西南科技大學(xué)第十四屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽

西南科技大學(xué)第十四屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽（建工B組）地震作用下電視臺(tái)塔模型設(shè)計(jì)制作與加載測(cè)試一、競(jìng)賽背景廣州塔又稱(chēng)廣州新電視塔，昵稱(chēng)小蠻腰或水蛇腰，位于中國(guó)廣州市海珠區(qū)（藝洲島）赤崗塔附近，距離珠江南岸125米，與海心沙島和廣州市21世紀(jì)CBD區(qū)珠江新城隔江相望。廣州塔塔身主體450米（塔頂觀光平臺(tái)最高處454米），天線桅桿150米，總高度600米。塔體整體為筒狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部有貫穿塔體的上人電梯，在其塔高2/3處設(shè)置有觀光平臺(tái)供游客參觀，在其頂部設(shè)置有TCL減震技術(shù)的裝置。圖SEQ圖\*ARABIC1廣州電視臺(tái)塔實(shí)物圖本次競(jìng)賽模型為高聳塔體模型，采用竹質(zhì)材料制作，具體結(jié)構(gòu)形式不限。模型包括小型振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)和上部多層結(jié)構(gòu)模型兩個(gè)部分，模型的各層樓面系統(tǒng)承受的荷載通過(guò)附加鐵板和圓鐵塊實(shí)現(xiàn)，小型振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)由承辦方提供，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，圖2給出了示意性結(jié)構(gòu)圖。圖SEQ圖\*ARABIC2比賽模型示意圖二、模型制作2.1結(jié)構(gòu)布置要求(1)模型大?。耗Ｐ涂偢叨缺仨殲?00mm(2)樓層數(shù)：模型必須具有2個(gè)樓層（參照?qǐng)D3中的虛線和頂端實(shí)線的樣式），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，樓面必須為水平面；(3)樓層凈高：第一個(gè)樓層的高度應(yīng)為600mm，第二個(gè)樓層高度應(yīng)為300mm(4)模型所有構(gòu)件在立面上的投影應(yīng)在圖3、圖4中陰影區(qū)域內(nèi)，若出現(xiàn)超出陰影區(qū)域的結(jié)構(gòu)視為模型制作不合格，但要保證加載鐵塊及頂部水箱可放置到模型上；(5)發(fā)放的竹皮可以用于節(jié)點(diǎn)處理或制作成樓面，或加固構(gòu)件，或制作成拉條，但只允許使用半張，不得增添材料(6)所有不符合賽題的模型均不予加載。(7)模型最大質(zhì)量不得超過(guò)250g。圖SEQ圖\*ARABIC3模型結(jié)構(gòu)布置許可陰影面積正視圖及側(cè)視圖圖SEQ圖\*ARABIC4結(jié)構(gòu)桿件布置許可陰影面積俯視圖2.2模型安裝要求底板：多層結(jié)構(gòu)模型用熱熔膠固定于模型底板上，底板為330mm×330m模型底板及安裝：比賽前一天模型檢錄合格之后在工作人員的指導(dǎo)下固定安裝。2.3模型加載要求模型的加載配重為長(zhǎng)、寬、高約分別為180X180X4mm的鐵板，質(zhì)量為1kg；在加載之前模型固定好之后，參賽隊(duì)員將配重放置在模型的指定位置上；分別為，樓板放置2塊鐵板共計(jì)2kg；屋頂放置4Kg水瓶，采用熱熔膠固定在屋面處；放置完配重后進(jìn)行地震波的加載（加載波詳情請(qǐng)查看加載地震波說(shuō)明），加載共分為三級(jí)，逐級(jí)加載：模型試驗(yàn)僅在單一水平向施加地震作用。三、加載儀器介紹結(jié)構(gòu)模型采用第二代改進(jìn)型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，振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的主要組成部分及相關(guān)參數(shù)信息如下：水平振動(dòng)臺(tái)：型號(hào)WS-Z30-50指標(biāo)：水平臺(tái)尺寸：506×380×22mm，荷載：30kg，重量：11.5kg，材料：鋁合金LV12。功能：承載試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。激振器：型?hào)：JZ-50指標(biāo)：水平頻率：0.5-3000Hz，最大位移：8mm，激振力：500N，重量：28kg，功能：使水平臺(tái)振動(dòng)。功率放大器：型號(hào)：GF-500W指標(biāo)：失真度：<1%，噪聲：<10mv，輸出阻抗：0.5Ω，工作頻率：DC~10000Hz，輸出電流：25A，輸出電壓：25V，功率：500W，供電電壓：220V，尺寸：44×48×18cm，重量：18g，功能：為激振器提供輸出功率。圖SEQ圖\*ARABIC5水平振動(dòng)臺(tái)和激振器圖SEQ圖\*ARABIC6功率放大器四、加載地震波說(shuō)明本次競(jìng)賽采用振動(dòng)臺(tái)單方向加載，通過(guò)輸入地震動(dòng)數(shù)據(jù)模擬地震作用。模型的加載方向由抽簽決定。振動(dòng)臺(tái)輸入的地震波分三級(jí)輸入（波形文件見(jiàn)附件）：（1）第一級(jí)輸入的地震波：地震波數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)間間隔t為0.005s，即數(shù)據(jù)采樣頻率f為200Hz，波形時(shí)長(zhǎng)為32s，波形如圖7所示。圖SEQ圖\*ARABIC7第一級(jí)輸入地震波譜（2）第二級(jí)輸入的地震波：地震波數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)間間隔t為0.002s，即數(shù)據(jù)采樣頻率f為500Hz，波形時(shí)長(zhǎng)為90s，波形如圖8所示。圖SEQ圖\*ARABIC8第二級(jí)輸入地震波譜（3）第三次輸入的地震波：地震波數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)間間隔t為0.002s，即數(shù)據(jù)采樣頻率f為500Hz，波形時(shí)長(zhǎng)為90s，波形如圖9所示。圖SEQ圖\*ARABIC9第三次輸入地震波普五、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)度和頻譜成份地震波作用下的承載能力。加載時(shí)第一級(jí)、第二級(jí)、第三級(jí)地震波功率放大器的增益(Gala)旋鈕分別調(diào)至90度、90度、145度位置，此時(shí)，三級(jí)加載的設(shè)備輸入電壓和數(shù)據(jù)采樣頻率控制值如下表所示：表格SEQ表格\*ARABIC1設(shè)備加載輸入技術(shù)參考值加載等級(jí)輸入電壓采樣頻率加載時(shí)間臺(tái)面最大加速度參考值第一級(jí)6V200Hz32秒1.853第二級(jí)4.5V500Hz90秒1.145第三級(jí)4V500Hz90秒0.780因設(shè)備固有性能限制，在加載過(guò)程中可能會(huì)有臺(tái)面與限位裝置撞擊的現(xiàn)象發(fā)生，由此產(chǎn)生的高頻加速度分量亦認(rèn)定是荷載作用。而當(dāng)其引起的結(jié)構(gòu)不良反應(yīng)達(dá)到賽題中模型失效判定準(zhǔn)則時(shí)，均判定為加載失敗。六、制作材料表格SEQ表格\*ARABIC2每一組發(fā)放制作材料標(biāo)準(zhǔn)材料規(guī)格（mm）數(shù)量（每組）桐木條6×6×90010根桐木條4×4×90010根竹皮1250×630×0.20.5張七、底板模型制作完成后，將在檢錄模型的當(dāng)天，于檢錄合格之后在工作人員的指導(dǎo)下現(xiàn)場(chǎng)固定在底版上。底板在制作期內(nèi)不會(huì)發(fā)放給參賽隊(duì)，僅在檢錄當(dāng)天發(fā)放底板，并且在固定模型時(shí)不得對(duì)底板進(jìn)行任何處理，以下是底板的實(shí)物圖和幾何尺寸圖。圖SEQ圖\*ARABIC10底板實(shí)物圖圖SEQ圖\*ARABIC11底板平面圖及尺寸圖SEQ圖\*ARABIC12底板側(cè)視圖及尺寸八、模型失效準(zhǔn)則模型尺寸及構(gòu)造等不符合要求；加載荷重?zé)o法放置于模型指定位置；第一級(jí)加載時(shí)不得出現(xiàn)任何損壞，否則失效；第二級(jí)加載時(shí)允許部分桿件失效，但節(jié)點(diǎn)不能拉脫，結(jié)構(gòu)不發(fā)生垮塌，否則失效；第三級(jí)加載時(shí)不得出現(xiàn)整體垮塌，否則失效；注意：在加載過(guò)程中出現(xiàn)加載配重掉落或滑出，或者出現(xiàn)無(wú)法放置加載配重的情況，判定為模型失效；九、檢錄與加載流程9.1模型檢錄檢錄時(shí)間：檢錄時(shí)間為比賽前一天下午；檢錄內(nèi)容：模型尺寸及結(jié)構(gòu)布置是否符合要求，觀察模型是否能夠加載配重，模型稱(chēng)重，模型編號(hào)，參賽隊(duì)員確認(rèn)簽字，存放模型；檢錄流程：1.檢查模型尺寸及制作是否符合賽題，若符合進(jìn)行下一步，若不符合允許在檢錄結(jié)束之間修改再提交；2.在工作人員引導(dǎo)下進(jìn)行模型稱(chēng)重，得到模型質(zhì)量（第i組模型質(zhì)量）；3.在工作人員的安排下抽取模型加載方向；4.模型稱(chēng)重完成之后在工作人員的指導(dǎo)下進(jìn)行底板安裝；5.模型固定完成之后領(lǐng)取編號(hào)，并確認(rèn)簽字，存放好模型之后立即離場(chǎng)，不得在模型存放室逗留。6.所有模型統(tǒng)一存放在一個(gè)地方，待第二天加載時(shí)取出。9.2加載流程1.參賽隊(duì)員在工作人員的帶領(lǐng)下領(lǐng)取自己的模型（檢錄時(shí)編號(hào)即為第二天的加載順序）；2.聽(tīng)到指令之后參賽隊(duì)伍拿上模型進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行答辯，參賽隊(duì)有2分鐘時(shí)間進(jìn)行陳述，之后評(píng)委提問(wèn)2分鐘；3.答辯結(jié)束后，按序進(jìn)入加載場(chǎng)地候場(chǎng)區(qū)候場(chǎng)，等待加載測(cè)試。4.得到加載指令后，迅速將已經(jīng)固定好的模型安裝在振動(dòng)臺(tái)上，緊固螺栓，準(zhǔn)備進(jìn)行加載。賽場(chǎng)內(nèi)安裝時(shí)間不得超過(guò)2分鐘。5.一切準(zhǔn)備就緒之后，進(jìn)行加載，先將規(guī)定荷重放置于規(guī)定位置處，待荷重放置完畢之后，向工作人員示意，即逐級(jí)時(shí)間地震荷載，直至模型失效；依次進(jìn)行三級(jí)加載，每級(jí)加載完成后依據(jù)失效評(píng)判準(zhǔn)則評(píng)價(jià)模型是否失效。6.以上過(guò)程由各隊(duì)自行完成，賽會(huì)人員僅負(fù)責(zé)控制儀器，判定失效和記錄結(jié)果。如在此過(guò)程中出現(xiàn)模型損壞，則視為喪失比賽資格；7.加載完成之后，參賽隊(duì)員立即將模型拆卸下來(lái)并存放到指定存放室；8.比賽完成之后，由于需要，所有模型由主辦方處理。十、評(píng)分細(xì)則10.1總分構(gòu)成結(jié)構(gòu)評(píng)分按總分100分計(jì)算，其中包括：計(jì)算書(shū)及設(shè)計(jì)圖5%共5分結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量5%共5分現(xiàn)場(chǎng)陳述與答辯5%共5分加載得分85%共85分10.2評(píng)分細(xì)則計(jì)算書(shū)得分（1）創(chuàng)新性說(shuō)明共5分注：計(jì)算書(shū)內(nèi)容應(yīng)包括模板內(nèi)的所有內(nèi)容，允許調(diào)整順序和增加內(nèi)容，不得刪減內(nèi)容。B.結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量結(jié)構(gòu)合理性與創(chuàng)新性共3分模型制作美觀性共2分C.現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)陳述共3分現(xiàn)場(chǎng)答辯共2分D.加載得分第i組的加載得分將由效率參數(shù)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)分，的計(jì)算方式如下：若第i組僅成功加載第一級(jí)荷載，則第i組的效率參數(shù)計(jì)算方式如下：若