西北地区大学生结构设计邀请赛赛题.doc

1、1重庆大学第十七届大学生结构设计竞赛赛题山地输电塔模型设计与制作1 命题背景输电塔（如图 1 所示）作为输电通道最重要的基本单元，是输电线路的直接支撑结构，为高耸构筑物。由于输电塔所处环境复杂，承受包括风荷载、冰荷载、导地线荷载等多种荷载作用，其安全性和可靠性长期以来受到广大学者及设计人员的密切关注。图 1 输电塔2 模型概述要求设计并制作一个山地输电塔模型（以下简称“模型” ） ，模型柱脚固定于400mm400mm15mm（长宽厚）的竹制底板上，模型底面尺寸限制在底板中央250mm250mm 的正方形区域内，如图 2（a）所示，底板中心点为 O 点。 模型上需设置“低挂点”2 个、 “高挂点

2、”1 个用于悬挂导线。低挂点应为模型最远外伸（悬臂）点，距离底板表面高度为 1000mm 以上，2 个低挂点在底板面上的投影应分别位于如图 2（a）所示的上、下扇形圆环阴影区域内；高挂点距离底板表面高度为 1200mm 以上，其在底板面上的投影距离 O 点不得大于 350mm，且高挂点应为模型的最高点。模型低挂点、高挂点的竖向位置要求如图 2（b）所示。 2(a) 俯视图 (b) 三维简图图 2 输电塔模型尺寸要求（单位 mm）3 加载概述山地输电塔模型的加载装置主要由承台板、下坡门架、上坡门架和侧向加载架组成，如图 3 所示。导线悬挂在下坡门架、模型和上坡门架的对应挂点上，如图 4 所示。加

3、载前，将底板卡扣在承台板上，按如图所示方式挂上 3 根导线（导线 1、2、6） 、共9 个加载盘，此时为“空载”阶段。一、二级加载均为挂线荷载，分别在指定导线的加载盘上放置砝码。 图 3 加载装置示意图3(a) 三维简图 (b) 俯视图图 4 模型悬挂导线边界（单位 mm）4 制作要求（1）模型、导线制作材料由科协统一提供，各参赛队使用的材料仅限于组委会提供的材料。 （2）模型采用竹材制作，竹材规格如表 3 所示，竹材参考力学指标见表 4。表 3 竹材规格（3）模型制作提供 502 胶水（30g 装）10 瓶，用于结构构件之间的连接。 （4）提供长度为 200mm 高强尼龙绳（2mm 粗）3

4、段，绑扎在低挂点、高挂点上（绑扎方式自定） ，用于模型和导线挂钩之间的连接，要求绳不能沿杆件滑移超过 5mm。（5）导线采用直径 2.0mm 的钢绞线（参考质量 16g/m）制作，各导线悬挂加载点（34个）设在导线总长（含挂钩）的四分点处。（5）模型制作期间，统一提供美工刀、剪刀、锉刀、磨砂纸、尺子（钢尺、三角板） 、胶水等常规制作工具。 （6）各参赛队称重后不能对模型再做任何操作，后续安装阶段仅允许用热熔胶（每支参赛队伍限用一支 11mm 粗热熔胶棒）将模型固定到底板上。 （7）模型制作过程中，参赛队员应注意对模型部件、半成品等进行有效保护，期间发生的模型损坏，各参赛队自行负责，并不得因此要

5、求延长制作时间。 （8）模型制作完成后，对模型（含高强尼龙绳）进行称重，得到模型质量，记为 M0（精度 0.1g） 。（9）加载时，每个加载盘上放置的砝码质量有 1.0kg、2.0kg 两种供选择，但在同一根导线的加载盘上，放置的砝码质量须相同，每个盘放置砝码质量为 2kg4kg。5 试加载（1） 加载地点：重庆大学松园三栋楼底架空层。（2） 加载时间：根据科协相关工作人员与参赛队员的协商而定，尽量满足所有参赛小组的试加载需求。（3） 加载方式：自行加载，加载形式与正式加载的加载形式相同。（4） 二次申请材料：若第一个模型做完后材料不足，参赛队伍可以通过向相关工作人员提供加载前的模型图片、加载

6、时间以及所需材料清单（含规格） ，二次申领材料（仅限竹材） 。56 加载与测量6.1 加载前称重、外观检测及安装（1） 加载前，将模型放置在底板上，进行模型的几何外观尺寸及挂点位置检测，并对导线长度及其上的悬挂加载点位置进行检查。 （2） 模型的几何外观尺寸及挂点位置检测内容主要包括模型底面尺寸、低挂点位置、高挂点位置。其中，低挂点在底板面上投影位置及竖向位置的检测，可通过在检测台上旋转模型底板到规定最大角度（45） ，观察“触碰杆”是否移动确定；高挂点在底板面上投影位置及竖向位置的检测，同样可通过“触碰杆”方式确定。低挂点和高挂点位置的检测方式如图 5 所示，允许 5mm 的误差。（3） 模

7、型及导线检测合格后，进行加载准备（各参赛队自行操作）：将底板卡扣在承台板上，挂上 3 根导线及加载盘。 （4） 若 3 根导线在承台板面上的投影出现交叉，又或是导线与模型杆件之间发生碰触，6均判定模型几何尺寸不符合要求。 6.2 一级加载 （1） 各参赛队自行选取 3 根指定导线中的 1 根，在其上所有加载盘上放置砝码，该级放置砝码总质量计为 M1，如图 5 所示。 （2） 加载完成停留 10s 后，若模型未失效，则加载成功。 6.3 二级加载 （1） 一级荷载保持，对剩余 2 根指定导线上所有加载盘内放置砝码，该级放置砝码总质量计为 M2，如图 6 所示。 （2） 加载完成停留 10s 后，

8、若模型未失效，则加载成功。图 5 第一级加载示意7图 6 第二级加载示意6.4 模型失效评判及罚则加载过程中，若出现以下情况，则终止加载，本级加载及后续级别加载成绩为零：（1）加载过程中，模型结构发生整体倾覆、垮塌；（2）加载过程中，导线坠落、挂钩脱落，也视为模型失效； （3）专家组认定不能继续加载的其他情况。无特殊情况下（是否特殊情况由专家组判定） ，每个参赛队的安装和加载时间（含模型固定在底板的准备时间）应在 10 分钟内结束，若超过此时间，每超过 1 分钟，总分扣去 2分，扣分累加。7 评分标准7.1 总分构成（1） 模型方案：10 分（2） 模型制作：5 分（3） 现场讲解：5 分（4

9、） 加载表现分值：80 分，其中一级加载 30 分，二级加载 50 分7.2 评分细则（1） 模型方案分（A i）：满分 10 分由专家组根据模型结构的合理性、创新性、美观性和实用性等进行评分。（2） 模型制作分（B i）：满分 5 分由专家组根据模型的制作质量、美观性等进行评分。（3） 现场讲解分（C i）：满分 5 分由专家组根据队员现场的内容表述、逻辑思维等进行评分。（4） 加载表现分（D i）：满分 80 分i. 第一级加载成功，计算各参赛队模型的单位承载力：k 1i = M1i / M0i。其中，M 1i为该级悬挂砝码总重，M 0i 为该级加载成功时的模型总质量（含尼龙绳） 。k 1

10、i 最高的参赛队得 30 分（满分） ，记为 k1max；其他参赛队得分 30*k1i / k1max。ii. 第二级加载成功，计算各参赛队模型的单位承载力：k 2i = M2i / M0i。其中，M 2i8为该级悬挂砝码总重（不含第一级） ，M 0i 为该级加载成功时的模型总质量（含尼龙绳） 。K 2i 最高的参赛队得 50 分（满分） ，记为 k2max，其他参赛队得分 50*k2i / k2max。第 i 队的加载表现得分 Di 根据上述两项之和得出。Di = 40*k1i / k1max + 50*k2i / k2max（5） 最终得分(Wi) ： Wi = Ai + Bi + Ci + Di 。