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第十届全国大学生结构设计竞赛细则

2016年10月28日 19:53:21 来源: 全国大学生结构设计竞赛官网 作者: 字号:TT

 

第十届全国大学生结构设计竞赛赛题

大跨度屋盖结构

1

赛题背景

随着国民经济的高速发展和综合国力的提高,我国大跨度结构的技术水平也得到了长足的进步,正在赶超国际先进水平。改革开放以来,大跨度结构的社会需求和工程应用逐年增加,在各种大型体育场馆、剧院、会议展览中心、机场候机楼、铁路旅客站及各类工业厂房等建筑中得到了广泛的应用。借北京成功举办2008奥运会、申办2022冬奥会等国家重大活动的契机,我国已经或即将建成一大批高标准、高规格的体育场馆、会议展览馆、机场航站楼等社会公共建筑,这给我国大跨度结构的进一步发展带来了良好的契机,同时也对我国大跨度结构技术水平提出了更高的要求。

2

总体模型

总体模型由承台板、支承结构、屋盖三部分组成(图-1)。

-模型三维透视示意简图

2.1 承台板

承台板采用优质竹集成板材,标准尺寸1200mm×800mm厚度16mm,柱底平面轴网尺寸为900mm×600mm板面刻设各限定尺寸的界限:

1)内框线:平面净尺寸界限,850mm×550mm

2)中框线:柱底平面轴网(屋盖最小边界投影)尺寸,900mm×600mm

3)外框线:屋盖最大边界投影尺寸,1050mm×750mm

承台板板面标高定义为±0.00

-2  承台板平面尺寸图

2.2 支承结构

仅允许在4个柱位处设柱(图-2中阴影区域),其余位置不得设柱。柱的任何部分(包括柱脚、肋等)必须在平面净尺寸850mm×550mm之外,且满足空间检测要求。(即要求柱设置于四角175mm×125mm范围内。

柱顶标高不超过+0.425(允许误差+5mm),柱轴线间范围内+0.300标高以下不能设置支撑,柱脚与承台板的连接采用胶水粘结

2.3 屋盖结构

屋盖结构的具体形式不限,屋盖结构的总高度不大于125mm(允许误差+5mm),即其最低处标高不得低于0.300m,最高处标高不超过0.425m(允许误差+5mm

平面净尺寸范围(850mm×550mm)内屋盖净空不低于300mm,屋盖结构覆盖面积(水平投影面积)不小于900×600mm,也不大于1050×750mm,见图-3。不需制作屋面。

屋盖结构覆盖面积(水平投影面积)不小于900×600mm,也不大于1050×750mm。但不限定屋盖平面尺寸是矩形,也不限定边界是直线。

屋盖结构中心点(轴网900×600mm的中心)为挠度测量点。

2.4 剖面尺寸要求

模型高度方向的尺寸以承台板面标高为基准,尺寸详见图-45

-3  屋盖结构尺寸图

-4  结构剖面图A

-5  结构剖面图B

3

模型材料及制作工具

3.1 竹材

竹材规格及数量如表-1所示,竹材参考力学指标如表-2所示。

-1  竹材规格及用量

竹材规格

竹材名称

数量

竹皮

1250mm×430mm×0.50mm

本色侧压双层复压竹皮

4

1250mm×430mm×0.35mm

本色侧压双层复压竹皮

4

1250mm×430mm×0.20mm

本色侧压单层复压竹皮

4

竹条

900mm×6mm×1mm

 

40

900mm×2mm×2mm

 

40

900mm×3mm×3mm

 

40

900mm×6mm×3mm

 

40

注:竹条实际长度为930mm

-2  竹材参考力学指标

密度

顺纹抗拉强度

抗压强度

弹性模量

0.789g/cm3

150MPa

65MPa

10GPa

3.2 粘结胶水

502胶水12瓶(规格30/瓶)。

3.3 制作工具

1)每队配置工具

文本框:  
图-6  测试附件
美工刀(3把),3.0m卷尺(1把),1m钢尺(1把),1.2m丁字尺(1把),45cm三角板(1套),16cm弯头带齿镊子(1把),砂纸(6张,粗砂、细砂各3张),5件套锉刀(1套)、剪刀(2把)、棉手套(3副)、签字笔(3支)、HB铅笔(2支)、透明胶带(1卷)、6吋模型剪钳(2把)、切割垫块(1块)、工具收纳筐(1个)。

2)公用工具

裁纸刀A310台)、空间木星模型检测块(4个)。

3.4 测试附件

测试附件为100×100×0.8mm的铝片,重17.5g用于挠度测试。如图-6。重量不计入模型重量。

铝片中心刻有直径10mm及直径50mm的圆痕。

3.5 屋面材料

屋面材料采用柔软的塑胶网格垫,厚度约3mm尺寸为1.5:1的矩形,四周切为弧形,具体尺寸:长约108cm,宽约72cm切弧半径为175mm以满足重量1kg为准(误差0.5g),中间位置开直径80mm的圆孔(挠度测试之需),详见图-7

-7  屋面材料

3.6 加载材料

加载材料采用软质塑胶运动地板(图-89),尺寸950mm×650mm,四周切为弧形,中央开直径80mm的圆孔(挠度测试之需)。

加载材料厚度约2.4mm。单块重量2kg误差控制在1g以内,大于2kg的部分通过均匀开小孔(孔径10mm)的方式减去,小于2kg的粘贴小块材料补足。

-8  加载材料尺寸图

-9  加载材料尺寸图

4

模型制作要求

4.1 模型的承台板由竞赛主办方统一提供,板长边中点处标注承台板自重(精确到1g各参赛队不得对其进行任何致重量改变的操作,如打磨、挖空,削皮,洒水等,否则视为违规,取消比赛资格。

4.2 模型的其余部分由参赛队制作。模型结构的所有杆件、节点及连接部件均采用给定材料与粘结胶水手工制作完成。

4.3 测试附件粘贴要求

  1)测试附件(铝片)粘贴于屋盖结构中心处(见图-3~5),且铝片中心区域(直径50mm)表面应平行于承台板面。屋面材料铺设后,必须能与铝片接触。

  2)铝片必须直接牢固粘贴在与屋面网垫接触的杆件上,第一阶段加载过程中出现脱落、倾斜而导致的位移计读数异常,各参赛队自行负责。

  3)若中心区域无杆件,则需由参赛队自行增加杆件连接,增加的杆件计入模型重量。

4.4 模型提交时应组装为整体,即将承台板、支承结构和屋盖结构用胶水装配成整体。

4.5 模型制作时间为14小时。模型应在规定的制作时间内组装为整体,此后不能再有任何实质性的操作。

4.6 比赛中提供的制作台尺寸1220×2440mm,台面高度720~750mm

5

模型净空检测及称重

5.1 模型净空间检测

用标准净空模块(850mm×550mm×300mm高)沿纵向及横向穿越模型内部,如不能通过,则视为模型不合格。

5.2 屋盖平面尺寸及高度检测

用激光水平仪和卷尺检测屋盖平面尺寸及高度,满足下列要求之一者视为不合格。

1)屋盖平面尺寸最大处超过允许值(1050750+10mm(每侧+5mm);

2)屋盖平面尺寸最小处超过允许值(900600-10mm(每侧-5mm);

3)屋盖厚度超过允许值(125mm+5mm

5.3 模型称重

模型整体称重后,减去承台板及测试附件(铝片的重量,即为参赛模型的重量Mi

6

模型加载及评判

6.1 加载方式

模型加载采用静加载的形式完成,所加荷载为屋面全跨均布荷载,荷重用软质塑胶运动地板模拟。

6.2 加载准备

1)模型置于加载台上,调试位置。使位移计激光投射于铝片中心直径为10mm的圆痕区域内,完成定位。

2)调整激光位移计高度。使激光位移计底面至铝片中心的垂直距离为100±25mm范围内。

3)布置摄像头。模型净空范围内设置摄像头,观测受力过程中结构的变形。

6.2 加载过程

先铺屋面材料,作为预加载,然后位移计读数清零。模型加载分为两个阶段:

6.2.1第一阶段:标准加载14kg(七张胶垫)

1)先加第一级,6kg(三张胶垫逐张加载),完成后持荷20秒,测试并记录测试点挠度值。

2)再加第二级,8kg(四张胶垫逐张加载),完成后持荷20秒,测试并记录测试点挠度值。

第一阶段加载时的允许挠度为[w]=4.0mm

6.2.2第二阶段:最大加载

第二阶段的最大加载量由各参赛队根据自身模型情况自行确定,可报两个级别(定义为第三级和第四级),并应在加载前上报。荷载级别为胶垫的数量(即2kg的倍数)。

1)先加第三级,按上报加载量一次完成加载,持荷20秒,如结构破坏,终止加载,且本级加载量不计入成绩;如结构不破坏,继续加载。

2)再加第四级,按上报加载量一次完成加载,持荷20秒,加载结束。如结构破坏,本级加载量不计入成绩;如结构不破坏,本级加载量计入成绩;

第二阶段加载时不进行挠度测试。

6.2.3加载过程由参赛队队员完成。

6.2.4自预加载开始,至加载结束,时间控制在6分钟以内。(第四级加载后的持荷时间不计入6分钟内

6.3 评判标准

6.3.1第一阶段

加载过程中,出现以下情况,则终止加载。本级加载及以后级别加载成绩为零(即第二级加载出现此情况,加载项成绩算第一级加载成功的成绩);

1)模型结构发生整体倾覆、垮塌;

2)屋面杆件脱落;

3)挠度超过允许挠度限值[w]1.10

6.3.2第二阶段

1)加载过程中,若模型结构发生整体倾覆、垮塌,则终止加载,本级加载及以后级别加载成绩为零(即第三级加载出现此情况,加载项成绩算第二级加载成功的成绩);

2)加载过程中,若模型结构未发生整体倾覆、垮塌,但有局部杆件的破坏、脱落或过大变形,则可继续加载。

6.3.3每队加载成绩由各级加载成功时,计算所得荷重比分数和刚度分数组成。

7

评分项及评分标准

7.1 模型评分项及分值

模型评分项共五项,总分100分,其中包括:

1)计算书以及设计说明——10

2)结构选型与制作质量——10

3)现场表现  ——5

4)模型承载力——60

5)模型刚度  ——15

7.2 评分标准

7.2.1计算书以及设计说明——10

1计算内容的完整性、准确性                                         6

2图文表达的清晰性、规范性                                         4

7.2.2结构选型与制作质量——10

1)结构合理性与创新性                                                     5

2)模型制作质量与美观性                                                 5

7.2.3现场表现——5

1)赛前陈述                                                                         3

2)现场答辩                                                                         2

7.2.4模型承载力——60分(第一阶段加载,35分;第二阶段加载,25分)

1)计算各参赛队模型(i)的单位自重承载力m1im2i

按式(a)计算:

                                                                          a

N1——第一阶段加载成功时的加载荷重(包括屋面重量);若两级加载均成功,承载力为两级加载块重量和屋面材料重量之和,即N1=15kg;若仅第一级加载成功,承载力为第一级加载块重量和屋面材料重量之和,即N1=7kg

N2i——第二阶段加载时,本队模型的加载荷重,单位:kg

Mi ——本队模型的自重;单位:g

2模型承载力得分Ci

按式(b)计算:

                                                                    b

m1,max——第一阶段加载时,所有参赛队模型中单位自重承载力的最大值;

m2,max——第二阶段加载时,所有参赛队模型中单位自重承载力的最大值。

7.2.5模型刚度——15分(仅第一阶段加载)

按以下方式计算模型刚度得分Ki

a)当wi[w]

                                                                                         c1

b)当[w]wi1.10[w]

                                                                            c2

c)当wi1.10[w]wi0

                                                                                                c3

wi ——第一阶段加载成功时,本队模型的挠度(mm),向下为正。

[w]——第一阶段加载时的允许挠度,[w]=4.0mm

8

计算书要求

8.1 计算书内容要求

计算书应包括以下内容:

1)赛题解读

2)结构选型分析及结构方案

3)构件尺寸

4)计算分析

5)第二阶段加载所需的重量(两级)

6)必要的图纸

8.2 计算书格式要求

计算书格式要求详见附件。

 

 

 

 

 

 

 

[责任编辑:刘宇宏]
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