工 程 训 练
(20112012学年第学期)
题目 圣诞——纸结构模型设计
学科部名称
专业班级
姓名 (学号)
指 导 教师
南昌学科技学院理工学科部土建系
圣诞——纸结构模型设计
设计说明
根务求模型制作跨中受荷承重力方面出发采务提供A0标准绘图纸白乳胶精心制作圣诞结构模型
1 方案构思
结构构思利两根长跨承载力中部拉杆拉住部 长跨两根斜杆跨中承载传递两边桥墩处设计总原：利拉杆承受传递荷载
2 结构选型
设计求跨中承受荷载考虑量跨中荷载通拉杆斜杆两端传递考虑结构整体性承荷作里采三角形结构利三角形稳定性保证整体性承受更荷载中部加竖直方斜拉杆跨起分担荷载
① 结构外形
考虑承载台加载点设计结构面长760mm宽160mm长方形结构高300mm距离桥墩处14跨部位布置长度150mm竖直支撑杆部接斜杆斜杆长度约4800mm斜杆中部跨中部长度约2400mm斜拉杆连接
② 节点设计
受力杆相交节点杆受力时会引起较力进引起松脱连接时实心纸团增接触面积增节点强度
3 结构特色
构件跨选取两张张A0纸张卷成杆件保证受力部分强度结构完整性部分构件选取A0纸张外形采三角形结构充分利三角形稳定性结构整体性
二设计方案
1设计基假定
①纸张材质连续均匀②支座固定支座③杆件间节点铰接点计算
2模型结构图
结构实物图
结构俯视图
结构视图
4 模型结构计算简图
5 节点样图
5构件材料表
标号
形状
尺寸
长度
数量
跨截面
外径18mm
径2mm
760mm
2
斜杆截面
外径12mm
径2mm
480mm
4
跨中立柱截面
外径12mm
径2mm
300mm
2
14跨立柱截面
外径6mm
径2mm
150mm
4
跨斜拉杆截面
外径6mm
径2mm
240mm
4
三设计计算
1材料性试验分析
（1）抗拉强度计算
A0绘图纸
受力测试
纹
63N
逆纹
32N
测试纸带长度15mm宽度b20mm厚度h003mm
纸带截面积Abh20*003mm206mm2
纸带拉应力σFNA6306 Nmm2105Nmm2
（2）弹性模量计算：
根试验出数
预变形（挠度w）mm
实际承载力 N
4000
53
7300
765
12775
1405
ΔF[(F2F1)+(F3F2)]24375N
Δw[(w2w1)+(w3w2)]2≈439mm
存ΔwΔFL348EI
Izπ(D4d4)64314*(18424)64mm451496mm4
EΔFL348ΔwIz≈15684MP
2结构计算
模型受力简图
模型轴力图
模型剪力图
模型弯矩图
模型受力位移变形图
承受承载力进行试验时实际加载模型图①示
图①
进行计算时消余约束结构简图图②示节点支座没画出
图②
节点1处施加单位力1N
取节点1进行计算受力图③
图③
时F1F1竖直杆收轴力1
取节点2进行受力分析受力图④
图④
F2F3夹角半ß模型尺寸cosß58
F1’F1F1
F2*sinßF3*sinß
F2F3
2F2*cosßF1’
F208
取节点3进行受力分析受力图⑤
图⑤
F3’F3F2
F3*sinßF4065
3受力构件截面尺寸设计计算
根设计模型考虑加载实验时需预留支承端求悬空跨长700mm跨长度设计760mm预留出60mm支承体构件直径选18mm设计三角钢架结构桥梁根勾股定理出边长度跨中竖直杆承受拉力相受力较相直径选取12mm长300mm14立柱属受压杆件直径求应该较严格取直径6mm长度150mm斜拉杆承受拉力作选材时应考虑济原
四制作程
1模型制作步骤制作图样
①选取准备需工具
A0标准绘图纸白乳胶美工刀等
②根设计尺寸裁剪纸张卷成圆柱状
③圆柱构件进行拼接交接处白乳胶粘饶节点处节点锁锁住牢固固定
④模型接口处吹风机风干白乳胶
⑤模型制作成功
2制作中遇难题
①开始选取A4纸张试验发现A4纸张厚度韧性达求废弃前构思重新选取A0纸张进行设计制作
②跨求跨长700mm果直接两根拼接成跨话担心连接点处受力会够选择整张A0绘图纸卷成纸棒作根跨A0纸张较厚容易卷难卷结实
③节点拼接处三根受拉杆件果般节点固定方法容易会拉脱起拉杆应作解决问题纸张折成厚纸条做成纸条锁节点处拼接杆锁死起白乳胶加固
3组讨解决问题
讨组出解决方法跨处梁衣架拉直做芯四起终卷成功纸梁硬度韧度达预期求解决节点处受力易松脱问题纸张折成厚纸条做成纸条锁（节点图）节点处拼接杆锁死起白乳胶加固
4组分工
方案拟定：组员商议拟定
卷纸：组员合作完成
拼接：组员合作完成
务书：
五加载试验
1加载方案
利加载器进行加载
2结构模型承载力
预计承载力：模型杆件承载力进行计算
跨杆件Izπ(D4d4)6451496mm4
斜拉杆Iπ(D4d4)64314*(12424)64 mm4≈10166 mm4
竖直拉杆I1 π(D4d4)64314*(12424)64 mm4≈10166 mm4
界应力Fcrπ2 EIL
斜拉杆界承载力
F斜3142*15684*10166*106048N3275N
竖直拉杆界承载力
F竖3142*15684*10166*10603N524N
跨梁界承载力
F3142*15684*51496*106076N104779N
根模型计算中出系数F11 F208 F3065
竖直杆达界值时斜杆受力08*524N4193N>3275N
符合
斜杆达破坏界值时跨受力
(327508)*06526609N < 104779N
竖直杆受力(327508)*1409375N < 524N
符合求
预计承载力≤3275N
预计承载力3275N
实际承载力：试验数出实际承载力
预变形（挠度w）mm
实际承载力 N
4000
53
7300
765
12775
1405
3模型结构破坏分析
模型结构未破坏
预计模型破坏发生斜杆斜杆承载力达极限值拉断
六总结
设计开始前第次接触种形式设计家相较没信心开始切入较困难然真正开始着手进行设计制作时发现实想做做成功张A0纸卷成纸棒时候油然生种满足感原想做想千种方法成功然果想做找千理做面完全没头绪设计时集体智慧时开始闪耀里发现组员优秀处实优秀没找展现智慧舞台设计更加解设计更加明白伙伴设计挥洒创意情台设计明白成功否原做做设计团结力量百年变真理次证实次设计课知识更加深刻理解理中推导实践中验证理开思维感谢老师心良苦谢谢老师辛勤指导感谢老师发现解台
（圣诞祝老师圣诞元旦双旦快乐）
致敬
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(20112012学年第学期)
题目 圣诞——纸结构模型设计
学科部名称
专业班级
姓名 (学号)
指 导 教师
南昌学科技学院理工学科部土建系
圣诞——纸结构模型设计
设计说明
根务求模型制作跨中受荷承重力方面出发采务提供A0标准绘图纸白乳胶精心制作圣诞结构模型
1 方案构思
结构构思利两根长跨承载力中部拉杆拉住部 长跨两根斜杆跨中承载传递两边桥墩处设计总原：利拉杆承受传递荷载
2 结构选型
设计求跨中承受荷载考虑量跨中荷载通拉杆斜杆两端传递考虑结构整体性承荷作里采三角形结构利三角形稳定性保证整体性承受更荷载中部加竖直方斜拉杆跨起分担荷载
① 结构外形
考虑承载台加载点设计结构面长760mm宽160mm长方形结构高300mm距离桥墩处14跨部位布置长度150mm竖直支撑杆部接斜杆斜杆长度约4800mm斜杆中部跨中部长度约2400mm斜拉杆连接
② 节点设计
受力杆相交节点杆受力时会引起较力进引起松脱连接时实心纸团增接触面积增节点强度
3 结构特色
构件跨选取两张张A0纸张卷成杆件保证受力部分强度结构完整性部分构件选取A0纸张外形采三角形结构充分利三角形稳定性结构整体性
二设计方案
1设计基假定
①纸张材质连续均匀②支座固定支座③杆件间节点铰接点计算
2模型结构图
结构实物图
结构俯视图
结构视图
4 模型结构计算简图
5 节点样图
5构件材料表
标号
形状
尺寸
长度
数量
跨截面
外径18mm
径2mm
760mm
2
斜杆截面
外径12mm
径2mm
480mm
4
跨中立柱截面
外径12mm
径2mm
300mm
2
14跨立柱截面
外径6mm
径2mm
150mm
4
跨斜拉杆截面
外径6mm
径2mm
240mm
4
三设计计算
1材料性试验分析
（1）抗拉强度计算
A0绘图纸
受力测试
纹
63N
逆纹
32N
测试纸带长度15mm宽度b20mm厚度h003mm
纸带截面积Abh20*003mm206mm2
纸带拉应力σFNA6306 Nmm2105Nmm2
（2）弹性模量计算：
根试验出数
预变形（挠度w）mm
实际承载力 N
4000
53
7300
765
12775
1405
ΔF[(F2F1)+(F3F2)]24375N
Δw[(w2w1)+(w3w2)]2≈439mm
存ΔwΔFL348EI
Izπ(D4d4)64314*(18424)64mm451496mm4
EΔFL348ΔwIz≈15684MP
2结构计算
模型受力简图
模型轴力图
模型剪力图
模型弯矩图
模型受力位移变形图
承受承载力进行试验时实际加载模型图①示
图①
进行计算时消余约束结构简图图②示节点支座没画出
图②
节点1处施加单位力1N
取节点1进行计算受力图③
图③
时F1F1竖直杆收轴力1
取节点2进行受力分析受力图④
图④
F2F3夹角半ß模型尺寸cosß58
F1’F1F1
F2*sinßF3*sinß
F2F3
2F2*cosßF1’
F208
取节点3进行受力分析受力图⑤
图⑤
F3’F3F2
F3*sinßF4065
3受力构件截面尺寸设计计算
根设计模型考虑加载实验时需预留支承端求悬空跨长700mm跨长度设计760mm预留出60mm支承体构件直径选18mm设计三角钢架结构桥梁根勾股定理出边长度跨中竖直杆承受拉力相受力较相直径选取12mm长300mm14立柱属受压杆件直径求应该较严格取直径6mm长度150mm斜拉杆承受拉力作选材时应考虑济原
四制作程
1模型制作步骤制作图样
①选取准备需工具
A0标准绘图纸白乳胶美工刀等
②根设计尺寸裁剪纸张卷成圆柱状
③圆柱构件进行拼接交接处白乳胶粘饶节点处节点锁锁住牢固固定
④模型接口处吹风机风干白乳胶
⑤模型制作成功
2制作中遇难题
①开始选取A4纸张试验发现A4纸张厚度韧性达求废弃前构思重新选取A0纸张进行设计制作
②跨求跨长700mm果直接两根拼接成跨话担心连接点处受力会够选择整张A0绘图纸卷成纸棒作根跨A0纸张较厚容易卷难卷结实
③节点拼接处三根受拉杆件果般节点固定方法容易会拉脱起拉杆应作解决问题纸张折成厚纸条做成纸条锁节点处拼接杆锁死起白乳胶加固
3组讨解决问题
讨组出解决方法跨处梁衣架拉直做芯四起终卷成功纸梁硬度韧度达预期求解决节点处受力易松脱问题纸张折成厚纸条做成纸条锁（节点图）节点处拼接杆锁死起白乳胶加固
4组分工
方案拟定：组员商议拟定
卷纸：组员合作完成
拼接：组员合作完成
务书：
五加载试验
1加载方案
利加载器进行加载
2结构模型承载力
预计承载力：模型杆件承载力进行计算
跨杆件Izπ(D4d4)6451496mm4
斜拉杆Iπ(D4d4)64314*(12424)64 mm4≈10166 mm4
竖直拉杆I1 π(D4d4)64314*(12424)64 mm4≈10166 mm4
界应力Fcrπ2 EIL
斜拉杆界承载力
F斜3142*15684*10166*106048N3275N
竖直拉杆界承载力
F竖3142*15684*10166*10603N524N
跨梁界承载力
F3142*15684*51496*106076N104779N
根模型计算中出系数F11 F208 F3065
竖直杆达界值时斜杆受力08*524N4193N>3275N
符合
斜杆达破坏界值时跨受力
(327508)*06526609N < 104779N
竖直杆受力(327508)*1409375N < 524N
符合求
预计承载力≤3275N
预计承载力3275N
实际承载力：试验数出实际承载力
预变形（挠度w）mm
实际承载力 N
4000
53
7300
765
12775
1405
3模型结构破坏分析
模型结构未破坏
预计模型破坏发生斜杆斜杆承载力达极限值拉断
六总结
设计开始前第次接触种形式设计家相较没信心开始切入较困难然真正开始着手进行设计制作时发现实想做做成功张A0纸卷成纸棒时候油然生种满足感原想做想千种方法成功然果想做找千理做面完全没头绪设计时集体智慧时开始闪耀里发现组员优秀处实优秀没找展现智慧舞台设计更加解设计更加明白伙伴设计挥洒创意情台设计明白成功否原做做设计团结力量百年变真理次证实次设计课知识更加深刻理解理中推导实践中验证理开思维感谢老师心良苦谢谢老师辛勤指导感谢老师发现解台
（圣诞祝老师圣诞元旦双旦快乐）
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