结构模型设计大赛个人总结.doc

结构创新设计课程总结

学院：土木工程学院

第八届结构模型设计大赛个人总结
一、创新设计的目的
我们在大学中学了好多专业知识，但这些知识却一直停留在学习认识阶段，却没有与实践相结合，知识有些死板，所以老师提倡我们理论联系实际的学习方式，我们在此过程中，我们应尽可能提高自己提出问题、分析问题、解决问题的能力，同时提高自己的实际工作能力和与团体合作的能力。
二、结构制作过程中各种问题的分析与解决
最初设计
最初，给了设计要求后，我小组很快做出方案，但由于材料和我们想象中有所差别，后来就决定采用最简单的方案，示意图：
材料到位后，按材料尺寸重新设计：
1、底板（基础）设计
最初，我小组就柱子与底板的连接方式进行讨论，为使模型更加稳定，最后决定在底板上打孔，将柱子插入孔中，并用白乳胶粘结。
在设计柱子间距（也就是楼层面积）时，最初打算做22mm*220mm的，但后来因材料总长的原因，将楼层面积做成200mm*220mm，目的是增大其中较弱方向的惯性矩，以增强模型在那一方向的抗弯能力。示意图：

底板
2、柱子及柱填板设计
设计柱子高度时首先应考虑到楼层净高要求，还要注意将梁高考虑在内，开始时没有考虑梁高，层高做了符合要求但净高不符合，因此重新设计。从稳定角度考虑，在满足净高要求的基础上，柱子的高低越低对模型的稳定越有利，因此将柱子设计成1100mm高，同时考虑了插入底板和最上层深处的长度。
柱子和梁如果单单依靠白乳胶粘接的话会很脆弱，很容易拉裂，因此想在柱子之间加上两个木条，结果由于考虑总重没有再额外的加撑杆。
柱子用三层木板，总截面面积为20mm*9mm，示意图如下：

柱子

柱子中间填板及卡子

卡子
3、主梁设计
主梁的尺寸主要由它与柱子和次梁的连接方式决定，最初的梁设计如图：

最初主梁与柱子连接示意
这种连接方式强度有限，因此对连接方式进行改进，如图：

梁与柱子的连接方式

主梁1

主梁2
4、平次梁设计
次梁的强度要弱于主梁，因此截面能小一点，经多次试验，将木条劈成一半做次梁承载力减弱。为了保证结构强度，把次梁设成一个木条。

平次梁
5、竖次梁设计
两边的开口与主梁1中间的两个开口卡在一起，起到拉住主梁1的作用，并有很强的整体性。同时，尺寸比平次梁大而且竖向放置，极大地增加了承载力，中间做成鱼腹形既满足承载力要求还能减轻重量。

竖次梁
6、平次梁固定板设计
实际操作中发现平次梁与主梁2的连接很弱，为防止试验模拟地震时被震坏，我们决定采取有效措施加固。
选一块适当尺寸的板打孔，穿过平次梁，并将其粘在主梁2上。（实验证明效果很好）示意图如下：

平次梁挡板示意图
7、侧支撑设计
前面介绍了柱子的布置情况，模型整体抗弯能力在一个方向弱于另一个方向，因此决定在弱的方向加侧支撑。
支撑的的强度要弱于主梁和柱子。详见右侧示意图：

8、柱底部加固方案设计
考虑到模型加竖向荷载后放在地震台上承受剪切波时会产生很大的侧向力，因此柱的根部可能因乳胶粘不牢而被拔出，所以决定在柱根部与底板之间加固定系统。右侧为示意图：

9、铁块固定架设计
为使铁块在震动中不从侧面掉落，则在每层都要做挡板。
其中一侧在主梁2上粘一“A”字的造型。首先，能起到当铁块的作用；其次，能起到一定的侧支撑的作用；再次，能使模型更加美观。详见右图：
每层的竖次梁上粘4块挡板，防止铁块掉落。
示意图如下：

由于这些挡板和竖次梁仅仅是用乳胶粘接在一起的，强度有限，剪切波加到1.0g时挡板被撞掉，因此退出比赛，此时模型整体结构完好无损，所以此处是我们设计的一大败笔。
10、模型效果图

模型效果图

三、关于实验结果和实验分析
实验结果：我们的模型在剪切波1.0g时由于铁块固定架脱落导致铁块掉落而退出比赛。
原因分析：1、模型刚度太大，剪切波频率较小时模型振动很小，但频率加大后模型振动非常剧烈，原因是铁块和模型之间太过固定。
2、固定架粘接不牢固，导致铁块将其撞坏，进而使铁块脱落。
四、设计改进总结
首先，我们组的模型梁柱节点连接相当可靠，柱根部与底板也做了加固处理，因此若再更改铁块固定架的形式及其与模型的连接方式，使铁块能在固定架内有一定运动空间，将大大提高模型的抗震性能。
五、我在本组中的工作
1、在小组中参与各部件的设计；
2、用sketchup软件建模；
3、建模后根据各部件的尺寸，与小组成员一起“预制构件”；
4、各构件准备好后粘结；
5、制作宣传图片
六、学习该课程的感想、认识和收获
结构创新设计这门课程动手性学科，其实用性很强，和我们土木工程专业学习的专业知识有很强的联系。正所谓“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”，学任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以这次结构模型设计大赛是检验我们专业知识水平的很好机会，是很及时、很有必要的。
这次结构模型设计大赛为我提供了一次宝贵的实践机会，在模型的设计和制作过程中，我不仅对所学的知识有了更深一步的认识，而且还提高了自己的动手能力，同时这次创新比赛还为我提供了一个深入学习并实际操作建模软件的机会。
从这次结构模型设计大赛的过程中我还深刻认识到，这样一个看似简单的东西绝对不是一个人就能设计并制作成的，我真切的认识到了团队合作的力量。多一个人就多一种思路，我们应该向身边每一个人虚心学习，这次模型设计让我体会到了团队合作的快乐，获益良多。