桥梁承重.docx

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桥梁承重

西南交通大学第十三届结构设计竞赛

桥梁承重组细则

三跨连续梁结构模型设计与制作

西南交通大学2013土木科技月技术委员会

2013年3月

西南交通大学第十三届结构设计竞赛细则

（桥梁承重组）

1.竞赛题目

三跨连续梁结构模型设计与制作

2.竞赛内容

竞赛内容包括：

理论方案设计、结构模型制作、作品介绍与答辩、模型加载试验。

3.竞赛要求

3.1报名参赛

3.1.1参赛者为全日制在校本科生。

每个参赛队由不多于3名学生组成，提倡参赛学生跨专业组队。

每位参赛者只允许参加一个参赛队，各参赛队应独立设计、制作。

3.1.2每个参赛队只能提交一份作品，并给作品命名。

3.1.3各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，迟到或缺席者作为自动弃权处理。

竞赛期间不得任意换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则该队员自动退赛。

3.2理论方案

3.2.1理论方案的内容应包括：

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、内力分析等。

3.2.2理论方案封面必须注明作品名称、参赛队员专业、参赛队员姓名；正文按设计说明书、方案图和计算书的顺序编排。

3.2.3理论方案要求用A4纸单面打印并分别装订成册，一式十份于规定时间内提交至竞赛组委会,同时提交电子版理论方案（统一为pdf格式，以组号命名）。

3.3设计制作

3.3.1制作材料

组委会将统一提供PVC塑料板（1.2mm厚）、铅发丝线和AB胶三种材料，各参赛队设计、制作模型仅限于使用以上材料，且允许对所给材料进行适当加工、组合。

3.3.2模型重量

结构模型的总重量不超过2000克，超过者不能参加比赛。

3.3.3模型尺寸

桥梁的类型不限，但必须保持主梁和桥面为连续梁，模型的纵桥向长度要求在区间（1770，1790）mm范围内，纵桥向宽度要求在（200，250）mm范围内，模型具体长度尺寸拟定请参考实验平台示意图。

桥面纵坡控制在1.5%~3.0%，并保持桥面连续。

不符合要求的模型直接取消比赛资格。

3.3.4模型桥面

（1）桥梁的桥面铺设材料为pvc板。

（2）模型需设置相应平整的桥面构造，直接能够用于移动小车加载,并且保证小车在行驶过程中不产生较大的翘起或凹陷。

（3）模型桥面以上须保证不小于宽200×高150mm的桥面通行净空，以用于移动小车加载。

3.3.5请参赛者认真解读实验平台附图，仔细考虑支座情况（图1）。

整个结构模型要求为三跨结构，实验平台共设置4个支座，位于一条直线上，两端支座水平中间间距为1770mm。

2个中间支座均可为模型提供竖向约束，但不提供水平约束和转动约束；模型可以利用边支座的特点提供水平和竖向约束，但不提供转动约束。

两端支座高度和距离固定，中间支座可根据需要调整竖直及水平位置。

3.3.6模型必须按要求的尺寸和位置、在结构模型桥面系平面内、提供悬挂集中荷载的吊点和进行挠度测试的测点。

悬挂吊点必须位于各跨跨中、结构模型中轴线上，且吊点需用足够承重的铅发丝线成吊环，以便于悬挂砝码（为保证跨中悬挂吊点设置，建议在各跨桥面跨中设置横向杆件）；每跨跨中须布置两个挠度吊点，吊点据桥面必须为20cm,两个吊点须关于桥轴线左右对称，且二者距离不小于200mm（图2）。

3.3.7进入决赛的作品，必须提供详细的设计计算书以及答辩ppt（统一保存为2003版，并以组号命名）。

3.3.8模型设计亦可选取不等跨、不对称的造型和结构方案。

为确保公平，比赛时所有模型的加载都需按最不利的情况进行。

例如：

对于不等跨模型，移动小车必须从小跨行驶至大跨；对于结构不对称模型，移动小车必须从结构刚度较小跨行驶至结构刚度较大跨，且在最不利位置进行动载试验。

具体加载方案由现场评委确定。

4.加载方案

4.1预赛

4.1.1预赛时首先须校验各参赛作品制作（包括材料、结构尺寸、净空尺寸等）是否满足竞赛规定的限制要求。

4.1.2预赛时须测定参赛作品总重量G（单位：

g），并校验G数值是否满足竞赛规定的限制要求（不超过2000g）。

4.1.3对于满足重量要求和制作要求的结构，方可进行移动荷载加载试验及挠度测试。

4.1.4移动荷载加载前，须在每跨集中加载点各悬挂1kg的砝码作为预载，并以此作为挠度测试的变形基准点。

4.1.5预赛时的移动小车荷载加载方式为：

两辆自重各为4kg的移动小车，分别从模型两端牵引相向而行，匀速通过整个模型。

4.1.6移动小车通过整个模型的时间限定为1分钟之内。

4.1.7小车移动过程中由工作人员操作仪器自动采集模型四个挠度测点的挠度值（以预载挠度为基准、因移动荷载而引起的挠度增量）。

4.1.8发生以下情形之一者，即视为加载失败：

（1）模型在移动荷载加载过程中发生破坏

（2）挠度值的最大绝对值超过20mm

（3）模型桥面发生较大翘起或者凹陷（大于5mm）。

4.1.9计算各模型的预赛荷重比P/G，其中P取为10kg。

4.1.10对加载成功的作品按预赛荷重比大小进行排名，约取前50名作品直接进入决赛。

4.2决赛

4.2.1加载方案

进入决赛的模型加载方案分为两个步骤进行。

第一步为挠度测试荷载工况，第二步为承载能力荷载工况。

参赛作品须按表1、表2所示的加载顺序进行试验，每通过一个工况的测定和校验后方可进行下一工况的加载试验。

各加载步骤和荷载工况的内容及成绩评定方法详见表1和表2说明。

4.2.2挠度测定

挠度测定在第一步的荷载工况下进行，按表1说明进行测定。

所测挠度数值为：

在预载变形的基准上，由移动小车加载所引起的结构竖向挠曲。

挠度校验时其最大绝对值大于20mm者即视为加载失败。

4.2.3加载试验失败判定

在决赛整个加载过程中，发生以下情形之一者，将视为加载失败，退出加载试验：

（1）模型主要构件出现明显失稳或连接破坏

（2）模型局部构造发生破坏且影响加载过程顺利进行（桥面板破坏或塌陷超过5mm）

（3）模型结构发生破坏而不能继续承担荷载

（4）挠度测点在进行挠度测定的工况下的最大竖向位移超过规定限值（20mm）

（5）详细内容见表2

表1决赛模型第一次加载及评定系数

加载

加载说明

测定和校验内容

成绩评定系数Ki

步骤

工况

加载失败

加载通过

第一次

加载

（挠度测试荷载工况）

1.1预载

✧按要求摆放结构模型、调试挠度测试仪器。

✧将集中力布置于三跨跨中吊点处，具体见示意图。

✧集中力大小为单点1kg（用1kg的基准砝码施加）。

✧此步骤主要是起稳定模型的作用，便于挠度数值测量，提高其精确度。

✓校验结构是否出现整体、构

件、局部破坏或结构失稳。

✓出现上述情况者视为该工况

加载失败。

✓该步骤不进行挠度校验

挠度

K1＝0

挠度

K1＝0

静载

K2=0

静载

K2＝0

动载

K3=0

动载

K3=0

1.2移动荷载

✧两名选手分别牵引一辆移动小车，由双车道同时匀速相向移动，通过模型。

✧移动小车长约10cm，小车重量4kg。

✧当小车行驶至各跨跨中时，须停止5秒，然后前进。

✧小车通过整个模型的时间限定在1分钟之内。

✧选取整个加载过程中四个挠度测点的最大绝对值作为模型竖向挠度δ（单位mm）。

✧撤除悬挂的集中荷载

✓校验结构是否出现整体、构

件、局部破坏或结构失稳。

✓出现上述情况者视为该工况

加载失败。

✓校验整个加载过程中模型的

挠度值是否超限。

✓竖向挠度大于20mm视为该

工况加载失败。

桥面板破损视为加载失败。

挠度

K1＝0

挠度

由δ计算K1

静载

K2=0

静载

由8kg计算K2

动载

K3=0

动载

K3＝0

备注

（1）第一次加载全部成功后方可进入第二次加载流程。

（2）成绩评定系数的计算参见第5.6条。

表2决赛模型第二次加载及评定系数

加载

加载说明

测定和校验内容

成绩评定系数Ki

分步

工况

加载失败

加载通过

第二次

加载

（承载能力荷载工况）

2.1集中力增载

✧将各吊点的集中力荷载增加至6kg。

✧单点集中力荷载由基准荷载3kg和附加荷载3kg构成。

其中，基准荷载3kg砝码由一根可自由变形的弹簧悬挂在吊点上，附加荷载3kg砝码由一根铅发丝线悬挂在基准荷载下方。

✓校验结构是否出现整体、构

件、局部破坏或结构失稳。

✓出现上述情况者视为该工况

加载失败。

✓该步骤不进行挠度校验。

挠度

K1

挠度

K1

静载

由8kg计算K2

静载

由8kg计算K2

动载

K3=0

动载

K3=0

2.2移动荷载

✧用两辆相同的移动小车串连后形成总重为8kg的一个车辆组，由选手从一个车道牵引匀速行驶至刚度较弱跨的跨中，停止前进。

✧具体车道及刚度较弱跨的选择由现场评委根据模型加载情况指定。

✓校验结构是否出现整体、构

件、局部破坏或结构失稳。

✓出现上述情况者视为该工况

加载失败。

✓校验整个加载过程中模型的

挠度值是否超限。

✓竖向挠度大于20mm视为该

工况加载失败。

挠度

K1

挠度

K1

静载

由8kg计算K2

静载

由14kg计算K2

动载

K3=0

动载

K3=0

2.3振动加载

✧保持2.2荷载工况。

✧剪断移动小车所在跨跨中的附加荷载3kg砝码的连接铅发丝线。

✧任模型及其上所有荷载自行振动10秒后，参赛选手自行稳定振动弹簧，评委进行结构承载力校验。

✓校验结构是否出现整体、构

件、局部破坏或结构失稳。

✓出现上述情况者视为该工况

加载失败。

✓该步骤不进行挠度校验。

挠度

K1

挠度

K1

静载

K2

静载

K2

动载

0

动载

K3=1

备注

（1）第二次加载前不允许对模型的安装进行调整。

（2）成绩评定系数的计算参见第5.6条。

5.评分规则

5.1本次比赛满分为100分，包括结构造型与体系、理论分析、模型制作、叙述答辩和加载试验5个分项。

5.2结构构造型与体系（满分15分）

按模型结构的构思、造型和结构体系的合理性、实用性和创新性评分。

5.3理论分析（满分10分）

按设计说明书、方案图和计算书内容的完整性、正确性评分。

5.4模型制作（满分10分）

按模型制作工艺情况评分。

5.5叙述答辩（满分5分）

每组作品由一位参赛选手进行3分钟答辩，由评审组进行现场提问，并根据答辩情况评分。

5.6加载试验（满分60分）

5.6.1加载试验成绩总分60分，其中挠度成绩20分、静载成绩35分、动载成绩5分。

5.6.2挠度成绩总分20分，其计算方法如下：

挠度成绩=K1×20（公式1）

其中，挠度成绩系数K1按下式计算

（公式2）

5.6.3静载成绩总分为35分，其计算方法如下：

静载成绩＝K2×35（公式3）

其中，静载系数K2按下式计算

（公式4）

上式中，βi表示第i个模型的静载“荷重比”，即静载集中力加载值与模型重量之比；βmax为所有进入决赛的作品中的最大静载荷重比。

5.6.4动载成绩总分为5分，其计算方法如下：

动载成绩=K3×5（公式5）

其中，动载成绩系数K3取值为：

通过动载加载工况者K3=1，否则K3=0。

5.6.5加载试验成绩即为挠度成绩、静载成绩、动载成绩之和：

加载试验成绩=K1×20+K2×35+K3×5（公式6）

5.7以上评分分项中第5.2条～5.4条内容均在加载前评毕，第5.5条~5.6条在决赛加载试验现场评定。

模型尺寸及材料使用不符合设计制作要求者，不得进入加载试验阶段。

在参赛过程中有其他违规现象者将直接淘汰，不进入比赛评分阶段。

6.附则

6.1本竞赛规则中若出现叙述不一致之处，请咨询竞赛委员会。

6.2模型加载实验平台具体尺寸及加载过程请参考相关示意图。

6.3本竞赛细则解释权归竞赛委员会。

图1：

加载支架及支座布置示意图

说明：

（1）本图尺寸单位为mm；

（2）跨径L1、L2、L3，参赛者自行确定；（3）两端边支座只提供竖向支撑，即提供竖向压力和拉力，而不提供水平力，但可以利用支架挡板提供水平力；（4）中支座位置可以左右移动，高度H可以上下调节。

（4）挠度传感器位置可移动，但必须布置在各跨的跨中，且距离符合图4要求

图2桥梁结构集中力和冲击荷载加载位置

说明：

集中力加载点布置在桥轴线上；挠度测点关于桥轴线左右对称，且间距不小于200mm。

现场根据评委判定选取较弱的两跨进行挠度试验。