结构设计大赛计算书

.西南交通大学第四届研究生结构设计竞赛设计理论方案作品名称 参赛编号 A 2-2 组长姓名 刘宁国 班级 13级桥梁3班 学号 13011085 队员姓名 兰华华 班级 13级桥梁2班 学号 13011192 队员姓名 方亮 班级 13级桥梁3班 学号 13011088 联系电话.目 录1设计说明书11.1 方案构思11.2 结构选型11.2.1主梁11.2.2桥墩11.3 特色处理22方案图32.1 结构总体布置图32.2 主要构件详细图42.3方案效果图63模型计算书73.1有限元建模73.2荷载分析83.3静风位移83.3.1 风速5m/s83.3.2 风速7.5m/s93.3.3 风速9.5m/s93.4 基底弯矩103.4.1 风速5m/s103.4.2 风速7.5m/s103.4.3 风速9.5m/s113.5 动力特性11参考文献13.1设计说明书1.1 方案构思 以某高墩大跨桥梁T型钢构最大双悬臂施工状态为工程背景，完成模型结构的设计与制作，通过模型风洞试验来检验结构在施工阶段抗风设计的合理性。设计应遵循安全、经济和美观的原则。通过此次竞赛，加强对结构风荷载、风致振动现象，以及抗风性能设计的认识。1.2 结构造型我们经过多次对比与讨论，最终决定采用三角桁架式结构。其特点是构造简单，受力性能明确，便于设计计算以及模型安装。通过有限元模型计算，对受力较大的截面进行加固，最终模型具有较好的刚性和稳定性，在风荷载的作用下能够表现出较好的抗弯性能。1.3 结构体系结构主要由桥墩、主梁、底板和挡风板构成，本次结构设计大赛中，迎风面的总体尺寸已经确定，因此只需要确定横向尺寸即可确定主体结构的外形。本次结构横向尺寸取为14cm。主梁横截面和桥墩横截面形式均为矩形，主要是由于矩形截面受力方式明确，便于计算，可根据计算结果对局部杆件进行加强，并且模型安装快速，缩短了制作时间。1.4 特色处理本组设计模型的最大特点有如下：1 墩与主梁的截面采取2条桐木条粘接的形式，增大了截面面积与单根杆的抗弯惯性矩。2 主梁与桥墩接触处，将柱墩挖出一个杆件大小的缺口，使主梁从中通过，成型后在节点外侧再粘贴节点板进行固定，加强了主梁与墩的连接。2方案图2.1 结构总体布置图图2-1 模型立面图2-2 主梁立面图2-3 桥墩立面图2-3 桥墩侧面2.2 主要构件详细图图2-4 墩梁连接处节点构造图2-5 主梁端部节点图2-6 梁底节点构造图2-7墩底与底板接触面构造图2-8 挡风板节点构造图2-9 挡风板与主梁整体构造2.3方案效果图图2-10 方案效果图3模型计算书结构模型采用有限元软件Midas进行计算。3.1有限元建模计算模型共179个节点，368个单元。其中主结构单元类型为梁单元，增风板采用板单元，由于将AB胶连接的木条视为刚接，因此计算结果与实际情况有一定得误差。图3-1 模型总体图3.2荷载分析具体计算过程中以节点集中力模拟挂重；T构迎风面受到的风荷载等效分布于迎风面的梁单元上，简化为连续梁单元荷载；挡风板承受的风荷载压力面荷载的形式作用在挡风板上。3.3静风位移3.3.1 风速5m/s图3-2 主梁横向位移（mm）3.3.2 风速7.5m/s图3-3 主梁横向位移（mm）3.3.3 风速9.5m/s图3-4 主梁横向位移（mm）3.4 基底弯矩3.4.1 风速5m/s图3-5 结构基底反力（N.mm）3.4.2 风速7.5m/s图3-9 结构基底反力（N.mm）3.4.3 风速9.5m/s图3-10 结构基底反力（N.mm）3.5 动力特性结构的动力特性如下图：图3-11 1阶振型图图3-12 2阶振型图图3-13 3阶振型图图3-14 4阶振型图图3-15 5阶振型图表3-1 结构前5阶自振模态模态 号频率周期容许误差(rad/sec)(cycle/sec)(sec)137.7253116.0041700.1665510.0000e+000239.9942936.3652890.1571020.0000e+000387.41755413.9129360.07187