[论文摘要]通过实验研究和理论分析,结合实践经验,着重讲述几种常用模型构件的制作工艺,包括方杆、圆杆和纸带的制作。
一、引言
《结构模型设计竞赛》是一门面对土建类大学本科学生,旨在培养知识运用能力和创新能力的新型学科竞赛。到目前为止,他已有十多年的历史。近年来,我国基础建设飞速发展,各种结构形式相继涌出,那些形式新颖、自重轻,承载大,形态优美的结构形式则更是备受青睐。虽然土建类学生与日俱增,但由于理论与现实的差异性,他们还缺乏那种独立创新的能力。面对这种形势,为了培养学生的创新能力与动手能力,众多高校和部分地区相继推出了结构模型设计竞赛。
而模型制作就相当于现实生活中建筑物的施工,施工质量的好坏直接决定了建筑物承载力和使用性能。毫无疑问,制作工艺是结构模型设计大赛中至关重要的,是成败与否的关键。
二、模型构件的制作
模型的主要构件有杆件和纸带,杆件又分三角形,方形,圆形。下面就几种主要构件的制作进行详细讲解。
(一)方形杆件的制作(以1cm×1.5cm尺寸为例)
动手前有两个重要工序:一、分工合作,在制作模型前分配好每个人的任务,一个代表队一般由三人组成,其中一人专门负责涂胶水,从头到尾由此一人承担,另外两人则专门负责卷杆及裁纸。二、计算,所要制作杆件厚度为两层,那么要用的白纸的宽度大概为1.5+1+1.5+1+0.3×4+1.5+1+1.5+1=11.2cm,因考虑到外层纸比内层纸要宽。为叙述方便,三名同学分别用a、b、c代名,负责卷杆的同学分别为a、b同学,涂胶水的为c同学,接下来进入实际操作。
三个人分配好位置,a、b两人紧靠坐在书桌的一边,c同学站立在对面,将玻璃板平铺在书桌上,玻璃板的一边与书桌的一边平齐,再将白纸平铺到玻璃板上,注意是要沿着顺纹方向卷杆。a、b同学将木棍与白纸边缘齐平,向前转动90度,卷的时候木棍与白纸紧贴不能滑动,此时c同学紧紧按住白纸不让白纸滑动,a、b同学则同时将木棍与白纸使劲向后拉,让白纸出现一个明显的棱角,此时a、b同学还可以用手指甲在白纸上来回移动,有助于棱角的形成,但注意不要伤纸。当一边的棱角出来后,c同学继续按紧白纸,a、b同学按紧白纸与木棍将其一块向前转动90度,同时使劲往后拉,重复上面步骤使其出现另外一个棱角,依此类推不断向前转动,直到木棍的每条边上都有两层白纸。为使纸层之间接触更加紧密,棱角更鲜明,在向前卷动的过程中可以用一个比较光滑的实物如玻璃杯,利用杯壁来回用力压实木棍上的白纸。卷完两圈后,将木棍向后退回一圈,使木棍的每边只保留一层白纸,接下来开始涂胶水。a、b同学保持白纸紧贴木棍,并保持木棍不动,c同学则在被退回的白纸上涂胶,为避免胶水干燥太快,一次只能涂一条边。c同学将胶水从a端连续挤到b端成一直线,再用卡片将胶水沿白纸顺纹方向前后抹开,前后来回两次,再将卡片从a到b来回两次,涂胶过程中卡片应保持一定角度,用力要适中,使得从a到b的纸面上的胶水厚度均匀。涂胶完毕,c同学按紧白纸,a、b同学则用力往后拉木棍,用力均匀向前卷动木棍,向前卷动90°后保持不动,用力按木棍使胶水与两纸面粘合密实,不留空隙,防止起泡,此时可借助玻璃杯来回压实将多余的胶水从侧面排出。这样就完成了一条边的涂胶制作,重复上面的步骤卷完所有的边。卷完最后一边用划纸刀用力一次性切断白纸,再将白纸的边缘用手轻轻粘到卷好的杆上。做完一根杆件后不要急于将木棍抽出,因为此时的白纸处于湿态,非常软,必须等杆件完全干燥后再抽出。为加快干燥可借助吹风机直接烘干,但不要太近,吹风机得来回移动,使杆件受热均匀,这样干燥后轴向抗拉压强度也均匀。
在卷杆的过程需要注意的问题有:1.c同学最好面对光源,让光线射到刚涂的胶水上,这样反光容易看清胶水是否涂均匀,同时a、b同学可从侧面看胶水哪里有薄有厚。2.c同学涂胶水不能太多,只需薄薄一层附在白纸上即可,动作得迅速熟练,以避免胶水干燥。3.木棍比制作的杆件稍长,以使卷杆时方便拉紧木棍与白纸也方便抽出。
(二)圆形杆件的制作(以50cm长,内径2cm的三层圆形杆为例)
知道了方形杆件的制作方法,制作圆形杆件也就非常容易了。施工前的准备和前面一样,分工合作,只是计算应为π×4+π×(4+0.6)+π×(4+1.2)+0.1=13.8π+0.1。加上0.1是因为圆杆不像方杆那样开始可以刚好一个圆周贴在塑料管上,必须有0.1cm的重叠才能使白纸和圆管贴紧。
首先将白纸和塑料管与桌子边缘齐平,a、b同学将两端的白纸紧贴塑料管,时刻贴紧,不能产生相对滑动,卷完一圈则将白纸边缘慢慢往里塞,当要做的杆件太长,a、b同学难以控制时可借助c同学的一只手负责中间部分,c同学另一只手按紧桌面上的白纸不动。全部塞好后使劲往后拉杆,使白纸紧贴塑料管,拉好后从两端检验一下重叠的长度是否相同,大约都在0.1cm左右。接下来c同学开始涂胶,涂胶的方法同前一样,都要迅速熟练,不同的是涂胶水的宽度应为圆杆的半周长,涂好半周后,用前述的方法粘结纸层,此时不再用玻璃杯压实圆杆,而是重新自制一个小工具,用一个内径比塑料管外径稍大的半圆弧形塑料管,套在杆件上来回压实杆件,每卷动半圈压实一次,直到完成杆件。
(三)纸带的制作(以2cm宽三层纸带为例)
纸带的制作方法有二种,一种是将纸带一层一层直接往模型上贴,一种是先贴好三层,再一次性贴到模型上,这两种制作方法各有他们的优缺点,但考虑到有时第一种方法施工上难以实现,故一般采用第二种制作方法,下面也将详细讲述第二种方法。
纸带的制作可以三人也可以两人,在此只讲述两人合作的方法,首先切出三条宽度为2cm,长度一致的纸带,a同学将纸带的一端用透明胶贴在桌面上,c同学拉紧另一端将纸带拉直,c同学负责涂胶,胶水从a端到c端,一次性快速涂完,a同学则拿另一条纸带紧跟在涂胶水的卡片后,快速将其与涂胶水的纸带粘合,全部粘合后用玻璃杯从a到c端压实两次,然后再粘第三层纸带,方法同前。
三、结语
随着“结构模型设计大赛”受到越来越多高校的关注,结构模型设计理论与制作工艺也逐渐走向成熟。结构比选、结构设计要点、方案简介、应用前景、方案图、构件详图、计算简图、荷载分析、内力分析、承载能力估计、节点处理等一系列流程化过程,将结构模型设计程序化、规范化。然而,作为一门学科竞赛,它还不成熟。特别是,到目前为止,还没有一本真正参考指导教材,为了填补这一领域的空白,在此写下结构模型制作工艺一栏满足广大结构模型设计爱好者的需要。严密而清晰的设计理论,纯熟的制作工艺还亟待我们去完善……
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