大连市第十二届大学生结构设计竞赛题目(第一稿)

大连市第十二届大学生结构设计竞赛题目（第一稿）
一.竞赛题目
高耸结构模型设计、制作和加载试验
二．竞赛内容
竞赛内容包括：理论方案设计、结构模型制作、作品介绍与答辩、模型加载试验。

三．竞赛要求
1. 理论方案要求
(1)理论方案的内容应包括：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、结点详图和方案效果图；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，字体为小四字体，1.5 倍行距，一式五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（鞋底）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，并通报。

(2)模型制作要求
①模型总高度应为1000mm，允许误差为10mm；
②模型在高度为400mm 和700mm 处应分别有一个加载平台，允许误差为5mm；
③图1为模型制作空间投影图。

模型制作范围为空白区域。

内部的阴影空间1、2 均为圆柱，直径分别为150mm,60mm,高度分别为100mm,900mm；空白区域3 为圆台，其规格：上下底直径分别为160mm,250mm,高度为1000mm；阴影空间4 是为加载器材放置而设定的，是以60mm×10mm 的横截面横穿圆台空间正中的净空区域，并且上下互相垂直，该区域为加载钢板放置位置，阴影区域不允许制作构件；
④模型顶部要求：模型顶通过安装加载装置（如图2）对其施加扭转荷载（如图3），模型在侧视方向上的装置固定宽度须大于等于100mm，即侧视方向上的两固定钢板的内侧距离须大于等于100mm，且应满足能使顶部加载装置固定住的要求，模型顶部形状不作限制；
⑤模型的外形不作限制;
⑥模型需要在400mm 和700mm 高度处的钢板放置位置用笔标记出钢板放置位置。

钢板两边挂砝码的形式对其施加竖向荷载，如图3所示。

⑦第一级加载完成后，相对于第一级加载前安装在模型顶部的扭转荷载施加装置在其所在平面上的旋转角度必须小于等于30度。

图1 制作空间说明图
图2 顶部加载装置固定示意图
图3 模型加载安装示意图四、加载说明与失效评判
1. 加载装置介绍
（1）加载钢板
钢板如图4（a），尺寸见图4（b）；钢板自重为1.635kg。

图4 钢板说明图
（2）顶部加载装置
顶部加载装置如图5（a），尺寸见图5（b）三视图，侧视方向上两角钢间距离可调动；顶部装置自重634g，由两个长为250mm的不等边角钢（型号：25×16×3mm，共456g）、两根长358mm的钢筋φ6（共159g）和8个六角螺母（型号：M6，共19克）组成。

（a）顶部装置立体图（b）顶部装置三视图
图5 顶部加载装置说明图
2. 加载台介绍
加载台尺寸见图6，加载台的正视面对应着模型的正视面。

图6 加载台三视图
3.加载砝码介绍
（1）竖向荷载所用砝码
砝码分为A 类砝码和B 类砝码：
A 类砝码：重量：5.1kg 直径：165mm 高度：35mm；
B 类砝码：重量：2.55kg 直径：145mm 高度：33mm；
（2）扭转荷载所用砝码
砝码为长方体形状，规格为60mm×45mm×30mm，质量为620g。

4．加载试验要求
（1）模型的底部不固定，直接将模型放置于加载台的木板中心处，模型的正视面与加载台的正视面相对应；
（2）第一级加载：在下层钢板左右两边的砝码盘各放置5kg 的砝码；在上层钢板左右两边的砝码盘各放置2.5kg 的砝码；往加载台左右两边起牵引作用的塑料袋里各放置3 个红色砝码；加载完毕后模型稳定10 秒，若没出现失效现象，则第一级加载成功，可进行下一级加载；(扭转荷载的加载方向到时现场抽签决定，为俯视的顺逆时针方向)
（3）第一级加载成功后，顶部扭转荷载不变，以后的每级加载上、下层的竖直总荷载（竖直总荷载指两边的荷载总和）按1:2 的比例增加,下层每级竖直荷载增加梯度为10kg，荷载上限为下层达到60kg，上层达到30kg；下层施加竖直荷载只能使用5kg 的砝码，上层只能用2.5kg 的砝码，顶部扭转只能使用620g的砝码；
表1. 加载数据表部分展示（单位：kg）
5. 模型失效评判准则
在进行加载时，出现下列任一情形则判定为模型失效，该模型不能继续加载，并将上一级加载重量视为该作品实际所能承载的最高加载重量，并作为荷质比计算的依据。

（1）模型尺寸及材料使用不符合规定要求；
（2）模型无法按规定的安装、加载、测量方式进行安装、加载和测量；
（3）第一级加载后，相对于第一级加载前安装在模型顶部的扭转荷载施加装置在其所在平面上的旋转角度大于30 度；
（4）砝码掉落，吊盘接触地面或加载台； （5）参赛人员加载砝码后碰触加载台或模型； （6）模型在加载过程中出现明显的结构形变或损坏； （7）评审委员会认为超出正常允许情形的其他失效情况。

五．评分规则
总分为100分，包括结构造型与体系、理论分析、模型制作、叙述答辩和加载试验5个方面。

1、 结构造型与体系（10分）
按模型结构的构思、造型和结构体系的合理性和创新性评分。

2、 理论分析（5分）
按设计说明书、方案图和计算书内容的完整性、准确性和规范性评分。

3、 模型制作（10分） 按模型制作工艺情况评分。

以上3项均在加载前评毕。

模型尺寸及材料使用不符合设计制作要求的，或参赛过程中有其他违规现象的将直接淘汰，不进入加载试验阶段。

4、 叙述答辩（5分）
按现场叙述和答辩情况，由评委当场给分。

5、 加载试验（70分）
完成加载试验的模型，按以下方法计分：
（1）荷质比为模型最大承载重量（下层钢板上承受的最大竖直荷载）m 1（kg ），与模型本身重量 m 2（kg ）之比：荷质比1
2
i m A m =。

(结果四舍五入，只取到小数点后两位) (2) 荷质比最大的模型加载性能分为 70 分，记其荷质比为max A ，其他模型载重分计算公式如下：
max 70i i A
S A =⨯
式中max A 为所有模型中荷质比最大值, i A 为其他模型各自的荷质比； i S 为模型加载性能得分。

六. 加载试验程序及操作步骤
（1）由参赛队员首先自行将模型安置在试验装置上。

先安装模型顶部的扭转装置，接着安装上层钢板和砝码盘装置，最后安装下层钢板和砝码盘装置；各装置的安装需与图7中的位置相同（下层钢板的两条长边垂直于加载台下边的两条长边，上层钢板的两长边与下层钢板两长边垂直，顶部扭转装置两角钢的棱角线与下层钢板两长边垂直）；各装置均需对中正放；
图7 各加载装置放置示意图
（2）在安置模型的同时，由一名参赛队员向评委和观众介绍参赛作品，然后回答评委提问，时间控制在3分钟内。

（3）由参赛队员首先加载竖直荷载，需将所选重量（砝码）小心放在加载盘上；然后加扭转荷载。

加载完毕后需稳定10秒钟。

若第一级加载成功，参赛队可进行第二级加载，保持顶部扭转荷载不变，以后的每级只施加上、下层的竖直荷载。

荷载上限为下层达到60kg，上层达到30kg。

两点说明：
（1）竖向和横向加载装置不计在加载重量内；
（2）加载过程中，砝码一经加上，不能再取下及更换。