第十六屆北京林業(yè)大學結構創(chuàng)新設計大賽

1、第十六屆北京林業(yè)大學結構創(chuàng)新設計大賽一、題目承受多荷載工況的大跨度空間結構模型設計與制作二、競賽概況競賽內容包括三個部分：模型設計，模型制作，模型測試三、材料和工具3.1 竹材，用于制作結構構件。竹材規(guī)格及數(shù)量如表1所示，竹材參考力學指標如表2所示。表1竹材規(guī)格及用量竹材規(guī)格竹材名稱數(shù)量竹皮1250mm430mm0.50mm本色側壓雙層復壓竹皮2 張1250mm430mm0.35mm本色側壓雙層復壓竹皮2 張1250mm430mm0.20mm本色側壓單層復壓竹皮2 張竹條900mm6mm1mm20根900mm2mm2mm20根900mm3mm3mm20根注：竹條實際長度為930mm。表2竹材參

2、考力學指標密度順紋抗拉強度抗壓強度彈性模量0.789g/cm3150MPa65MPa10GPa3.2 膠水：用于模型結構構件之間的連接，組委會提供4瓶。3.3 制作工具：剪刀、鉛筆、鋼尺、三角尺等3.4尼龍掛繩，此掛繩僅用于綁扎掛鉤用，不得用于模型構件使用，稱重時掛繩綁扎在結構上一起稱重，組委會提供。四、結構模型本次比賽要求參賽隊設計并制作一個大跨度空間屋蓋結構模型，模型構件允許的布置范圍為兩個半球面之間的空間，如圖1所示，內半球體半徑為375mm，外半球體半徑為550mm。該模型要求以盡可能輕的重量來經受三項加載試驗，同時應力求美觀。(a) 平面圖(b)剖面圖(c)3d圖圖1 模型區(qū)域示意圖

3、(單位：mm)五、模型基本要求：模型需在指定位置設置加載點，競賽模型加載點見圖2，在半徑為150mm和半徑260mm的兩個圓上共設置8個加載點，加載點允許高度范圍見加載點剖面圖，可在此范圍內布置加載點。圖2 加載點位置示意圖制作時選用2mm粗高強尼龍繩，綁成繩套，固定在加載點上，繩套只能捆綁在節(jié)點位置，尼龍繩僅做掛重用，不兼作結構構件。每根尼龍繩長度不超過150mm，捆綁方式自定，每個加載點處選手需用紅筆標識出以加載點為中心，左右各5mm、總共10mm的加載區(qū)域，如圖3所示，綁繩只能設置在此區(qū)域中。加載過程中，綁繩不得滑動出此區(qū)域。圖3 加載點卡槽示意圖六、模型理論方案要求：理論方案指模型的設

4、計說明書和計算書。計算書要求包含：結構選型、結構建模及計算參數(shù)、多工況下的受荷分析、節(jié)點構造、模型加工圖(含材料表)。七、初賽要求(1)幾何外觀尺寸檢測模型構件允許存在的空間為兩個半球體之間，如圖1所示。檢測時，將已安裝模型的承臺板放置于檢測臺上，采用如圖4的檢測裝置A和B。檢測裝置已考慮了允許選手有一定的制作誤差。要求檢測裝置在檢測過程中，模型構件不與檢測裝置發(fā)生接觸。若模型構件與檢測裝置接觸，則代表檢測不合格，不予進行下一步檢測。(2)加載點位置檢測采用如圖5的檢測裝置C檢測8個豎直加載點的位置。該檢測臺有8個以加載點垂足為圓心，15mm為半徑的圓孔。選手需在檢測時捆綁的每個繩套上利用S形

5、鉤掛上帶有100g重物的尼龍繩，尼龍繩直徑為2mm。8根自然下垂的尼龍繩，在繩子停止晃動之后，可以同時穿過圓孔，但都不與圓孔接觸，則檢測合格。尼龍繩與圓孔邊緣接觸則視為失效。以上操作在志愿者監(jiān)督下，由參賽隊員在工作臺上自行完成，過程中如有損壞，責任自負。如未能通過以上兩項檢測，則判定模型失效，不予加載。(3)模型自重比拼通過以上兩項檢測的模型將根據自重由輕到重進行排序，排名前十六的作品進入決賽。(a) 外輪廓檢測裝置A(b) 內輪廓檢測裝置B圖4 幾何外觀尺寸檢測裝置示意圖(單位：mm)圖5 豎直加載點位置檢測裝置C(單位：mm)八、決賽流程8.1 模型安裝到承臺板1)安裝前先對模型進行稱重(

6、包括繩套)，記MA(精度0.1g)。2)參賽隊將模型安裝在承臺板上。安裝時模型與承臺板之間采用自攻螺釘(1g/顆)連接，螺釘總質量記為MB(單位：g)；整個模型結構(包括螺釘)不得超越規(guī)定的內外球面之間范圍(內半徑375mm，外半徑550mm)，若安裝時自己破壞了模型結構，不得臨時再做修補。3)模型總重M1=MA+MB(精度0.1g)8.2 模型安裝到加載臺參賽隊將安裝好模型的承臺板抬至加載臺支架上，將點1對準加載臺的x軸負方向，用G型木工夾夾住底板和加載臺，每隊提供8個夾具，由各隊任選夾具數(shù)量和位置，也可不用。在模型豎直加載點的尼龍繩吊點處掛上加載繩，在加載繩末端掛上加載掛盤，每個掛盤及加載

7、繩的質量之和約為每套500g。調節(jié)水平加載繩的位置到水平位置，水平加載掛盤在施加第三級水平荷載的時候再掛上。8.3 加載考核前準備在模型的第一、二級加載過程中，通過位移測量裝置對結構中心點的垂直位移進行測量。測量點處粘貼組委會提供的鋁片，采用位移計進行位移測量。參賽隊員必須在該位移測量處設置支撐鋁片的桿件。鋁片應粘貼牢固，加載過程中出現(xiàn)脫落、傾斜而導致的位移計讀數(shù)異常，各參賽隊自行負責。安裝過程由各隊自行完成，賽會人員負責監(jiān)督、標定測量儀器和記錄。如在此過程中出現(xiàn)模型損壞，則視為喪失比賽資格。安裝完畢后，不得再觸碰模型。8.4決賽加載考核：比賽時將施加三級荷載，第一級荷載在所有8個點上施加豎直

8、荷載；第二級荷載內圈及外圈這兩圈加載點中各抽簽選出2個加載點施加豎直荷載；第三級荷載在內圈加載點中抽簽選出1個加載點施加水平荷載。（第二級和第三級加載點抽簽決定。）第一級是豎直荷載，在所有加載點上每點施加5kg的豎向荷載；第二級是在第一級的荷載基礎上在選定的4個點上每點施加4-6kg的豎向荷載（注：每點荷載需是同一數(shù)值）；第三級是在前兩級荷載基礎上，施加變方向水平荷載，大小在4-8kg之間。第二、三級的可選荷載大小由參賽隊伍自己選取，按1kg為最小單位增加?，F(xiàn)場采用砝碼施加荷載，有1kg和2kg兩種規(guī)格。(1)第一級加載：在圖2中的8個加載點，每個點施加5kg的豎向荷載；并對豎向位移進行檢測。

9、在持荷第10秒鐘時讀取位移計的示數(shù)，位移不超過12mm，則認為該級加載成功。否則，該級加載失效，不得進行后續(xù)加載。(2)第二級加載：在第一級的荷載基礎上，在抽簽選出的4個荷載加載點處施加4-6kg的豎向荷載(每個點荷載相同)；并對豎向位移進行檢測。在持荷第10秒鐘時讀取位移計示數(shù)，位移不超過12mm，則認為該級加載成功。否則，該級加載失效，不得進行后續(xù)加載。(3)第三級加載：在前兩級的荷載基礎上，在抽簽選出的加載點上施加變動方向的水平荷載。比賽選手首先在I點處掛上選定荷載。而后參賽隊伍自己推動已施加荷載的可旋轉加載裝置，依次經過、四點，并且不受到結構構件的阻擋。這四個點的位置關系如圖6所示。轉

10、到、這四點時，應各停留5秒鐘。如果加載的過程中，模型沒有失效，則加載成功。以上三級的總加載時間不超過4分鐘。若超過此時間，每超過1分鐘總分扣去2分，扣分累加。圖6 第三級荷載加載方式無特殊情況下(是否特殊情況由專家組判定)，每個隊伍從模型安裝到加載臺上到加載結束應在10分鐘內結束，若超過此時間，每超過1分鐘總分扣去2分，扣分累加。8.5 決賽加載3d示意圖 加載3d示意圖(注：本圖的模型僅為參考構型，只要滿足題目要求的結構均為可行模型)8.6 模型失效評判準則加載過程中，出現(xiàn)以下情況，則終止加載，本級加載及以后級別加載成績?yōu)榱悖?1)加載過程中，若模型結構發(fā)生整體傾覆、垮塌，則終止加載，本級加載及以后級別加載成績?yōu)榱悖?2)如果設置的掛繩斷裂或者脫落失效，也應視為模型失效；(3)第一級或第二級荷載加載時撓