兰州大学第四结构模型晴虹桥设计大赛策划书

1、兰州大学第四届结构模型设计大赛结构模型名称： 晴虹桥 参赛队伍名称： 开拓者 年 级 专 业： 07级地质工程专业 参赛者名字： 张光鹏、李佩栋、叶飞 日 期： 2010年5月10日 题 目： 晴虹桥结构模型设计摘 要：模型名称源自白居易诗“晴虹桥影出，秋雁橹声来”。我们在模型设计之初分析了各种材料的属性，以便根据各种材料的不同属性使其发挥出自身的优势。因为蜡绳在受拉时会产生较大变形，所以在制作时对其增加了预应力。通过内力分析和计算，得出并采取了合理的高跨比，并对主要的受力杆件适度加粗。在内力分析时，为简化计算量将模型拆成单个杆件分别进行了分析。对各杆件所受到的轴力、剪力、弯矩分析完成后，再对

2、整体进行受力分析。由于模型为超静定结构，且各杆件的拉压刚度、弯曲刚度不确定，所以采取虚设力的方法进行分析。为防止主要节点处由于应力过大而产生破坏，在设计过程中增加了一些辅助杆件。目 录一、 结构选型 4 1、方案的构思过程 4 2、晴虹桥模型的主要特点及其合理性 4二、 荷载分析 4三、 计算简图 4四、 内力分析 4五、 承载能力估算 7一、结构选型1、方案的构思过程(1)、方案设计之初先分析材料的基本属性。白卡纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力接近于零。但将纸卷成筒状或乳胶粘结后，可承受压力并可承受一定的弯矩，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏

3、，所以受压杆的长度不宜过长。铅发丝线也称作蜡绳，它的的性质是受拉强，不能受压。乳胶的粘接性能：粘结力强，满足结构受力特点，但湿度大，不易干燥，干燥后硬度大，容易产生脆性破裂。(2)、根据材料的基本属性设计时尽量减小纸筒所受的弯矩。蜡绳主要受拉，并可以固定节点。2、晴虹桥模型的主要特点及其合理性 (1)、设计简单，结构合理，轻巧结实。 (2)、模型为超静定结构，并且加了一定预应力，可有效预防杆件和绳子因变形过大而失稳。 (3)、高跨比合理，承载部分受力面积大，可防止2号杆因剪力过大而产生破坏，也更好的发挥了蜡绳的作用。(4)、3号杆的使用使1号杆与2号杆的节点更加牢固。(5)、结构模型简图如(图

4、1)所示。图1结构模型简图二、荷载分析根据本次比赛的加载规则，该结构模型在实际的加载过程中，主要由1号杆承受均布荷载，如(图2)所示。图2 受力图三、计算简图根据实际模型结构，考虑主要受力构件，可将模型简化为如下的计算简图。如(图3)所示。图3 计算简图四、内力分析为分析简便，可将模型分解成如下构件。其中1号杆为主要的受弯构件，受力图如(图4)所示。图4 杆1受力图1号杆的轴力为：在1号杆上任取一截面x，则： x处的剪力为： 弯矩为： 最后，分别做出1号杆与2号杆的轴力图、剪力图和弯矩图如(图5)所示。图5 杆1与杆2的轴力图、剪力图和弯矩图对模型整体进行受力分析，作其内力图如(图6)所示。图6 模型整体受力图五、承载能力估算结合图纸的强度参数和蜡绳的抗拉参数，经过对模型的受力分析，初步估计模型的承载能力为50kg。蜡绳和图纸的部分强度参数如下所示：绳子：标距200mm 单根截面面积7.36mm24根一组：最大力248n 8根一组：最大力422n 最大力总伸长率14.88%纸张：轴向拉伸：宽80mm 长200mm