第五屆全國大學生結構設計大賽賽題

2021-03-04 09:59:09 字數 3493 閱讀 2877

2.2模型及附加鐵塊安裝要求

(1)利用熱熔膠將附加鐵塊固定在模型除底層以外的各個樓層的樓面結構上,可在樓層上設定固定鐵塊輔助裝置,但輔助裝置和鐵塊不能超出樓層範圍且不能直接跟柱接觸。

(2)提供大、小兩種規格鐵塊。大鐵塊長、寬、高約分別為12cm、6cm與3.2cm,重量為1800g。

小鐵塊的長、寬、高約分別為6.0cm、4.5cm與3.

2cm,重量為675g。由於載入裝置限制,模型中附加鐵塊總重量不得低於15kg,不得超過28.5kg。

鐵塊可以疊放。模型頂面不能放置鐵塊。

(3)模型頂面上應放置水箱,且水箱內注入不低於10cm高的水(含水箱約2.6kg)。水箱只允許豎直、正向(水箱蓋朝上)放置(水箱容量為4l,尺寸155mm×155mm×257mm中155mm×155mm為上表面盒蓋的外輪廓尺寸,而與模型頂層直接接觸的水箱下底面外輪廓尺寸為124mm×124mm)。

(4)模型試驗僅在單一水平向施加**作用。試驗時模型放置方向由參賽者自行確定。

四、 載入與測量

4.1載入裝置

結構模型採用ws-z30小型精密振動台系統進行模擬水平**作用的載入,考察模型承載力。

4.2 輸入**波

本次競賽採用振動台單方向載入,通過輸入實測**動資料模擬實際**作用。振動台輸入的**波取自2008汶川**中什邡八角站記錄的ns方向加速度時程資料,原始記錄資料點時間間隔 t為0.005s,即資料取樣頻率f為200hz,全部波形時長為205s,峰值加速度581gal。

擷取原始記錄中第10s~42s區間內的資料,並通過等比例調整使峰值加速度放大為1000gal,作為本次競賽載入所用的基準輸入波,如圖6所示。

圖6 競賽載入所用的基準輸入波(32s)

4.3 荷載施加方式

競賽載入共分**進行。在**載入中,通過控制載入裝置輸入電壓和**波資料取樣頻率獲得具有不同輸出峰值加速度和不同卓越頻率的**波,以全面檢驗模型對於不同強度和頻譜成分**波作用下的承載能力。載入時功率放大器的增益(gala)旋鈕統一調至90度標識,此時**載入的裝置輸入電壓和資料取樣頻率控制值如下表1所示。

表1 振動台在檯面空載工況下實際輸出的檯面最大加速度

注:上表中的檯面最大加速度參考值通過連線於載入裝置檯面的加速度感測器測量得到。實際輸出的檯面加速度峰值會因模型結構型式、附加鐵塊重量及布置方式的不同而存在一定差異。

4.4 檯面振動加速度峰值的測量

在對每個模型的每一級載入過程中,都通過感測器對檯面振動加速度進行實測。本次競賽採用的載入裝置所允許的檯面最大位移為±8mm,若一些模型在載入過程中,振動台檯面位移超限,致使檯面與限位裝置撞擊,產生高頻加速度分量,將會對結果產生影響。因此實測的檯面振動加速度將經過濾波處理後輸出,設定載入裝置的濾波限值為低通20hz。

載入成功後,取表1所列相應載入等級的檯面振動加速度的參考值i,用於最終模型效率比的計算(參見第七項:評分標準)。

4.5 模型失效評判準則

在進行載入時,出現下列任一情形則判定為模型失效,不能繼續載入。同時,將上乙個載入級別視為該模型實際所能通過的最高載入級別,並作為模型效率比計算的依據(參見第七項:評分標準)。

(1) 第一級載入時:模型中的任一構件出現破壞;

(2) 第二級載入時:模型的主要構件——樑和柱中任一構件出現破壞;

(3) 第**載入時:模型整體或任一樓層發生坍塌或任一柱腳脫離底板;

(4) 每一級載入過程中有鐵塊脫落或水箱飛出。

上述失效準則中的「構件破壞」定義為構件出現明顯開裂、斷開或者節點脫開。

五、模型材料

競賽期間,承辦方為各隊提供如下材料用於模型製作。

(1) 竹材:用於製作結構構件。有如下二種規格:

竹材力學效能參考值:彈性模量1.0×104mpa,抗拉強度60mpa。

(2) 502膠水:用於模型結構構件之間的連線固定。

(3) 熱熔膠:用於鐵塊,水箱與模型的固定。

(4) 模型底板:底板厚度約8mm,長與寬分別為33cm和33cm。底板上除預設孔洞外,不得另行鑽孔。

(5)砂紙:用於打磨竹材的邊角。

以下製作工具參賽選手自備:美工刀、鋼尺、銼刀、改錐等。

六、模型現場安裝、載入及測試步驟

6.1模型稱重

模型淨重mm(不含底板和螺栓)的測量將採取如下方式:

①在各隊上交作品時發放底板,並進行底板稱重,記為mm;

②各隊製作完模型,將模型在底板上固定好並重新提交模型(注意,此時並不安裝鐵塊和水箱),對模型進行總質量稱重,記為mt;

③模型淨重mm (不含底板和螺栓)按下式計算:mm = mt - mb。以上質量計量單位均為g。

6.2賽前準備

(1)模型稱重:將製作好的模型(不含底板、鐵塊和水箱)稱重(精度0.1g),將模型安裝在底板上。

(2)進行高度測量,測出每一層所放置鐵塊的最底面至模型底板的垂直高度hi;測出模型實際總高度h;以上高度計量單位均為cm。

(3)得到載入指令後,將鐵塊固定在模型上,核查每層鐵塊的數目及覆蓋面積是否與所提交方案吻合,計算每層承受的附加鐵塊質量wi;統計水箱中的注水質量(ww);

(4)根據式(1)計算模型等效負載重量we:

(5)迅速將模型及底板安裝在振動台上,緊固螺栓,固定水箱,準備進行載入。賽場內安裝時間不得超過10分鐘。

(6)以上過程由各隊自行完成,賽會人員負責監督、標定測量儀器和記錄。如在此過程中出現模型損壞,則視為喪失比賽資格。

6.3載入及測試步驟

參賽隊依次上場進行**載入,每級載入完成後依據4.4的失效評判準則評價模型是否失效。

七、評分標準

7.1總分構成

結構評分按總分100分計算,其中包括:

(1)設計圖及計算書15共15分)

(2)結構選型與製作質量 15共15分)

(3)載入表現評分70共70分)

7.2評分細則

a. 設計圖及計算書

(1) 設計圖表達的清晰性、規範性共10分)

(2) 計算內容的完整性與正確性共5分)

注:設計圖包含:結構選型及說明、節點構造、模型加工圖(含材料表)、鐵塊分布詳圖、水箱注水重量。

計算書包含:結構選型、結構建模及主要計算引數、受荷分析等。

b. 結構選型與製作質量

(1) 結構合理性與創新性共8分)

(2) 模型製作美觀性共7分)

c. 載入表現評分

本次比賽各組模型在載入環節的表現將根據其效率比ei的計算結果進行評分。效率比ei的計算如式(2)所示:

2)其中各項指標的意義與計算如下:

we為所有各層鐵塊的總重量(wi)和水箱注水重量(ww),並考慮高度的加權係數後計算得到的等效負載重量,如式(1)所示;

mm為模型(不含底板和螺栓)質量。參賽模型質量應控制在300g以內,每超過控制質量1%,將在該隊所得總分基礎上再扣除3%,扣完為至。

i為該級載入完成後該級振動台在檯面空載工況下實際輸出的檯面最大加速度(見表1)。

設emax為所有模型中的最高效率比,各模型根據其效率比結果獲得的載入表現分k的計算公式如式(3):

3)以上a-c各項得分相加,分數最高者優勝。

八、其他事項

(2)本賽題具體細則的最終解釋權歸土木與建築學院所有。

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