史永濤+劉帥杰

摘 要：在2016年河南省結構設計競賽中，結合多次參加結構競賽的制作經驗，對于風荷載作用下交通指示牌支撐體系桿件制作、節(jié)點連接方式，認為不僅影響結構外形美觀，對結構能否成功也起著關鍵性的作用。針對大學生結構設計競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“一”字型和交叉連接，結合不同的連接方式，從模型質量、制作的優(yōu)缺點及模型破壞特征等方面對不同節(jié)點連接的影響進行了對比分析。

關鍵詞：桿件制作；節(jié)點連接；交通指示牌；支撐體系

中圖分類號：U491.5+2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.122

結構設計競賽是土木工程專業(yè)培養(yǎng)大學生創(chuàng)新精神、團隊意識和實踐能力的較好的學科競賽平臺，大賽中也反映出一些模型制作方面的問題，集中表現在結構模型制作粗糙、節(jié)點連接不牢固等方面，從而導致參賽選手的制作結構不能充分發(fā)揮其作用。結構模型中，節(jié)點是各桿件的連接部位。只有節(jié)點連接牢固，各桿件才能協(xié)同工作，充分發(fā)揮各自的作用。如果節(jié)點連接不牢固，會導致結構中某個桿件承載力超過自身極限，進而導致模型破壞。節(jié)點的處理方式同樣也影響模型的美觀。

1 材料分析

近幾年來，國內多項結構設計競賽中多采用本色側壓單（雙）層復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，順紋方向抗拉強度高，具有良好的力學性能。竹材參考力學指標如表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腹式2種。薄壁式桿件與實腹式桿件相比，自身質量輕，有利于減輕結構質量。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制作。需要注意的是，在制作過程中，要將膠水均勻地涂在竹皮紙上，利用膠水的黏結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在一起。在黏結完成后，用砂紙在黏結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，將黏結角度改為60°即可。

3 節(jié)點連接

通過對近幾年結構競賽中模型的觀察發(fā)現，參賽隊員對結構中節(jié)點的處理過于粗糙、簡便，從而導致節(jié)點連接不夠牢固，不僅影響了結構外形的美觀，而且結構不能達到預期的承載力。比賽中，因節(jié)點連接不牢固導致最終加載失敗的模型占大多數。以下是筆者在參賽過程中總結的節(jié)點連接方式及經驗。

3.1 桿件“一”字型直線拼接

對于較長的桿件，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。

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

對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黏結牢固即可，插接長度約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作開洞處理，將另一桿件插入，用502黏結牢固即可，如圖3所示。②對接。根據對接角度對桿件端口處作處理后，直接將其黏結到另一桿件上。此種方式黏結強度較低，適用于受力較小的地方，如圖4所示。③貼片。將桿件按插接或對接連接后，在接口的地方作貼片處理，貼片寬度與對接桿件寬度相同，長度1～2 cm即可，如圖5所示。

4 節(jié)點處理方式比較

結合風荷載作用下交通指示牌支撐體系模型研究，對以上所述節(jié)點處理方式進行實驗對比。實驗模型效果圖如圖6所示，比較結果如表2所示。

通過對實驗結果進行分析比對得知，在整個結構中，如果全部采用插接方式，雖然節(jié)點連接非常牢固，但結構整體質量有所增加，所以經過對結構計算分析，可以根據節(jié)點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，可以采用對接連接的方式；在受拉力的節(jié)點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 結束語

結構模型制作中，桿件制作是否精細、節(jié)點連接是否牢固，直接關系制作模型能否達到預期的結果，也是對隊員動手能力的考驗。筆者結合自身的制作經驗，詳細介紹了常用桿件制作、節(jié)點連接工藝，并通過模型實驗對不同節(jié)點連接從質量、制作難易程度及節(jié)點表現等各方面進行了綜合比較，對同類型模型制作具有一定的借鑒意義。

當然，桿件截面選擇及制作方式和節(jié)點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)點的連接方式也可以在榫卯連接的基礎上加以改變。這些還有待大家去實驗，去解決。

參考文獻

[1]王輝，鄭鈺瑩.結構設計競賽對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)作用的探討[J].中國電力教育，2013（22）：53-54，62.

[2]于洋，姜峰，司炳君，等.關于結構設計競賽中模型的設計與制作方法[J].科技資訊，2008（02）：201-202.

[3]吳思宇.淺談結構模型競賽之橋梁結構設計[J].科技資訊，2009（04）：63-64.

作者簡介：史永濤（1982—），男，講師，安陽工學院土建學院指導教師，研究方向為結構設計及檢測。劉帥杰，男，在校大四學生。

〔編輯：劉曉芳〕