三峽大學(xué)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題

1、2011年三峽大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題一、競(jìng)賽賽題競(jìng)賽賽題：帶屋頂水箱的竹質(zhì)多層房屋結(jié)構(gòu)二、競(jìng)賽模型競(jìng)賽模型為多層房屋結(jié)構(gòu)模型，采用竹質(zhì)材料制作，具體結(jié)構(gòu)形式不限。模型包括小振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)、上部多層結(jié)構(gòu)模型和屋頂水箱三個(gè)部分，模型的各層樓面系統(tǒng)承受的荷載由附加鐵塊實(shí)現(xiàn)，小振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)和屋頂水箱由承辦方提供，水箱通過(guò)熱熔膠固定于屋頂，多層結(jié)構(gòu)模型由參賽選手制作，并通過(guò)螺栓和竹質(zhì)底板固定于振動(dòng)臺(tái)上。三、模型要求2.1幾何尺寸要求(1) 底板：多層結(jié)構(gòu)模型用膠水固定于模型底板上，底板為33cm×33cm×8mm的竹板，底板用螺栓固定于振動(dòng)臺(tái)上。(2) 模型大?。耗Ｐ涂偢叨葢?yīng)為75cm，允許

2、誤差為±5mm?？偢叨葹槟Ｐ偷装屙斆嬷廖蓓?模型頂面)上表面的垂直距離，但不包括屋頂水箱的高度。模型底面尺寸不得超過(guò)12cm×22cm的平面，即整個(gè)模型需放置于該指定平面范圍內(nèi)，模型底面外輪廓與底板邊緣應(yīng)有足夠的距離以保證螺栓能順利緊固。(3) 樓層數(shù)：模型必須具有3個(gè)樓層，底板視為模型第一層樓板。除第一層以外，每層樓面范圍須通過(guò)設(shè)置于邊緣的梁予以明確定義。(4) 樓層凈高：每個(gè)樓層層高25 cm，允許誤差為±3mm。樓層層高是指該樓層主要橫向構(gòu)件頂部與其相鄰的上一樓層主要橫向構(gòu)件頂部之間的最小距離。第一層層高從底板頂面開(kāi)始計(jì)算。柱腳加勁肋、隅撐及其他外立面構(gòu)件不

3、影響計(jì)算樓層凈高。(5) 使用功能要求：樓層應(yīng)具有足夠的承載剛度，各層空間應(yīng)滿(mǎn)足使用功能要求。在模型內(nèi)部，樓層之間不能設(shè)置任何橫向及空間斜向構(gòu)件(示例如圖1)。圖1 構(gòu)件布置示例 (6) 樓層有效承載面積：樓層范圍為各承重分區(qū)最外圍樓層梁構(gòu)件所包絡(luò)的平面。在樓層范圍內(nèi)與樓面構(gòu)件(含梁)直接接觸的鐵塊的覆蓋面積定義為樓層有效承載面積，每個(gè)樓層有效承載面積均不應(yīng)小于12*12 cm2。(7)模型頂面應(yīng)為平面，并滿(mǎn)足安全放置水箱的要求。若由于頂層尺寸不合適而導(dǎo)致水箱無(wú)法安裝，則模型判為失效，取消振動(dòng)臺(tái)加載資格。 2.2水箱及鐵塊安裝要求(1)利用熱熔膠將附加鐵塊固定在模型除底層以外的各個(gè)樓層的樓面結(jié)

4、構(gòu)上，但鐵塊在加載前不能超出樓層范圍且不能直接跟柱接觸。(2) 提供兩種規(guī)格鐵塊供加載使用。大鐵塊長(zhǎng)、寬、高約分別為12cm、6cm與3.2cm，重量為1800g。小鐵塊的長(zhǎng)、寬、高約分別為6.0cm、4.5cm與3.2cm，重量為675g。設(shè)計(jì)模型中鐵塊總重量不得超過(guò)20kg。鐵塊可以疊放。模型頂面不能放置鐵塊。(3) 模型頂面上應(yīng)放置水箱，且水箱內(nèi)注入15cm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

5、面外輪廓尺寸為124mm×124mm)（4）模型試驗(yàn)僅在單一水平向施加地震作用。試驗(yàn)時(shí)模型放置方向由參賽者確定。四、加載與測(cè)量4.1加載設(shè)備結(jié)構(gòu)模型采用WS-Z30小型精密振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行模擬水平地震作用的加載，考察模型承載力。： 圖2 水平振動(dòng)臺(tái)和激振器圖3 功率放大器4.2 輸入地震波本次競(jìng)賽采用振動(dòng)臺(tái)單方向加載，通過(guò)輸入實(shí)測(cè)地震動(dòng)數(shù)據(jù)模擬實(shí)際地震作用。振動(dòng)臺(tái)輸入的地震波取自2008汶川地震中什邡八角站記錄的NS方向加速度時(shí)程數(shù)據(jù)，原始記錄數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)間間隔Dt為0.005s，即數(shù)據(jù)采樣頻率f為200Hz，全部波形時(shí)長(zhǎng)為205s，峰值加速度581gal。截取原始記錄中第10s42s區(qū)間

6、內(nèi)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)等比例調(diào)整使峰值加速度放大為1000gal，作為本次競(jìng)賽加載所用的基準(zhǔn)輸入波，如圖4所示，其數(shù)據(jù)文件如附件1所示。圖4 競(jìng)賽加載所用的基準(zhǔn)輸入波（32s）4.3 荷載施加方式競(jìng)賽加載共分三級(jí)進(jìn)行。在三級(jí)加載中，通過(guò)控制加載設(shè)備輸入電壓和地震波數(shù)據(jù)采樣頻率獲得具有不同輸出峰值加速度和不同卓越頻率的地震波，以全面檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)于不同強(qiáng)度和頻譜成分地震波作用下的承載能力。正式比賽時(shí)所用的振動(dòng)臺(tái)在臺(tái)面空載工況下實(shí)際輸出的臺(tái)面最大加速度，如表1所示。注：上表中的臺(tái)面最大加速度參考值通過(guò)連接于加載設(shè)備臺(tái)面的加速度傳感器測(cè)量得到。實(shí)際輸出的臺(tái)面加速度峰值會(huì)因模型結(jié)構(gòu)型式、附加鐵塊重量及布置方式的

7、不同而存在一定差異。4.4 臺(tái)面振動(dòng)加速度峰值的測(cè)量在對(duì)每個(gè)模型的每一級(jí)加載過(guò)程中，都通過(guò)傳感器對(duì)臺(tái)面振動(dòng)加速度進(jìn)行實(shí)測(cè)。本次競(jìng)賽采用的加載設(shè)備所允許的臺(tái)面最大位移為±8mm，若模型在加載過(guò)程中，振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面位移超限，致使臺(tái)面與限位裝置撞擊，產(chǎn)生高頻加速度分量，將會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。因此實(shí)測(cè)的臺(tái)面振動(dòng)加速度將經(jīng)過(guò)濾波處理后輸出，設(shè)定加載設(shè)備的濾波限值為低通20Hz。加載過(guò)程中，將實(shí)時(shí)顯示該級(jí)加載下臺(tái)面振動(dòng)加速度的峰值I，用于最終模型效率比的計(jì)算（參見(jiàn)第七項(xiàng)：評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）。4.5 模型失效評(píng)判準(zhǔn)則 在進(jìn)行加載時(shí)，出現(xiàn)下列任一情形則判定為模型失效，不能繼續(xù)加載。同時(shí)，將上一個(gè)加載級(jí)別視為該模型

8、實(shí)際所能通過(guò)的最高加載級(jí)別，并作為模型效率比計(jì)算的依據(jù)（參見(jiàn)第七項(xiàng)：評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）。 (1) 第一級(jí)加載時(shí)：模型中的任一構(gòu)件出現(xiàn)破壞；(2) 第二級(jí)加載時(shí)：模型的主要構(gòu)件梁和柱中任一構(gòu)件出現(xiàn)破壞； (3) 第三級(jí)加載時(shí)：模型整體或任一樓層發(fā)生坍塌或任一柱腳脫離底板；(4) 每一級(jí)加載過(guò)程中有鐵塊脫落或水箱飛出。(5)如因臺(tái)面位移超限而引起的結(jié)構(gòu)不良反應(yīng)符合上述所列情況，均判加載失敗。上述失效準(zhǔn)則中的“構(gòu)件破壞”定義為構(gòu)件出現(xiàn)明顯開(kāi)裂、斷開(kāi)或者節(jié)點(diǎn)脫開(kāi)。五、模型材料競(jìng)賽期間，組織承辦方為參賽各隊(duì)提供如下材料及工具用于模型制作。(1)竹材：用于制作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。竹材力學(xué)性能參考值：彈性模量1.0×

9、;104MPa，抗拉強(qiáng)度60MPa。提供竹材有如下三種規(guī)格（總量限5張，學(xué)生在領(lǐng)取時(shí)自由選擇）：編號(hào)竹材規(guī)格款式單張重量(g)11250×430×0.50mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮10821250×430×0.35mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮18631250×430×0.20mm本色側(cè)壓?jiǎn)螌訌?fù)壓竹皮258 (2) 502膠水：用于模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接。 (3) 熱熔膠：用于鐵塊、水箱的固定。(4) 模型底板：底板厚度約8mm，長(zhǎng)與寬分別為33cm和33cm。底板上除預(yù)設(shè)孔洞外，不得另行鉆孔。模型底板在提交作品時(shí)安裝。(

10、5) 制作工具(可選)：剪刀、小鑷子、美工刀、T尺（1.2m）、鋼尺、502膠水、砂紙、銼刀、鉛筆、橡皮、A4紙、三角板(45cm/18cm)。六、模型現(xiàn)場(chǎng)安裝、加載及測(cè)試步驟6.1賽前準(zhǔn)備(1) 模型稱(chēng)重：將制作好的模型（不含底板、鐵塊和水箱）稱(chēng)重（精度0.1g）；(2) 將模型安裝在底板上，并將鐵塊固定在模型上，然后： 核查每層鐵塊的數(shù)目及覆蓋面積是否與所提交方案吻合，計(jì)算每層承受的附加鐵塊質(zhì)量Wi；統(tǒng)計(jì)水箱中的注水質(zhì)量(WW)； 進(jìn)行高度測(cè)量，測(cè)出每一層所放置鐵塊的最底面至模型底板的垂直高度hi和模型實(shí)際總高度H，檢查是否符合規(guī)定要求；以上高度計(jì)量單位均為cm； 根據(jù)式(1)計(jì)算模型等效

11、負(fù)載重量We： (1)(3) 將模型及底板運(yùn)進(jìn)場(chǎng)內(nèi)，安裝在振動(dòng)臺(tái)上，緊固螺栓，固定水箱，準(zhǔn)備進(jìn)行加載。(4) 以上過(guò)程由各隊(duì)自行完成，賽會(huì)人員負(fù)責(zé)監(jiān)督、標(biāo)定測(cè)量?jī)x器和記錄。如在此過(guò)程中出現(xiàn)模型損壞，則視為喪失比賽資格。 6.2加載及測(cè)試步驟依次進(jìn)行三級(jí)加載，每級(jí)加載完成后依據(jù)4.5的失效評(píng)判準(zhǔn)則評(píng)價(jià)模型是否失效。6.3模型稱(chēng)重模型凈重MM (不含底板和螺栓)的測(cè)量將采取如下方式： 在各隊(duì)上交作品時(shí)發(fā)放底板，并進(jìn)行底板稱(chēng)重，記為MB； 各隊(duì)制作完模型，將模型在底板上固定好并重新提交模型（注意，此時(shí)并不安裝鐵塊和水箱），對(duì)模型進(jìn)行總質(zhì)量稱(chēng)重，記為MT； 模型凈重MM (不含底板和螺栓)按下式計(jì)算：

12、MM = MT - MB。 七、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)7.1總分構(gòu)成比賽分專(zhuān)業(yè)組和非專(zhuān)業(yè)組。由至少一名土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生組成的參賽組稱(chēng)為專(zhuān)業(yè)組。結(jié)構(gòu)評(píng)分按總分130分計(jì)算，其中包括：(1) 加載表現(xiàn)評(píng)分(共100分） (2) 計(jì)算書(shū)及設(shè)計(jì)圖(共20分）(3) 結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量(共10分） 計(jì)算書(shū)及設(shè)計(jì)圖、結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量評(píng)分在加載前安排進(jìn)行。完全由非土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生組成的參賽組稱(chēng)為非專(zhuān)業(yè)組。非專(zhuān)業(yè)組只參加第(1)項(xiàng)加載表現(xiàn)評(píng)分?？偡?00分。比賽時(shí)加載試驗(yàn)專(zhuān)業(yè)組和非專(zhuān)業(yè)組混合進(jìn)行，并得出加載表現(xiàn)評(píng)分，確定校級(jí)比賽(三峽大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽)名次。該比賽名次面向所有專(zhuān)業(yè)學(xué)生，不分專(zhuān)業(yè)。專(zhuān)業(yè)組學(xué)生綜合合第(1)、

13、(2)、（3）項(xiàng)評(píng)分進(jìn)行專(zhuān)業(yè)組排名。但專(zhuān)業(yè)組學(xué)生在兩類(lèi)排名中僅限選擇其一。非專(zhuān)業(yè)組學(xué)生單獨(dú)排名確定比賽名次，但非專(zhuān)業(yè)組學(xué)生在兩類(lèi)排名中僅限選擇其一。7.2評(píng)分細(xì)則A. 計(jì)算書(shū)及設(shè)計(jì)圖(1) 計(jì)算內(nèi)容的完整性 (共10分) (2) 圖文表達(dá)的清晰性、規(guī)范性 (共10分)注：計(jì)算書(shū)應(yīng)包含：結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)建模及主要計(jì)算參數(shù)、受荷分析、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、模型加工圖（含材料表）、鐵塊分布詳圖、水箱注水重量。 B. 結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量 (1) 結(jié)構(gòu)合理性與創(chuàng)新性 (共5分)(2) 模型制作美觀性 (共5分)C. 加載表現(xiàn)評(píng)分本次比賽各組模型在加載環(huán)節(jié)的表現(xiàn)將根據(jù)其效率比Ei的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)分。效率比Ei的計(jì)算如式(2)所示： (2)其中各項(xiàng)指標(biāo)的意義與計(jì)算如下： We為所有各層鐵塊的總重量(Wi)和水箱注水重量(WW)，并考慮高度的加權(quán)系數(shù)后計(jì)算得到的等效負(fù)