大連理工大學(xué)第14屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽賽題(0324)

1、大連理工大學(xué)第十四屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽實(shí)施方案一. 競賽題目承受正負(fù)彎矩的梁模型設(shè)計(jì)、制作和加載二競賽內(nèi)容競賽內(nèi)容，即競賽評(píng)分范圍如下： 模型設(shè)計(jì)理論方案 現(xiàn)場陳述表現(xiàn) 現(xiàn)場加載實(shí)驗(yàn)三競賽要求1.理論方案要求（1） 理論方案應(yīng)包括：設(shè)計(jì)說明書、方案圖和計(jì)算書。設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括對方案的構(gòu)思、造型和結(jié)構(gòu)體系及其他有特色方面的說明；方案圖應(yīng)包括結(jié)構(gòu)整體布置圖、主要構(gòu)件詳圖和方案效果圖；計(jì)算書應(yīng)包括結(jié)構(gòu)選型、計(jì)算簡圖、荷載分析、內(nèi)力分析、承載能力估算等。（2） 理論方案封面必須注明作品名稱、參賽學(xué)校、參賽隊(duì)員姓名和專業(yè)、指導(dǎo)老師，并加蓋參賽學(xué)校教務(wù)處公章（詳見附件一）；正文按設(shè)計(jì)說明書、方案圖和計(jì)算書的順序

2、編排。除封面外，其余頁面均不得出現(xiàn)任何有關(guān)參賽學(xué)校名稱和個(gè)人姓名的信息，否則取消參賽資格。（3） 理論方案要求用A4紙打印，一式六份于規(guī)定時(shí)間內(nèi)交到競賽組委會(huì)，逾期作自動(dòng)放棄處理。 2. 設(shè)計(jì)制作要求（1）模型制作材料模型制作材料為組委會(huì)統(tǒng)一提供的230克巴西白卡紙、鉛發(fā)絲線和白膠。不得使用組委會(huì)指定以外的其它任何材料，否則將直接取消其參賽資格。（2）模型尺寸要求模型界限為一長方體，分為底座和主結(jié)構(gòu)兩部分，主結(jié)構(gòu)由兩跨組成，中間跨長為1200mm，懸臂一端跨長為500mm，其橫截面高度不大于200 mm，寬度不大于200 mm(詳見圖1)；模型需設(shè)置一長度不大于100mm的底座，模型在底座范圍

3、內(nèi)其截面寬度為200mm，沿截面高度方向需設(shè)置夾板固定區(qū)，以便于設(shè)置夾板固定的區(qū)域，并保證有足夠的嵌固強(qiáng)度，每邊的嵌固外伸段長度不得大于150mm，嵌固端面需與嵌固臺(tái)完整接觸。模型的具體限制尺寸如下圖所示。圖1 模型輪廓投影限制范圍（單位mm）（3）模型結(jié)構(gòu)要求a）模型底座兩端沿豎向需設(shè)置用于夾板固定的寬平坦區(qū)，每邊的固定長度不應(yīng)小于100mm ，且不超過150mm，模型與嵌固臺(tái)的接觸面應(yīng)為平面，以確保模型與嵌固臺(tái)完全接觸。詳見圖2。b）模型結(jié)構(gòu)的下表面需設(shè)置兩個(gè)加載作用點(diǎn)A、B，加載作用點(diǎn)A距模型右側(cè)懸臂端的水平距離為1005mm(嚴(yán)格控制誤差不得大于+5mm)；加載作用點(diǎn)B距模型右側(cè)懸臂端

4、的水平距離為11005mm，且A、B點(diǎn)都位于沿梁寬方向的中點(diǎn)處，要求在A、B點(diǎn)設(shè)置可以施加豎向力的拉線環(huán)各1個(gè)。另需注意，拉線環(huán)的荷載全部由梁傳遞，不允許任何一部分拉線環(huán)的荷載直接傳遞給模型以外部分。模型各加載作用點(diǎn)的拉線環(huán)須滿足承載要求，如發(fā)生破壞作加載失敗處理。且拉線環(huán)受力拉直后距加載點(diǎn)的垂直距離為105mm。A、B兩點(diǎn)均需要用黑色粗線筆標(biāo)出，賽前需要檢驗(yàn)，誤差不超過5mm。c）梁模型結(jié)構(gòu)區(qū)上表面需保持水平，不得有明顯的傾斜和彎曲，便于比賽中量測撓度。模型上表面需設(shè)置兩個(gè)位移量測點(diǎn)1、2，分別對應(yīng)于作用點(diǎn)A、B的正上方，位置要求同加載點(diǎn)，測點(diǎn)1、2均需要用黑色粗線筆標(biāo)出，也需賽前需要檢驗(yàn)，

5、誤差不超過5mm。（4）模型固定要求模型嵌固端上下將采用長600mm，寬100mm，厚度為6mm的鋼質(zhì)夾板通過螺栓和螺母固定模型，嵌固端固定裝置如圖2所示。鉸支座可升降，方便模型安裝，詳見加載裝置圖。圖2 嵌固端固定裝置示意圖（5）變形量測要求在結(jié)構(gòu)上表面每個(gè)測點(diǎn)位置設(shè)置一位移測點(diǎn)，每個(gè)測量點(diǎn)處上方設(shè)置一激光位移計(jì)，測點(diǎn)位置見圖3，詳見加載裝置圖。圖3 位移量測點(diǎn)位置示意圖（6）模型加載要求組委會(huì)本著同等條件，自然公平原則制作加載試驗(yàn)的所有相關(guān)設(shè)備。同時(shí)要求參賽模型應(yīng)能承擔(dān)具有實(shí)際偏差性質(zhì)的現(xiàn)場條件（如臺(tái)面微小的不平、加載偶然偏心、自然風(fēng)隨機(jī)變化等條件）。1 加載過程比賽開始后參賽隊(duì)必須在5分

6、鐘內(nèi)將模型安裝完成，位移計(jì)歸零，之后開始加載試驗(yàn)。通過兩個(gè)位置的豎向加載考核模型的承載力。加載示意圖及過程如下：圖4 加載位置示意圖第一步：懸臂端A處豎向靜荷載試驗(yàn)：在裁判的監(jiān)督下，由參賽隊(duì)員自行按照圖示方式在A處施加豎向荷載，加載次數(shù)不超過2次。規(guī)定第一次施加的重量不小于2kg，若加載成功，此時(shí)參賽者可自行選擇第二次在懸臂端豎向增加的重量（原重量不可卸除）。只有最后一次的懸臂端加載成功，參賽者方可進(jìn)行下一步加載。取兩次加載后A處最大加載重量假設(shè)為P，并假設(shè)此重量下處的撓度值為f，這兩者計(jì)入成績。第二步：跨中處豎向靜荷載試驗(yàn)：在維持A處豎向荷載的前提下進(jìn)行B處的豎向靜荷載試驗(yàn)。加載點(diǎn)位于圖示的

7、B點(diǎn)，同樣由參賽隊(duì)員按照圖示方式施加。首先加載至重量2P，緩慢卸除懸臂端A處的荷載，卸除荷載后靜置10s，加載成功后跨中承重2P計(jì)入B點(diǎn)加載成績，接下來B點(diǎn)仍有不超過2次的加載機(jī)會(huì)（原B點(diǎn)重量不可卸除），參賽者可自行選擇每次加載增加的重量，但B點(diǎn)總加載重量不得大于4P，以加載成功的B點(diǎn)最大重量和相應(yīng)撓度計(jì)入此環(huán)節(jié)的成績，重量記為P，撓度記為f。加載要求：比賽現(xiàn)場提供重量為50kg、10kg、5kg、1kg重量的砝碼若干供參賽者自由組合，加載時(shí)隊(duì)員身體不能接觸模型和已加載的砝碼。每級(jí)加載后，裁判會(huì)在隊(duì)員手離開砝碼后開始計(jì)時(shí)，必須持荷10秒以上，且變形未超過限值，經(jīng)監(jiān)督人員確認(rèn)，記錄下?lián)隙戎?，評(píng)委

8、通過，方能繼續(xù)下一步加載。若模型結(jié)構(gòu)失效，即取前一次加載重量和撓度作為最終結(jié)果。整個(gè)加載過程不得超過6min。2 終止加荷標(biāo)準(zhǔn)凡出現(xiàn)下列情況之一即視為被破壞或失效： 模型無法按照設(shè)計(jì)要求正確安裝就位； 模型無法依照比賽組委會(huì)規(guī)定的加載測量方式進(jìn)行加載和測量； 在試驗(yàn)給定約束條件下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)、傾覆，位移計(jì)無法檢測到位移。 模型在加載過程中出現(xiàn)明顯的材料、結(jié)構(gòu)損壞； 模型變形過大：豎向加載過程中模型A處豎向位移限值為50mm，模型B處豎向位移限制為100mm， 位移超限即加載失敗。 評(píng)審委員會(huì)認(rèn)為失效的其它情況。3 計(jì)分辦法結(jié)構(gòu)評(píng)分按總分100分計(jì)算，其中包括：A. 計(jì)算書及設(shè)計(jì)圖 10%（共1

9、0分）B. 現(xiàn)場陳述 10%（共10分）C. 結(jié)構(gòu)剛度 20%（共20分）D. 結(jié)構(gòu)荷重比 60%（共60分）評(píng)分細(xì)則如下A. 計(jì)算書及設(shè)計(jì)圖（共10分）a計(jì)算內(nèi)容的完整性 共6分b圖文表達(dá)的清晰性、規(guī)范性 共4分注：計(jì)算書要求包含：結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)建模及主要計(jì)算參數(shù)、受荷分析、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、模型加工圖（含材料表）。B現(xiàn)場表現(xiàn) （共5分）a現(xiàn)場陳述 共5分b現(xiàn)場答辯 共5分C結(jié)構(gòu)剛度 （共20分）在所有成功完成競賽的模型中，取模型的A處剛度系數(shù)為E，B處剛度系數(shù)為E，其計(jì)算公式分別為：式中：P為所考察模型的A點(diǎn)加載成功的最大重量，單位為N， f為所考察模型的A點(diǎn)的豎向絕對位移，單位mm；P為所考察模

10、型跨中B點(diǎn)加載成功的最大重量，單位為N， f為所考察模型的B點(diǎn)的豎向絕對位移，單位mm。各隊(duì)模型的剛度分?jǐn)?shù)S1由兩項(xiàng)求和計(jì)算，其具體公式如下：（若模型第一步加載沒有成績，此模型的S1取0，若第二步加載沒有成績，則只取公式的前半部分進(jìn)行計(jì)算）式中： E為所考察模型的A處剛度系數(shù)，Emax為所有完成第一步加載的比賽模型中A處剛度系數(shù)的最大值， Emin為所有完成第一步加載的比賽模型中A處剛度系數(shù)的最小值；E為所考察模型的B處剛度系數(shù)，Emax為所有完成第二步加載的比賽模型中B處剛度系數(shù)的最大值， Emin為所有完成第二步加載的比賽模型中B處剛度系數(shù)的最小值。本項(xiàng)所得分?jǐn)?shù)保留小數(shù)點(diǎn)后兩位。D結(jié)構(gòu)荷重比 （共60分）在所有成功完成競賽的模型中，按照等效荷重比計(jì)算出各模型的相對分?jǐn)?shù)，其計(jì)算公式如下：其中P代表模型所承受的懸臂端恒載值（N），代表模型所承受的B點(diǎn)處最大跨中荷載（N），W代表模型自重（N）；再將S值為最大（記Smax）的模型定為滿分（60分），其余模型的分?jǐn)?shù)按（S2=60S/Smax）計(jì)算。注：(1) 以上A-D各項(xiàng)得分相加，分?jǐn)?shù)最高者優(yōu)勝。(2) 前2項(xiàng)均在加載前評(píng)畢：模型尺寸、構(gòu)造及材料等不符合競賽