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1、“同圆万斯达杯”第四届山东省高校结构设计竞赛竞赛手册主 办 单 位 : 山东 省土 木工 程学会 建筑 结构 专业委 员会 山东 大学承 办 单 位 : 山东 大学 土建 与水利 学院赞 助 单 位 : 山东 同圆 设计 集团有 限公 司山东 万斯 达集 团有限 公司第 四届 山东 省高 校 结构 设计 竞赛 手 册一、竞赛 宗旨及目的 山东 省第四 届结构 设计竞 赛是一 个极富 创造性 ，挑战 性的科 技竞赛 。它旨 在通过 对所学知 识的综 合运用 和团队 的配合 ，提高 学生的 动手能 力与思 维能力 ，激发 创新意 识，培 养科学 思维， 加强团 队协作 ，提高 动手能 力，增 进校
2、际 学术交 流。通 过结构 大赛可 以很好 的将课 堂理论 与实际 工程紧 密结合 起来， 培养大 学生的 设计与 计算能 力，提 升大学 生的综 合创新 实践素 质，为 培养 21世纪 高素质 工程师 打下良 好基础 。二、竞赛 内容 结构 模型制 作、方 案设计 与理论 分析、 作品介 绍与答 辩、模 型加载 试验三、竞赛 模型 竞赛 模型为 混凝 土搅拌 站的 高耸 筒仓结 构 ， 采用 230g的白 卡纸 制作 ， 具体 结构形 式不限 。 模 型包 括 加 载钢 架 、柱 脚 连接 钢 板 、 下 部 支 承 和 上部 筒 仓 结 构三 部 分 ， 如图 1示 意。其 中前 两 部分
3、 通 过螺 栓 连接 ， 由 承办 方 提供 ； 下部 支 承结 构 与筒 仓 结 构由 参 赛选 手 设计 制作， 并 通过 螺栓 与 柱脚 连接 钢板 连接。图 1混凝 土搅拌 站示意 图四、模型 要求（ 1） 高耸 筒仓模 型应包 括筒仓 主体和 下部支 承结构 ；模型 总高度 为 800mm，筒 仓内 径200mm， 筒 仓 高 450mm,支 承 结 构 高 350mm； 筒 仓 内 截 面 必 须 如 下 图 所 示 ， 容 积 不 得 小 于0.0154m3模型 内径及 高度的 制作误 差应控 制在 3mm以内 ； 除阀 门部位 外 ， 模型 （ 包括 筒仓及 支架 ）需 做 成
4、全 对 称结 构 （即 外 轮廓 应 为圆 形 或正 多 边形 ） ；筒 仓 主体 底 部应 设 一出 料 口；支承 结构柱 子的中 心应落 在直径 150mm 400mm的圆 环内 ； 为便 于模型 与加载 钢架之 间可靠连接 ， 柱底 应做基 础 （ 基础 也由白 卡纸制 作 ） ，利用 螺栓将 支承结 构固定 在加载 钢架底 座上 ；筒仓 主体底 部的出 料口设 有阀门 （ 此阀 门加料时关 闭 ， 出料 时打开 ） 阀门 距地面 距离不 小 于200mm，阀 门必须 做成永 久构件 （类似 于平开门、 推拉门 等）， 不得做 成塞式 结构 ,阀门 必须能 开关自 如 ， 开关 过程阀
5、门无损 坏 ， 以保 证其可 多次使 用。同 时应保 证砂从 正下方 漏出 ，不得 从侧面 漏出 ； 筒仓 主体内 部无任 何支承 结构 ，筒 仓 外部 的 尺寸 不 限； 筒 仓给 定 的内 截 面内 不 设任 何 连接 构 件， 顶 部不 封 闭， 便 于加料。（ 2）模 型必须 具有一 定的结 构刚度 ，保证 受力后 不因变 形过大 而导致 模型垮 塌。（ 3） 设计 制 作所 用 材料 仅 限于 组 委会 提 供的 材 料， 允 许对 所 给材 料 进行 加 工、 组 合但不 准剖 纸 ，模 型 制作 过 程中 可 以使 用 胶 带 临时 固 定， 制 作完 成 后 模型 上 不准 有
6、 胶带 ， 不得使用 非组委 会提供 的材料 ，一 经发 现取消 其参赛 资格 。（ 4）模 型详图 ： 柱脚 连接 钢板 ： 模型 立体图 ：螺丝 孔的圆 心分别 落在直 径 150、 200、 250、300、 350、 400的 圆 上 （ 沿 圆 周 均 布 ） ， 连 接钢板 中间有 一直径 为 100的孔 用来漏 沙。主视 图： 加载 图 ：五、竞赛 要求 （ 1）结构模型要求 模型制 作符合 设计制 作要求 ， 并与 计算书 中计算 简图一 致 。 如修 改模型 ， 要求 同时修改 计算书 。（ 2）理论分析计算书要求 包括封 面 、 设计 说明 、 基本 的设计 方案以 及结构
7、 分析和 设计 。 其中 设计说 明应包 括对 方案 的 构思 、 结构 选 型及 其 他有 特 色方 面 的说 明 ；基 本 的设 计 方案 应 包括 结 构图 若 干，主 要构 件 、节 点 详图 及 材料 表 ；结 构 分析 与 设计 应 包括 荷 载分 析 、内 力 分析 、 结构 选 型、计算 简图。六、 模型安装 、加载及测试 步骤（ 1） 赛前准备A.模 型称 重 ：将 制 作好 的 模型 （ 不含 支 座螺 栓 ）在 未 连接 过 渡钢 板 前称 重 ，螺 栓 按每个 2g另计 ，最后 将称重 结果与 螺栓重 量累加 ，作为 考核模 型重量 的依据 。B.将模 型安装 在 连接
8、 钢板 上，等 待 入 场。C.得 到入 场 指令 后 ，迅 速 将模 型 及过 渡 钢板 抬 进场 内 ，固 定 在看 台 上， 准 备进 行 加载 。 D.以 上过 程 由各 队 自行 完 成， 赛 会人 员 负责 监 督、 标 定测 量 仪器 和 记录 。 如在 此 过风 荷 载出 料口 接 砂 处程中 出现模 型损坏 ，则视 为丧失 比赛资 格。 （ 2） 加载及测试步骤A 将启 动风机 连续施 加两档 风载 ， 并通 过位移 计进行 实时记 录 ， 等待 15秒结 构变形稳定 后，根 据位移 计上的 示数记 录位移 值（精 度 0.01mm） 。B.满筒 仓细沙 加载 ， 并通 过位
9、移 计进行 实时记 录 。 加沙 开始时 参赛队 一名代 表进行 1分钟 PPT展示 ，之后 评委提 问 1分钟 。C.如在 以上过 程中出 现模型 损坏， 则视为 比赛失 败。（ 3）加载方式采用 在 筒仓 上加 风荷载 和竖向 静载的 方式考 核 各队 模型的 刚度和 承载力 。风载 时由评 委选择 模型上 部最薄 弱点施 加荷载 ， 在 筒仓 前 1m 处设 置一鼓 风机 ， 进行 两档风 速加载 ，第一 档为 12m /s ，第 二档为 15m /s 。测 量并记 录 12m /s 风速 下 筒仓 最薄弱 点 的位移 时程 ， 加载 持续时 间为 15s。 进行 15m /s 风速 加
10、载 ， 加载 持续时 间为 15s， 此时 不再量测筒 仓顶部 位移， 考 察 模型 的极限 承载能 力，模 型出现 损坏即 视为比 赛失败 。（ 4） 位移测量采 用接 触 式测 量 方式 ， 设 1个 位移 测 量点 ， 位置 处 于迎 风 面的 筒 仓顶 部 。 在 进行 动 态数 据处 理时 ， 首 先剔 除加 载初 期（ 前 5s） 的非 平稳 段， 然后 对 每 个 测 点 时 程记 录中 最 大动位移 作为 该测 点 的风 振极值 响应 ， 记为 d1，该 值将作 为考量 结构抗 侧刚度 的依据 。注 ： 以 上计 算 中 的 位 移均 取 绝 对 值 ；位 移 计 指 针 具有
11、 一 定 压 力 ，在 此 压 力 作 用下 模 型局 部 挠 度 超 出 5mm部 分 计 入 风 载 位 移 ； 15m/s风 速 下 仅 考 察 结 构 极 限 承 载 力 ， 不 记 录 结 构位移 。风 载试 验 成功 的 模型 进 入下 一 步加 载 程序 ， 即满 筒 仓细 沙 加载 。 选手 采 用细 砂 （细 砂密度 为 1.4 1.65t/m，粒 径 0.25 0.05mm）， 由选手 从上部 利用导 沙管（ 内管径 60mm，由 白卡 纸 制作 ） 自行 倒 入筒 仓 内， 待 位移 稳 定后 量 测筒 仓 最底 部 的竖 向 位移 。 若认 定 模型加 载成 功 ，则
12、从 出料 口 放砂 直 至放 空 （放 砂 过程 中 参赛 选 手只 允 许接 触 阀门 ， 不准 手 扶筒仓主 体与支 撑结构 ）。 模型 整个加 载过程 用时 4分钟 ，每超 过 5秒钟 扣一分 。七、加载 失败判定出现 以下情 况之一 则加载 失败： （ 1）筒 仓主体 开裂；（ 2）模 型结构 物脱落 ；（ 3）漏 沙现象 ；（ 4）结 构整体 坍塌；（ 5）支 撑结 构出 现过大 变形， 如柱出 现明显 弯曲、 局部屈 曲、变 形不能 恢复等 ；（ 6） 放砂 后桶内 余砂不 得大于 100g，否 则视为 承载试 验失败 ；（ 7） 整个 风载过 程中模 型测量 挠度超 过 4cm
13、视为 加载失 败。八、模型 制作材料及工 具 本届 竞赛 制作 材料为 230g白卡 纸 ， 粘接 剂为白 乳胶 ， 连接 构件为 M4螺栓 （ 无垫 片 ） 。（ 1）主 要材料 和胶接 材料由 组委会 提供， 不允许 使用任 何其他 材料。（ 2）主 要制作 工具： 铅笔， 美工刀 、砂纸 、直尺 、剪刀 等。另 ： 承办 方还提 供公用 的打孔 机等。本届 大赛所 用鼓风 机相关 参数如 下表， 具体供 货位置 在济南 天桥附 近。因 鼓风 机 的风 速 不可 调 ，故 由 山东 大 学控 制 学院 设 计制 作 了小 型 控制 器 ，电 气 成本 为2000元， 售出价 格暂定 230
14、0元（ 考虑博 士与硕 士研究 生的劳 务费 ） 。九、组队名 称 新型 节 能低 噪 声轴 流 风 机型 号 SF7-4 价格 约人 民币 1100元厂 家 上海 金 蓝 机 电设 备 成套 有限公 司功率 3kW转 速 1400n/min风 量 2500m3/h风 速 23m/s全 压 力 340Pa（ 1）要 求 3人组 队参赛 ，每队 设一名 指导老 师，每 个学校 最多派 3个队 参赛；（ 2）每 人只允 许参加 一个参 赛队， 各队独 立设计 、制作 ；（ 3）鼓 励跨年 级、跨 专业组 队。十、 评分标准（ 一 ）结构评分按总分 100分计算，其中包括：A. 计算 书及设 计图
15、10% （共 10分）B. 结构 选型与 制作质 量 10% （共 10分）C. 现场 表现 5% （共 5分）D. 结构 重量 25% （共 25分）E. 结构 刚度 50% （共 50分）（二）评分细则：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结 构选型 与制作 质量 （共 10分）a结 构合理 性与创 新性 共 6分b模 型制作 美观 性 共 4分C现 场
16、表现 （共 5分）a赛 前陈述 共 3分b赛 中答辩 共 2分D结 构重量 （共 25分）在所 有成功 完成竞 赛的 模型 中， 质 量最 轻者 得 25分， 最重 者得 5分， 其余 队模型的 重量 分数 S1按下 式计算 ： 520m inm ax 1m ax1 += DD DDS式 中： Mm in 为 重量 最 轻者 的 质量 ， 单位 g； Mm ax 为 重量 最 重 者 的质 量 ； M1为 所 考察 模型 的质量 。本项 所得分 数保留 小数点 后两位 。E结 构 水平 抗侧 刚度 （ 共 25分）在所 有成功 完成竞 赛的 模型 中， 综合 位移最 小 者 得 25分， 最大 者得 5分， 其余 各队模 型的刚 度分数 S2按下 式计算 ：520m inm ax 1m ax2 += DD DDS式 中： D1为 所 考察 模 型的 综 合水 平 位移 绝 对值 ， Dm ax 为 所 有模 型 中的 最 大综 合 水平 位移 ， Dm in 为 所有
