第十四届结构设计竞赛0325

大连市第十届大学生结构设计竞赛实施方案
一.竞赛题目
承受正负弯矩的梁模型设计、制作和加载
二．竞赛内容
竞赛内容，即竞赛评分范围如下：
①模型设计理论方案
②现场陈述表现
③现场加载实验
三．竞赛要求
1.理论方案要求
（1）理论方案应包括：设计说明书、方案图和计算书。

设计说明书应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。

（2）理论方案封面必须注明作品名称、参赛学校、参赛队员姓名和专业、指导老师，并加盖参赛学校教务处公章（详见附件一）；正文按设计说明书、方案图和计算书的顺序编排。

除封面外，其余页面均不得出现任何有关参赛学校名称和个人姓名的信息，否则取消参赛资格。

（3）理论方案要求用A4纸打印，一式六份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作自动放弃处理。

2. 设计制作要求
（1）模型制作材料
模型制作材料为组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线和白胶。

不得使用
组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消其参赛资格。

（2）模型尺寸要求
模型界限为一长方体，分为底座和主结构两部分，主结构由两跨组成，中间跨长为
1200mm，悬臂一端跨长为500mm，其横截面高度不大于200 mm，宽度不大于200 mm(详
见图1)；模型需设置一长度不大于100mm的底座，模型在底座范围内其截面宽度为
200mm，沿截面高度方向需设置夹板固定区，以便于设置夹板固定的区域，并保证有足
够的嵌固强度，每边的嵌固外伸段长度不得大于150mm ，嵌固端面需与嵌固台完整接触。

模型的具体限制尺寸如下图所示。

图1 模型轮廓投影限制范围（单位mm ）
（3）模型结构要求
a ）模型底座两端沿竖向需设置用于夹板固定的宽平坦区，每边的固定长度不应小于100mm ，且不超过150mm ，模型与嵌固台的接触面应为平面，以确保模型与嵌固台完全接触。

详见图2。

b ）模型结构的下表面需设置两个加载作用点A 、B ，加载作用点A 距模型右侧悬臂端的水平距离为100±5mm(严格控制误差不得大于+5mm)；加载作用点B 距模型右侧悬臂端的水平距离为1100±5mm ，且A 、B 点都位于沿梁宽方向的中点处，要求在A 、B 点设置可以施加竖向力的拉线环各1个。

另需注意，拉线环的荷载全部由梁传递，不允许任何一部分拉线环的荷载直接传递给模型以外部分。

模型各加载作用点的拉线环须满足承载要求，如发生破坏作加载失败处理。

且拉线环受力拉直后距加载点的垂直距离为10±5mm 。

A 、B 两点均需要用黑色粗线笔标出，赛前需要检验，误差不超过5mm 。

c ）梁模型结构区上表面需保持水平，不得有明显的倾斜和弯曲，便于比赛中量测挠度。

模型上表面需设置两个位移量测点1、2，分别对应于作用点A 、B 的正上方，位置要求同加载点，测点1、2均需要用黑色粗线笔标出，也需赛前需要检验，误
差不超过5mm 。

（4）模型固定要求
模型嵌固端上下将采用长600mm ，宽100mm ，厚度为6mm 的钢质夹板通过螺栓和螺母固定模型，嵌固端固定装置如图2所示。

铰支座不设横向支撑，竖向可升降，，方便模型安装，详见加载装置图。

嵌固台
钢质夹板
模型底座螺孔
嵌固台
模型区域
图2 嵌固端固定装置示意图
（5）变形量测要求
在结构上表面每个测点位置设置一位移测点，每个测量点处上方设置一激光位移计，测点位置见图3，详见加载装置图。

图3 位移量测点位置示意图
（6）模型加载要求
组委会本着同等条件，自然公平原则制作加载试验的所有相关设备。

同时要求参赛模型应能承担具有实际偏差性质的现场条件（如台面微小的不平、加载偶然偏心、自然风随机变化等条件）。

1 加载过程
比赛开始后参赛队必须在5分钟内将模型安装完成，位移计归零，之后开始加载试验。

通过两个位置的竖向加载考核模型的承载力。

加载示意图及过程如下：
图4 加载位置示意图
第一步：悬臂端A处竖向静荷载试验：在裁判的监督下，由参赛队员自行按照图示方式在A处施加竖向荷载，加载次数不超过2次。

规定第一次施加的重量不小于2kg，若加载成功，此时参赛者可自行选择第二次在悬臂端竖向增加的重量（原重量不可卸除）。

只有最后一次的悬臂端加载成功，参赛者方可进行下一步加载。

取两次加载后A 处最大加载重量假设为P，并假设此重量下Ａ处的挠度值为f，这两者计入成绩。

第二步：跨中处竖向静荷载试验：在维持A处竖向荷载的前提下进行B处的竖向静荷载试验。

加载点位于图示的B点，同样由参赛队员按照图示方式施加。

首先加载至重量2P，缓慢卸除悬臂端A处的荷载，卸除荷载后静置10s，加载成功后跨中承重2P 计入B点加载成绩，接下来B点仍有不超过2次的加载机会（原B点重量不可卸除），参赛者可自行选择每次加载增加的重量，但B点总加载重量不得大于4P，以加载成功的B点最大重量和相应挠度计入此环节的成绩，重量记为P′，挠度记为f′。

加载要求：比赛现场提供重量为50kg、10kg、5kg、1kg重量的砝码若干供参赛者
自由组合，加载时队员身体不能接触模型和已加载的砝码。

每级加载后，裁判会在队员手离开砝码后开始计时，必须持荷10秒以上，且变形未超过限值，经监督人员确认，记录下挠度值，评委通过，方能继续下一步加载。

若模型结构失效，即取前一次加载重量和挠度作为最终结果。

整个加载过程不得超过6min。

2 终止加荷标准
凡出现下列情况之一即视为被破坏或失效：
①模型无法按照设计要求正确安装就位；
②模型无法依照比赛组委会规定的加载测量方式进行加载和测量；
③在试验给定约束条件下结构发生扭转、倾覆，位移计无法检测到位移。

④模型在加载过程中出现明显的材料、结构损坏；
⑤模型变形过大：竖向加载过程中模型A处竖向位移限值为50mm，模型B处竖向位移限制为100mm，位移超限即加载失败。

⑥评审委员会认为失效的其它情况。

3 计分办法
结构评分按总分100分计算，其中包括：
A. 计算书及设计图 10%（共10分）
B. 现场陈述 10%（共10分）
C. 结构刚度 20%（共20分）
D. 结构荷重比 60%（共60分）
评分细则如下
A. 计算书及设计图（共10分）
a．计算内容的完整性共6分
b．图文表达的清晰性、规范性共4分
注：计算书要求包含：结构选型、结构建模及主要计算参数、受荷分析、节点构造、模型加工图（含材料表）。

B．现场表现（共5分）
a ．现场陈述 共5分
b ．现场答辩 共5分
C ．结构刚度 （共20分）
在所有成功完成竞赛的模型中，取模型的A 处刚度系数为E ，B 处刚度系数为E ′，其计算公式分别为：
'''
P
P E E f f == 式中：P 为所考察模型的A 点加载成功的最大重量，单位为N ， f 为所考察模型的A 点的竖向绝对位移，单位mm ；P ′为所考察模型跨中B 点加载成功的最大重量，单位为N ， f ′为所考察模型的B 点的竖向绝对位移，单位mm 。

各队模型的刚度分数S 1由两项求和计算，其具体公式如下：（若模型第一步加载没有成绩，此模型的S 1取0，若第二步加载没有成绩，则只取公式的前半部分进行计算）
min min 1max min max min
''812''E E E E S E E E E --=⨯+⨯-- 式中： E 为所考察模型的A 处刚度系数，E max 为所有完成第一步加载的比赛模型中A 处刚度系数的最大值， E min 为所有完成第一步加载的比赛模型中A 处刚度系数的最小值；E ′为所考察模型的B 处刚度系数，E ′max 为所有完成第二步加载的比赛模型中B 处刚度系数的最大值， E ′min 为所有完成第二步加载的比赛模型中B 处刚度系数的最小值。

本项所得分数保留小数点后两位。

D ．结构荷重比 （共60分）
在所有成功完成竞赛的模型中，按照等效荷重比计算出各模型的相对分数，其计算公式如下：
(0.5')/W S P P =+⨯
其中P 代表模型所承受的悬臂端恒载值（N ），'P 代表模型所承受的B 点处最大跨中荷载（N ），W 代表模型自重（N ）；再将S 值为最大（记Smax ）的模型定为满分（60分），其余模型的分数按（S 2=60×S/Smax ）计算。

注：
(1) 以上A-D 各项得分相加，分数最高者优胜。

(2) 前2项均在加载前评毕：模型尺寸、构造及材料等不符合竞赛要求的，或参赛过程中有其他违规行为的将不进入加载试验阶段；各分项得分取实际到场评委评分去掉一个
最高分和一个最低分后的平均分。

附加载装置图：
附件一：大连市第十届大学生结构设计竞赛封面
承受正负弯矩梁的设计理论方案
作品名称
参赛学校
参赛队员、、
专业名称、、
指导教师
大连市大学生结构设计竞赛组委会
二○一五年
附件二：加载仪器实物图片（尚缺）。