料倉(cāng)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與加載試驗(yàn)

1、第八屆武漢大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽暨第三屆湖北省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽選拔賽賽題料倉(cāng)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與加載試驗(yàn)1 命題背景料倉(cāng)為各種松散材料或流動(dòng)性物料的儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，既可儲(chǔ)存物料， 也可控制物料的流量，改變物料的流向。多應(yīng)用于化工、倉(cāng)儲(chǔ)、土木工程、鋼鐵、煤炭、石油等行業(yè)。是一種較常見(jiàn)的小型工程設(shè)備和結(jié)構(gòu)。其主要承受豎向力（物料和結(jié)構(gòu)自重）和水平力（風(fēng)荷載、地震荷載和撞擊荷載等）。結(jié)構(gòu)在偶然荷載（如爆炸、撞擊等）作用下的性能越來(lái)越引起研究者和工程技術(shù)人員的重視。本屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽以工程結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用為背景，擬通過(guò)結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)、 制作與加載試驗(yàn)，探討料倉(cāng)結(jié)構(gòu)在豎向和水平撞擊荷載作用下的受力性能和破壞特點(diǎn)，為該結(jié)

2、構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。2 模型要求（1）料倉(cāng)裝料重量最大為60kg（容重約 4100kg/M3 的鐵砂，噴砂處理用的菱角鐵砂 G18，襄陽(yáng)博航金屬磨料有限公司），料倉(cāng)形狀不限，典型料倉(cāng)示意圖見(jiàn)圖 1 所示。第1頁(yè)/共7頁(yè)第八屆武漢大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽暨第三屆湖北省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽選拔賽賽題（ a）立面圖（ b）平面圖圖 1 模型示意圖（2）模型總高度 H 不超過(guò) 900 mm，平面尺寸不大于200 ×200 mm（水平投影），料倉(cāng)下端出料口離底板高度h 不小于200mm，出料口尺寸不大于60x60mm，出料口中心與模型底板中心重合。料口門可反復(fù)使用，以保證其能夠?qū)崿F(xiàn)多次填料和卸料。

3、（3）料倉(cāng)下端設(shè)置一個(gè)運(yùn)料出口，其尺寸能保證長(zhǎng)160mmX 寬 120mmX高 195mm 的模擬車輛進(jìn)出。（4）模型在離底板高度 200 ±2 mm 處應(yīng)設(shè)置水平?jīng)_擊荷載加載點(diǎn)C 或 C，水平?jīng)_擊荷載采用自由落體高度100mm 的 4kg、 6kg 重物通過(guò)牽引繩產(chǎn)生。加載點(diǎn)必須設(shè)置在模型運(yùn)料出口一側(cè)的最外側(cè)柱上（CD 和OD或CD和OD夾角最大的柱），作用方向?yàn)?C 點(diǎn)和 D 點(diǎn)的連線， D 位于加載臺(tái)中軸線上， D 距離模型底板中心 O 的水平距離為 400mm。（5）選手自行設(shè)計(jì)連接方案（僅限于提供的材料），便于模型與拉索端部第2頁(yè)/共7頁(yè)第八屆武漢大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽暨第三屆湖

4、北省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽選拔賽賽題的 U 形卡可靠連接， U 形卡詳見(jiàn)圖 2。圖2U形卡詳圖圖3 模型底板（6）模型應(yīng)與統(tǒng)一給定底板（400mmX400mmX20mm，膠合板）有可靠連接，模型通過(guò)底板和M10 的螺栓與加載裝置的加載臺(tái)座連接。模型底板見(jiàn)圖3所示。（7）模型上應(yīng)設(shè)置尺寸不小于30mmX30mm 的位移測(cè)試平面，中心離模型底板距離為 400mm，位于模型平面中軸線上（圖1）。第3頁(yè)/共7頁(yè)第八屆武漢大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽暨第三屆湖北省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽選拔賽賽題圖 4加載裝置圖3 模型加載（1）豎向荷載：采用鐵砂模擬料倉(cāng)裝料加載，裝料重量40kg 或 60kg可選。鐵砂填料出口離模型底板高

5、度930mm，進(jìn)料口為50mmX50mm，設(shè)置有快速開(kāi)啟小門，加載時(shí)由工作人員操作開(kāi)啟裝料。裝料完畢持續(xù)時(shí)間 20 秒鐘后分級(jí)施加水平?jīng)_擊荷載。（2）水平加載： 水平荷載分 2 級(jí)施加。砝碼重量分別為4kg、6kg，自由落體高度統(tǒng)一取為 100 mm（即砝碼自由落體100 mm 后，模型開(kāi)始受沖擊荷載作第4頁(yè)/共7頁(yè)第八屆武漢大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽暨第三屆湖北省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽選拔賽賽題用），每級(jí)荷載持續(xù)時(shí)間為20 秒鐘。（3）卸除水平荷載后，開(kāi)始卸料，時(shí)間不超過(guò)2 分鐘。以自然卸除的物料重量作為計(jì)分重量。4 模型材料與工具競(jìng)賽期間，承辦方為各隊(duì)提供如下材料及工具用于模型制作，不得擅自使用其它材料

6、。(1) 竹材：用于制作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。竹材規(guī)格及數(shù)量見(jiàn)表1。表 1竹材規(guī)格及數(shù)量竹材名稱竹材規(guī)格數(shù)量備注本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮1250*430*0.50mm2 張竹材力學(xué)性能參考值：本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮1250*430*0.35mm2 張彈性模量1.0× 104MPa本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮1250*430*0.20mm2 張抗拉強(qiáng)度60MPa(2) 502膠水， 8 瓶（規(guī)格 25 克），用于模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接。(3) 模型底板：底板材料為竹制，厚度20mm ，長(zhǎng)、寬分別為400mm 和400mm。底板上除預(yù)設(shè)孔洞外不得另行鉆孔和減薄加工。底板孔洞標(biāo)注參見(jiàn)圖4。(4) 制作工具：美工刀（

7、 3 把）， 1 米鋼尺（ 1 把），三角板（ 2 塊），圓規(guī)（1 把），砂紙 （ 10 張），銼刀（ 1 把）、剪刀（1 把）、手套（ 3 付）、簽字筆（ 1 支）、鉛筆（ 1 支）、橡皮 1 塊）。(5) 竹材及底板購(gòu)買：杭州邦博科技有限公司，王軍龍：地址：杭州市文一路 310 號(hào)中竹大廈國(guó)家林業(yè)局竹子研究開(kāi)發(fā)中心5 競(jìng)賽流程及要求（1）得到入場(chǎng)指令后， 各隊(duì)隊(duì)員迅速將模型固定于加載臺(tái)座上，并將水平加載裝置與模型水平加載點(diǎn)連接，整個(gè)安裝過(guò)程不得超過(guò)8 分鐘。（2）比賽正式開(kāi)始后，參賽隊(duì)代表先進(jìn)行2 分鐘陳述，之后評(píng)委提問(wèn)2分鐘，然后依次進(jìn)行三級(jí)加載。第5頁(yè)/共7頁(yè)第八屆武漢大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽

8、暨第三屆湖北省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽選拔賽賽題（3）每級(jí)加載時(shí)，出現(xiàn)下列任一情形則判定為模型失效。不能正常完成裝料和卸料；加載過(guò)程中料倉(cāng)任意部位出現(xiàn)可見(jiàn)裂縫或物料泄漏（含出料口）；加載過(guò)程中模型結(jié)構(gòu)垮塌。（4）模型加載成功所對(duì)應(yīng)的荷載和位移才能用于計(jì)算得分。6 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)模型評(píng)分按總分 100 分計(jì)算，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2 所示。項(xiàng)目編號(hào)項(xiàng)目名稱評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分值完整性、準(zhǔn)確性61 計(jì)算書清晰性、規(guī)范性4結(jié)構(gòu)合理性與創(chuàng)新性6備注結(jié)構(gòu)選型及布置、主要構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)詳圖、計(jì)算簡(jiǎn)圖、荷載分析、內(nèi)力分析、承載能力驗(yàn)算等2 模型質(zhì)量模型制作美觀性4現(xiàn)場(chǎng)陳述33 現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)答辯2模型強(qiáng)度50最大荷重比計(jì)50 分4加載試驗(yàn) *2525 分模型剛度最大剛重比計(jì)* 加載試驗(yàn)評(píng)分方法：（1）模型強(qiáng)度 （共 50 分）根據(jù)式（ 1）計(jì)算模型荷重比 E1E1 =WV（ 1）M式中， WV 為出料重量； M 為模型凈重量。根據(jù)各模型荷重比計(jì)算其得分K1，如式（ 2）K1= E150（ 2）E1max式中， E1max 為所有模型中的最大荷重比。（2）模型剛度（共 25 分）第6頁(yè)/共7頁(yè)第八屆武漢大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽暨第三屆湖北省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽選拔賽賽題水平荷載加載成功，根據(jù)該級(jí)荷載下水平位移和荷載大小計(jì)算模型剛度的得分。根據(jù)式（ 3）計(jì)算模型剛重比E22W hiE2=（ 3）