1、 2012、03、30 一、摘要、队员简介（一）摘要在建筑工程学院土木系教研组老师的带领下，建筑工程学院分团委举办了第二届大学生结构模型大赛，在这样一个具有专业性的模型比赛中，对于我们土木学生来说，这是一种锻炼，更是一种理论向实践发展的桥梁，让我们把所学的知识运用到实际当中。我们的团队，是跨学院组成的精英队伍，团队一共有五人，根据各自的专业特点和能力优势，各有分工，运用各自的所学知识与综合能力探讨出与众不同的卷纸方法，使得我们的团队更加强大。我们团队采取的卷纸方法为半机械法。利用工具，通过手工结合，让纸卷的更密更实。前半部分，通过手工卷纸，后半部分，通过木板挤压，重量压缩，使纸张压缩的更理想。
2、通过初步测试，卷出的梁柱，使用剪刀、刀子较难剪短，需用锯子才能进行锯断处理，这也是我们团队的优势之一，同时还是一种机电专业知识与土木施工技巧的一点小融合。前期，我们按照组委会下发的比赛要求做出了规定的模型，并进行加压试验，最终竟然超过100kg的加压荷载。压坏后，我们对模型进行了综合分析，也请了很多个专业老师对我们进行指导，经讨论后，对模型做出了进一步的改造，为的是寻求一种更好的承载方案，期望能在最终的比赛中制作出承压超过150kg的新模型。也希望能凭借我们已拥有的团队优势跟前期付出的努力，能在这届模型比赛中拿到理想的成绩。（二）队员简介队长：姚灿辉 建工学院 土木10-1 爱好（特长）：羽毛
3、球，篮球，交际队员：肖嘉华 建工学院 土木09-1 爱好（特长）：唱歌、篮球，领导能力郑浩茵 化学学院 食品10-1 爱好（特长）：手工制作、美食、宠物郑镇宜 建工学院 土木10-2 爱好（特长）：羽毛球、电影、网络刘戊烽 机电学院 机电10-2 爱好（特长）：游泳、篮球、电影 （三）组员优势及部分分工姚灿辉，现参加“挑战杯”进入省级比赛，文字组织能力强，负责整个方案的撰写、编排。刘戊烽，曾参加纸桥设计大赛，所设计纸桥是当时比赛中承重最大的，拥有与众不同的卷纸方法，总负责卷纸方案。郑镇宜，对数字敏感，测量精确，动手能力强，负责裁纸，柱孔测量。肖嘉华，大三土木学生，有着丰富的理论知识，负责纸楼数
4、据整改，通过软件计算得出模型的各杆件内力。郑浩茵，食品专业学生，心思细腻，负责纸张黏合，柱孔的钻取，纸楼美观。二、方案构思常见的建筑结构有框架结构、剪力墙结构、框-剪结构、桁架结构等等，而这些结构的产生与建立，只有一个目的，那就是让建筑能有更好的安全性能。若脱离了这个性能，一切的结构都是虚谈，因为优越的结构就是为了更加的安全。所以我们的方案的产生，第一步就是考虑到安全。在安全中发展、改造，而不是追求奇异的造型，美丽的外表，软趴趴的安全性能。三角形是最稳定的；四边形是可以绕点转动，使变形；五边形受力杆与力有个夹角，使受力不均对于纸杆来说，只有在杆的方向与荷载同一个方向，这样的纸杆才是最不容易局部
5、受力弯曲。所以我们选择以柱作为主力杆，用三角形进行固定。这样，在有承受最大荷载的情况下，让模型稳定，从而达到更好的安全性能。考虑到重量问题以及更大的承重，可把一部分杆件做成空心，在减小重量与材料的同时，让杆件的作用不受影响；考虑到杆件的高细比问题，为预防杆件失稳破坏，我们把楼层一分为二，做成二层的纸楼，避免由于纸楼重心不稳而倾斜倒塌；考虑到一点多结的问题，我们需采用两种（或两种以上）不同的结点方式，避免一点破坏，以至于所有结点都破坏，最终倒塌。三、结构选型从稳定性上考虑，三角形是最稳定，也是方案最先考虑的一种结构。柱与梁构成三角形的两直角边，那么三角形斜边也就成了连接两柱的斜杆，在固定了梁柱的
6、同时，也固定了柱柱间的移动问题，所以斜杆是这次模型结构的重点与亮点，虽说作用不是最主要的，但却是必不可少的。利用三角斜杆的稳定性，模型上部进行荷载加压，下部可通过斜杆进行力的传递，让力均匀传递到四大柱上，再传递到地下，达到受力均匀，结构稳定。考虑到本次大赛使用的加压方式为：顶层竖向加压，所以模型结构采用框架结构为主，斜杆支撑为辅。框架结构中的立柱主要承受竖向荷载，横杆则起到拉结竖杆的稳定模型的作用，而斜杆支撑结构则有两个目的：1、对上方的加压荷载进行力的传递，让四柱下部受力均匀，防止一柱受力过大，发生倾斜倒塌。2、拉结柱梁、柱柱之间的连接，起稳定作用。使其拥有足够的侧向刚度，控制柱子侧向位移的
7、发展，防止柱子与梁脱离，使模型塌落。结构分为两层，柱梁之间结点连接采用钻孔模式连接。有些同学在不破坏柱子性能的情况下，使柱梁结成一体。斜杆连结于梁，在起到稳定作用的同时，起到支撑梁的作用，帮柱子承受部分力，从而起到更好的承重作用。另外，通过前期试验，我们采纳了一些老师的建议，将在两根对角线的立柱上增加拉结杆，为了减少对立柱的破坏，此拉结杆我们选取了以纸带的形式，这部分由于是后来加以补充的，因此，下面的模型方案与图样中没有对其进行展示。四、模型方案图1、所卷纸张样图2、柱、梁、斜杠所需尺寸注： 横梁设计尺寸为250mm,但为方便施工，预留多至少40mm，用以进行削尖插孔等；斜杆：从整体的受力分析
8、对其进行了特别设计，为使斜杆起到分担受力的作用，并减少对立柱的破坏，将斜杆连接处设计在横杆上，连接口采用缺口紧缩的方式，先浸胶后夹紧，使连接更为牢固，传力效果更好；柱子所需钻孔为前3左3，考虑两孔的相互影响，前面3个孔采取平等，左侧的孔则采取较前孔下沉20mm的方法，这里主要考验的是我们钻孔施工过程的手工技巧，经过试验，只要施工符合我们的设计标准，孔洞的连结精确，孔洞的存在不仅没有破坏立杆的各方面性能，还能很好的将上部的压力通过横杆向斜杆、下方竖杆传递。3、模型简化，线性上的视图：正视图、侧视图、俯视图，1-1剖视图4、实体模型视图：主视图，左视图，俯视图主视图 左视图俯视图5、节点详图上下结
9、点详图中间结点详图6、试验模型样图五、模型计算简图（根据试验模型制作的）一切实验，都是在理想状态下，才可以进行各种分析，假设，做出的柱、梁、斜杆三种杆件做工、大小完全相同，性质也相同，有：1、 每根柱所承受的作用力为承重的1/4。2、 四棱柱四面做法相同，受力大小完全也相同，我们取其一面进行内力分析。获得结构简图、剪力图、以及正反两面的弯矩图。图中数值正负号均按结构力学中所取意义一致。（图中施加竖向力为100kN ）结构的计算简图剪力图正面的弯矩图背面的弯矩图六、改进措施在经过受力分析以及模拟试验和对已破坏的模型进行分析之后，需进行加固改进的地方有：横梁与竖杆的连接结点是最易破坏的地方，只要竖
10、杆受力稍微不均，横梁则极易被拉出；斜杆正中间最易出现压曲、折断破坏。具体改进方案有：1. 新材料：半圆柱型短柱： 这是根据加固要求设计的新材料。采用与立柱相同的制作工序，制成每段长80mm的空心圆柱，截面尺寸与立柱相同。卷纸完成后置于胶水中浸泡几分钟，待胶水晾干后，为减少自重，用锯子将其对半切开，分成两部分使用。主要用在斜杆中间最易折断处和立柱与横梁的结点外侧，可起到加大横截面积、减小弯矩、预防斜杆压曲和锚固横梁等等的作用。2.横梁与立柱连接点加固：将横梁端头用胶水浸泡后再进行削尖插孔，然后在每端伸出竖杆孔洞5mm处锯断，并在外部增加一个半圆柱型短柱作为螺帽，该处半圆柱型短柱的中部也采用挖孔方
11、式与横梁镶嵌，使横杆相当于与贯穿竖杆的铆钉，这种做法也直接起到了预防结构整体变形的作用，而且可以有效的改善接口，防止横杆被拉出；3.斜杆加大截面：在斜杆正中的底部加一段半圆柱型短柱，通过胶水的粘结，可使得此处的截面大大增加，有效的预防了斜杆破坏。七、加载制度加 载 制 度加载次数加载重量（kg）备注第一次50kg大于或等于5.0kg第二次40kg第三次30kg第四次第五次八、预算 由模型方案图可知：4条柱子，每条用A0纸4张，约共4张， 12条横梁，每条用纸1/12张，约共1张 8条斜杆，每条用纸1/8张，约共1张 预算总共用纸6张，按每张价格为2.5元 则A0纸总共费用为：6*2.5=15元
