校内选拔赛
DESIGN REPORT
队员：林晓东091482
周承宗090851 朱 琳093525
2012年4月
Structural Concept:
本次IUICEC要求参赛组利用所提供的木材、胶水等材料制作一座输电塔模型。模拟实际工程中输电塔可能出现的荷载状况，组织方设想了四种荷载形式，每组模型必须通过这四种荷载测试，即结构保持稳定且刚度满足要求，最终质量最轻的一组模型获胜。
在结构设计之初，我们便明确了几点原则： 1、结构的传力路径应力求简洁、明确； 2、结构应保证最小的冗余；
3、充分利用木条抗拉性能好、抗弯性能差的特点，设计构件受力方式。
在这几点原则的指引下，在结构概念设计阶段中，我们首先按照主观意识密布整个输电塔的杆件，然后去除那些不受力的零杆和受力较小的构件，同时加强那些受力较大的杆件。这样，我们便可以得到一个接近合适的结构形式。接着，我们采用了SAP2000等软件进行模拟验算，进一步验证概念设计中的想法，确定最终的结构方案。
最终模型的轴测图和三视图如上页图所示。
Creativity & Build ability：
基本构件设计：
组织方提供的木材规格为1000mm×10mm×1mm木条，很显然单单这些木条是无法满足结构承载需求的，因此，我们需要在此基础上进行基本构件设计。参照钢结构中的箱型和T型梁设计，我们采用相似的方法，充分利用材料的抗压和抗拉性能，提高构件截面的惯性模量，增大其抗弯性能，同时也增强了受压构件的稳定性，并且更为重要的一点是这样的设计能高效的减轻结构自重。
由于模型下部的四根柱子承受结构主要的荷载，因此对其稳定性要求较高。我们决定采用8mm×8mm×1mm箱型截面柱，而在上部的四根柱中，我们采用了5mm×5mm×1mm的截面，其余缀条，亦指那些受力不大或者非关键性的杆件，我们多采用T型截面设计，这样可以达到与箱型截面类似的效果，但是重量可以得到很大减轻。
扭转荷载的处理：
输电塔在一根输电线断裂时将会出现很大的扭转荷载，这也是赛题设计中在悬挑杆处施加垂直于结构的荷载的原因。通过软件分析，我们发现扭转荷载往往是结构稳定的决定因素，因为施加在结构上的扭矩不仅是静态的，而且将会出现动力冲击扭矩。
通过分析，我们发现模型在受扭时，其下部结构的斜向杆件只有一个方向受拉，而另一个方向是受压的。由于木条长细比过大，其受压性能很低，因此完全可以将这一方向的杆件剔除而只保留受拉方向杆件，软件分析指出，这样的剔除对观测点位移的影响甚微，但却显著减轻了结构自重。
我们也注意到，在承受Bending load时，结构受拉侧的斜向杆件是均受拉的，并且对整体的抗弯承载力有很大影响，因此，我们决定在这一侧依旧采用两根斜杆，从而出现了正如图示的不对称的结构形式。
节点处理：
木结构的连接一直是结构设计时所着重考量的因素，由于采用胶水连接，并且基本杆件多为箱型和T型截面，节点连接更是一个突出难点。
我们采取了节点处夹实的处理工艺，即在节点连接处利用木片填充很小的一段，利用这样的一段便可采取与实腹式杆件相同的连接措施，保证了节点强度，同时也方便了是施工。
Strength & Stability:
建模：
在cad中绘制模型，导入sap2000计算，为了计算简便，假设模型杆件之间全为刚接，四底角添加固定约束模拟比赛中的支座。为了确定各杆件的截面尺寸，首先假设所有杆件的截面一样，为5mm×5mm的薄壁箱型截面，施加比赛荷载比较杆件应力大小，最后确定了各杆件截面尺寸，详细图纸见上。
质量：
由模型模拟得出模型自重30.5g，预计胶水质量为5g，总重35.5g。
工况：
1、弯矩荷载：把结构被平面夹住部分的刚度设置成足够大，模拟刚体，在A点施加30N的x正方向的荷载。
2、垂直荷载与水平荷载：在结构的B点分别施加z轴负方向和x轴正方向30N集中荷载。
3、冲击荷载：首先把冲击荷载换算成集中荷载。 在10N的水平荷载作用下，由软件计算得到A的位移为3.23mm，由于重物从100mm处落下，故可以计算的动荷系数
Kd=1+ 1+
2H
=8.93 δst
冲击荷载下等效的静力荷载为20+10×8.39=109.3N 结果：
1、弯矩荷载：（图中A的位移，坐标方向如图所示）
2、垂直荷载：（图中B的位移）
3、水平荷载：（图中B的位移）
4、冲击荷载与水平荷载原理相同。 以上位移限制均满足比赛要求。
结构整体框架主要由底部四根支柱和顶部四根支柱组成，并且这四根构件的长度较长，下面分别分析这顶底四根柱的内力。
1、顶部柱，即1号构件
下面三张图分别是该构件在三种荷载下的内力图：
1号构件 弯矩荷载 弯矩 垂直荷载 弯矩 水平荷载 弯矩 从表中可以看出，上部立柱在每种工况下都承受较少的弯矩，可以近似的认为上部立柱为轴心受力构件，在实际中需考虑构件的受压失稳，节点连接牢靠等问题，以保证构件受拉时不会因节点粘结不牢发生破坏，同时在上部构件之间设置了拉杆和撑杆，以防止构件发生失稳破坏。
轴力 轴力 轴力 内力图 2、底部柱，即2号构件
下面三张图分别是该构件在三种荷载下的内力图： 1号构件 弯矩荷载 轴力 内力图 弯矩 垂直荷载 轴力 弯矩 水平荷载 轴力 弯矩 底部立柱不仅仅受到轴力作用，同时受到比较大的弯矩，尤其在支座部位，弯矩突然剧增。我们除了在构件之间采用上面的措施外，还对底部立柱靠近支座处进行局部加强，以防止弯矩过大使构件局部发生破坏。
2、底部柱，即2号构件
下面三张图分别是该构件在三种荷载下的内力图： 1号构件 弯矩荷载 轴力 内力图 弯矩 垂直荷载 轴力 弯矩 水平荷载 轴力 弯矩 底部立柱不仅仅受到轴力作用，同时受到比较大的弯矩，尤其在支座部位，弯矩突然剧增。我们除了在构件之间采用上面的措施外，还对底部立柱靠近支座处进行局部加强，以防止弯矩过大使构件局部发生破坏。