風(fēng)荷載作用下交通指示牌支撐體系模型制作

史永濤+劉帥杰

摘 要：在2016年河南省結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，結(jié)合多次參加結(jié)構(gòu)競(jìng)賽的制作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于風(fēng)荷載作用下交通指示牌支撐體系桿件制作、節(jié)點(diǎn)連接方式，認(rèn)為不僅影響結(jié)構(gòu)外形美觀，對(duì)結(jié)構(gòu)能否成功也起著關(guān)鍵性的作用。針對(duì)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中竹紙桿件的制作，介紹了圓形、箱型、三角形3種截面形式，并介紹了節(jié)點(diǎn)“一”字型和交叉連接，結(jié)合不同的連接方式，從模型質(zhì)量、制作的優(yōu)缺點(diǎn)及模型破壞特征等方面對(duì)不同節(jié)點(diǎn)連接的影響進(jìn)行了對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：桿件制作；節(jié)點(diǎn)連接；交通指示牌；支撐體系

中圖分類號(hào)：U491.5+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.122

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽是土木工程專業(yè)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)意識(shí)和實(shí)踐能力的較好的學(xué)科競(jìng)賽平臺(tái)，大賽中也反映出一些模型制作方面的問(wèn)題，集中表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)模型制作粗糙、節(jié)點(diǎn)連接不牢固等方面，從而導(dǎo)致參賽選手的制作結(jié)構(gòu)不能充分發(fā)揮其作用。結(jié)構(gòu)模型中，節(jié)點(diǎn)是各桿件的連接部位。只有節(jié)點(diǎn)連接牢固，各桿件才能協(xié)同工作，充分發(fā)揮各自的作用。如果節(jié)點(diǎn)連接不牢固，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中某個(gè)桿件承載力超過(guò)自身極限，進(jìn)而導(dǎo)致模型破壞。節(jié)點(diǎn)的處理方式同樣也影響模型的美觀。

1 材料分析

近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)多項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中多采用本色側(cè)壓?jiǎn)危p）層復(fù)壓竹皮作為制作材料，所用竹皮紙規(guī)格厚度分別為0.2 mm、0.35 mm和0.5 mm。竹子韌性好，順紋方向抗拉強(qiáng)度高，具有良好的力學(xué)性能。竹材參考力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

2 桿件截面選擇與制作

利用竹皮紙能制作的桿件截面形式有薄壁式和實(shí)腹式2種。薄壁式桿件與實(shí)腹式桿件相比，自身質(zhì)量輕，有利于減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。薄壁式桿件可供選擇的截面形式有圓形、箱型、三角形等。這里主要介紹這3種形式的截面制作方法。圓形截面用鋼筋作為輔助工具來(lái)制作。需要注意的是，在制作過(guò)程中，要將膠水均勻地涂在竹皮紙上，利用膠水的黏結(jié)力提高制作桿件的承載力。箱型截面是將竹皮紙裁成所需要的尺寸，然后將其用膠水黏結(jié)在一起。在黏結(jié)完成后，用砂紙?jiān)陴そY(jié)處輕微打磨后再涂一遍膠水，避免局部有開口。三角形截面制作方式同箱型截面，將黏結(jié)角度改為60°即可。

3 節(jié)點(diǎn)連接

通過(guò)對(duì)近幾年結(jié)構(gòu)競(jìng)賽中模型的觀察發(fā)現(xiàn)，參賽隊(duì)員對(duì)結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)的處理過(guò)于粗糙、簡(jiǎn)便，從而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)連接不夠牢固，不僅影響了結(jié)構(gòu)外形的美觀，而且結(jié)構(gòu)不能達(dá)到預(yù)期的承載力。比賽中，因節(jié)點(diǎn)連接不牢固導(dǎo)致最終加載失敗的模型占大多數(shù)。以下是筆者在參賽過(guò)程中總結(jié)的節(jié)點(diǎn)連接方式及經(jīng)驗(yàn)。

3.1 桿件“一”字型直線拼接

對(duì)于較長(zhǎng)的桿件，需要采用2根較短的桿件拼接到一起的形式，以滿足使用要求，適用于以上提到的所有截面。

對(duì)于相同截面，有以下2種方法可以將它們拼接到一起：①內(nèi)插接。事先做好一個(gè)截面形式相同但截面尺寸比對(duì)接桿件小1 mm的長(zhǎng)度約為20 mm的桿件，將其插入對(duì)接桿件中的一個(gè)，插入長(zhǎng)度為其長(zhǎng)度的一半，用502黏結(jié)牢固，再將另一桿件對(duì)接到上面，如圖1所示。②外插接，如圖2所示。

對(duì)于不同截面的桿件拼接，將截面小的桿件端部作加粗處理后插入另一截面大的桿件，用502黏結(jié)牢固即可，插接長(zhǎng)度約15 mm。

3.2 交叉連接

交叉連接有“十”字形交叉、T形交叉和Y形交叉，它們的連接方式基本相同，并且有以下3種連接方式：①插接。將其中一根桿件的一側(cè)作開洞處理，將另一桿件插入，用502黏結(jié)牢固即可，如圖3所示。②對(duì)接。根據(jù)對(duì)接角度對(duì)桿件端口處作處理后，直接將其黏結(jié)到另一桿件上。此種方式黏結(jié)強(qiáng)度較低，適用于受力較小的地方，如圖4所示。③貼片。將桿件按插接或?qū)舆B接后，在接口的地方作貼片處理，貼片寬度與對(duì)接桿件寬度相同，長(zhǎng)度1～2 cm即可，如圖5所示。

4 節(jié)點(diǎn)處理方式比較

結(jié)合風(fēng)荷載作用下交通指示牌支撐體系模型研究，對(duì)以上所述節(jié)點(diǎn)處理方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ托Ч麍D如圖6所示，比較結(jié)果如表2所示。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析比對(duì)得知，在整個(gè)結(jié)構(gòu)中，如果全部采用插接方式，雖然節(jié)點(diǎn)連接非常牢固，但結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量有所增加，所以經(jīng)過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)受力方式的不同采取不同的連接方式。例如在僅受壓力作用的節(jié)點(diǎn)，可以采用對(duì)接連接的方式；在受拉力的節(jié)點(diǎn)且拉力不大的情況下，可以采用貼片的方式連接；在其他特殊受力情況下，采用插接的方式。

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)構(gòu)模型制作中，桿件制作是否精細(xì)、節(jié)點(diǎn)連接是否牢固，直接關(guān)系制作模型能否達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，也是對(duì)隊(duì)員動(dòng)手能力的考驗(yàn)。筆者結(jié)合自身的制作經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了常用桿件制作、節(jié)點(diǎn)連接工藝，并通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)對(duì)不同節(jié)點(diǎn)連接從質(zhì)量、制作難易程度及節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)等各方面進(jìn)行了綜合比較，對(duì)同類型模型制作具有一定的借鑒意義。

當(dāng)然，桿件截面選擇及制作方式和節(jié)點(diǎn)的連接方式不僅僅限于以上提到的，桿件截面還可以選擇“十”字形截面、多邊形截面以及組合截面等，節(jié)點(diǎn)的連接方式也可以在榫卯連接的基礎(chǔ)上加以改變。這些還有待大家去實(shí)驗(yàn)，去解決。

參考文獻(xiàn)

[1]王輝，鄭鈺瑩.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)作用的探討[J].中國(guó)電力教育，2013（22）：53-54，62.

[2]于洋，姜峰，司炳君，等.關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中模型的設(shè)計(jì)與制作方法[J].科技資訊，2008（02）：201-202.

[3]吳思宇.淺談結(jié)構(gòu)模型競(jìng)賽之橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2009（04）：63-64.

作者簡(jiǎn)介：史永濤（1982—），男，講師，安陽(yáng)工學(xué)院土建學(xué)院指導(dǎo)教師，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及檢測(cè)。劉帥杰，男，在校大四學(xué)生。

〔編輯：劉曉芳〕