浙江大学第二十届大学生结构设计竞赛细则.docx

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浙江大学第二十届大学生结构设计竞赛细则

浙江大学第二十届大学生结构设计竞赛细则

一、竞赛题目与内容

竞赛题目：

《输电塔结构设计与模型制作》

竞赛内容：

理论方案设计、模型制作、陈述与答辩、加载测试。

二、参赛对象

参赛对象为浙江大学在校本科学生，以自由组队形式参赛，每队参赛学生2~3人。

三、竞赛要求

1.参赛要求

（1）每个参赛队只能提交一份模型作品，并全部用汉字命名（作品名称不得多于6个汉字）。

（2）每位学生只允许参加一个参赛队，各队应独立完成方案设计与模型制作。

（3）参赛队必须在规定时间内报名，逾期按自动放弃处理。

（4）各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，缺席者作自动放弃处理。

竞赛期间不得任意换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则缺人竞赛。

（5）各参赛队必须参加竞赛全过程各个环节，不参加加载将无法获得第二课堂学分。

2.理论方案要求

（1）内容和格式请按附件1：

《浙江大学第二十届大学生结构设计竞赛理论方案》模版要求提交。

（2）理论方案用A4纸双面打印、装订的理论方案文本一式2份；

3.模型制作及加载系统

（1）模型要求

（a）三维图

（b）俯视图

（c）正立面图

（d）侧立面图

图1输电塔模型示意图（单位：

mm）

竞赛模型为输电塔模型，图1为模型示意图，结构形式不限，具体要求如下：

①模型总高度不限，但必须提供A、B两点作为输电线与输电塔的连接点（即加载点），要求A、B两点处构件顶面距底板上表面高度为1000mm（误差±5mm），A、B两点水平距离为600mm（误差±10mm），A、B两点连线在底板上的水平投影与模型底板中线（在板上已标注）重合（误差±50mm）。

②模型在A、B加载点连线下方塔身部分，自选部位将模型制作为可完全分离的两个或两个以上部分，每部分的高度不超过800mm，在比赛现场进行限时装配，装配现场提供模型制作工具一套（详见附件工具列表，胶水除外）。

③模型底脚用502胶水固定于底板之上，模型底面尺寸限制在250mm×250mm的正方形区域内，底板尺寸及模型区域见图2所示。

不符合上述要求的模型直接取消比赛资格。

图2底板尺寸示意图（单位：

mm）

（2）模型制作材料

①竹材：

用于制作结构构件

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

竹片

1250mm×430mm×0.20mm

本色侧压单层复压竹皮

1张

竹条

900mm×6mm×1mm

集成竹

35根

900mm×3mm×3mm

集成竹

35根

900mm×2mm×2mm

集成竹

35根

注：

竹条实际长度为930mm。

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

0.8g/cm3

60MPa

30MPa

6GPa

②502胶水（30g装）：

用于模型制作期间结构构件之间的连接以及模型和底板的连接，限3瓶。

棉蜡线：

每队提供长度为20cm棉蜡线4段，固定在加载点上，用于模型和加载挂钩之间的连接。

棉蜡线不得作为模型构件使用，否则取消比赛资格。

模型安装底板：

底板材料为竹制，尺寸为400mm×400mm×20mm。

不得对底板进行打磨挖孔等任何加工操作，否则取消比赛资格。

（4）加载装置

（a）三维图

（b）平面图

（c）立面图

图3加载装置示意图（单位：

mm）

4.加载测试

（1）加载前准备

底板（已称质量）和棉蜡线在加载前一小时发放，各队使用502胶水将模型与底板粘结，将棉蜡线固定在模型A、B两加载点上，加载A点由专家组指定，每个加载点必须固定2根棉蜡线，分别用于连接一个铁链荷载和一个水平荷载挂钩。

在加载全过程中，砝码挂绳不允许在模型上缠绕，铁链不允许与模型发生接触。

入场后，现场完成模型装配，装配时间控制在8分钟以内，装配结束，对模型连同底板和绳套一并称重，然后扣去底板质量，绳套质量计入模型质量中。

核查模型底面尺寸是否满足制作要求，量测加载点高度和距离是否满足要求。

比赛加载前，由参赛队员介绍作品构思，时间控制在1分钟内，然后回答专家提问。

从开始介绍作品构思到加载结束，总时间不超过4分钟。

模型A点朝向观众席侧，B点背离观众席侧，根据图1（a）确定1、2、3、4方向，迅速将模型底板安装在加载台面上，紧固板夹。

1、2方向指向加载装置铁链侧，3、4方向指向加载装置滑轮侧。

模型安装在加载装置上以后，选手不得触碰除绳套以外的模型部分。

参赛队陈述和评委提问两个环节与模型安装同时进行，然后依次开展两次加载过程。

加载过程模拟多种工况下的输电塔结构，不仅要承受导线及吊具等自重荷载，还要承受导线水平张力。

每级加载达到规定时间后，若结构模型未失效，则该级加载有效；否则，取前一级加载为有效加载。

最后取总分计分。

加载结束后，将底板归还到竞赛委员会指定的工作小组处。

（2）一级加载

一级加载为铁链自重加载，两根铁链长度为1.2米，每根质量为10.8kg，加载时铁链沿1、2方向水平投影距离为1米，铁链自由下垂。

在1、2方向安装铁链自重配重。

荷载施加完毕并离手后由选手自行启动计时器，需持荷10秒钟后再进入下一级加载。

（3）二级加载

二级加载是在一级加载基础上在3、4方向上均增加水平荷载，选手可以选择的配重质量分别为4kg、5kg、6kg砝码，完成配重后由选手剪断A点3方向上的绳套后，并由该选手按下计时器，持荷10秒钟视为加载成功。

（4）加载失败判别

在全部加载过程中，当出现以下任一情况时，即视为加载失败：

输电塔发生坍塌、倒塌；

配重掉落、挂钩脱落、绑绳拉断或脱落；

铁链与铁链、铁链与模型发生碰触；

④其他评委认定模型加载失效。

5.评分规则

根据理论方案、结构体系、模型制作、陈述与答辩、加载测试5个方面进行评分，总分100分。

不符合竞赛要求，或者在参赛过程中有违规行为，不遵守竞赛秩序和纪律的参赛队，将取消参赛资格。

理论方案（5分）：

根据方案设计与理论分析的完整性、合理性、创新性评分。

结构体系（5分）：

根据结构体系和造型的合理性、创新性评分。

模型制作（5分）：

根据模型制作的外观质量和制作精细等评分。

陈述与答辩（5分）：

根据现场陈述和回答情况评分。

加载测试（80分）：

加载测试总分F的计算公式为：

，

取值如下：

当一级加载成功时：

，否则取0

当二级加载成功时：

，

，否则取0

上式中：

：

第i个参赛队的模型质量，单位为g；

Mmin：

一级加载成功的所有参赛队模型质量的最小值；

：

二级自主加载成功的荷载与结构自重的比值；

：

二级自主加载成功的所有参赛队荷载与结构自重比值的最大值；

L：

二级自主荷载加载值。

2019年2月25日

附件1：

浙江大学第二十届大学生结构设计竞赛理论方案

浙江大学第二十届大学生结构设计竞赛

理论方案

模型名称

输电塔结构模型设计与制作

方案设计及理论分析

浙江大学大学生结构设计竞赛组委会

2019年2月

1结构选型（楷体三号）

1.1方案构思（楷体四号）

本赛题*****，因此，我们从*****等方面对结构方案进行构思。

（正文字体字号为小四，中文字体宋体，英文字体TimeNewRomans，1.5倍行距）

1）****

2）******。

3）****

4）*******

1.2不同选型对比

******。

1）选型1

*********

2）选型2

**********

表1-1中列出了*****

表1-1.******（所有图表须有编号，表名及表内字体为五号，字体中英文类型同正文，表格格式为三线表，参考

选型1

选型2

选型3

优点

***

***

***

缺点

***

***

***

总结：

综合对比:

****************，最终确定的方案效果图及模型实物图***所示：

（a）模型效果图

（b）模型实物图

图1-1.******（图名字体为五号，字体中英文类型同正文）

2

结构建模及主要参数

本结构采用***进行结构建模及分析。

2.1**软件名称**结构模型

利用有限元分析软件****建立了结构的分析模型，如图2-1所示。

（建议采用无边框的表格进行图形的排版）。

（a）结构分析模型三维轴测图

（b）结构分析模型平面图

（c）结构分析模型立面图

（d）结构分析模型?

?

图

图2-1.******

2.2结构分析中的主要参数

在***分析软件中，进行了如下的定义。

材料部分：

竹皮的弹性模量设置为***N/mm2，抗拉强度设为***MPa。

（需注意物理量及单位的撰写格式，物理量符号、物理常量、变量符号用斜体，计量单位等符号均用正体。

）

几何信息部分：

各构件截面及尺寸按实际输入。

其中杆件***采用了****截面尺寸，****。

荷载模式部分：

根据本次结构大赛中的要求进行，第一级荷载为****，第二级荷载为****。

在软件****中，采用了****设置。

结构支座部分：

在****施加了****约束。

3受荷分析

3.1内力分析

1）第一级荷载

*********

经过分析，其内力情况如**所示：

（a）轴力图

（b）弯矩图

图3-1.******

由内力分析结果可以得知：

********

2）第二级荷载

*********

经过分析，其内力情况如**所示：

（a）轴力图

（b）弯矩图

图3-2.******

由内力分析结果可以得知：

********

3.2变形分析

1）第一级荷载

*********

经过分析，其变形情况如**所示：

图3-4.******变形图

由变形分析结果可以得知：

********

2）第二级荷载

*********

经过分析，其变形情况如**所示：

图3-5.*******变形图

由变形分析结果可以得知：

********

3.3承载力分析

根据竹材强度***，经过计算，其主要杆件的应力如表****所示。

表3-1.******

构件编号

杆件应力（MPa）

3.4小结

综合****分析，可以得到********

4节点构造

节点部位是模型制作的一个关键，表4-1中列出了本模型各种节点的说明及图例。

表4-1.******

节点位置

说明

图例

**节点

****

**节点

*

柱脚节点

****

5

模型尺寸图

（a）模型俯视图

（b）模型左视图

（c）模型前视图

图5-1****

表5-1主要构件详图

编号

L1

L2

L3

L4

截面形状

尺寸

**×**×**mm

**×**×**mm

**×**×**mm

**×**×**mm

数量

1

1

3

**