结构设计方案与计算书

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1、结构设计方案与计算书结构设计方案与计算书 承受静载和冲击载荷的高压输电塔架结构模型设计与制作承受静载和冲击载荷的高压输电塔架结构模型设计与制作1、设计方案设计方案根据竞赛规则要求，我们从模型的用材特性、加载形式和制作方便程度等方面出发，采用组委会提供的桐木作为结构的原材料，乳胶作为粘接剂，精心设计制作了该高压输电塔架的结构模型。（1）结构体系结构体系采用三角形的稳定结构，采用各种简支梁的结合和支撑，4 根主干承担主要的竖向载荷和侧向弯曲，其他杆件承担结构的整体受压（拉） ，受剪和受弯，使整体的结构更加稳定使用。（2）连接方式连接方式各个杆件之间采用刚性连接（乳胶胶结） 。（3）节点设计节点设计

2、为了塔架的稳定性，各个节点采用乳胶胶结，保证杆件之间的连接，提高节点处的强度。（4）制作处理制作处理（5）设计假定设计假定桐木材质连续均匀；各杆件之间的连接均为刚性连接；加载时，载荷以集中力和均布载荷的形式作用在指定的位置和单元上；杆件计算时采用钢结构的计算模式；根据以上假定，通过材料力学和理论力学的相关知识建立计算简化模型，以求得杆件的内力及其位移作为制作的理论依据。二、方案图二、方案图（结构设计立体图）（结构设计立体图）（主视图）（主视图）（侧视图）（侧视图）(尺寸尺寸 单位：单位：mm)三、计算书三、计算书 1. 结构选型结构选型采用框架结构形式。输电塔结构中以顶部延伸杆悬臂凸起处及四根

3、支柱为主受力区，局部采用斜梁措施加强。结构主要解决材料抗弯和抗压的问题。通过对支撑点的选择以及节点处的支撑，结构可以做到自重相对较轻，体系的刚度和形状稳定性相对较大。2. 载荷分析载荷分析根据比赛的加载规则，考虑最不利情况取载荷作用时最危险截面进行分析。分别取静态载荷及冲击载荷下结构的最大位移处为最危险的情况。另外，由于加载时的不均匀性和制作过程中不利因素的影响，在制作过程中会适当的采取加强构件的措施，计算时不予考虑。3. 材料性能材料性能根据大赛组委会提供的实验图，我们可以求出材料的各项力学性能。横截面积：A16 mm6 mm，A24 mm6 mm，A33 mm4 mm，A42 mm4 mm

4、，四种不同的截面。a a）杨氏模量由附录的实验图以及杨氏模量的公式 E=Fl/lA 可估算出: E(拉)=2.8Gpa E(压)=1.1GPab b）拉弯刚度由抗压刚度的公式可得到：EA1=10080N，EA2=6720N，EA3=3360N，EA4=2240Nc c） 弯曲刚度由弯曲刚度的公式可得到： EI1=302400Nmm2， EI2 小=89600Nmm2， EI3 小=25200Nmm2， EI4 小=7467Nmm2。d d） 许用应力拉 =30MPa，压=20MPa综合受力分析图：综合受力分析图：由计算机模拟结构在两种载荷下的综合受力情况，可得到结构的综合受力图:1）.静载静载

5、悬臂上 F1=15N,中央薄板 F2=10N. 2）.静载静载+冲击载荷冲击载荷静载如 1 动载荷用 F3165N 表示一一1.静载下综合轴力静载下综合轴力2.2.静载下综合剪力静载下综合剪力3.静载下综合弯矩静载下综合弯矩4.静载下综合位移静载下综合位移二二1动载下综合轴力动载下综合轴力2.2.动载下综合剪力动载下综合剪力3. 动载下综合弯矩（存在危险截面）动载下综合弯矩（存在危险截面）4.动载下综合位移动载下综合位移5主要构件的强度主要构件的强度由内力图，可确定结构的危险面位置（综合受力分析图综合受力分析图中黑色箭头所指处） 。在危险面处：轴力 Fn=122.69N（压）,剪力 Fs=9.

6、09N，弯矩 M=501.15N/mm，横截面积 A=36mm2，弯曲截面系数 W= 36mm2。1 中性轴 243（a）危险面上的危险点在弯矩作用下，2 受压，4 受拉，|=M/W=12.6MPa。轴力产生的拉应力：=F/A=3.41MPa。剪力产生的切应力为零。所以 2、4 点中，4 点拉应力最大， 拉 max=12.6+3.41=16.01MPa 拉=30MPa2 点压应力最大， 压 max=12.6-3.41=9.19MPa 压=20MPa（b）对于 1、3 点，受到轴力产生的拉应力和剪力产生的切应力，取单元体：=3Fs/2A=0.379MPa,所以单元体主应力：1=3.41MPa，=0.379MPa，3=-0.379MPa，远小于许用应力。所以该危险点是安全的。综上所述，该结构的强度符合实验要求。四、结束语四、结束语以上是我们组大致粗略的计算，由于我们的水平有限，经验不足，设计之中必然有些不周之处和些许误差，希望指导老师指正不足之处。 联系方式：13718357468