第十六屆北京林業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽

1、第十六屆北京林業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽一、題目承受多荷載工況的大跨度空間結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與制作二、競(jìng)賽概況競(jìng)賽內(nèi)容包括三個(gè)部分：模型設(shè)計(jì)，模型制作，模型測(cè)試三、材料和工具3.1 竹材，用于制作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。竹材規(guī)格及數(shù)量如表1所示，竹材參考力學(xué)指標(biāo)如表2所示。表1竹材規(guī)格及用量竹材規(guī)格竹材名稱(chēng)數(shù)量竹皮1250mm430mm0.50mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮2 張1250mm430mm0.35mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮2 張1250mm430mm0.20mm本色側(cè)壓?jiǎn)螌訌?fù)壓竹皮2 張竹條900mm6mm1mm20根900mm2mm2mm20根900mm3mm3mm20根注：竹條實(shí)際長(zhǎng)度為930mm。表2竹材參

2、考力學(xué)指標(biāo)密度順紋抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度彈性模量0.789g/cm3150MPa65MPa10GPa3.2 膠水：用于模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接，組委會(huì)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(gòu)件使用，稱(chēng)重時(shí)掛繩綁扎在結(jié)構(gòu)上一起稱(chēng)重，組委會(huì)提供。四、結(jié)構(gòu)模型本次比賽要求參賽隊(duì)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)大跨度空間屋蓋結(jié)構(gòu)模型，模型構(gòu)件允許的布置范圍為兩個(gè)半球面之間的空間，如圖1所示，內(nèi)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(lái)經(jīng)受三項(xiàng)加載試驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)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(shè)置加載點(diǎn)，競(jìng)賽模型加載點(diǎn)見(jiàn)圖2，在半徑為150mm和半徑260mm的兩個(gè)圓上共設(shè)置8個(gè)加載點(diǎn)，加載點(diǎn)允許高度范圍見(jiàn)加載點(diǎn)剖面圖，可在此范圍內(nèi)布置加載點(diǎn)。圖2 加載點(diǎn)位置示意圖制作時(shí)選用2mm粗高強(qiáng)尼龍繩，綁成繩套，固定在加載點(diǎn)上，繩套只能捆綁在節(jié)點(diǎn)位置，尼龍繩僅做掛重用，不兼作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。每根尼龍繩長(zhǎng)度不超過(guò)150mm，捆綁方式自定，每個(gè)加載點(diǎn)處選手需用紅筆標(biāo)識(shí)出以加載點(diǎn)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(shè)置在此區(qū)域中。加載過(guò)程中，綁繩不得滑動(dòng)出此區(qū)域。圖3 加載點(diǎn)卡槽示意圖六、模型理論方案要求：理論方案指模型的設(shè)

4、計(jì)說(shuō)明書(shū)和計(jì)算書(shū)。計(jì)算書(shū)要求包含：結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)建模及計(jì)算參數(shù)、多工況下的受荷分析、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、模型加工圖(含材料表)。七、初賽要求(1)幾何外觀尺寸檢測(cè)模型構(gòu)件允許存在的空間為兩個(gè)半球體之間，如圖1所示。檢測(cè)時(shí)，將已安裝模型的承臺(tái)板放置于檢測(cè)臺(tái)上，采用如圖4的檢測(cè)裝置A和B。檢測(cè)裝置已考慮了允許選手有一定的制作誤差。要求檢測(cè)裝置在檢測(cè)過(guò)程中，模型構(gòu)件不與檢測(cè)裝置發(fā)生接觸。若模型構(gòu)件與檢測(cè)裝置接觸，則代表檢測(cè)不合格，不予進(jìn)行下一步檢測(cè)。(2)加載點(diǎn)位置檢測(cè)采用如圖5的檢測(cè)裝置C檢測(cè)8個(gè)豎直加載點(diǎn)的位置。該檢測(cè)臺(tái)有8個(gè)以加載點(diǎn)垂足為圓心，15mm為半徑的圓孔。選手需在檢測(cè)時(shí)捆綁的每個(gè)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(dòng)之后，可以同時(shí)穿過(guò)圓孔，但都不與圓孔接觸，則檢測(cè)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(duì)員在工作臺(tái)上自行完成，過(guò)程中如有損壞，責(zé)任自負(fù)。如未能通過(guò)以上兩項(xiàng)檢測(cè)，則判定模型失效，不予加載。(3)模型自重比拼通過(guò)以上兩項(xiàng)檢測(cè)的模型將根據(jù)自重由輕到重進(jìn)行排序，排名前十六的作品進(jìn)入決賽。(a) 外輪廓檢測(cè)裝置A(b) 內(nèi)輪廓檢測(cè)裝置B圖4 幾何外觀尺寸檢測(cè)裝置示意圖(單位：mm)圖5 豎直加載點(diǎn)位置檢測(cè)裝置C(單位：mm)八、決賽流程8.1 模型安裝到承臺(tái)板1)安裝前先對(duì)模型進(jìn)行稱(chēng)重(

6、包括繩套)，記MA(精度0.1g)。2)參賽隊(duì)將模型安裝在承臺(tái)板上。安裝時(shí)模型與承臺(tái)板之間采用自攻螺釘(1g/顆)連接，螺釘總質(zhì)量記為MB(單位：g)；整個(gè)模型結(jié)構(gòu)(包括螺釘)不得超越規(guī)定的內(nèi)外球面之間范圍(內(nèi)半徑375mm，外半徑550mm)，若安裝時(shí)自己破壞了模型結(jié)構(gòu)，不得臨時(shí)再做修補(bǔ)。3)模型總重M1=MA+MB(精度0.1g)8.2 模型安裝到加載臺(tái)參賽隊(duì)將安裝好模型的承臺(tái)板抬至加載臺(tái)支架上，將點(diǎn)1對(duì)準(zhǔn)加載臺(tái)的x軸負(fù)方向，用G型木工夾夾住底板和加載臺(tái)，每隊(duì)提供8個(gè)夾具，由各隊(duì)任選夾具數(shù)量和位置，也可不用。在模型豎直加載點(diǎn)的尼龍繩吊點(diǎn)處掛上加載繩，在加載繩末端掛上加載掛盤(pán)，每個(gè)掛盤(pán)及加載

7、繩的質(zhì)量之和約為每套500g。調(diào)節(jié)水平加載繩的位置到水平位置，水平加載掛盤(pán)在施加第三級(jí)水平荷載的時(shí)候再掛上。8.3 加載考核前準(zhǔn)備在模型的第一、二級(jí)加載過(guò)程中，通過(guò)位移測(cè)量裝置對(duì)結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)的垂直位移進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量點(diǎn)處粘貼組委會(huì)提供的鋁片，采用位移計(jì)進(jìn)行位移測(cè)量。參賽隊(duì)員必須在該位移測(cè)量處設(shè)置支撐鋁片的桿件。鋁片應(yīng)粘貼牢固，加載過(guò)程中出現(xiàn)脫落、傾斜而導(dǎo)致的位移計(jì)讀數(shù)異常，各參賽隊(duì)自行負(fù)責(zé)。安裝過(guò)程由各隊(duì)自行完成，賽會(huì)人員負(fù)責(zé)監(jiān)督、標(biāo)定測(cè)量?jī)x器和記錄。如在此過(guò)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(shí)將施加三級(jí)荷載，第一級(jí)荷載在所有8個(gè)點(diǎn)上施加豎直

8、荷載；第二級(jí)荷載內(nèi)圈及外圈這兩圈加載點(diǎn)中各抽簽選出2個(gè)加載點(diǎn)施加豎直荷載；第三級(jí)荷載在內(nèi)圈加載點(diǎn)中抽簽選出1個(gè)加載點(diǎn)施加水平荷載。（第二級(jí)和第三級(jí)加載點(diǎn)抽簽決定。）第一級(jí)是豎直荷載，在所有加載點(diǎn)上每點(diǎn)施加5kg的豎向荷載；第二級(jí)是在第一級(jí)的荷載基礎(chǔ)上在選定的4個(gè)點(diǎn)上每點(diǎn)施加4-6kg的豎向荷載（注：每點(diǎn)荷載需是同一數(shù)值）；第三級(jí)是在前兩級(jí)荷載基礎(chǔ)上，施加變方向水平荷載，大小在4-8kg之間。第二、三級(jí)的可選荷載大小由參賽隊(duì)伍自己選取，按1kg為最小單位增加。現(xiàn)場(chǎng)采用砝碼施加荷載，有1kg和2kg兩種規(guī)格。(1)第一級(jí)加載：在圖2中的8個(gè)加載點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)施加5kg的豎向荷載；并對(duì)豎向位移進(jìn)行檢測(cè)。

9、在持荷第10秒鐘時(shí)讀取位移計(jì)的示數(shù)，位移不超過(guò)12mm，則認(rèn)為該級(jí)加載成功。否則，該級(jí)加載失效，不得進(jìn)行后續(xù)加載。(2)第二級(jí)加載：在第一級(jí)的荷載基礎(chǔ)上，在抽簽選出的4個(gè)荷載加載點(diǎn)處施加4-6kg的豎向荷載(每個(gè)點(diǎn)荷載相同)；并對(duì)豎向位移進(jìn)行檢測(cè)。在持荷第10秒鐘時(shí)讀取位移計(jì)示數(shù)，位移不超過(guò)12mm，則認(rèn)為該級(jí)加載成功。否則，該級(jí)加載失效，不得進(jìn)行后續(xù)加載。(3)第三級(jí)加載：在前兩級(jí)的荷載基礎(chǔ)上，在抽簽選出的加載點(diǎn)上施加變動(dòng)方向的水平荷載。比賽選手首先在I點(diǎn)處掛上選定荷載。而后參賽隊(duì)伍自己推動(dòng)已施加荷載的可旋轉(zhuǎn)加載裝置，依次經(jīng)過(guò)、四點(diǎn)，并且不受到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的阻擋。這四個(gè)點(diǎn)的位置關(guān)系如圖6所示。轉(zhuǎn)

10、到、這四點(diǎn)時(shí)，應(yīng)各停留5秒鐘。如果加載的過(guò)程中，模型沒(méi)有失效，則加載成功。以上三級(jí)的總加載時(shí)間不超過(guò)4分鐘。若超過(guò)此時(shí)間，每超過(guò)1分鐘總分扣去2分，扣分累加。圖6 第三級(jí)荷載加載方式無(wú)特殊情況下(是否特殊情況由專(zhuān)家組判定)，每個(gè)隊(duì)伍從模型安裝到加載臺(tái)上到加載結(jié)束應(yīng)在10分鐘內(nèi)結(jié)束，若超過(guò)此時(shí)間，每超過(guò)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(gòu)型，只要滿(mǎn)足題目要求的結(jié)構(gòu)均為可行模型)8.6 模型失效評(píng)判準(zhǔn)則加載過(guò)程中，出現(xiàn)以下情況，則終止加載，本級(jí)加載及以后級(jí)別加載成績(jī)?yōu)榱悖?1)加載過(guò)程中，若模型結(jié)構(gòu)發(fā)生整體傾覆、垮塌，則終止加載，本級(jí)加載及以后級(jí)別加載成績(jī)?yōu)榱悖?2)如果設(shè)置的掛繩斷裂或者脫落失效，也應(yīng)視為模型失效；(3)第一級(jí)或第二級(jí)荷載加載時(shí)撓