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.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。
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