大学生结构设计竞赛方案.docx

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大学生结构设计竞赛方案

大学生结构设计竞赛

一、竞赛题目

“附着式”塔吊结构模型设计与制作。

二、竞赛内容

模型制作、模型加载试验。

三、竞赛时间地点

报名时间：

比赛时间：

比赛地点：

四、竞赛要求

1.参赛队员要求

（1）参赛者为XX在校本科生。

每位参赛者只允许参加一个参赛队，参赛队由三名成员组成，各参赛队应独立设计、制作。

（2）每个参赛队只能提交一份作品。

（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，则缺人竞赛。

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。

任一参赛队不得使用组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消参赛资格，并通报。

（2）模型尺寸要求

塔身外侧与悬臂底部的净空不允许设置任何连接，旋臂与塔身连接方式不限，塔身和悬臂部分的主要尺寸要求如图1所示。

要求塔身底座与悬臂部分底面间的净高为1000±5mm，塔身为等截面，只允许塔身顶部与上部横梁连接，不得在塔身任何部位采用任何构造与上部悬臂部分相连。

悬臂部分宽度≤100mm，截面形式不限，但要求下表面水平，上表面悬索与横梁固定点位置不限。

由于塔身侧面需要布置附着点，因此，要求在塔身侧面标出支撑点位置，支撑点高度须在支座底面至塔身高度500±5mm，比赛时用可调节尺寸刚性卡扣连接，如图3所示。

（参赛选手只需在500±5mm处用黑色签字笔标记出即可，可调节尺寸刚性卡扣由指导老师负责制作。

）

图1塔身及吊臂示意图

（3）下部底座及侧向钢支撑尺寸

塔身底部近似铰支，为防止模型底部滑动，设置固定钢板槽作为塔吊下部底座，槽内净截面尺寸为153mm×153mm，深30mm20mm应为30mm，详图如图2（20mm应为30mm）所示（在模型底座必须能够放进槽内的前提下，参赛队可以充分发挥各自的能力，完成立柱底部设计，但任何底部固定措施都必须计算重量）。

为了降低塔身的长细比、增加结构稳定性，在侧向设置刚性支撑附着在固定装置上。

图2底座示意图图3侧向支撑连接板示意图

（4）加载作用点布置

参赛队在模型悬臂上分别设置3个作用点A、B、C，考虑到制作方便，各加载点距离变化范围均为±5mm，但也因此严格控制，不得越过此变化范围。

其中配重作用点A距模型塔身中心线X—X轴水平距离为250±5mm，距模型塔身底面垂直高度为1000±5mm，并要求设置竖向力的拉线环1个；加载作用点B、C分别距模型塔身中心线X—X轴水平距离为500±5mm、900±5mm，距模型塔身底面垂直高度为1000±5mm，要求在B、C点设置可以施加竖向力的拉线环各1个。

另需注意，模型各作用点的拉线环须满足承载要求，且拉线环受力拉直后距加载点的垂直距离为50±5mm。

X—X轴、A、B、C点均需要用黑色粗线标出，赛前需要检验，误差不超过5mm。

加载点结构：

吊环不允许与斜拉结构相连（即加载点吊环力全部由梁传递，不允许任何一部分吊环力直接传递给斜拉结构）。

（5）位移测点布置

旋臂顶端应留出20mm作为观测点，上部应为平面。

在悬臂作用点C处布置两个位移测点，测量C点加载后的水平和竖向位移。

竖向位移测点和水平位移测点分别位于悬臂底面和侧面中心位置，故每个参赛队提交作品时，需用彩笔在悬臂C点底面及侧面绘制标线，同时注意，位移测点处需设刚性平面。

最大位移：

以初始平衡位置为位移零点，上翘不超过20mm，下翘不超过50mm。

五、模型安装、加载及测试步骤

1.赛前准备

A.模型称重：

固定模型前将制作好的模型称重（精度1g），作为计算模型荷重比的依据。

B.得到入场指令后，迅速将模型抬进场内，固定在底座和支撑上，准备进行加载。

C.以上过程由各队自行完成，赛会人员负责监督、标定测量仪器和记录。

如在此过程中出现模型损坏，则视为丧失比赛资格。

注：

从开始安装到加载，时间控制在5分钟以内。

2.加载及测试方案

进入决赛的模型加载方案分为两组加载。

第一次额定加载，着重考察各队模型的刚度；第二次为极限加载，着重考察各队模型的极限承载力。

参赛作品须按表1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附表1说明。

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（包含施加荷载的拉线环断开）且影响加载过程顺利进行；

（3）模型结构发生破坏而不能继续承担荷载；

（4）位移测点在进行位移测定的工况下的各位移分量超过规定限值；

（5）其他详细内容见附表1说明。

六.评分标准

1.结构评分按总分75分计算，其中包括：

A.结构刚度25分

B.结构荷重比50分）

2.评分细则：

A．结构刚度（共30分）

在所有成功完成竞赛的模型中，第一次额定加载试验中，C点竖向绝对位移最小者得30分，最大者得5分，其余各队模型的刚度分数S1按下式计算：

式中：

Di为所考察模型的C竖向绝对位移（取作用点A、B加载10秒后、稳定的C点竖向位移为零点，具体测试和计算方法见附表1），Dmax为所有模型中的C点竖向绝对位移最大值，Dmin为所有模型中的C点的竖向绝对位移最小值，单位mm；本项所得分数保留小数点后两位。

B．结构荷重比（共60分）

在所有成功完成竞赛的模型中，第二次极限加载试验中，荷重比最大者得60分，荷重比最小者得10分，其余队模型的荷重比分数S2按下式计算：

式中：

βi为所考察模型的荷重比（即该模型C点最大加载值与模型自重之比），βmin和βmax分别为所有成功完成竞赛的模型的最小和最大荷重比。

本项所得分数保留小数点后两位。

七、比赛程序

1.检查作品的规格是否满足命题委员会的要求。

2.精确称量作品的重量，单位以克计（保留整数,四舍五入）。

3.参赛队员按比赛顺序提前在后台做好准备，当前一个队比赛结束后立即将模型安装在固定装置上。

4.参赛选手需要对自己的作品作简单的说明，对评委及观众阐述自己的作品，时间不要过长。

5.选手核对其加载方案，准备加载。

6.开始加载：

加载过程严格按大赛组委会的加载要求进行。

7.根据第一次比赛情况进行第二次加载。

八、奖项设置

本次大赛设置一等奖两支团队，二等奖四支团队，三等奖六支团队，获得一等奖的团队将有机会代表XX参加2014年辽宁省大学生结构设计大赛。

附表1决赛模型加载及评定系数

加载

加载说明

测定和校验内容

成绩评定系数

步骤

工况

加载失败

加载通过

第

一

次

额

定

加

载

三

个

作

用

点

施

加

额

定

荷

载

（1）先在模型的作用点A施加竖向配重FAV＝49.0N（质量5kg的砝码）；

（2）在作用点B施加FBV＝9.8N的竖向荷载（质量1kg的砝码），稳定10秒后，测量C点的竖向位移fv1（mm）；

（3）在作用点C施加FCV＝9.8N的施加竖向荷载（质量1kg的砝码）；稳定10秒后，测量C点的竖向位移fv2（mm）；

（4）选取整个加载过程中C测点水平位移的最大绝对值作为模型横向位移fh1（单位mm）。

1.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。

2.校验整个加载过程中模型的各控制位移值是否超限，超过限值视为该工况加载失败。

位移

>100mm

>100mm

>100mm

位移

≤100mm

≤100mm

≤100mm

刚度得分

S1=0

计算Di

第

二

次

极

限

加

载

作

用

点

C

逐

级

施

加

自

定

荷

载

（5）增加作用点C竖向荷载，增加量由参赛队在0.98N ≤FCVI≤ 49.0N范围内自行选择；

（6）每次增加荷载后，稳定10秒，测量作用点C的竖向位移fv3（mm）和水平位移fh2（mm）。

（7）作用点C的竖向荷载升级次数不超过3次。

3.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。

4.校验整个加载过程中模型的各控制位移值是否超限，超过限值视为该工况加载失败。

位移

>100mm

>100mm

位移

≤100mm

≤100mm

荷重比得分

S2=0

计算βi

作用点C加载砝码最大重量除以模型自重

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八条。

（3）测试数据精确到0.01mm。

注：

组委会提供质量为0.1kg、0.2kg、0.5kg、1.0kg、1.5kg、2.0kg、2.5kg、3.0kg、3.5kg、4.0kg、4.5kg、5.0kg砝码若干，供参赛者选择。