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21.设计方案122. 设计方案243. 设计方案35（三）最终方案详述61.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: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。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。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 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -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 29 -0.00141331 -0.00112946 -0.00409930 -0.00194869 -0.00044435 -0.00409930 30 -0.00194869 -0.00044435 0.00046040 -0.00176397 -0.00051728 0.00046040 31 -0.00176397 -0.00051728 0.00273099 -0.00120611 -0.00073170 0.00273099 32 -0.00120611 -0.00073170 0.00659112 0.00000000 0.00000000 0.00659112 33 0.00000000 0.00000000 0.00552225 -0.00000075 -0.00073170 0.00552225 34 -0.00119979 -0.00026376 0.00353164 -0.00120611 -0.00073170 0.00353164 35 -0.00176397 -0.00051728 0.00053391 -0.00176527 -0.00058803 0.00053391 36 -0.00194514 -0.00082338 -0.00286063 -0.00194869 -0.00044435 -0.00286063 37 -0.00141331 -0.00112946 -0.00730187 -0.00141269 -0.00016196 -0.00730187 38 0.00000000 0.00000000 -0.00552645 0.00000075 -0.00073225 -0.00552645 39 0.00000000 0.00000000 -0.00659532 0.00120680 -0.00073225 -0.00659532 40 0.00120680 -0.00073225 -0.00273519 0.00176533 -0.00051728 -0.00273519 41 0.00176533 -0.00051728 -0.00046460 0.00195073 -0.00044490 -0.00046460 42 0.00195073 -0.00044490 0.00409511 0.00141601 -0.00112946 0.00409511 43 0.00015935 0.00013158 0.00832796 0.00141601 -0.00112946 0.00832796 44 0.0019 -0.00026376 -0.00353584 0.00120680 -0.00073225 -0.00353584 45 0.00176533 -0.00051728 -0.00053811 0.00176663 -0.00058858 -0.00053811 46 0.00194718 -0.00082338 0.00285643 0.00195073 -0.00044490 0.00285643 47 0.00141601 -0.00112946 0.00729766 0.00141539 -0.00016252 0.00729766 48 0.00337499 -0.00179821 -0.02718161 0.00423710 -0.00640405 -0.03199637 49 0.00423710 -0.00640405 -0.03199637 0.00171719 -0.01102574 -0.02392720 50 0.00171719 -0.01102574 -0.02392720 0.00003724 -0.01232631 0.00044874 51 0.00003724 -0.01232631 0.00044874 -0.00000475 -0.01212196 0.00003638 52 -0.00000475 -0.01212196 0.00003638 -0.00004655 -0.01232269 -0.00037765 53 -0.00004655 -0.01232269 -0.00037765 -0.00171833 -0.01101598 0.02397516 54 -0.00171833 -0.01101598 0.02397516 -0.00422600 -0.00639231 0.03196624 55 -0.00422600 -0.00639231 0.03196624 -0.00336680 -0.00179721 0.02709595 56 -0.00336680 -0.00179721 0.01724929 0.00015935 0.00013158 0.01724929 57 -0.00336680 -0.00179721 0.01879562 0.00020437 -0.00150575 0.01879562 58 0.00020437 -0.00150575 0.02631476 -0.00422600 -0.00639231 0.0263