1全国大学生结构设计竞赛-赛题讲解

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• 承受竖向力 • 抗弯体系 • 简支 • 依据弯矩分布，可以采用变
截面形式
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桁架
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桁架与斜拉桥
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提示：可能会很有启发性
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屋面桁架
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扭矩
影响抗扭和抗弯性能 的因素有哪些？
抗扭、抗剪性能好
如何设计？
抗扭
抗弯 部分
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桁架拱桥
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拱桥和曲梁的区别？
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P
A
曲梁
M图 P
P C
B
A
拱
‖
10 B
4mm~7mm 8mm~10mm
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演示如何在NIDA中添加和修改截面
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演示如何创建立面
• 确定关键点坐标 • 创建节点 • 创建杆件
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结构支座部分：支座约束应当按照实际情况进行设定，
此处支座情况全为固接，如下图：
1 杆端约束设置，桁架体系，杆端可为铰接或刚接
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二级加载：
第二级加载，共分为两个步骤：
(1) 步骤一：保持C加载截面的C1、C2加载点静载不变，从其左侧加载点（A1、 A2、B1、B2）或右侧加载点（D1、D2）中任选一个加载点，将该加载点
的所有砝码转移至另一侧的任一加载点上（移出和移入砝码的加载点由 参赛队自主确定）。二级加载第一步示意图如下：
1(图中各加载点砝码数量和支座标高以比赛现场确定的参数为准，此图仅为示意) 15
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一二级加载为静荷载
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三级加载为动荷载
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模拟球在不同位置的荷载
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a.下图所示规避区内不得出现结构物
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支座竹板无需模拟，结构与竹板连接处可设置为铰接
左右各50mm处的桥下净高不做要求，桥 上标高无限制。
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演示NIDA如何添加荷载工况
如何添加荷载
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演示NIDA如何进行分析和杆件设计
只需要做两种分析
• 线性分析 – 强度和刚度 （应力比<1) • 特征值屈曲分析 – 稳定性 (刚性体系失稳系数>1， 柔性体系另外判断)
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可知：最大应力比均未超过1，故一级加载通 过。
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选用的截面应满足下面的尺寸要求：
截面类型
0.2mm
方形
日字（方形）
0.35mm 3~7mm
0.5mm 8mm~12mm 10mm ~15mm
田字（方形）
10mm~15mm
拉条 矩形
4mm~10mm
圆形 三角形（等边）
4mm~10mm 4mm~10mm 4*6mm 、 7*10mm 6*8mm 5mm~8mm 9mm~12mm
b.模型支座必须在下图所示的竹板（斜 杠）长度内
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打开三维轮廓显示，在电脑模型中， 构建外轮廓不允许进入规避区。
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1一级加载：8个加载点（距离B轴各75mm处）加载40N~130N（10的倍数）
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的荷载，各加载点荷载不重复，注意每个加载点荷载还要加上砝码盘重
量5N。
二级加载（第一步） 加载重量（N） 0 65 125 75 115 85 240 95
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加载点 A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2
二级加载（第二步） 加载重量（N） 0 65 125 75 115 85 0 335
三级加载：在第二级（第二步）加载的条件
下进行移动荷载加载（球重50N，忽略板自 重），每隔50mm加载一次移动荷载（50N）。
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下一次讲座预告：
1）比赛演示 2）方案说明书编写说明 3）评分细则 4）补充说明
欢迎讨论和交流 Liusw8@mail.sysu.edu.cn
﹢
直梁 ◆拱与同荷载同跨度的梁相比，截面弯矩小——节省材料，易于大跨。
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多思考和观察身边的结构体系
海珠桥 (建于1933年）
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比赛采用结构分析与设计软件NIDA-10（教育版） 进行结构分析，采用线性分析、特征值屈曲分析， 模拟三级加载。
由于比赛涉及到本院参加省赛与全国赛所采用的比赛 模型方案，同学们请勿外传本文件及相关设计材料与 分析模型。
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电算模型制作介绍
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提供演示模型一号，展示结构设计的思路和分析加载情况，
并非完全满足赛题要求，供同学们参考。另有演示模型
二号，也提供给同学们研究所用。
演示模型一号
演示模型二号
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材料属性
材料部分：竹皮的弹性模量设为6Gpa，抗压强度为30MPa，抗拉强度为30MPa.
演示如何在 NIDA中 添 加 和 修改材料属性
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待定参数的确定
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移动荷载
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移动荷载为 50N 铅球
（直径为 111mm）
数值模型要求： 在球滑动轨迹内，每 50mm内需有一根横 梁提供支撑
ห้องสมุดไป่ตู้ 1
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1三级加载：
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在第二级（第二步）加载的条件下进行移动荷载加载（球重50N，忽略板 自重），为保证移动荷载能够顺利加载，每隔50mm处需设置加载点（下图 红色箭头所示为加载点，加载点也可以是节点，取决于个人设计）。
1步骤二：将第一步移入荷载点上的所有砝码，全部转移至该加载点的B轴对称 31
点，或者移至第一步移出荷载点的B轴对称点上。例如：第一步选择了C加载 截面右侧的D1加载点，将作用其上的所有砝码转移到C加载截面左侧的A1加载 点（移入点可以在A1、A2、B1和B2之间选择）；第二步将此时作用在A1上的 所有砝码移动到A2加载点上（移入点可以在A2、D2之间选择）。
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模型要求
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要求在比赛现场设计制作一座桥 梁，承受分散作用的竖向集中静 荷载以及桥面移动荷载。在确保 模型安全的前提下，还需要对模 型的变形进行控制。模型轴测示 意图见图 1。
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模型的边界条件
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模型加载装置平面及立面图如图 2 所示。
(图中各加载点砝码数量和支座标高以比赛现场确定的参数为准，此图仅为示意)
1结构模型设计思路
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本次结构设计解读为两个主梁搭接一根次梁（亦可解读为两个拱桥搭接一座水 平桁架桥，因桥身上部未给限制，同学们有很大发挥空间）。在此以第一种解 读为例，梁主要受扭，故拟采用桁架结构作为主体骨架，桁架具有抗弯承载能 力强且材料利用率高的特点。由赛题解读可知：一二级加载均为非对称加载， 会使结构产生扭矩，故拟在桁架主体结构中加入斜撑用以抵抗扭矩。三级加载 为移动荷载，在NIDA 模型中拟用静载代替移动荷载进行加载，故每隔50mm处因 有杆件或者节点作为移动荷载作用点。具体模型示意图如下：
2020全国大学生结构设计竞赛 赛题解析与电算模型制作介绍
刘思威
中山大学副教授
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2020全国大学生结构设计竞赛赛题解析
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赛题参考
• “关于公布 2020 年第十四届全国大学生结构设计竞赛题目的通知” • “2020年第十四届全国大学生结构设计竞赛题目补充说明4.17”
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要点
要点
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要点 要点
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桁架桥
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演示NIDA如何设置与检查
竹索两端要铰接，只允许受拉
1荷载工况部分：由于参数未定，荷载工况数量较多。此处一二三级荷
载各举一例进行陈述。
加载点 A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2
一级加载
加载重量（N） 135 65 125 75 115 85 105 95
加载点 A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2