结构设计大赛计算书

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西南交通大学第四届研究生
结构设计竞赛
设计理论方案

作品名称
参赛编号 A 2-2
组长姓名 刘宁国 班级 13级桥梁3班 学号
队员姓名 兰华华 班级 13级桥梁2班 学号
队员姓名 方亮 班级 13级桥梁3班 学号
联系电话
第四届研究生结构设计竞赛(A3)组理论方案书 第I页
目 录
1设计说明书 ................................... 错误!未定义书签。
方案构思 ......................................... 错误!未定义书签。
结构选型 ......................................... 错误!未定义书签。
主梁............................................ 错误!未定义书签。
桥墩............................................ 错误!未定义书签。
特色处理 ......................................... 错误!未定义书签。

2方案图 ...................................... 错误!未定义书签。
结构总体布置图 ................................... 错误!未定义书签。
主要构件详细图 ................................... 错误!未定义书签。
方案效果图........................................ 错误!未定义书签。

3模型计算书 ................................... 错误!未定义书签。
有限元建模........................................ 错误!未定义书签。
荷载分析.......................................... 错误!未定义书签。
静风位移.......................................... 错误!未定义书签。
风速5m/s ...................................... 错误!未定义书签。
风速s ......................................... 错误!未定义书签。
风速s ......................................... 错误!未定义书签。
基底弯矩 ......................................... 错误!未定义书签。
风速5m/s ...................................... 错误!未定义书签。
风速s ......................................... 错误!未定义书签。
风速s ......................................... 错误!未定义书签。
动力特性 ......................................... 错误!未定义书签。
参考文献........................................ 错误!未定义书签。
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第1页
1设计说明书
方案构思
以某高墩大跨桥梁T型钢构最大双悬臂施工状态为工程背景,完成模
型结构的设计与制作,通过模型风洞试验来检验结构在施工阶段抗风设计的合
理性。设计应遵循安全、经济和美观的原则。通过此次竞赛,加强对结构风荷
载、风致振动现象,以及抗风性能设计的认识。

结构造型
我们经过多次对比与讨论,最终决定采用三角桁架式结构。其特点是构造
简单,受力性能明确,便于设计计算以及模型安装。通过有限元模型计算,对
受力较大的截面进行加固,最终模型具有较好的刚性和稳定性,在风荷载的作
用下能够表现出较好的抗弯性能。

结构体系
结构主要由桥墩、主梁、底板和挡风板构成,本次结构设计大赛中,迎风
面的总体尺寸已经确定,因此只需要确定横向尺寸即可确定主体结构的外形。
本次结构横向尺寸取为14cm。主梁横截面和桥墩横截面形式均为矩形,主要是
由于矩形截面受力方式明确,便于计算,可根据计算结果对局部杆件进行加强,
并且模型安装快速,缩短了制作时间。

特色处理
本组设计模型的最大特点有如下:
1 墩与主梁的截面采取2条桐木条粘接的形式,增大了截面面积与单根杆
的抗弯惯性矩。

2 主梁与桥墩接触处,将柱墩挖出一个杆件大小的缺口,使主梁从中通过,
成型后在节点外侧再粘贴节点板进行固定,加强了主梁与墩的连接。
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第2页
2方案图

结构总体布置图

图2-1 模型立面
图2-2 主梁立面
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第3页
图2-3 桥墩立面
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第4页

图2-3 桥墩侧面
主要构件详细图
图2-4 墩梁连接处节点构造
图2-5 主梁端部节点
图2-6 梁底节点构造
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第5页
图2-7墩底与底板接触面构造
图2-8 挡风板节点构造
图2-9 挡风板与主梁整体构造
方案效果图

图2-10 方案效果图
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第6页
3模型计算书
结构模型采用有限元软件Midas进行计算。
有限元建模
计算模型共179个节点,368个单元。其中主结构单元类型为梁单元,增风
板采用板单元,由于将AB胶连接的木条视为刚接,因此计算结果与实际情况有
一定得误差。

图3-1 模型总体图
荷载分析
具体计算过程中以节点集中力模拟挂重;T构迎风面受到的风荷载等效分布
于迎风面的梁单元上,简化为连续梁单元荷载;挡风板承受的风荷载压力面荷
载的形式作用在挡风板上。
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第7页
静风位移

风速5m/s

图3-2 主梁横向位移(mm)
风速s

图3-3 主梁横向位移(mm)
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第8页
风速s

图3-4 主梁横向位移(mm)
基底弯矩

风速5m/s
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第9页
图3-5 结构基底反力()
风速s

图3-9 结构基底反力()
风速s

图3-10 结构基底反力()
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第10页
动力特性
结构的动力特性如下图:

图3-11 1阶振型图
图3-12 2阶振型图
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第11页
图3-13 3阶振型图
图3-14 4阶振型图
第四届研究生结构设计竞赛(A2-2)组理论方案书 第12页
图3-15 5阶振型图
表3-1 结构前5阶自振模态
模态 号 频率 周期 容许误差
(rad/sec) (cycle/sec) (sec)

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3 +000
4 +000
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