第五届结构模型设计制作大赛试题1、竞赛模型竞赛模型为体育场看台上部悬挑屋盖结构，采用纸质材料制作，具体结构形式不限。模型包括下部基础和上部挑篷结构两部分。其中下部基础由承办方提供；上部挑篷结构由参赛选手设计制作，并通过螺栓与下部结构连接。图1给出一示意性结构形式（看台为理想示意图）。图1示意性悬挑屋盖结构2、模型要求2.1下部结构组委会会结合实际提供相应的下部结构。看台：此次结构模型设计大赛，未予提供专业的梯形看台结构，而已桌子代替底部看台，看台顶部设有过渡钢板，过渡钢板和看台固定在一起。钢板平面尺寸150mm×600mm。板上设有M4螺栓孔（m4螺栓孔的规格请各位选手自己查找，便于模型支撑骨架的制作），用于固定上部挑篷结构。钢板上的螺栓孔的分布规律如图2所示。29*7个孔与28*6个孔交叉排列（孔半径4mm、间距20mm）。图2过渡钢板螺栓孔分布规律图3看台侧视图2.2挑篷结构挑篷结构包括支承骨架和围护材料两部分。支承骨架由0号绘图纸制成，由各队自行设计，形式不限。围护材料采用220g布纹纸，各队自行裁剪粘贴。要求围护材料在外观上必须全部覆盖挑篷上部及背部区域；即从挑篷上方和后方看，围护材料不得出现空隙。围护材料可探出支承骨架边缘，但其最大探出长度不得大于20mm。为保证竞赛的公平性、合理性和可操作性，对挑篷几何尺寸做如下限定：1）在距挑篷前缘60mm区域内（图4中的A点附近），必须保证屋面平坦，不得有明显的倾斜和弯曲，以便竞赛过程中的加载与测量；2）挑篷结构上弦前缘（即图4中的A点）高度不得低于650mm，在挑篷结构的下方（即图4中B点以下以右区域）不得出现任何构件；3）屋面前缘最低点不得低于后缘的最高点，相当于图4中的A点高度不低于C点。4）C点的高度请参考实际情况予以设定。5）挑棚的覆盖面积不得小于560mm*785mm图3尺寸限值（图中括号内数字为相对于O点的坐标）3、加荷方式采用在悬挑屋盖上加竖向静载和风荷载的方式考核各队模型的刚度和承载力。3.1荷载施加1）在距悬挑屋盖前缘50mm处缓慢施加一重物加载条（重物加载条的中心位置距悬挑屋盖前缘50mm），测量屋盖前端在重物荷载作用下的竖向位移（见图5），记为d1。重物加载条为钢质，截面20mm×20mm，长600mm，重约1.5kg，在屋面上沿垂直悬挑方向放置，测量完毕后取下。2）在悬挑屋盖前1m处设置一鼓风机，进行两档风速加载，第一档为9m/s，第二档为12m/s。测量并记录9m/s风速下屋盖前端的位移时程（见图6），根据3.2节的数据处理方法得到结构的风振极值响应，记为d2。3）进行12m/s风速加载，考察模型的极限承载能力，模型出现损坏即视为比赛失败。注：模型损坏的标志为模型任何构件（包括覆面材料）或连接发生明显破损。图5屋盖前缘加载位置和测量位置俯视图图6模型及鼓风机位置示意图3.2位移测量共两个位移测量点，同时记录，位置如图5所示。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的前3个最大动位移（绝对值最大）取平均，作为该测点的风振极值响应，再取两个测点风振极值中的最大值作为结构风振响应的考核指标，记为d2。综合静载和风荷载两种情况，确定模型的综合位移D=0.5(d1+d2)。该值将作为考量结构刚度的依据。注：以上计算中的位移均取绝对值；12m/s风速下仅考察结构极限承载力，不记录结构位移。4.模型制作材料4.1模型制作材料及工具竞赛期间，承办方为各队提供如下材料及工具用于模型制作。0号绘图纸220g布纹纸胶水5.模型安装、加载及测试步骤5.1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.将模型安装在过渡钢板上，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。如在此过程中出现模型损坏，则视为丧失比赛资格。5.2加载及测试步骤A.参赛队将作品固定好。B．将重物加载条缓慢放在屋盖上指定位置处，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。C.取下重物加载条，重新标定位移计，然后启动风机连续施加两档风载，并通过位移计进行实时记录。D.如在以上过程中出现模型损坏，则视为比赛失败。6.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10%（共10分）B.结构选型与制作质量10%（共10分）C.结构重量55%（共55分）D.结构刚度25%（共25分）（二）评分细则：A