结构创新设计大赛论文

结构创新设计大赛课程总结

一学习这门课的过程

第1周，第3周面授课，老师在讲台给我们讲这门课的必要性，以及创新设计中的要求，规则。

第5周，发放实验材料，每组2.5米长的木条10根，30cm见方的地板一块（固定孔已打好），白乳胶一罐，手锯一把以及锯条两根。

第6周~第9周，各小组进行计算，模型制作。

第9周周四在结构试验室进行实验，比赛。

第10周各小组进行ppt制作。

第11周~第12周课堂上各小组代表进行ppt演讲。

二结构制作过程中的总结（遇到的各种问题的分析，解决方法）

我们组从领到材料就开始进行模型设计和模型制作。在模型设计制作中遇到了很多问题，大家集思广益，再三商量后将每个问题都逐步解决掉了。下面就其中几个比较大的问题我做一下论述。

1节点处梁与柱的搭接

如下图（1）（2）（3）所示，最开始设计的是图（1）所示的连接方式，由于这种方式是梁与柱的直接粘接，没有任何的“卡住”措施，加载铁块后只能靠胶水的粘接力来承受荷载，没有任何的防护措施，固更改设计为图（2）所示的搭接方式：在柱的外缘挖竖向凹濠再用白乳胶与梁粘接。第二种方式较第一种方式在承受竖向荷载能力方面有较大改进。但是考虑到地震荷载下结构还会受到较大的横向冲击荷

载，这样，第二种搭接方式就也会“不堪一击”了。所以再三斟酌下更改为第三种搭接方式，这样，无论是竖向荷载还是横向冲击荷载情况下梁构件都会有较大的强度。

(1) (2) (3)

2 节点处的加固

插销处

插销主梁1 主梁2 节点加固处地震冲击荷载下，插入柱的主梁由于来回晃动会导致白乳胶失去其效果，柱来回摆动可能会导致主梁从柱上脱落，为了加强其牢固程度，在节点处对梁进行加固处理，采用插销把梁牢固的固定在柱子上，这样，有三道防线来抵抗地震情况下铁块对结构造成的冲击荷载，即乳胶的粘接作用，构件自身的强度，还有插销的固定作用，三重防线作用下提高了结构的强度。

2底板的加固措施（如图）

未经加固的地板经过加固的地板

底板与地震台用钢板和大号螺栓牢固的固定在一起，四根柱子与底板靠乳胶的粘接作用固定在一起。我们组模型每层应该加载四块铁块，八斤左右。地震作用下，结构随着晃动，底板与柱子的连接程度显得尤为重要。所以对底板与柱子之间进行加固成了必须。但是进行加固时的加固方法却成了难题，开始考虑每个柱子下设计一个柱墩，达到杯型基础的效果，可是问题又出来了，因为那样耗费木材量巨大，会大大加重结构自身的重量。后来经考虑后更改为如图所示的加固措施，既没有大幅度增加结构自重，又很好的起到了加固底板的效果。

3次梁的做法（如图）

（次梁2搭载处）

主梁上搭载两种、四根次梁，构成“井”字形梁。其中一种次梁即上图所示“鱼腹式”梁。铁块重力荷载下，梁跨中承受弯矩较梁端大，故设计为鱼腹式梁，既满足了跨中承受较大弯矩的要求，又减轻了结构的自重，可谓两全其美。

4 支撑的做法

模型整体框架做好后就开始做支撑构件，开始我们的支撑构件做的是两边不对称，水平看过去，模型两侧的支撑呈十字交叉状。后经过老师的讲解以及自己翻阅资料得知，在地震作用下，两侧的十字交叉支撑一侧承受拉力，而另一侧承受压力，这样整个模型就会受到扭转作用。此情况下，支撑非但没有起到保护结构的作用，反而由于其存在导致模型受扭而加速破坏。最后两侧支撑更改为对称形式，这样才能起到加强结构稳定性的作用。

5 铁块的固定装置

早在第一老师讲课时就提到过，比赛规则中有一条是：如果比赛中在地震作用下铁块从模型上掉下则该模型失去继续参赛资格，不管其结构是否发生破坏。如此以来，铁块的固定装置也就成为了重中之重。起初我们的设计方案为在次梁上直接粘接木条来牢固地卡住铁块，后经大家商量认为，这样效果不会太好。究其原因，地震作用下，铁块的冲击力非常大，如果让铁块直接接触固定装置，恐怕强度再大的固定也难以保证在结构发生破坏时还保持其强度。但是，如果固定装置在结构发生破坏前破坏，那么整体结构也就难以发挥其作用。最后我们模型的固定装置成型如下图

面巾纸摆放位置

（铁块固定装置图）

这样做法下有点有二。第一：充分利用了整体结构的强度，保证了不会由于固定装置的提前破坏而难以发挥整体结构的强度。第二，地震作用下，由于面巾纸的存在会吸收掉一部分能量，降低了地震作用下铁块的冲击对构件的破坏。

三关于实验结果和实验分析

比赛中我们组的模型在 1.0的地震作用下最上一层铁块滑落而失去继续参赛资格。

失败原因分析:只考虑了地震台震动方向铁块固定装置的牢固性，而忽略了垂直于震动方向一侧的牢固性。固定装置的破坏不是因为铁块的冲击而破坏，而是在垂直于冲击力的方向上的木条由于铁块的“蹭撞”而掉落。

比赛中虽然没有看到自己组模型的整体结构发生破坏，但是也明显的看到了自己组模型的不足：缺乏延性，整体结构太过刚性。我们知道，地震作用下，建筑物的延性越大，其抵抗地震作用的效果越

明显。同时也看到了其他组模型的长处，地震作用下，结构随着地震效应左右摆动幅度大，但每次地震结束后都能完整的恢复到原来的形状。由此可见，结构的延性对抗震性的作用之大。

比赛中看到了我班4组的模型在正弦波3.65g的地震作用下岿然不倒，可谓叹为观止。比赛结束后对他的模型进行分析发现，他组的模型简单轻便，自重仅0.98kg。比赛中他组的模型随着地震而来回摇摆幅度较大，然而每次地震结束后，他组的模型都恢复如初。究其原因：一，结构延性较好，能较好的吸收地震的能量。二，铁块固定装置比较好，大幅度降低了铁块对结构的冲击力。还有二班的一组也比较好，也坚持到了最后。比赛结束后对所有参赛的模型进行分析，取其精华，去其糟粕，取他人之所长，补自己之所短。

（我班四组作品）（二班二组作品）

四设计改进总结

改进对每个组来说应该都挺重要的，大学来这是第一次参加这样有意义的比赛，都没什么经验，所以最开始的设计方案和最后的设计方案差异是很大的。但不管怎样，都是在进行一次次小测验的基础上