第一届大学生结构设计竞赛

 

1 背景：

 

我国东南沿海地区人口稠密，经济发达，但也是遭受台风影

响最频繁，破坏最严重的地区之一。随着科技不断发展和技术逐

 

步成熟，城市建筑物主体受风灾破坏已呈大幅度降低趋势，但以

 

广告牌为代表的围护结构的破坏比例却呈一定上升趋势。

 

单立柱三面广告牌（如图 1）由于其自重轻，刚度小，且具

 

有大面积的偏心围护构造，使得该结构在风灾中极易发生弯扭破

 

坏；同时存在由于施工荷载和临时挂载的可能性，因此单面偏心

 

负重而对结构产生的潜在威胁也不容小觑。

 

2 总体模型

 

总体模型由鼓风机、加载台（含测距仪）和单立柱三面广告

图 1 单立柱三面广告牌

牌模型组成，如图 2 所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（a）正视图                   （b）侧视图

 

图 2 总体模型（仪器未油漆，待修改）

 

 

2.1鼓风机与加载台布置

 

鼓风机型号为 CZR90，功率 750W，转速 2800r/min，风量 20m³/min，风压 1900pa。

 

鼓风机位于展牌右侧，出风口距离展牌 550mm，限位装置位于模型左侧和左后侧，示意图如图 3

 

所示。加载台由承载板，限位装置及相关支架组成，参考图 3。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 3 鼓风机吹风处及限位示意图

 

2.2            单立柱三面广告牌模型

 

模型由底板和上部广告牌结构组成。

 

底板采用竹集成板材，标准尺寸 200mm×200mm，厚度约 10mm。

 

上部广告牌模型分为两个部分，即展牌部分与单柱部分，如图 4 所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 4 展牌示意图

 

展牌部分：

 

1、平面为边长 800mm 的等边三角形，立面高 200mm。三立面全覆竹皮，展牌内部结构形式不

 

限。

 

2、模型检测及称重后，由抽签结果，将展牌面对限位装置面粘贴锡箔纸（共两面），粘贴方式如

 

图 4 主立面图。

 

单柱部分：单柱截面形式不限，满足以下要求：

 

1、柱投影面积不超过 50×50mm²。

 

2、柱投影截面必须覆盖等边三角形的形心位置。

 

3、柱底至展牌底面 600mm 高度的区域为净空区。

 

展牌顶面（高 800mm）设置加载区，加载区设置位置为边长向内部延伸 50mm，如图 4 俯视图。

 

3 模型制作要求

 

3.1             模型的加载台和底板由竞赛主办方统一提供，并在显著位置标注底板的自重（精确到 1g）。各参赛队不得对底板进行任何致重量改变的操作，如挖空、削皮、洒水等，否则视为违规。

 

3.2             模型的其余部分由参赛队制作。模型结构的所有构件、节点及连接部件均采用给定材料与粘结胶水手工制作完成。若模型中出现除指定材料外的任何材料视为违规。

 

3.3             由参赛队选择合适的竖向荷载（质量块）放置在加载区，加载过程中质量块脱落，结构或构件的破损或脱落，则视为失败。

 

3.4             模型应组装为整体，不允许存在机构性部件，且在净空区和模型限定范围外不得出现任何辅助构件（例如压杆、拉索等），否则视为违规。

 

3.5             结构模型采取现场制作的方式进行，制作时间约为 16 小时（具体时间见竞赛日程表）。

 

4 模型材料和制作工具

 

此处提到的模型材料和制作工具均由竞赛主办方统一提供。各参赛队伍不得使用非组委会指定的

 

其它任何材料，否则直接取消其参赛资格或比赛成绩。每队统一配发以下材料：

 

4.1            竹材

 

竹材规格及数量如表 1 所示，竹材参考力学指标如表 2 所示。

 

表         1 竹材规格及用量

 

	竹材规格	竹材名称	数量
	1250mm×430mm×0.50mm	本色侧压双层复压竹皮	3	张
竹皮
	1250mm×430mm×0.35mm	本色侧压双层复压竹皮	3	张
	1250mm×430mm×0.20mm	本色侧压双层复压竹皮	3	张
	900mm×6mm×1mm		25 根
竹条	900mm×2mm×2mm		25 根
	900mm×3mm×3mm		25 根
	900mm×6mm×3mm		25 根

 

表 2 竹材参考力学指标

 

	密度	顺纹抗拉强度	抗压强度	弹性模量
	0.789g/cm3	150MPa	65MPa	10GPa

4.2            粘结材料

 

20ml 的 502 胶水 4 瓶（用于模型制作），热熔胶，胶枪（仅用于模型柱底与竹板粘接）。

 

4.3            质量块（竖向荷载）

 

质量块有三种质量，分别是 5kg、7.5kg 和 10kg。，质量块长 580mm，宽 50mm，卡扣长 40mm，

 

示意图如图 5 所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 5 质量块示意图

 

4.4 制作工具

 

美工刀（2 把），3m 卷尺（1 把），1m 钢尺（1 把），三角板（1 套），砂纸（4 张，粗砂、细砂各

 

2 张），锉刀（1 把）、剪刀（1 把）、手套（3 副）、签字笔（1 支）、铅笔（2 支）、橡皮（1 块）、圆规

 

（1 个）、钳子（2 把）。

 

红色油漆笔（1 支），用于标明迎风面。

 

5 模型检测及称重

 

5.1            模型尺寸不合格判定

 

符合以下情况之一者，判定该模型为不合格，不予加载，参赛模型加载项成绩为零：

 

（1） 结构总高度（计算至最高边缘）超出指定高度（800mm）±5mm；

 

（2） 柱净空高度（计算至展牌底部边缘）超出指定高度（600mm）±5mm；

 

（3） 结构单柱在净空区投影尺寸超过规定范围+3mm；

 

（4） 展牌部分边长超出指定长度（800mm）±5mm，上缘和下缘边长差超出±5mm；

 

（5） 展牌边（含竹皮）未保持平面直线，在自然状态下凹陷或凸起误差超出±3mm；

 

（6） 展牌立面部分封闭不严，出现漏封、孔洞、撕裂、破损。

 

（7） 柱投影截面未覆盖等边三角形的形心位置。

 

5.2            模型称重

 

模型整体称重后，减去底板重量，即为参赛模型的重量。

6 模型加载及评判

 

模型加载分两个阶段：

 

第一阶段：水平向偏心风荷载作用。

 

第二阶段：竖向偏心荷载作用。

 

6.1 加载方法

 

6.1.1 第一阶段

 

该阶段分二级工作：

 

第一级：抽签决定迎风面（展牌三立面，顺时针编号为 A、B、C 面），使用调节杆将模型迎风面

 

调节至正对鼓风机放置于加载台上，并固定。

 

第二级：将鼓风机开启，施加风荷载。

 

该阶段加载时间 30s（自鼓风机开启之时起算），模型不发生失效，则进入下一级加载。

 

6.1.2 第二阶段

 

该阶段分二级工作：

 

第一级：抽签决定加载面；

 

第二级：由参赛队指定加载一组质量块（5kg、7.5kg、10kg），并将质量块放置在加载面上，开始

 

加载。

 

该阶段加载时间为 20s（自参赛队员身体脱离质量块和模型起算）。

 

6. 2 评判标准

 

第一阶段加载时间 30s，第二阶段加载时间 20s，若不出现结构失效，则判定阶段加载成功，成绩

 

有效。

 

加载过程中，出现以下情况，则判定结构失效，终止加载，本级加载及以后级别加载成绩为零：

 

（1）结构发生整体倾覆、垮塌；

 

（2）梁、柱、板、支撑等构件弯折、断裂或脱落；

 

（3）第一阶段模型触发限位装置报警；

 

（4）模型在第一阶段加载过程中展牌未保持三角形的基本形态，局部存在较大变形；

 

（5）展牌蒙皮部分（含锡箔纸）出现撕裂、破损及孔洞。

 

7 评分项及评分标准

 

7.1            模型评分项及分值

 

模型评分项共五项，总分 100 分，其中包括：

（1）计算书以及设计说明——10 分

（2）结构选型与制作质量——10 分

(3）现场表现——5分

（4）风荷作用——45分

（5）竖向荷载作用——30分

7.2 评分标准

7.2.1计算书以及设计说明一10 分

  (1) 计算内容的完整性、准确性6分(2) 图文表达的清晰性、规范性4分

7.2.2 结构选型与制作质量一10 分

  (1) 结构合理性与创新性  5分(2) 模型制作质量与美观性  5分7.2.3 现场表现一-5 分

  (1) 赛前陈述  3分(2) 现场答辩  2分

7.2.4 水平向偏心风荷载作用一45 分

  参赛模型第一阶段中始终未触发限位报警装置，M最小值(Mmia )者得分45 分,其余参赛模型

  得分=45x (参赛模型Mmm值/被评模型M值)。其中，M值为参赛模型自重(g)。

7.2.5 竖向偏心荷载作用一-30 分

  参赛模型中K,最小值者得分30分，其余参赛模型得分=30x( 参赛模型最小K;值/被评模型K;值)。

  其中，K;值按下列公式计算:

  K;=M /1M;  (1)

式中  -模型自重(g),

  M,一质量块质量(kg)。

  以上7.2.1-7.2.5 相加后为各参赛模型综合总评分。7.2.6 获奖名次确定办法

  根据各参赛模型的综合总评分从高分到低分确定获奖名次，并当场宣布竞赛结果。

8 计算书要求

计算书应包括以下内容:

  (1) 赛题解读

  (2) 结构选型分析及结构方案

  (3) 构件尺寸

  (4) 计算分析

  (5) 必要的图纸

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

附件2：泉州信息工程学院科技竞赛经费预算审批表

注：1、本表一式二份，二级学院（中心）存底一份，教务处统一汇总。

2、附科技竞赛项目文件、科技竞赛实施方案或科技竞赛指南。

3、本表按项目填写，明细栏不够填写可以另附后。

说明：预算要符合实际，不得铺张浪费。因赛项较多，在保障竞赛有序开展的前提下，要节俭。

物品仅限比赛使用物品，不包含竞赛奖品。