桁架模型計(jì)算書(shū)

土木工程系結(jié)構(gòu)〔桁架〕模型設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)專業(yè)：土木工程組長(zhǎng)姓名：成員姓名：指導(dǎo)教師：20目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42.1.設(shè)計(jì)說(shuō)明?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4.模型設(shè)計(jì)要求??????????????????????????????????????????????????????????????????????4.設(shè)計(jì)理論假設(shè)??????????????????????????????????????????????????????????????????????42.2結(jié)構(gòu)選型及內(nèi)力分析?????????????????????????????????????????????????????????????????5材料性能及選擇??????????????????????????????????????????????????????????????????5.結(jié)構(gòu)模型體系選擇??????????????????????????????????????????????????????????????62.3.方案分析???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6.方案一????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.3.2.方案二????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2.4.方案比擬及截面調(diào)整?????????????????????????????????????????????????????????????18.最優(yōu)方案確定??????????????????????????????????????????????????????????????????????18.截面調(diào)整????????????????????????????????????????????????????????????????????????????182.5.最優(yōu)方案配料????????????????????????????????????????????????????????????????????????????202.6.模型綜合分析及破壞預(yù)估????????????????????????????????????????????????????????213.模型評(píng)價(jià)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????224.參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????85.附錄????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????81.設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)：1.1.參賽要求.各參賽隊(duì)?wèi)?yīng)獨(dú)立設(shè)計(jì)、制作模型并完成加載試驗(yàn)，每位參賽者只允許參加一個(gè)隊(duì)。競(jìng)賽期間不得任意換人，假設(shè)有參賽隊(duì)員因特殊原因退出，那么缺人競(jìng)賽。.每個(gè)參賽隊(duì)只能提交一份正式作品。各參賽隊(duì)必須在規(guī)定時(shí)間和地點(diǎn)參加競(jìng)賽活動(dòng)，遲到或缺席者作為自動(dòng)棄權(quán)處理。1.2.方案設(shè)計(jì)與理論分析要求.內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和計(jì)算書(shū)。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括對(duì)方案的結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行說(shuō)明；計(jì)算書(shū)應(yīng)包括計(jì)算模型、荷載分析、內(nèi)力分析、承載能力估算等。.文本封面〔詳見(jiàn)附件〕要求注明作品名稱、參賽班級(jí)、指導(dǎo)老師、參賽學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)；正文按設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和計(jì)算書(shū)的順序編排。除封面外，其余頁(yè)面均不得出現(xiàn)任何有關(guān)參賽班級(jí)和個(gè)人的信息，否那么取消參賽資格。.參賽隊(duì)必須提交方案設(shè)計(jì)與理論分析文本和電子文本一份，并標(biāo)明參賽班級(jí)和作品名稱；同時(shí)用A4紙打印一式兩份，在規(guī)定時(shí)間交到競(jìng)賽組委會(huì)，逾期作自動(dòng)放棄處理。1.3.設(shè)計(jì)制作要求1,3.1.在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽組委會(huì)的安排下進(jìn)行，組委會(huì)提供統(tǒng)一的制作材料，并在規(guī)定時(shí)間和地點(diǎn)由參賽學(xué)生獨(dú)立制作模型。.模型制作材料為小木條、白乳膠、釘子等。不得使用組委會(huì)指定以外的其它任何材料，否那么，一經(jīng)查實(shí)，將直接取消其參賽資格。.模型為桁架結(jié)構(gòu)，凈跨為1m，高度不超過(guò)250mm，寬度為200mm〔一般為2榀相同的平面桁架橫向連接而成〕，平面桁架可選擇三角形、梯形或平行弦等形式。.為保證加載方式與理論分析一致，試驗(yàn)采用兩點(diǎn)對(duì)稱集中加載〔兩加載點(diǎn)間距為300mm—400mm〕，故模型應(yīng)配備相應(yīng)的加載板，以便能按設(shè)計(jì)方式加載，并能在其上放置尺寸約為150mm×150mm的加載物。.模型制作完成后，由大賽組委會(huì)統(tǒng)一稱重備案。1.4.加載步驟及要求.各參賽隊(duì)按抽簽順序進(jìn)行加載。參賽隊(duì)員根據(jù)事先抽簽的結(jié)果安放模型，將模型放置在大賽提供的試驗(yàn)臺(tái)座上。.豎向靜載試驗(yàn)。參賽隊(duì)員自行在模型頂部放置的加載板上施加標(biāo)有不同重量的加載物，試驗(yàn)采用分級(jí)加載，每一級(jí)荷載的恒載時(shí)間不得小于5秒，直至模型破壞，并取破壞前一級(jí)荷載值為該模型的極限承載能力。1.5.評(píng)審規(guī)那么及分值根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與理論分析、模型制作和加載試驗(yàn)三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)審，總分為100分。.方案設(shè)計(jì)與理論分析〔30分〕按設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和計(jì)算書(shū)內(nèi)容的完整性、準(zhǔn)確性評(píng)分。.模型制作〔20分〕按模型制作工藝評(píng)分。以上2項(xiàng)均在加載前評(píng)畢。模型尺寸及材料不符合競(jìng)賽要求的，或參賽過(guò)程中有其他違規(guī)現(xiàn)象的將不進(jìn)入加載試驗(yàn)階段。.加載試驗(yàn)〔50分〕先按荷重比〔F=Q/W〕計(jì)算出各模型的相對(duì)分，其中Q代表模型所承受的最大豎向荷載〔N〕，W代表模型自重〔N〕；再將F值為最大〔記Fmax〕的模型定為總分值50分，其余模型的分?jǐn)?shù)按〔總分值×F/Fmax〕計(jì)算。2.結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)：2.1.設(shè)計(jì)說(shuō)明:.模型設(shè)計(jì)要求：2.1.1.1.模型制作材料為木條〔5mm*10mm；5mm*20mm；5mm*30mm〕，釘子和乳膠2.1.1.2.模型跨度1000mm，桁架面寬200mm，桁架最高點(diǎn)與最低點(diǎn)距離不大于250mm2.1.1.32.1.1.4.加載時(shí)，采用兩點(diǎn)集中加載，加載間距為300mm~400mm.設(shè)計(jì)理論假設(shè)：2.1.22.1.2.2.計(jì)算結(jié)構(gòu)極限承載力時(shí)，假設(shè)結(jié)構(gòu)中的計(jì)算零桿和計(jì)算近似零桿2.1.2.3.內(nèi)力計(jì)算時(shí)為方便內(nèi)力圖的繪制及數(shù)據(jù)的記錄分析，假設(shè)單榀桁架一個(gè)節(jié)點(diǎn)所承受的集中荷載為，那么一榀桁架所承受的荷載為，桁架模型整體加載的荷載〔單位為“1”〕。.4.假設(shè)所提供木材的的密度為。.5.對(duì)單榀桁架計(jì)算時(shí)，暫不不考慮空間協(xié)同的影響。對(duì)空間整體穩(wěn)定性討論參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行承載力折減。.6.單榀桁架理論計(jì)算，假設(shè)各桿件節(jié)點(diǎn)都為理想的鉸接，即不考慮節(jié)點(diǎn)處彎矩的傳遞，節(jié)點(diǎn)影響在結(jié)構(gòu)空間因素處考慮。.7.理論計(jì)算時(shí)忽略加載過(guò)程因加載不均造成的系統(tǒng)穩(wěn)定性影響，綜合分析時(shí)給予折減計(jì)算。2.2.結(jié)構(gòu)材料及模型的選擇.材料性能及選擇：此次比賽選用材料為紅樟松，查標(biāo)準(zhǔn)可知其樹(shù)種強(qiáng)度等級(jí)為TCl3-B,其力學(xué)性質(zhì)為：抗彎強(qiáng)度：順紋抗壓強(qiáng)度：順紋抗拉強(qiáng)度：順紋抗剪強(qiáng)度：彈性模量：使用材料的編號(hào)：截面選配編號(hào)對(duì)應(yīng)表甲截面5mm*10mm甲復(fù)2截面10mm*10mm甲復(fù)3截面15mm*10mm乙截面5mm*20mm乙復(fù)2截面10mm*20mm乙復(fù)3截面15mm*20mm丙截面5mm*30mm丙復(fù)2截面15mm*30mm丙復(fù)3截面15mm*30mm注：〔1〕供選用的模型材料木條〔5mm*10mm；5mm*20mm；5mm*30mm〕，分別編號(hào)為甲、乙、丙；其它材料有釘子和乳膠?！?〕為提高材料的性能，一局部桿件采用疊合木條，編號(hào)定義：“甲復(fù)2”指兩根截面為“甲”的木條膠結(jié)在一起作為承載材料。材料選擇原那么：木條作為模型材料，其力學(xué)性能特點(diǎn)是順紋抗壓性能良好，抗拉裂能力較差，抗剪能力差，抗彎一般。將木條成層粘貼可提高其抗拉壓性能，多于與拉壓內(nèi)力比擬大的上懸桿及下懸桿。結(jié)構(gòu)在內(nèi)力計(jì)算時(shí)出現(xiàn)的零桿現(xiàn)象，取最小的甲為其制作材料，選材后對(duì)其進(jìn)行內(nèi)力分析。考慮荷重比的因素，對(duì)于結(jié)構(gòu)的選擇不一定取承載力最大的結(jié)構(gòu)。復(fù)選截面時(shí)要參照結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布。.結(jié)構(gòu)模型體系選擇：桁架是由直桿在端部互相連續(xù)而成的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，主要承受橫向荷載，整體體破壞形式，桁架中的桿件大局部情況下只承受軸心拉力或壓力。《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中規(guī)定，當(dāng)上下弦均有荷載時(shí)應(yīng)選用上、下節(jié)間一致的桁架。假設(shè)僅上弦有荷載時(shí)，那么應(yīng)選用下弦擴(kuò)大節(jié)間的形式為宜。因?yàn)闇p小下弦節(jié)間既能簡(jiǎn)化構(gòu)造，又能節(jié)省材料。為加載方便，平面桁架形式選用梯形。理想桁架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：〔1〕所有點(diǎn)都為鉸結(jié)點(diǎn)?！?〕所有的外力在結(jié)點(diǎn)上。考慮到制作問(wèn)題，下懸桿選用貫穿的連續(xù)桿。在結(jié)構(gòu)形式分析的根底上，我們做了兩組方案。2.3.方案分析：2.3.12.3.22.3.2.2.對(duì)所需桿件乙：〔18〕、〔19〕、〔12〕~〔15〕丙：〔16〕〔17〕丙復(fù)2：〔7〕~〔11〕丙復(fù)3：〔1〕~〔6〕〔按通長(zhǎng)桿計(jì)算〕.3.組合取值分析：對(duì)進(jìn)行多組數(shù)據(jù)組合，〔當(dāng)結(jié)構(gòu)趨于不合理，承載力及荷重比開(kāi)始明顯下降〕由結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得的數(shù)據(jù)分析可知：的取值越大，結(jié)構(gòu)內(nèi)力越小，結(jié)構(gòu)極限承載力越大。在不考慮荷重比的前提下，結(jié)構(gòu)最為合理。因此取組合作為以下結(jié)構(gòu)分析的條件。2.3.2.4.內(nèi)力計(jì)算：〔使用力學(xué)結(jié)構(gòu)求解器，所需程序見(jiàn)附錄一當(dāng)時(shí)，加載結(jié)果：圖圖圖由內(nèi)力分析可知，結(jié)構(gòu)中的零桿和計(jì)算近似零桿數(shù)目比例較大，結(jié)構(gòu)受力不均，造成桿件浪費(fèi)，對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。2.3調(diào)整節(jié)點(diǎn)8、11的高度，以減少零桿數(shù)目。選取進(jìn)行內(nèi)力分析：圖圖圖與初選結(jié)構(gòu)相比，此方案受力比擬合理。2.3.2.6通過(guò)內(nèi)力分析可知，桿〔18〕、〔19〕、〔12〕、〔13〕近似為零桿，將其調(diào)整為甲，桿〔14〕~〔17〕內(nèi)力較小，調(diào)整為乙，其余桿件不變。配料如下：甲:〔18〕、〔19〕、〔12〕、〔13〕乙：〔14〕~〔17〕丙復(fù)2:〔7〕~〔11〕丙復(fù)3:〔1〕~〔6〕2.3.圖圖圖截面調(diào)整后，內(nèi)力分布變化不大，截面調(diào)整比擬合理。當(dāng)〔〕變化時(shí)，根據(jù)桿件的承載能力及荷重比驗(yàn)算可分析得出最優(yōu)解。2.3對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析可知：〔1〕~〔6〕為拉彎桿件；〔7〕~〔11〕、〔16〕、〔17〕為軸壓桿件；〔14〕、〔15〕為軸拉桿件；〔18〕、〔19〕、〔12〕、〔13〕為零桿或近似零桿。取半部結(jié)構(gòu)〔桿〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔7〕、〔8〕、〔9〕、〔12〕、〔14〕、〔16〕、〔18〕〕，進(jìn)行承載力分析：.8.1.拉彎桿件〔1〕、〔2〕、〔3〕驗(yàn)算：拉彎構(gòu)件的承載能力，由《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》可知，應(yīng)按下式驗(yàn)算：()式中N、M——軸向拉力設(shè)計(jì)值(N)、彎矩設(shè)計(jì)值(N·mm)；An、Wn——按《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第條計(jì)算的構(gòu)件凈截面面積(mm2)、凈截面抵抗矩(mm3)；ft、fm——木材順紋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)。設(shè)，將式()變形可得值由內(nèi)力圖確定。.8.2.軸壓桿件〔7〕~〔9〕、〔16〕驗(yàn)算：軸心受壓構(gòu)件的承載能力，由《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》可知，應(yīng)按以下公式驗(yàn)算：1按強(qiáng)度驗(yàn)算(-1)2按穩(wěn)定驗(yàn)算(5.1.2式中fc——木材順紋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)；N——軸心受壓構(gòu)件壓力設(shè)計(jì)值(N)；An——受壓構(gòu)件的凈截面面積(mm2)；SA0——受壓構(gòu)件截面的計(jì)算面積(mm2)，〔無(wú)缺口時(shí)，取A0=A〕φ——軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)〔經(jīng)驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)內(nèi)桿件均λ≤91〕樹(shù)種強(qiáng)度等級(jí)為TCl3-B當(dāng)λ≤91時(shí)(-3)當(dāng)λ>91時(shí)〔-4〕λ——構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比由上述推導(dǎo)可得：.8.3.〔14〕、〔15〕軸拉桿件驗(yàn)算：軸心受拉構(gòu)件的承載能力，由《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》可知，應(yīng)按以下公式驗(yàn)算：軸心受拉構(gòu)件的承載能力，應(yīng)按下式驗(yàn)算：()式中ft——木材順紋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)；N——軸心受拉構(gòu)件拉力設(shè)計(jì)值(N)；An——受拉構(gòu)件的凈截面面積(mm2)。計(jì)算An時(shí)應(yīng)扣除分布在150mm長(zhǎng)度上的缺孔投影面積。由上述公式可得：.8.4.桿件抗剪驗(yàn)算：受彎構(gòu)件的抗剪承載能力，由《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》可知，應(yīng)按下式驗(yàn)算：()式中fv——木材順紋抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)；V——受彎構(gòu)件剪力設(shè)計(jì)值(N)，按本標(biāo)準(zhǔn)第條確定；I——構(gòu)件的全截面慣性矩(mm4)；b——構(gòu)件的截面寬度(mm)；S——剪切面以上的截面面積對(duì)中性軸的面積矩(mm3)由上述公式推導(dǎo)可得：對(duì)上述條件綜合分析：僅由材料截面特性決定的承載力指標(biāo)有：軸心抗壓承載力強(qiáng)度驗(yàn)算，軸心抗拉承載力驗(yàn)算，彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算〔本結(jié)構(gòu)沒(méi)有用到，所以計(jì)算書(shū)中并未給出其計(jì)算方法，僅以表格形式給出極限數(shù)值〕，這些指標(biāo)計(jì)算以excel表格運(yùn)算給出：所用材料壓強(qiáng)，拉強(qiáng)，彎強(qiáng)，剪強(qiáng)表編號(hào)寬(mm)高(mm)軸心受拉

強(qiáng)度--N(N)軸心受壓

強(qiáng)度--N(N)受彎強(qiáng)度--M〔N/mm^2〕抗剪強(qiáng)度--V(N)甲5104005001083.33266.67乙52080010004333.33533.33丙530120015009750.00800.00甲復(fù)2101080010002166.67533.33甲復(fù)31510120015003250.00800.00乙復(fù)21020160020008666.671066.67乙復(fù)315202400300013000.001600.00丙復(fù)210302400300019500.001600.00丙復(fù)315303600450029250.002400.00調(diào)整，由125mm以5mm遞增至250mm，按承載力驗(yàn)算，確定最大承載和最大荷重比方案〔確定計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)excel表格，附錄三——附表1〕圖〔1〕2.3.2.9.由圖〔1〕曲線變化趨勢(shì)及附錄三——附表1數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)時(shí)，承載力與荷重比都取得最大值，為最優(yōu)方案，方案圖為：最大承載力.方案二：2.3.32.3.3.2.對(duì)所需桿件甲:〔15〕~〔18〕乙：〔11〕~〔14〕丙復(fù)2:〔5〕~〔10〕丙復(fù)3:〔1〕~〔4〕〔按通長(zhǎng)桿計(jì)算〕.3.內(nèi)力計(jì)算：〔使用力學(xué)結(jié)構(gòu)求解器，所需程序見(jiàn)附表二〕時(shí)，加載結(jié)果：〔由方案一可知，剪切控制條件對(duì)桿件整體承載力根本沒(méi)有影響，方案二中不進(jìn)行抗剪驗(yàn)算〕圖圖2.3.3.4.由方案一可知，當(dāng)〔〕變化時(shí)，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)桿件的承載能力及荷重比驗(yàn)算可分析得出最優(yōu)解。方案二與方案一相比，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況比擬均勻，但荷重比相對(duì)較小。故對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化方案一：將〔17〕，〔18〕桿去掉，連接3、9節(jié)點(diǎn)作為〔17〕桿，內(nèi)力圖：圖圖優(yōu)化方案二：將原圖做進(jìn)一步優(yōu)化，桿件布置如以下圖：內(nèi)力圖：圖。圖優(yōu)化方案三：在優(yōu)化方案二根底上，去掉桿〔17〕，內(nèi)力圖：圖圖對(duì)以上優(yōu)化方案比擬得出：內(nèi)力分布方面：三個(gè)方案的內(nèi)力分布根本相同。荷重比方面：優(yōu)化方案三的荷重比明顯大于方案一與方案二。綜上所述，優(yōu)化方案三的結(jié)構(gòu)比擬合理。取優(yōu)化方案三為方案二的最優(yōu)方案，配料如下：甲:〔15〕〔16〕乙：〔11〕~〔14〕丙復(fù)2:〔5〕~〔10〕丙復(fù)3:〔1〕~〔4〕〔按通長(zhǎng)桿計(jì)算〕2.3.對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析可知：〔1〕~〔4〕為拉彎桿件；〔5〕~〔10〕、〔12〕、〔14〕為軸壓桿件；〔11〕、〔13〕為軸拉桿件；〔15〕、〔16〕為零桿或近似零桿。取半部結(jié)構(gòu)〔桿〔1〕、〔2〕、〔5〕、〔6〕、〔7〕、〔11〕、〔12〕、〔15〕〕，進(jìn)行承載力驗(yàn)算，參照“2.3.2.8.承載力驗(yàn)算”，驗(yàn)算結(jié)果由excel表格形式〔附錄三——附表2調(diào)整，由125mm以5mm遞增至250mm，按承載力驗(yàn)算，確定最大承載和最大荷重比方案〔計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)excel表格，附錄三——附表2〕圖〔2〕2.3.由圖〔2〕曲線變化趨勢(shì)及附錄三——附表2數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)時(shí)，承載力與荷重比都取得最大值，為最優(yōu)方案，方案圖為：最大承載力2.4.方案比擬及截面調(diào)整：.最優(yōu)方案確定：從承載力角度比擬，方案一的最優(yōu)方案比方案二的最優(yōu)方案高28N，承載能力根本相同；從荷重比角度比擬，方案二的最優(yōu)方案高于方案一。加載試驗(yàn)最終結(jié)果由荷重比控制，那么方案二的最優(yōu)方案優(yōu)于方案一，最優(yōu)方案為方案二的最優(yōu)方案。對(duì)最優(yōu)方案的承載力數(shù)據(jù)〔詳見(jiàn)附錄三——附表2〕分析可知，最承載力驗(yàn)算中起主要控制作用的桿件為桿〔5〕〔10〕的軸向壓力，其次為桿〔11〕〔13〕的軸向拉力。再次為桿〔6〕〔9〕的軸向壓力。為加大結(jié)構(gòu)的承載力，對(duì)結(jié)構(gòu)截面尺寸進(jìn)一步調(diào)整。.截面調(diào)整：.1.將桿〔5〕〔10〕〔6〕〔9〕調(diào)為丙復(fù)3，〔11〕〔13〕調(diào)整為丙，參照“.8.承載力驗(yàn)算”進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果由excel表格形式〔附錄三——附表3〕給出。圖〔3〕當(dāng)時(shí)，，荷重比及承載力均取到最大值，但有數(shù)據(jù)分析可知，變化時(shí)，軸壓桿桿〔7〕〔8〕起控制作用，致使最優(yōu)高度變?yōu)?。所以在以上調(diào)整根底上再做調(diào)整。.2.將桿〔7〕、〔8〕，調(diào)整為丙復(fù)3，參照“2.3.2.8.承載力驗(yàn)算”進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果由excel表格形式〔附錄三——附表4〕給出。配料如下：甲:〔15〕、〔16〕乙：〔12〕、〔14〕丙:〔11〕、〔13〕丙復(fù)3:〔1〕~〔10〕圖〔4〕由圖〔4〕曲線變化趨勢(shì)及附錄三——附表4數(shù)據(jù)可知：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，綜合分析：荷重比為首要控制條件，那么當(dāng)時(shí)方案為最優(yōu)解。方案圖為：2.5.最優(yōu)方案配料配料如下：甲:〔15〕、〔16〕乙：〔12〕、〔14〕丙:〔11〕、〔13〕丙復(fù)3:〔1〕~〔10〕空間橫向支撐桿件：兩榀桁架間距為200mm，為下料制作方便，桁架間的支撐統(tǒng)一采用材料乙。支撐布置形式如以下圖：考慮到桁架失穩(wěn)易發(fā)生在兩翼〔平面圖〔5〕〔6〕〔9〕〔10〕處〕，宜在此處布置多道支撐；頂部跨度較大，在頂部布置人字形構(gòu)造支撐；為防止節(jié)點(diǎn)處失穩(wěn)，需在各節(jié)點(diǎn)處布置一道支撐；底部為大跨度連續(xù)梁，在節(jié)間〔1〕〔4〕處分別兩道水平支撐?？臻g協(xié)同作用的影響，以承載力折減表達(dá)。2.6.模型綜合分析及破壞預(yù)估通過(guò)相關(guān)資料及網(wǎng)上桁架加載試驗(yàn)視頻分析可得出：在桁架加載試驗(yàn)中，桁架最后破壞一般不是由個(gè)別桿件壓壞而破壞，往往是整體失穩(wěn)引起節(jié)點(diǎn)處破壞，導(dǎo)致整個(gè)桁架被壓壞。所以在理論計(jì)算的根底上要考慮以下幾方面因素引起的桁架破壞。.制作尺寸偏差引起的初始應(yīng)力影響。對(duì)于靜定桁架，尺寸偏差不會(huì)引起初始應(yīng)力，但會(huì)引起內(nèi)力重新分布，可能會(huì)使結(jié)構(gòu)因受力不均而引起破壞；而對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)，制作尺寸偏差對(duì)結(jié)構(gòu)的承載影響更大，初始應(yīng)力會(huì)使結(jié)構(gòu)在未到達(dá)極限承載力前出現(xiàn)破壞。對(duì)于本組結(jié)構(gòu)，考慮制作尺寸偏差，給予承載力折減考慮。.節(jié)點(diǎn)處制作不牢固對(duì)結(jié)構(gòu)承載的影響。本結(jié)構(gòu)在理論計(jì)算時(shí)對(duì)大局部節(jié)點(diǎn)采用鉸接處理，以此計(jì)算忽略了結(jié)構(gòu)實(shí)際節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的彎矩影響。在桿件中實(shí)際干端彎矩對(duì)結(jié)構(gòu)破起了一定作用，由于彎矩很小那么影響不大。當(dāng)桿件將要到達(dá)破壞臨界狀態(tài)時(shí)，桿端存在的彎矩將會(huì)使它比別的截面更容易出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。因此，對(duì)節(jié)點(diǎn)處彎矩因素不考慮折減，但要考慮節(jié)點(diǎn)處更容易破壞。節(jié)點(diǎn)處不牢固那么更容易使結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，所以要對(duì)節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行加固處理。.加載不標(biāo)準(zhǔn)引起的結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)破壞。當(dāng)結(jié)構(gòu)承載到達(dá)一定程度時(shí)，微小擾動(dòng)會(huì)造成構(gòu)件整體失穩(wěn)破壞。對(duì)于本結(jié)構(gòu)〔對(duì)稱結(jié)構(gòu)〕，加載時(shí)出現(xiàn)的荷載不均或加載過(guò)急引起的沖擊力會(huì)引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，提前出現(xiàn)破壞?？紤]此因素給予折減考慮。.對(duì)于材料力學(xué)性質(zhì)不統(tǒng)一引起的結(jié)構(gòu)承載力下降影響。結(jié)構(gòu)中同種受力性質(zhì)桿件剛度不均會(huì)造成結(jié)構(gòu)受力不均，所以要防止出現(xiàn)此種情況，對(duì)材料要嚴(yán)格把關(guān)。.桁架的空間協(xié)同作用對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的影響。兩榀桁架通過(guò)支撐搭接在一起，由于各種因素綜合影響，搭接處會(huì)出現(xiàn)集中力作用，使得桁架承載力降低，從而造成結(jié)構(gòu)提前破壞。綜合上述分析，參照有關(guān)資料，對(duì)本模型實(shí)際承載力折減系數(shù)取為，那么本模型的預(yù)估承載力為：預(yù)估破壞截面：經(jīng)理論計(jì)算可知，最優(yōu)方案的承載力控制桿為〔2〕〔3〕，那么估計(jì)結(jié)構(gòu)在2或4節(jié)點(diǎn)處發(fā)生破壞。3.模型評(píng)價(jià)：3.1.本模型設(shè)計(jì)基于加載間距為400mm，桁架最高點(diǎn)與最低點(diǎn)距離250mm。這樣取值只考慮到結(jié)構(gòu)承載力為最大，而未考慮結(jié)構(gòu)荷重比的影響。3.2.利用結(jié)構(gòu)求解器求解，具有求值快速、方便的特點(diǎn)，但因?yàn)槠洳荒芮蠼夂粗獏⒘康慕Y(jié)構(gòu)，所以造本錢結(jié)構(gòu)分析時(shí)只能以5mm〔為制作模型方便〕為單位進(jìn)行變化，去尋找最優(yōu)解的大致區(qū)間。最終可能會(huì)造成求解的一定偏差，不過(guò)對(duì)最終結(jié)果影響不大。3.3.建議采用手算方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，這樣可取到精確的最優(yōu)解，但實(shí)際操作所耗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)于短時(shí)間計(jì)算并不現(xiàn)實(shí)，所以本組模型采用試算求解法。3.4.本隊(duì)對(duì)模型數(shù)據(jù)處理時(shí)發(fā)現(xiàn)，同種受力性質(zhì)桿件〔除去近似零桿〕選取的材料剛度越接近，結(jié)構(gòu)受力越合理?？砂创艘?guī)律對(duì)本結(jié)構(gòu)繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。4.參考文獻(xiàn)1、《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50005—20032、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》高等教育出版社3、《建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)》中國(guó)建材工業(yè)出版社5.附錄附錄一：方案一程序源碼〔結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器〕變量定義,h=250,a=400,l=150結(jié)點(diǎn),1,0,0結(jié)點(diǎn),2,1000/4-a/4,0結(jié)點(diǎn),3,1000/2-a/2,0結(jié)點(diǎn),4,500,0結(jié)點(diǎn),5,500+a/2,0結(jié)點(diǎn),6,3000/4+a/4,0結(jié)點(diǎn),7,1000,0結(jié)點(diǎn)生成,1,6,2,2,1,0,l結(jié)點(diǎn)生成,1,5,6,6,1,0,l結(jié)點(diǎn)生成,1,6,3,3,1,0,h結(jié)點(diǎn)生成,1,5,5,5,1,0,h單元,1,2,1,1,1,1,1,1單元,2,3,1,1,1,1,1,1單元,3,4,1,1,1,1,1,1單元,4,5,1,1,1,1,1,1單元,5,6,1,1,1,1,1,1單元,6,7,1,1,1,1,1,1單元,1,8,1,1,0,1,1,0單元,8,9,1,1,0,1,1,0單元,9,10,1,1,0,1,1,0單元,10,11,1,1,0,1,1,0單元,11,7,1,1,0,1,1,0單元,2,8,1,1,0,1,1,0單元,6,11,1,1,0,1,1,0單元,3,8,1,1,0,1,1,0單元,5,11,1,1,0,1,1,0單元,3,9,1,1,0,1,1,0單元,5,10,1,1,0,1,1,0單元,4,9,1,1,0,1,1,0單元,4,10,1,1,0,1,1,0結(jié)點(diǎn)支承,7,2,0,0,0結(jié)點(diǎn)支承,1,1,0,0變量定義,E=9000,A1=5*10,A2=5*20,A3=5*30單元材料性質(zhì),1,6,E*A3*3,E*33750,0,0,-1單元材料性質(zhì),7,11,E*A3*2,E*22500,0,0,-1單元材料性質(zhì),14,17,E*A2,E*3333.33,0,0,-1單元材料性質(zhì),12,13,E*A1,E*416.66,0,0,-1單元材料性質(zhì),18,19,E*A1,E*416.66,0,0,-1尺寸線,1,50,50,9.6,.5,0.5,0,-150.8233,1000mm,1000,-150.8233尺寸線,1,50,50,13,.5,0.5,500-a/2,414.6823,a,1000/2+a/2,414.6823尺寸線,1,50,50,9.6,.5,0.5,1140.3790,0,h1,1140.3790,l尺寸線,1,50,50,9.6,.5,0.5,1140.3790,l,h2,1140.3790,h結(jié)點(diǎn)荷載,9,1,50,-90結(jié)點(diǎn)荷載,10,1,50,-90文本,220,365.5528,P/2,1,0,12文本,720,365.5528,P/2,1,0,12注：方案一的最優(yōu)方案程序只在該程序上稍作改動(dòng)，在此不在提該改程序。附錄二：