大连理工大学第14届结构设计竞赛赛题(0324)

大连理工大学第十四届结构设计竞赛实施方案一.竞赛题目承受正负弯矩的梁模型设计、制作和加载二．竞赛内容竞赛内容，即竞赛评分范围如下：①模型设计理论方案②现场陈述表现③现场加载实验三．竞赛要求1.理论方案要求（1）理论方案应包括：设计说明书、方案图和计算书。设计说明书应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。（2）理论方案封面必须注明作品名称、参赛学校、参赛队员姓名和专业、指导老师，并加盖参赛学校教务处公章（详见附件一）；正文按设计说明书、方案图和计算书的顺序编排。除封面外，其余页面均不得出现任何有关参赛学校名称和个人姓名的信息，否则取消参赛资格。（3）理论方案要求用A4纸打印，一式六份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作自动放弃处理。2.设计制作要求（1）模型制作材料模型制作材料为组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线和白胶。不得使用组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消其参赛资格。（2）模型尺寸要求模型界限为一长方体，分为底座和主结构两部分，主结构由两跨组成，中间跨长为1200mm，悬臂一端跨长为500mm，其横截面高度不大于200mm，宽度不大于200mm(详见图1)；模型需设置一长度不大于100mm的底座，模型在底座范围内其截面宽度为200mm，沿截面高度方向需设置夹板固定区，以便于设置夹板固定的区域，并保证有足够的嵌固强度，每边的嵌固外伸段长度不得大于150mm，嵌固端面需与嵌固台完整接触。模型的具体限制尺寸如下图所示。嵌固端横截面模型范围加载点B加载点A中心线加载点图1模型轮廓投影限制范围（单位mm）（3）模型结构要求a）模型底座两端沿竖向需设置用于夹板固定的宽平坦区，每边的固定长度不应小于100mm，且不超过150mm，模型与嵌固台的接触面应为平面，以确保模型与嵌固台完全接触。详见图2。b）模型结构的下表面需设置两个加载作用点A、B，加载作用点A距模型右侧悬臂端的水平距离为100±5mm(严格控制误差不得大于+5mm)；加载作用点B距模型右侧悬臂端的水平距离为1100±5mm，且A、B点都位于沿梁宽方向的中点处，要求在A、B点设置可以施加竖向力的拉线环各1个。另需注意，拉线环的荷载全部由梁传递，不允许任何一部分拉线环的荷载直接传递给模型以外部分。模型各加载作用点的拉线环须满足承载要求，如发生破坏作加载失败处理。且拉线环受力拉直后距加载点的垂直距离为10±5mm。A、B两点均需要用黑色粗线笔标出，赛前需要检验，误差不超过5mm。c）梁模型结构区上表面需保持水平，不得有明显的倾斜和弯曲，便于比赛中量测挠度。模型上表面需设置两个位移量测点1、2，分别对应于作用点A、B的正上方，位置要求同加载点，测点1、2均需要用黑色粗线笔标出，也需赛前需要检验，误差不超过5mm。（4）模型固定要求模型嵌固端上下将采用长600mm，宽100mm，厚度为6mm的钢质夹板通过螺栓和螺母固定模型，嵌固端固定装置如图2所示。铰支座可升降，方便模型安装，详见加载装置图。嵌固台钢质夹板模型底座螺孔嵌固台模型区域图2嵌固端固定装置示意图（5）变形量测要求在结构上表面每个测点位置设置一位移测点，每个测量点处上方设置一激光位移计，测点位置见图3，详见加载装置图。铰支座嵌固端模型测点位置模型测点位置1测点位置2中心线图3位移量测点位置示意图（6）模型加载要求组委会本着同等条件，自然公平原则制作加载试验的所有相关设备。同时要求参赛模型应能承担具有实际偏差性质的现场条件（如台面微小的不平、加载偶然偏心、自然风随机变化等条件）。1加载过程比赛开始后参赛队必须在5分钟内将模型安装完成，位移计归零，之后开始加载试验。通过两个位置的竖向加载考核模型的承载力。加载示意图及过程如下：模型嵌固端铰支座PP'AB挂钩位置中心线图4加载位置示意图第一步：悬臂端A处竖向静荷载试验：在裁判的监督下，由参赛队员自行按照图示方式在A处施加竖向荷载，加载次数不超过2次。规定第一次施加的重量不小于2kg，若加载成功，此时参赛者可自行选择第二次在悬臂端竖向增加的重量（原重量不可卸除）。只有最后一次的悬臂端加载成功，参赛者方可进行下一步加载。取两次加载后A处最大加载重量假设为P，并假设此重量下Ａ处的挠度值为f，这两者计入成绩。第二步：跨中处竖向静荷载试验：在维持A处竖向荷载的前提下进行B处的竖向静荷载试验。加载点位于图示的B点，同样由参赛队员按照图示方式施加。首先加载至重量2P，缓慢卸除悬臂端A处的荷载，卸除荷载后静置10s，加载成功后跨中承重2P计入B点加载成绩，接下来B点仍有不超过2次的加载机会（原B点重量不可卸除），参赛者可自行选择每次加载增加的重量，但B点总加载重量不得大于4P，以加载成功的B点最大重量和相应挠度计入此环节的成绩，重量记为P′，挠度记为f′。加载要求：比赛现场提供重量为50kg、10kg、5kg、1kg重量的砝码若干供参赛者自由组合，加载时队员身体不能接触模型和已加载的砝码。每级加载后，裁判会在队员手离开砝码后开始计时，必须持荷10秒以上，且变形未超过限值，经监督人员确认，记录下挠度值，评委通过，方能继续下一步加载。若模型结构失效，即取前一次加载重量和挠度作为最终结果。整个加载过程不得超过6min。2终止加荷标准凡出现下列情况之一即视为被破坏或失效：①模型无法按照设计要求正确安装就位；②模型无法依照比赛组委会规定的加载测量方式进行加载和测量；③在试验给定约束条件下结构发生扭转、倾覆，位移计无法检测到位移。④模型在加载过程中出现明显的材料、结构损坏；⑤模型变形过大：竖向加载过程中模型A处竖向位移限值为50mm，模型B处竖向位移限制为100mm，位移超限即加载失败。⑥评审委员会认为失效的其它情况。3计分办法结构评分按总分100分计算，其中包括：A.计算书及设计图10%（共10分）B.现场陈述10%（共10分）C.结构刚度20%（共20分）D.结构荷重比60%（共60分）评分细则如下A.计算书及设计图（共10分）a．计算内容的完整性共6分b．图文表达的清晰性、规范性共4分注：计算书要求包含：结构选型、结构建模及主要计算参数、受荷分析、节点构造、模型加工图（含材料表）。B．现场表现（共5分）a．现场陈述共5分b．现场答辩共5分C．结构刚度（共20分）在所有成功完成竞赛的模型中，取模型的A处刚度系数为E，B处刚度系数为E′，其计算公式分别为：'''PPEEff式中：P为所考察模型的A点加载成功的最大重量，单位为N，f为所考察模型的A点的竖向绝对位移，单位mm；P′为所考察模型跨中B点加载成功的最大重量，单位为N，f′为所考察模型的B点的竖向绝对位移，单位mm。各队模型的刚度分数S1由两项求和计算，其具体公式如下：（若模型第一步加载没有成绩，此模型的S1取0，若第二步加载没有成绩，则只取公式的前半部分进行计算）minmin1maxminmaxmin''812''EEEESEEEE式中：E为所考察模型的A处刚度系数，Emax为所有完成第一步加载的比赛模型中A处刚度系数的最大值，Emin为所有完成第一步加载的比赛模型中A处刚度系数的最小值；E′为所考察模型的B处刚度系数，E′max为所有完成第二步加载的比赛模型中B处刚度系数的最大值，E′min为所有完成第二步加载的比赛模型中B处刚度系数的最小值。本项所得分数保留小数点后两位。D．结构荷重比（共60分）在所有成功完成竞赛的模型中，按照等效荷重比计算出各模型的相对分数，其计算公式如下：(0.5')/WSPP其中P代表模型所承受的悬臂端恒载值（N），'P代表模型所承受的B点处最大跨中荷载（N），W代表模型自重（N）；再将S值为最大（记Smax）的模型定为满分（60分），其余模型的分数按（S2=60×S/Smax）计算。注：(1)以上A-D各项得分相加，分数最高者优胜。(2)前2项均在加载前评毕：模型尺寸、构造及材料等不符合竞赛要求的，或参赛过程中有其他违规行为的将不进入加载试验阶段；各分项得分取实际到场评委评分去掉一个最高分和一个最低分后的平均分。附加载装置图：嵌固台加载模型可自由升降砝码砝码模型嵌固台测点位置2测点位置1激光测距仪激光测距仪BA附件一：大连市第十届大学生结构设计竞赛封面承受正负弯矩梁的设计理论方案作品名称参赛队员、、专业名称、、指导教师大连市大学生结构设计竞赛组委会二○一五年附件二：加载仪器实物图片（尚缺）