抗风计算书

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1、西南交通大学第三届研究生结构设计竞赛（结构抗风组）设计理论方案目录一设计说明书31设计概况31.1基本概况31.2加载过程31.3设计材料31.4设计要求31.5使用工具42方案构思42.1结构类型简介42.2结构力学性能简介52.3结构选型53制作流程54特色处理5二方案设计图6三计算说明书71模型的整体受力计算72模型材料参数及风荷载计算73静力计算结果分析83.1结构变形图83.2结构轴力图93.3. 结构弯矩图103.4. 底部剪力图123.5结构扭转变形图124结构动力特性135结构优化处理方案14参考文献14一设计说明书1设计概况1.1基本概况本次竞赛题目为“研究生结构抗风竞赛”。

2、竞赛内容包括：结构设计、结构模型制作、 作品介绍与答辩、模型风洞试验。其中模型加载项目包括4.5m/s的风速，6.5m/s的风速， 9.5m/s的风速，风向垂直于广告牌，在风洞实验室进行加载。1.2加载过程（1）首先施加4.5m/s的风速作为预载，风向垂直于广告牌。观察模型的响应。（2）在预载的基础上，将风速提升至6.5m/s，风向垂直作用于广告牌正面。采用激光 位移计测量模型的动态位移。位移测试的时间为32s。（3）在第一阶段6.5m/s的风速基础上，再将风速提升至9.5m/s。采用激光位移计测 量模型的平均位移和动态位移。位移测试的时间为32s。1.3设计材料组委会将统一提供桐木条（4X3

3、mm）、铅发丝线和AB胶，广告牌，底板5种材料，各 参赛队设计、制作模型仅限于使用以上材料，除此之外不得自行使用其他材料。其中桐木条尺寸为：4mmX3mmX97mm，广告牌的规格尺寸为：600mm（长）X300mm（宽）X3mm （厚）；木质底板规格为：250mm （长）X250mm （宽）X 10mm （厚）。1.4设计要求结构的类型不限，高度为1.2m （含广告牌在内），正负误差不超过1cm。底部尺寸要求在（150X150） mm范围内，形状不限，但不可超出此范围。如图所示；1.5使用工具图1-1竞赛示意（图中结构形式仅为示意）美工刀，锉刀，夹子，锯条，砂纸等。2方案构思2.1结构类型简介

4、户外广告牌种类很多，按结构形式可以分为：墙面广告牌、屋顶广告牌和落地广告牌三 种形式，如图1所示;在现实生活中，广告牌一般采用钢结构，对于落地式广告牌，面板采 用空间桁架或网架结构，立柱为大直径钢管或格构式钢结构柱。a）墙面式广告牌b）屋顶式广告牌c）双面单立柱广告牌d）单面多立柱广告牌f）三面单立柱广告牌e）三面格构柱广告牌图1-2典型广告牌样式图2.2结构力学性能简介广告牌设计主要由基础设计及上部结构设计两部分，主要考虑自身结构安全以及风荷载 对其的影响，同时考虑广告牌架体的防腐耐久性能、满足地基承载力的设计条件要求等系列 问题。对于高耸广告牌结构来说，水平荷载（主要是风荷载）成为结构承受

5、的主要荷载作用， 另外结构高宽比较大，整体抗侧刚度比较小，具有高柔的特点，因此风荷载作用下结构侧移 及内力计算成为广告牌设计的主要问题。2.3结构选型结合各类广告牌的受力特点，模型材料种类和制作可行性，我们选取了格柱式广告牌设 计方案，上部结构由两部分组成，分别为主体结构。3制作流程1、建模分析2、预制杆件3、拼接拼接三角桁架;加固三角桁架的重要节点;固定广告牌;连接支座注意事项：1、三角桁架的杆件在粘接时使用夹子固定，待AB胶水凝固干之后方可取 掉；2、固定广告牌时要保证广告牌垂直于底板4特色处理（1）格构式立柱结构采用格构式梯形立柱，结构形式美观，下部面积大，上部面积小，各杆件受力合理，荷

6、 载传递路径清晰，充分利用了木材的力学性能；同时通过设置大量斜腹杆，保证结构的横向、 纵向刚度，使主要受力构件所受作用有效传递至其他构件，同时也避免风荷载作用下结构扭 曲破坏。（2）结构与广告牌的连接采用适当的横撑来承担不传递广告牌所受风荷载，同时对横撑给以适当加固保证其稳定 性；同时考虑到广告片下边缘有可能受拉力较大，使用AB胶粘接的同时，采用杆件加固；（3）结构基础的连接广告牌结构类似于竖向悬臂梁，其基础受弯矩、剪力很大，但设计时最易忽略的就是其 抗拔力设计，为此我们将基础设计为“田”字形，以增大其与底板的接触面积，增加其抗拔 和抗剪能力。二方案设计图立柱结构为空间六面体形状，其左侧面、迎

7、风面、背风面、及右侧面形状及尺寸如图 2-1所示。图2-1方案设计参考图三计算说明书1模型的整体受力计算为了确定各个杆件的受力情况，我们使用了大型有限元分析软件ABAQUS进行了模 型的受力分析。尽管实际模型中所粘接节点不能承受弯矩，但考虑到模型的各个杆件的所 受的弯矩非常小，所以计算中我们将所有节点看成刚节点，以简化分析，风荷载作为一个 面荷载加载在广告牌上。计算模型如图3-1所示：图3-1计算模型图2模型材料参数及风荷载计算参考相关文献，模型所用材料力学参数及风荷载转化后的静力荷载值的大小如下所述。1、桐木条的力学参数：表3-1桐木条材料参数抗拉强度错误！未找到引 用源。（Mpa）抗压强度

8、错误！未找到引 用源。（Mpa）抗弯强度错 误!未找到引 用源。（Mpa）弹性模量E（Mpa）泊松比错误！未 找到引用源。50204060000.362、广告牌的力学参数表3-2广告牌材料参数重度Y（N/mA3）抗压强度错误！未找到引 用源。（Mpa）抗弯强度错 误!未找到引 用源。（Mpa）弹性模量E（Mpa）泊松比错误！未 找到引用源。6630204080000.303、风荷载（1）模型主要承受水平风载，所加风载速度分别为4.5m/s，6.5m/s，9.5m/s，分别将其转化 为静力荷载加在广告牌上，风压计算公式为：p 16003静力计算结果分析计算模型的受力分析结果如下:3.1结构变形图

9、IJ,1,I a g nitude-+ 2 3 8 6 e + 0 0-+2.187e + 00-+1.9886 + 00-+1.789e + 00-+1.5906 + 00-+1.392e + 00-+1.193e + 00-+9.940e-01-+7.952e-01-+5.964e-01-+3.976e-01-+1.988e-01L +0.0006 + 00O DB: jie g : u. :d b A ba q u s/Sta n d a rd 6.1 0- 1 Th u Mm y 2 3 02: 1 6:59 G MT + U 8:0 0 2 0 13Step: j i -a z -a

10、 i 2Increment6: Step Time =1.U00P ri m a ry v1 a r: U_. MagnitudeD ef: rm e d v1 a r: U Defo rm ation S : a I e Fa ctor: +1.0 0 0 e + 0 USF. SF1 l；Avg: 75%)-5.541e + 00 -6.658e + 00图3-2水平风载速度为9.5m/s作用下位移等值图（mm）由图可见，本结构刚度很大，位移主要发生在广告牌边缘处最大位移仅为2.3386mm.3.2结构轴力图+ 6.741e + 00 + 5.624e + 00 + 4.507e + Li

11、0 + 3.391e + 00 + 2.274e + 00 + 1.158e + 00 + 4.126e-02 -1.0756 + 00 -2.192e + 00 -3 3 0 8 e + 0 0 -4.425e + 00O DB: jie g : u. :d b A ba q u s/Sta n d a rd 6.1 0- 1 Th u Mm y 23 02:25:3 9 G MT + U 8:0 0 2 0 13Step: y u j i -a z -a iI nc re m ent1: Ste p Ti m e = 1. U 0 0Prim ary var: SF, SF1Def:rme

12、d Van U Def:rnation Scale Far: +1.000e + 0U图3-3水平风载速度为4.5m/s作用下轴力图（N）SF. SF1(Aug: 75%)_r +1.401e + 01 +1.1696 + 01 +9.370e + 00 +7.049e + 00 +4.7286 + 00 +2.407e + 00 +8.576e-02 2.235e + 00 4.556e + 00 6.877e + 00 -a- -9.1986 + 00 - - 1.152e + 0 1-1.384e + 01O DB: jie g o u. od b A ba q u 5/St a n d

13、 a rd 6.1 0- 1 Th u M a y 23 02:25:3 9 G MT + U 8: 0 0 2 0 1 3Step: j i a z a i 1In:rement1: Step Time = X Primary Var: SF, SF11.000D efi：irm e d y.a r: U D efo r m ati o n S c a I e Fa cto r: +1.0 0 0 e + 0 U图3-4水平风载速度为6.5m/s作用下轴力图（N）SF. SF1(Aug: 75%；li- +2.993e + 01 .- +2.498e + 01 +2.i：ii：i2e + 0

14、1 +1.5 0 6 e + 01 +1.01Lie + 01 +5.142e + 00 +1.832e-Lil 4.775e + LiO 9.734e + i：n：i 1.469e + 01. - -1.965e + Lil - -2.461e + Lil-2.957e + LHODB: jiegoij.odb Ab.3qus/Stmndard 6.1 0-1 Thu Mmy 23 02:25:39 GMT + 0S: 00 20 1 3Step: jiaeai2I n c re m e nt6: Ste p Ti m eX Prirnary Var: SF. SF1D efo rm 宅 d Va r: U Defo rm atio n S 匚 m I q Fa ctc r: +1.0 0 0 e + 0 01.000图3-5水平风载速度为9.5m/s作用下轴力图（N）由结构轴力图可见，迎风侧主要受力构件主要受拉，背风侧主要受压，且底部轴力最大， 随着高度的增加递减。