西南交通大學第三屆研究生結構設計大賽（結構抗風組）PAGEPAGE7西南交通大學第四屆研究生結構設計競賽設計理論方案作品名稱參賽編號組長姓名武玉興班級13級橋梁2班學號隊員姓名易敬班級13級橋梁2班學號13011158隊員姓名李豹班級13級橋梁2班學號13011180聯(lián)系電話目錄一設計說明書 31設計概況 31.1設計題目 31.3設計材料 31.4設計要求 31.5使用工具 32方案構思 42.1結構類型簡介 42.2結構受力特點 42.3結構選型 43制作流程 54特色處理 5二方案設計圖 5三計算說明書 71模型的整體受力計算 73靜力計算結果分析 83.1結構變形圖 83.2結構軸力圖 83.3.結構彎矩圖 93.4.底部彎矩圖 94結構動力特性 105結構優(yōu)化處理方案 11一設計說明書1設計概況1.1設計題目本次競賽題目為以高墩大跨橋梁為工程背景的T型懸臂剛構模型的結構設計與制作。競賽內容包括：結構設計、結構模型制作、作品介紹與答辯、模型風洞試驗。其中模型加載項目包括0.5kg的懸臂配重，風洞試驗的風速分三級，分別為5.0m/s、7.5m/s、9.5m/s。風向垂直于懸臂墩側面。1.3設計材料提供的材料為桐木條（4×3mm）、鉛發(fā)絲線和AB膠，另有擋風板和支座底板。其中桐木條尺寸為：4mm×3mm×1200mm，擋風板規(guī)格尺寸為：200mm×200mm×3mm；木質底板規(guī)格為：250mm×250mm×10mm。1.4設計要求結構為高度1.2m（從結構頂面到模型底面），縱向長度1.2m的T型剛構，正負誤差不超過1cm。懸臂根部高度為12.6cm，懸臂末端高度為3cm，高度沿主梁長度直線變化。梁寬B應滿足80mm≤B≤160mm；橋墩沿縱橋向寬度（即迎風寬度）為100mm，橫向向寬度與梁的寬度一致。結構示意如圖1.1所示。圖1.1T型鋼構示意圖示意（cm）1.5使用工具美工刀，直尺，夾子，剪刀，砂紙等。2方案構思2.1結構類型簡介T構是一種具有懸臂受力特點的梁式橋。是指從墩上伸出懸臂，跨中用剪力鉸或簡支掛梁組合而成，因墩上在兩側伸出懸臂，形同T字，故稱此名。在預應力混凝土結構中采用懸臂施工方法可做成比鋼筋混凝土結構中長得多的懸臂結構。T構是在簡支預應力橋和大跨鋼筋土箱梁橋的基礎上，在懸臂施工的影響下產(chǎn)生的。其上部結構可為箱梁、桁架或桁拱，與墩固結而成T型，橋型美觀、宏偉、輕型，適用于大跨懸臂平衡施工，可無支架跨越深水急流，避免下部施工困難或中斷航運，也不需要體系轉換，施工簡便。圖1-2T型鋼構2.2結構受力特點本結構主要受力垂直于橋縱向風的作用，并通過一側加擋風板的方式來模擬不平衡風作用，實驗時還在懸臂端部加了0.5kg的配重來模擬掛籃重量。結構在這種荷載作用下在懸臂端根部和墩底產(chǎn)生較大彎矩，同時在墩根部還有扭矩的作用；在懸臂的端部集中力的作用局部應力可能較大。這些截面都是在模型制作時要重點考慮的。2.3結構選型根據(jù)結構的受力分析以及題目的具體限制條件，全橋為桁架結構，墩采用10cm×16cm截面，懸臂端高度采用3cm—12.6cm的變截面，寬度為16cm。3制作流程1、建模分析2、預制桿件3、拼接=1\*GB3①拼接桁架；=2\*GB3②加固的重要節(jié)點；=3\*GB3③固定擋風板。4、后處理=1\*GB3①貼紙；=2\*GB3②固定底座。4特色處理（1）格構式立柱結構采用格構式，結構形式美觀，各桿件受力合理，荷載傳遞路徑清晰，充分利用了木材的力學性能；同時通過設置大量斜腹桿，保證結構的橫向、縱向剛度，使主要受力構件所受作用有效傳遞至其他構件，同時也避免風荷載作用下結構扭曲破壞。（2）結構基礎的連接結構類似于豎向懸臂梁，其基礎受彎矩、剪力很大，但設計時最易忽略的就是其抗拔力設計，為此我們將基礎四個角點有的周邊用小木條固定住，以增大其與底板的接觸面積，增加其抗拔和抗剪能力。二方案設計圖模型具體尺寸如下圖所示。圖2-1模型立面圖圖2-2模型墩身圖2-3模型主梁布置圖三計算說明書1模型的整體受力計算為了確定各個桿件的受力情況，我們使用了有限元分析軟件midas/civil進行了模型的受力分析。盡管實際模型中所粘接節(jié)點不能承受彎矩，但考慮到模型的各個桿件的所受的彎矩非常小，所以計算中我們將所有節(jié)點看成剛節(jié)點，以簡化分析，將風荷載轉化為均布荷載和彎矩加在主桁桿上。計算模型如圖3-1所示：圖3-1計算模型圖3靜力計算結果分析計算模型的受力分析結果如下：3.1結構變形圖圖3-2水平風載作用下位移等值圖3.2結構軸力圖圖3-3軸力圖由結構軸力圖可見，迎風側主要受力構件主要受拉，背風側主要受壓，且底部軸力最大，隨著高度的增加遞減。3.3.結構彎矩圖圖3-4水平風載作用下彎矩圖3.4.底部彎矩圖圖3-5水平風載作用下彎矩圖（N）4結構動力特性結構在風荷載作用下，產(chǎn)生風振效應，對其進行動力分析，構的動力特性主要包括結構的自振周期、各階振型及阻尼系數(shù)等,它們主要由結構的組成形式、結構剛度、質量分布和材料性質等決定，由于該建筑高寬比高達，所以以水平荷載為主要荷載,所以其水平振動特性具有決定作用。考慮阻尼對一般結構的頻率影響很小，所以在考慮結構自振特性時略去阻尼因素來確定結構周期和振型。A）一階振型B）二階振型C）三階振