合肥工業(yè)大學(xué)第九屆結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽賽題(1) 2

1、合肥工業(yè)大學(xué)第九屆結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽賽題土木與水利工程學(xué)院科創(chuàng)中心2013.10.01賽題名稱：體育場懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)1、競賽模型競賽模型為體育場看臺上部懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)，采用木質(zhì)材料制作，具體結(jié)構(gòu)形式不限。模型包括下部看臺、過渡鋼板和上部挑篷結(jié)構(gòu)三部分。其中前兩部分通過螺栓連接，由承辦方提供；挑篷結(jié)構(gòu)由參賽選手設(shè)計制作，并通過螺栓與過渡鋼板連接。圖1給出一示意性結(jié)構(gòu)形式。挑篷結(jié)構(gòu)過渡木板下部看臺圖1示意性懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)2、模型要求2.1下部看臺及過渡鋼板看臺底面尺寸600mmx800mm（800mm為懸挑方向），高340mm,剖面呈梯形，頂部寬150mm（如圖2所示）。看臺頂部設(shè)有過渡木板，厚10mm,平面

2、尺寸150mmx600mm。選手賽前在現(xiàn)場將模型固定于木板上。2.2挑篷結(jié)構(gòu)挑篷結(jié)構(gòu)包括支承骨架和圍護材料兩部分。支承骨架由木條制成，形式不限。圍護材料采用120g布紋紙，由承辦方統(tǒng)一提供，各隊自行裁剪粘貼。要求圍護材料在外觀上必須全部覆蓋挑篷上部及背部區(qū)域；即從挑篷上方和后方看，圍護材料不得出現(xiàn)空隙（見圖3）。圍護材料可探出支承骨架邊緣，但其最大探出長度不得大于20mm。仆20120,-15圖2看臺平面圖及剖面圖為保證競賽的公平性、合理性和可操作性，對挑篷幾何尺寸做如下限定：1）在距挑篷前緣60mm區(qū)域內(nèi)（圖4中的A點附近），必須保證屋面平坦，不得有明顯的傾斜和彎曲，以便競賽過程中的加載與測

3、量；2）挑篷結(jié)構(gòu)上弦前緣（即圖4中的A點）高度不得低于600mm,在挑篷結(jié)構(gòu)的下方（即圖4中B點以下以右區(qū)域）不得出現(xiàn)任何構(gòu)件；3）屋面前緣最低點不得低于后緣的最高點，相當(dāng)于圖4中的A點高度不低于C點。4）挑篷結(jié)構(gòu)模型最大寬度不得超過450mm。3、加荷方式采用在懸挑屋蓋上加豎向靜載和風(fēng)荷載的方式考核各隊模型的剛度和承載力。3.1荷載施加1）在距懸挑屋蓋前緣60mm處緩慢施加一重物加載條，測量屋蓋前端在重物荷載作用下的豎向位移（見圖5）,記為d。重物加載條為鋼質(zhì)，截面20mmx20mm,長450mm,重約1.2kg，在屋面上沿垂直懸挑方向放置，測量完畢后取下。2）在懸挑屋蓋前80cm處設(shè)置一鼓

4、風(fēng)機，進行兩檔風(fēng)速加載，第一檔為9m/s（初賽使用），第二檔為12m/s（決賽極限荷載使用，初賽不使用）。測量并記錄風(fēng)速下屋蓋前端的位移時程（見圖6），根據(jù)3.2節(jié)的數(shù)據(jù)處理方法得到結(jié)構(gòu)的風(fēng)振極值響應(yīng)，記為d2。3）決賽進行12m/s風(fēng)速加載，考察模型的極限承載能力，通過者獲得額外附加分。注：模型損壞的標(biāo)志為模型任何構(gòu)件（包括覆面材料）或連接發(fā)生明顯破損。205圖5屋蓋前緣加載位置和測量位置俯視圖圖6模型及鼓風(fēng)機位置示意圖3.2位移測量采用非接觸式測量方式，采用手持式激光位移計測量模型最前端的位移變化，記錄模型重物荷載位移值d1，和風(fēng)振荷載最大位移差d2。綜合靜載和風(fēng)荷載兩種情況，確定模型的綜

5、合位移D=0.5（d+d2）。該值將作為考量結(jié)構(gòu)剛度的依據(jù)。注：以上計算中的位移均取絕對值；12m/s風(fēng)速下僅考察結(jié)構(gòu)極限承載力，不記錄結(jié)構(gòu)位移。模型制作材料及鼓風(fēng)機4.1模型制作材料及工具競賽期間，承辦方為各隊提供如下材料及工具用于模型制作。木材：桐木，長度1250mm,截面規(guī)格有2mmx2mm、2mmx4mm、2mmx6mm,4mmx6mm；1mmx55mm；木材力學(xué)性能參考值：順紋彈性模量1.0 x104MPa，順紋抗拉強度30MPa。120g/m2布紋紙、M4螺栓（無墊片）膠水：502膠水制作工具：美工刀、鋼尺、砂紙、銼刀、改錐、小型鋸子等。4.2鼓風(fēng)機本屆大賽所用鼓風(fēng)機相關(guān)參數(shù)如下表

6、，具體聯(lián)系方式見附件。名稱新型節(jié)能低噪聲軸流風(fēng)機型號SF7-4廠家上海金藍機電設(shè)備成套有限公司功率3kW轉(zhuǎn)速1400n/min風(fēng)量2500m3/h風(fēng)速23m/s全壓力340Pa模型安裝、加載及測試步驟5.1賽前準(zhǔn)備模型稱重：賽前稱量模型無底板時的裸重量將模型安裝在過渡木板上，等待入場。得到入場指令后，迅速將模型及過渡木板抬進場內(nèi)，固定在看臺上，準(zhǔn)備進行加載。以上過程由各隊自行完成，賽會人員負責(zé)監(jiān)督、標(biāo)定測量儀器和記錄。如在此過程中出現(xiàn)模型損壞，則視為喪失比賽資格。5.2加載及測試步驟參賽隊代表進行1分鐘陳述，之后評委提問1分鐘。將重物加載條緩慢放在屋蓋上指定位置處，等待15秒結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定后，根

7、據(jù)位移計上的示數(shù)記錄位移值（精度0.1mm）。取下重物加載條，重新標(biāo)定位移計，然后啟動風(fēng)機施加風(fēng)載，并通過位移計進行實時記錄。如在以上過程中出現(xiàn)模型損壞，則視為比賽失敗。整個加載過程不得超過五分鐘。評分標(biāo)準(zhǔn)（預(yù)賽、決賽）預(yù)賽（一）結(jié)構(gòu)評分按總分100分計算，其中包括：結(jié)構(gòu)重量50%（共50分）結(jié)構(gòu)剛度50%（共50分）（二）評分細則：A結(jié)構(gòu)重量（共50分）在所有成功完成競賽的模型中，質(zhì)量最輕者得50分，最重者得10分，其余隊模型的重量分數(shù)S按下式計算：S二Mmax_M1X40+10iM-Mmaxmin式中：M.為重量最輕者的質(zhì)量，單位g；M為重量最重者的質(zhì)量；M_為所考察模minmax1型的質(zhì)

8、量。本項所得分數(shù)保留小數(shù)點后兩位。B結(jié)構(gòu)剛度（共50分）在所有成功完成競賽的模型中，綜合位移最小者得50分，最大者得10分，其余各隊模型的剛度分數(shù)S2按下式計算：DDS二max1X200+5）2DDmaxmin式中：D1為所考察模型的綜合位移絕對值，Dmax為所有模型中的最大綜合位移，Dmin1maxmin為所有模型中的最小綜合位移，單位mm；本項所得分數(shù)保留小數(shù)點后兩位。以上A-B兩項得分相加，分數(shù)最高者優(yōu)勝。決賽（一）結(jié)構(gòu)評分按總分100分計算，其中包括：A.計算書及設(shè)計圖10%（共10分）B.結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量10%（共10分）C.現(xiàn)場表現(xiàn)5%（共5分）D.結(jié)構(gòu)重量40%（共40分）E.

9、結(jié)構(gòu)剛度20%（共20分）F.額外附加分15%（共15分）（二）評分細則：A.計算書及設(shè)計圖（共10分）計算內(nèi)容的完整性共6分圖文表達的清晰性、規(guī)范性共4分注：計算書要求包含：結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)建模及主要計算參數(shù)、受荷分析、節(jié)點構(gòu)造模型加工圖（含材料表）。B結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量（共10分）a.結(jié)構(gòu)合理性與創(chuàng)新性共6分b.模型制作美觀性共4分C現(xiàn)場表現(xiàn)（共5分）a.賽前陳述共3分共2分b.賽中答辯D結(jié)構(gòu)重量（共40分）在所有成功完成競賽的模型中，質(zhì)量最輕者得50分，最重者得10分，其余隊模型的重量分數(shù)S按下式計算：MMSmaxX430+101MMmaxmin式中：M.為重量最輕者的質(zhì)量，單位g；M為重量最重者的質(zhì)量；M_為所考察模minmax1型的質(zhì)量。本項所得分數(shù)保留小數(shù)點后兩位。E結(jié)構(gòu)剛度（共20分）在所有成功完成競賽的模型中，綜合位移最小者得25分，最大者得5分，其余各隊模型的剛度分數(shù)S2按下式計算：X205+5_DDTOC o 1-5 h zmax12D