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浙江大学“中天杯”第二十三届大学生 结构设计竞赛题目 《自行式塔吊设计与模型制作》竞赛细则 一、模型要求 竞赛模型为塔吊模型,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点作为加载点,B点为 配重点,A、B两点处构件顶面距底板上表面高度为1000mm± 10mm,A、B两点水平距离为1000mm±10mm,A点距离底板中心点 水平距离700mm±5mm,B点距离底板中心点水平距离300mm±5mm。 (2)模型的塔身为装配式结构,要求在比赛现场进行限时 装配(现场提供5g胶水,计重5g,不使用胶水装配则不计重), 装配位置在塔身距离底部高度800~900mm±5mm之间。模型底面尺 寸限制在200mm×200mm的正方形区域内,底板尺寸及模型区域见 图2所示。 1 2 图 1 模型尺寸范围示意图(单位:mm) 图 2 底板尺寸示意图(单位:mm) 二.加载装置 3 (a)正立面 4 (b)侧立面 图 3 加载装置示意图(单位:mm) 5 图 4 加载装置示意图(单位:mm) 三.模型制作要求以及材料和工具 模型结构的所有构件、连接部件均采用给定材料手工制作完 成。材料、竹底板由学校统一提供。统一提供的竹底板、材料具 体如下: ( 1 ) 竹 底 板 1 块 ( 加 载 时 提 供 ), 尺 寸 为 400mm×400mm×15mm。其显著位置标注自重,各参赛队不得对底 板进行任何使重量改变的操作,如挖空、磨皮等,否则视为违规。 (2)集成竹杆材若干,规格、数量和力学指标见表1和表2。 竹片中的无纺布不得抽取单独使用,否则按违规处理。 (3)502胶水(30g装)3瓶,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。 (4)棉蜡线(1卷68m,54.8g),单股直径约1.1mm,单股 6 抗拉承载力约68N,弹性模量约18.5MPa,棉蜡线仅可用作结构杆 件,不可用于节点绑扎和加固等用途。 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 竹片 1250mm×430mm×0.35mm 本色侧压单层复压竹皮 1张 竹片 1250mm×430mm×0.5mm 本色侧压单层复压竹皮 1张 900mm×6mm×1mm 集成竹 20 根 900mm×3mm×3mm 集成竹 20 根 900mm×2mm×2mm 集成竹 20 根 竹条 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 制作工具自备。 四.加载测试 (1)模型核验 核验模型若出现以下情况之一者,判定该模型为不合格,不 予加载,参赛模型加载项成绩为零: ①模型尺寸不符合要求,超出误差限值,包括柱高、加载点 高度等; 7 ②模型规避区出现杆件; ③装配位置不符合要求或未进行现场装配; ④绑扎绳套不符合要求。(模型制作结束前,要求各队用棉 蜡线制作 300mm±5mm 和 100mm±5mm 绳套,300mm 棉蜡线绳套固 定在模型 A 加载点上,100mm 绳套固定在模型 B 加载点上。 ) (2)模型装配与称重 装配时间控制在 6 分钟以内,模型重量为模型自重+棉蜡线 自重+5g(如采用胶水装配)。 (3)加载方法 加载前,先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。同时进行模型安装,安装时,模型 A 加载点 朝向观众席侧,B 加载点背离观众席侧,模型安装在加载装置上 以后,参赛队员不得触碰除绳套以外的模型部分。 加载过程吊车可以多次装卸不同荷载重量(在提交模型之前 需填表确认依次加载重量)。若某一级加载时,结构模型失效, 则本级加载无效。在规定时间内,若结构模型未失效,则加载重 量取有效加载重量总和。 加载时,参赛队员先举手示意开始,由 2 位参赛队员分别在 位置①给 A 点(加载点)悬挂砝码(可选 4kg、6kg、8kg)和 B 点悬挂 4kg 砝码(固定不变),另外参赛队员将吊车从位置①拉 至位置②或者位置③,到达位置后由参赛队员剪断 A 加载点的扎 带,砝码落入指定区域(直径为 208mm 的铁桶)。然后选手再将 8 吊车拉回位置①,继续进行下一次加载。在总加载时间 100 秒内, 选手可多次加载直至结束计时。要求下一次加载重量必须大于等 于上一次加载重量(备注:位置②砝码落入指定区域的重量按 0.5 折减系数计)。 备注:砝码尺寸 mm(4kg 直径 90 总高 130,6kg 直径 100 总 高 160,8kg 直径 110 总高 170) 10 升容积升铁桶尺寸 mm(直径 208 高度 294) 图 4 加载示意图 (4)加载失败判别 在加载过程中,当出现以下任一情况时,即视为加载失败: ①塔吊在起吊和运输重量过程中发生倒塌; 9 ②砝码落地,挂钩脱落,绑绳拉断或脱落; ③其他评委认定模型加载失败。 (5)加载重量无效判别 ①砝码未落入指定区域; ②其他评委认定加载重量无效。 6.评分规则 根据理论方案、结构设计与制作、陈述与答辩、模型加载试 验等4个方面进行评分,总分为100分。 (1)理论方案(5分) 理论方案根据结构设计与理论分析的完整性、合理性、创新 性评分。 (2)结构设计与制作(10分) ①结构合理性和结构创新性(5分) ②模型制作质量与美观性(5分) (3)陈述与答辩(5分) 由参赛队员简要介绍作品构思,现场回答专家的提问。 (4)模型加载试验(80分) ①各参赛队模型( i )在各加载阶段的承载能力 mi ,按式 (1)计算: mi = Mi M (1) Mi—本队模型加载成功的总荷载(A点); M—本队模型的自重(单位:kg)。 10 ②模型加载试验得分Ci,按式(2)计算: Ci = mi ´ 80(2) mmax mmax—所有加载成功的参赛队模型承载能力最大值。 11