第七届全国大学生结构设计竞赛一等奖作品

第七届全国大学生结构设计竞赛

计

算

书

目录

一、前言 (2)

二、设计说明 (3)

2.1方案构思 (3)

2.2结构选型 (4)

三、结构特点 (8)

3.1整体结构特点 (8)

3.2细部制作特点 (8)

四、受力分析及计算 (13)

4.1结构受力分析 (13)

4.2结构建模及计算分析 (15)

五、结构设计图及材料表 (20)

5.1结构三视图 (20)

5.2节点构造图 (21)

5.3结构三维图 (22)

5.4材料使用明细表 (22)

六、总结 (24)

一、前言

正如插图所见，“踩高跷”是我国一项群众喜闻乐见、流行甚广的传统民间活动。高跷分高跷、中跷和跑跷三种，最高者一丈多。高跷表演者不但以长木缚于足行

走，还能跳跃和舞剑，形式

多样。传统高跷道具简单，

但木质的选料很讲究，必须

采用坚硬而有韧性的木质，

腐木不可用。将选好的木头

经过木匠加工成4-5尺长的木

棍，木棍上扁下圆，脚踏板

的设置，是根据高跷的高度

而定，一般在3尺以上装置。高跷的绑腿绳，一般是用布制成的，这样的绑绳既能绑紧，又不勒腿脚。

“踩高跷”不但具有很高的健身价值，而且还具有很高的艺术价值，对振兴民族精神和活跃、充实人民的文化生活都起着积极的作用。

这次结构设计竞赛是一个既有趣又富有挑战性的科技竞赛。高跷所承受的荷载与高跷的结构形式和运动方式密切相关，这次比赛正是给我们建立了一个理论贴近实际贴近生活的平台。通过运用所学知识自行设计和制作竹高跷结构，可以提高我们的动手能力与思维能力，激发创新和竞争意识，培养科学思维，加强团队协作。同时让我们更加加深对“踩高跷”这一传统民间艺术的了解，更好的继承传统文化。

在赛前准备过程中，我们提高了自己的思考能力，加深了理论知识的理解，而且还将与其他学校的参赛队员交流经验，使我们的眼界更加开阔。这次比赛无疑使我们的大学生活更加充实更加有意义，将为我们的人生画上精彩的一笔！

二、设计说明

2.1方案构思

竞赛赛题要求参赛队设计并制作一对竹结构高跷模型，并进行加载和绕标竞速测试。

高跷结构模型外围长度为400mm±5mm，宽度为150mm±5mm，高度为265mm±5mm；模型底面尺寸不得超过200mm×150mm的矩形平面。踏板结构的面板为中密度板，面板上固定有A、B、C三根实木条，通过热熔胶与竹高跷模型固定。

加载分为静加载和绕标竞速两部分，静加载的荷载为本队队员，以模型荷重比来体现模型结构的合理性和材料利用效率；绕标竞速通过参赛选手踩着高跷行走或跑来检验模型在动力荷载下的承载能力。

经过仔细分析赛题我们做出以下构思：

⑴由于静止加载时要以模型荷重比来体现模型结构的合理性和材料利用效率，所以尽量要减轻结构重量，因此结构不能太复杂，杆件数要尽量少尽量轻。

⑵绕标竞速时结构受动力荷载，所以要考虑到行走过程中结构底面会与地面形成一定的夹角、加速和减速的瞬间结构和地面的横向摩擦、以及落地的同时带来的冲击力等因素，因此结构不仅要受到竖直向下的力还要受到斜向的力、横向的力。所以结构需要承受来自多个方向的力。

⑶为了便于行走，底面积不能太大。要在保持平稳和足够摩擦力的前提下，缩小底面积。

⑷根据赛题要求结构只能与踏板的三根实木条相接，因此要使结构所受的力集中到这三根实木条上。

⑸由于脚踝在左右方向上不易保持平稳，所以结构底面左右方向的长度不能太小。

2.2结构选型

2.2.1整体结构选型

在结构定型之前我们考虑了多种结构形式，并依次做出多种方案。

方案一：

我们设计了两榀平行的“W”形桁架，主要受压杆件为8mm×8mm中间带有“X”形支撑的矩形杆件；用交叉的拉条保持左右平衡，拉条用0.35mm×4mm的两层竹皮粘成；底面为150mm×100mm的矩形。

如图2-1：

图2-1

通过分析和试验我们得出本结构有以下优点和缺点：

优点：此结构的特点是底面积较大，站立时稳定性好。

缺点：杆件较多，质量重，结构冗繁；主要受压杆长细比较大，容易失稳；由于面积大，绕标竞速时容易单角触底，使杆件受力不均，致使整个结构垮塌。

方案二：

经过大量的模型制作和试验，我们发现，结构前部两根主柱承受外荷载的分量很小，基本不承担外荷载分量。因此,我们对方案一进行了一系列的改进修整，做出了方案二。