -0.00015595 0.00013214 -0.00841739
6 0.00000000 0.00000000 0.00813653 -0.00119979 -0.00026376 0.00543352
7 -0.00119979 -0.00026376 0.00543352 -0.00176397 -0.00051728 0.00234983
8 -0.00176397 -0.00051728 0.00234983 -0.00194514 -0.00082338 -0.00080428
9 -0.00194514 -0.00082338 -0.00080428 -0.00141331 -0.00112946 -0.00573310
10 -0.00015595 0.00013214 -0.00749335 -0.0009 -0.00150575 -0.02209752
11 -0.0009 -0.00150575 -0.02209752 -0.00013453 -0.01036219 -0.01983373
12 -0.00013453 -0.01036219 -0.01983373 -0.00012978 -0.01091416 -0.01687227
13 -0.00012978 -0.01091416 -0.01687227 0.00013592 -0.01089369 0.01775341
14 0.00013592 -0.01089369 0.01775341 0.00014536 -0.00963166 0.02390882
15 0.00014536 -0.00963166 0.02390882 0.00020437 -0.00150575 0.02247848
16 0.00020437 -0.00150575 0.02247848 0.00015935 0.00013158 0.00729656
17 0.00000000 0.00000000 -0.00814073 0.0019 -0.00026376 -0.00543773
18 0.0019 -0.00026376 -0.00543773 0.00176533 -0.00051728 -0.00235402
19 0.00176533 -0.00051728 -0.00235402 0.00194718 -0.00082338 0.00080001
20 0.00194718 -0.00082338 0.00080001 0.00141601 -0.00112946 0.00572923
21 0.00141601 -0.00112946 0.00572923 0.00020437 -0.00150575 0.00808391
22 0.00000075 -0.00073225 -0.00819496 0.00120680 -0.00073225 -0.00542991
23 0.00120680 -0.00073225 -0.00542991 0.00176663 -0.00058858 -0.00233504
24 0.00176663 -0.00058858 -0.00233504 0.00195073 -0.00044490 0.00076831
25 0.00195073 -0.00044490 0.00076831 0.00141539 -0.00016252 0.00587321
26 0.00141539 -0.00016252 0.00587321 0.00015935 0.00013158 0.00841315
27 -0.00141331 -0.00112946 -0.00573310 -0.0009 -0.00150575 -0.00808723
28 -0.00015595 0.00013214 -0.00833218 -0.00141331 -0.00112946 -0.00833218
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