五邑大學(xué)2014年學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽賽題

PAGEPAGE3五邑大學(xué)2014年學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽賽題1.題目名稱抗船撞雙跨全鋼結(jié)構(gòu)橋梁模型設(shè)計鋼橋根據(jù)主要承重結(jié)構(gòu)的受力體系可以分：梁式橋，拱橋，剛構(gòu)橋，斜拉橋，懸索橋和混合體系橋梁，見圖1.（a）梁式鋼橋（b）鋼拱橋（c）剛構(gòu)橋（d）斜拉橋（e）懸索橋（f）混合體系橋圖1鋼橋的種類2．命題背景隨著我國跨江河以及海峽海灣大橋的日益增多和船舶運輸業(yè)的快速發(fā)展，橋梁遭受船舶撞擊的事故時有發(fā)生，輕者橋梁受損，重者橋梁垮塌。例如，2007年6月巧日晨,一條長70米左右的運沙船滿載2000噸左右河沙行至九江大橋河面時，因霧天偏離主航道，試圖從九江大橋主航道旁一個橋眼穿行，導(dǎo)致運沙船撞到橋墩，九江大橋靠鶴山段200多米的橋面坍塌，事故同時造成4輛汽車落水,一艘中型運沙船沉沒,8人死亡，事故現(xiàn)場見圖2。這也是我國有史以來最嚴重的一次船撞橋事故。圖2船撞橋事故現(xiàn)場圖2船撞橋事故現(xiàn)場國外專家的統(tǒng)計分析表明，在所有導(dǎo)致大型橋梁垮塌事故的因素中，船舶撞擊的比例排第三位。船撞橋事故不但涉及到船舶通行的安全,也會嚴重影響著橋梁的安全運營,然而，目前我國橋梁規(guī)范中有關(guān)船撞橋的預(yù)防措施還很不完善,難以滿足我國橋梁設(shè)計的需要，因此，對船撞橋破壞機理研究就成為工程界越來越關(guān)心的問題。本次結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽以大噸位船舶沖撞橋梁的災(zāi)害為題目，具有重要的現(xiàn)實意義和工程針對性。3．賽題概述本次競賽的題目考慮到可操作性，以沿斜面滑下后水平運動的質(zhì)量球模擬水上行船，撞擊一個雙跨全鋼結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)模型的中間橋墩。橋梁結(jié)構(gòu)模型及加載系統(tǒng)如圖3所示，其中雙跨橋梁結(jié)構(gòu)模型（虛線范圍所示的部分）由參賽各隊在規(guī)定的時間內(nèi)場完成。模型橋面承受的豎向荷載由附加配重鋼板實現(xiàn)，兩塊配重鋼板由主辦方現(xiàn)場統(tǒng)一提供；橋墩底部與混凝土臺座由學(xué)生自行用熱熔膠現(xiàn)場提前粘接固定。160160100100配重配重質(zhì)量球軌道質(zhì)量球軌道23橋墩23橋墩支架350（撞擊點高度）熱熔膠粘接支架350（撞擊點高度）熱熔膠粘接基礎(chǔ)臺座支架基礎(chǔ)臺座支架（a）側(cè)視圖（a）側(cè)視圖600600600600500500500500鋼蓋板鋼蓋板橋面板配重配重橋面板配重配重橋臺支座橋臺支座?70?700撞擊點350600橋墩350600橋墩熱熔膠粘接熱熔膠粘接（b）側(cè)視圖（b）側(cè)視圖圖3橋梁模型及加載系統(tǒng)示意圖圖3橋梁模型及加載系統(tǒng)示意圖4．模型要求橋梁模型原材料采用PVC塑料線槽，連接采用502膠水。橋梁設(shè)計與建造的內(nèi)容包括橋臺、橋梁上部結(jié)構(gòu)、橋墩和基礎(chǔ)四部分，本次競賽要求學(xué)生完成其中的上部結(jié)構(gòu)和橋墩部分（這兩部分以下簡稱橋梁結(jié)構(gòu)）。橋梁結(jié)構(gòu)模型的形狀和尺寸要求詳見圖4。4.1模型形狀尺寸模型應(yīng)模擬雙跨全鋼結(jié)構(gòu)橋梁，且在總跨度的跨中設(shè)置橋墩。模型橋梁的總凈跨度為1000mm；橋面板總長度1200mm（兩端預(yù)留100mm以支撐著橋臺面上），寬度為160mm，厚度自行設(shè)計；橋墩（含橫梁）的高度的范圍為600—700mm，橋面底部至橋墩底部的高度為700mm。模型的寬度不得超過橋面寬度的范圍，橋面以上部分的模型高度不作限制。（模型尺寸誤差允許范圍為±2mm）600600600600500500500500橋面板橋面板橋墩橋墩≥6007≥600700禁止占用的空間禁止占用的空間≤200≤200（a）結(jié)構(gòu)模型的尺寸（a）結(jié)構(gòu)模型的尺寸160160固定配重的凹槽尺寸200X100X20凹槽在橋面以上具體見側(cè)視圖固定配重的凹槽尺寸200X100X20凹槽在橋面以上具體見側(cè)視圖固定配重的凹槽尺寸200X100X20凹槽在橋面以上具體見側(cè)視圖固定配重的凹槽尺寸200X100X20凹槽在橋面以上具體見側(cè)視圖250250（b）橋面板示意圖（b）橋面板示意圖圖4橋梁結(jié)構(gòu)模型的尺寸的要求 圖4橋梁結(jié)構(gòu)模型的尺寸的要求4.2橋梁使用要求橋梁結(jié)構(gòu)模型需滿足基本的使用要求，具有足夠的豎向承載能力，其中橋面板結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的承載剛度。為滿足最高水位下的通航條件，在橋的凈跨內(nèi)除離跨中線左右100mm的范圍以外、橋墩底部以上500mm范圍內(nèi)（圖示的虛紅線范圍內(nèi)）不得在設(shè)置任何構(gòu)件，為禁止占用的空間。4.3模型加載要求要求在橋梁結(jié)構(gòu)的橋面上按圖4中橋面板示意圖的位置對稱設(shè)置兩個200X100X20mm的凹槽或其他措施，以放置98X98X30mm的鋼板配重。兩個橋墩可采用實腹式或格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，采用格構(gòu)式時需在離橋墩底面350mm處設(shè)置橫桿，且提供以沖擊點為中心的225mm2面積的實體表面，以保證沖擊的可靠實施。注意圖中給出的橋墩和橋面形式或形狀僅啟示意作用，沒有強制性，設(shè)計者在要求的范圍內(nèi)可以自由發(fā)揮，但要滿足加載系統(tǒng)安裝和實驗的需要，否則，造成模型不能安裝或不能加載，責(zé)任由設(shè)計制作者自負。4.4特別提示為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力，允許設(shè)計者在橋墩上的擬沖擊點附近采取措施減緩沖擊效應(yīng)，但減緩措施的結(jié)構(gòu)必須是獨立的，其構(gòu)造不得破壞橋墩結(jié)構(gòu)的完整性和美觀性，構(gòu)件不得超過結(jié)構(gòu)設(shè)計的許可范圍。5．模型的加載與測量5.1加載裝置加載裝置由基礎(chǔ)臺座、橋臺支座、四塊配重鋼板（98X98X30mm，1.89kg）、兩塊鋼蓋板、撞擊質(zhì)量球(直徑100mm，4kg)、質(zhì)量球軌道及其支架組成，詳見圖3?；A(chǔ)臺座采用輕質(zhì)混凝土長條磚；基礎(chǔ)臺座采用重80kg的鋼臺座；質(zhì)量球軌道由水平段和傾斜段組成，采用6號槽鋼。5.2測量工具測量工具包括卷尺，電子稱和記號筆等。5.3模型的安裝（1）橋墩底部與基礎(chǔ)臺座的連接橋墩底部與基礎(chǔ)臺座連接采用熱熔膠。各隊選手入場后，在主辦方工作人員監(jiān)督下自行完成結(jié)構(gòu)模型的安裝。（2）橋面板與橋臺支座的連接將橋面板兩端預(yù)留的100mm部分置于橋臺支座上，用給定的鋼蓋板壓住即可。（3）橋面板與配重的連接比賽時將規(guī)定數(shù)量的橋面配重放入事先完成的配重凹槽中即可。5.4模型撞擊加載制度競賽撞擊加載共分六級，每級采用質(zhì)量球沿斜面的不同長度（簡稱荷載長度L），L分別為400mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm。6．模型材料競賽期間，主辦方為各參賽隊提供統(tǒng)一的PVC塑料線槽和502膠水，用于模型制作。學(xué)生不得在模型的任何部位采用其它材料，比賽中一旦發(fā)現(xiàn)，當即取消比賽資格。PVC線槽型號PVC-40系列，規(guī)格為30mm*16mm，線槽由U型槽和蓋板兩部分組成，其形狀見圖5.PVC線槽材料的有關(guān)性能參考值：密度為1.30～1.58g/cm3；吸水率(%)，抗拉強度為45～50MPa，彈性模量為3.3GPa，斷后伸長率為20～40%，沖擊韌度為30～40kJ/m2圖5PVC線槽的形狀7.競賽規(guī)則（1）各隊進場簽到，到期后抽簽確定比賽順序；（2）主辦方負責(zé)對各隊的模型進行稱量，確定模型質(zhì)量m。（3）比賽場地允許有兩個隊，一個隊安裝模型，一個隊進行加載實驗；（4）得到入場指令后，各隊隊員需迅速將模型固定于加載臺座上，并固定需裝配到模型上的配重及加載裝置，安裝過程不得超過3分鐘。安裝完成后等待加載；若沒有（5）然后依次進行六級加載，記錄結(jié)構(gòu)破壞時的荷載長度LF；超過最大荷載長度Lmax=1400mm，結(jié)構(gòu)仍未破壞時，停止加載，記錄LF=Lmax（6）模型破壞準則：模型發(fā)生整體傾覆、喪失豎向承載能力或出現(xiàn)配重脫落情況，視為模型失效，并以前一次加載長度計算模型得分。模型中任一受力構(gòu)件出現(xiàn)破壞或連接失效后只要結(jié)構(gòu)還能正常承受豎向荷載，就不判定其模型破壞，有爭議的模型失效由評委進行評價是否可以繼續(xù)比賽。8.成績評定7.1評分分配比賽分別從設(shè)計與制作說明書、結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量、模型加載性能三方面進行綜合評定。評分采用百分制，各部分最高分數(shù)分配見下表：設(shè)計與制作說明書結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量模型加載性能總分10分30分60分100分7.2.成績評定（1）成績評定由教師評審委員會承擔(dān)，負責(zé)有關(guān)打分和評判模型的破壞；（2）設(shè)計與制作說明書、結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量兩項成績評定采用打分法，滿分為40分。在所有教師的打分中，去掉一個最高分和一個最低分后，取平均值作為前兩項得分S1.（3）模型加載性能評分分兩步完成：第一步，模型的綜合性能測試值C按公式（1）計算：（1）其中LF為模型破壞前一級的加載長度；為設(shè)定的最大加載長度，Lmax=1400mm；m為模型質(zhì)量。第二步，在所有模型的性能測試值找出最大值Cmax，則模型的加載性能得分S2按公式（2）計算：（2）（4）模型加載性能最后得分按公式（3）計算：（3）特別聲明：（1）第一級加載模型就破壞者，模型加載性能得分為零。（2）若主辦方在檢測模型時出現(xiàn)以下情況，則取消其比賽資格：