第二届湖北省大学生结构设计竞赛《虹之桥》计算书终稿 - 图文

湖北省大学生结构设计竞赛 虹之桥

图21 三级加载变形形状

图22 三级加载位移等值线

图23 三级加载应力图

17

湖北省大学生结构设计竞赛 虹之桥

五、强度、刚度、稳定性验算

根据midas软件建立的模型加载分析结果可知,结构剪力最大值为，弯矩最大值为,轴力最大值为，主要构件处于复合受力状态。构件受横向力、轴向力和剪力共同作用，杆件发生组合变形。可先计算横向力和轴向力引起截面上的正应力，然后单独考虑剪力引起的切应力，从而求出最大主应力。杆件的材料性质为：四层方形截面20mm构件的受压弹性模量Ec?2.3Gpa，不失稳的情况下纸管的抗压强度设计值为fc?10.65Gpa;受拉弹性模量为Et?3.1Gpa，抗拉强度设计值为

ft?32.58Gpa。

（1）杆件的强度验算： 截面为

方状薄壁截面,其截面参数为：

D=20.52mm ， d=20mm,A=21.07mm2,W=140.52mm3

根据模型二级加载内力分析结果:最不利的杆件剪力较小可不计； Mmax?129.2Nmm,Nmax?45.1N

??MN129.245.1????3.05Mpa?fcWA140.5221.07

根据材料的属性，纸张的屈服强度为10.65Mpa，因此结构在动载和静载组合作用下处于安全状态。 刚度验算

根据四级加载的位移（挠度）变形图可知，三个测点的挠度和值较小。因此本模型的刚度满足规定要求。 杆件整体稳定性验算

18

湖北省大学生结构设计竞赛 虹之桥

杆件稳定性验算，我们主要根据钢结构的稳定性验算公式进行。其中需要受力最不利的杆件做稳定性分析，截面参数如下： A=20.07mm2,I=1441.8mm4, l?540mm。

i?I1441.8??8.45mmA21.07

支座假定为两端铰接，取最不利状态，取??1.0,已知l?540mm。

?z??li?540?63.98.45

???cr近似取

???crfc??2E3.142?2.32????5.55N/mmcr22fy?63.9，其中,所以

5.55?0.5210.65

根据压弯构件平面内稳定性计算公式可知：

N??A?mM?W?1?0.8?N??Ncr??1?129.2??5.56N/mm2?fc45.1??1.05?140.52?1?0.8?5.55?21.07???45.10.52?21.07

由钢结构的稳定检验公式可知，该杆件满足平面内稳定性要求。 因为钢材的性能与纸张这种复合型材料相比其性能上有很大的差异，利用该公式只是对杆件的近似估计，可能误差会比较大。

19

湖北省大学生结构设计竞赛 虹之桥

结语

在近一个月的备战过程中，我们整个小组的每个成员都为此付出很多，很多时候为了一个节点的处理方式而绞尽脑汁，或者为了一种工艺而冥思苦想。在这个过程中我们做了很多试件和模型，不断追求最优的方案，一次次的失败经验让我们懂得如何更好的在下一个模型上做出小小的进步，有失败有成功，有过气馁，不过更多的时候想到的是不放弃和坚持。

模型的制作是枯燥的，不断的计算杆件长度，不断地测量杆件搭配，只为得到一个合理的结构，。我们不断地进行优化，不断寻求一个好的结构设计，一个满足要求又节省材料的杆件形式，不断探讨受力合理性与自重的平衡，为一牛与一克而“斤斤计较”，不断解决试验出现的问题，然后设计出合理的模型。

从模型的制作、试验，到最终的定型，都离不开各方面的支持。在此，我们非常感谢我们的四位指导老师。感谢他们一直以来的热情帮助，愿我们能以好的成绩来回报他们！

20