dA全天候网球场活动拱顶设计

全天候网球场活动拱顶设计,指导老师：施惠基 设计人：宁大亮 990309（环91) 朱洪涛 990324（环91) 张志超 990329（环91),目录,总体设计思路 宏观展示 受力分析 总结,总体设计思路,设计目的 为了每次重要比赛都能顺利的进行，尤其是在全球直播比赛多多的今天，一场大雨往往令全世界的人们失望 。基于这一思路，我们设计了这个活动的拱顶。,详细内容.,总体设计思路,设计达到的目的 晴天为观众遮阳 雨天为大家遮雨,详细内容.,宏观展示,总体构形 体育馆整体为半球和圆柱结合体。 拱顶由十二条主桁架组成， 其间采用拉膜结构 。,详细内容.,宏观展示,十二条主桁架：基本采用三角柱结构，其中一条主梁为工字型（粗），二条辅梁（细）。 主梁的形状为根部弧形，顶端直线形。主梁的顶端有一与球铰相连的凹槽。这一凹槽与其相邻的桁架的工字型主梁相连形成可滑动的结构。,详细内容.,宏观展示,拉膜结构： 与相邻的桁架主梁相连的折叠结构。 其根部有弹性链锁与墙体相连，使其在移动过程中保持拉紧。 膜的一边固定在一主梁上，另一边在相邻主梁上滑动，其运动方式类 升国旗的滑轮滑动。,详细内容.,宏观展示,动态说明： 拱顶的开合采用旋转上升的原理。相邻主桁架相互支撑，均匀受力。,详细内容.,俯视图：,这边日出 那边雨,侧视图：,左是无晴 右有晴,受力分析,结构打开状态静力学分析,1 基本参数假设 2 明确目标 3 理想静态 4 约束静态 5 结构开始闭合状态 6 方程求解,目录,1 基本参数假设,结构打开状态静力学分析,1 基本长度参数 主梁水平投影长度为L ， 其中弧形部分投影长度为l； 主梁往竖直方向投影为h； 绳索传动系统中，滑轮E直径为r；,1 基本参数假设,结构打开状态静力学分析,2 基本角度参数 主梁曲线对应圆心角为， 其中水平直杆部分对应圆心角为； 相邻两主梁的夹角为， 主梁与靠近墙体的球铰C导轨夹角为；,1 基本参数假设,结构打开状态静力学分析,3 基本物理量 可滑动端D内（使用统一滚珠）各接触面的静摩擦因数1j，动摩擦因数1d； 主梁所在平面上，重力载荷为W， 重心的坐标为xc ； 风载简化为单个集中力后大小为Fw. .,1 基本参数假设,2 明确目标,结构打开状态静力学分析,1 明确须求量 分析求解的目的是确定各约束点的约束力、约束力偶和传动绳索提供拉力的大小，为内力分析和材料选择提供根据；,2明确目标,结构打开状态静力学分析,1）明确约束点,2明确目标,C为球铰（可沿轨自由滑动，可拴紧）；A为活动柱铰；D为可滑动端（含凹槽和滚珠结构），作用于B点 ；,结构打开状态静力学分析,2）明确正方向,2 明确目标,活动柱铰A,结构打开状态静力学分析,2 明确目标,球铰C (拴紧时),结构打开状态静力学分析,2 明确目标,球铰C(可滑动时),结构打开状态静力学分析,可滑动端D（含凹槽和滚珠结构） 力,2 明确目标,结构打开状态静力学分析,可滑动端D（含凹槽和滚珠结构） 力偶（作用于B点）,2 明确目标,结构打开状态静力学分析,3)绳索传动系统 绳索拉动D向上时,2 明确目标,结构打开状态静力学分析,2 明确目标,结构打开状态静力学分析,绳索拉动D向下时,2 明确目标,结构打开状态静力学分析,4)明确待定变量,利用各变量间已经有的关系式消去一定变量后，得确实待定变量如下 ： 球铰C拴紧时： （是否考虑D在B点的摩擦力f1j视具体情况定） 球铰C 可沿轨滑动时：,2 明确目标,结构打开状态静力学分析,2 明确分析状态,1） 理想静态 2） 无风约束静态（球铰C拴紧，绳索拉紧D） 3） 外风载下的约束静态 4） 启动传动系统即结构开始闭合状态,2 明确目标,3 理想静态,结构打开状态静力学分析,3理想静态,分析,此时球铰C拴紧，待定变量有 理想化假设：A,B,C结点只提供竖直方向的约束力，绳索松弛，推知 求,结构打开状态静力学分析,求解 据循环对称性 ，知 据得 据得 解得：,3理想静态,4 约束静态,结构打开状态静力学分析,1.无风约束静态 此时球铰C拴紧，确实待定变量有,4 约束静态,结构打开状态静力学分析,受力平衡,4 约束静态,X方向 即 Y方向 即 Z方向 即 D上,结构打开状态静力学分析,力偶平衡 XY平面 即 XZ平面 即 YZ平面,4 约束静态,结构打开状态静力学分析,简化假设,4 约束静态,忽略相对小量：,绳的拉力至少要超过B处最大静摩擦力， 现取约束边界作简化：,方程组的求解见6 方程求解,结构打开状态静力学分析,4 约束静态,2 风载下约束静态 此时球铰C拴紧，待定变量有,风的载荷简化为在 的方向上再加一个已知力 ； 其余假设同上时，得方程组,结构打开状态静力学分析,4 约束静态,5 结构开始闭合时,结构打开状态静力学分析,球铰C 可沿轨滑动， 待定变量有,5 结构开始闭合状态,结构打开状态静力学分析,受力平衡 X方向 即 Y方向 即 Z方向 即 D上,5 结构开始闭合状态,结构打开状态静力学分析,力偶平衡 XY平面 即 XZ平面 即 YZ平面 即,5 结构开始闭合状态,结构打开状态静力学分析,物理方程,5 结构开始闭合状态,简化假设,忽略相对小量：,6 方程求解,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,1.理想静态 参数估计 L=40ml=29.282m Xc=26.027m W=100300KN,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,结果 W取100KN时 W取300KN时,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,2.无风约束静态 方程组用AF=B表示，其中,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,参数估计,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,(运用MATLAB5.0数学计算软件编程求解) 当时,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,当 时,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,当时,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,3.有风约束静态,方程组用AF=B表示，其中,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,A与无风静态的相同,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,参数估计,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,结果,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,4. 结构开始闭合状态,方程组用AF=B表示，其中,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,参数估计,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,结果,结构打开状态静力学分析,6 方程求解,5.MATLAB程序文件 ju1.m无风约束静态 ju2.m有风约束静态 ju3.m结构开始闭合时,结构闭合状态分析,支架梁闭合后的受力分析,作为刚体进行整体受力分析 作为弹性体进行杆件内力分析 雨载时支架梁受力分析,支架梁闭合后的受力分析,作为刚体进行整体受力分析 作为弹性体进行杆件内力分析 雨载时支架梁受力分析,支架梁闭合后的受力分析,简化桁架结构的弧形梁为实心柱体 水平直形此柱体重力集度为 密度为，截面积为s 支架梁总弧长为 总重,支架梁闭合后的受力分析,A,Q,D,O,Fy,Fx,B,C,O,图一,支架梁闭合后的受力分析,由 可得 （1） 设其余各梁在端点处给予该支架梁的作用力为Q , 方向如图一。,支架梁闭合后的受力分析,由 可得 （2） 由 可得 （3）,支架梁闭合后的受力分析, 注：由几何知识，O为均质弧AB重心， 故有 联立（2）（3）可解的,杆件内力分析,因为 所以 对任一点x处（角度为 ） 有,杆件内力分析,x处分布力集度为 剪切应力,杆件内力分析,弯矩为,杆件内力分析,dx,dl,A,x,O,图二,杆件内力分析,O,Q,1,2,W,B,o,图三,杆件内力分析,取如图两个控制面（1）、（2）如图三 控制面1： 取左半部分微元为研究对象，整体 平衡必有局部平衡，所以有,杆件内力分析,控制面2： 取左半部分为研究对象 剪切力 轴向力（水平） M=0,雨载时支架梁受力分析,30 X,O,图四,雨载时支架梁受力分析,支架梁在水平面上的投影如上，所画区域即为该支架梁所承载的载荷 （假设每根梁的承受载荷的面积的一侧为三十度）,雨载时支架梁受力分析,注意：G为单位面积上所承受的雨点冲击载荷，上面式中R=40。 综合考虑支架梁自重与其所承受雨量载荷，可有,附录,纯重力致剪应力分布图为,附录,纯重力致弯矩分布图,