第四届全国大学生结构设计竞赛赛题

第四届全国大学生结构设计竞赛

赛题

第四届全国大学生结构设计竞赛委员会秘书处

2010. 6. 30

赛题名称：体育场悬挑屋盖结构 1、 竞赛模型

竞赛模型为体育场看台上部悬挑屋盖结构，采用木质材料制作，具体结构形式不限。模型包括下部看台、过渡钢板和上部挑篷结构三部分。其中前两部分通过螺栓连接，由承办方提供；挑篷结构由参赛选手设计制作，并通过螺栓与过渡钢板连接。图1给出一示意性结构形式。

图1示意性悬挑屋盖结构

2、 模型要求

2.1 下部看台及过渡钢板

看台底面尺寸600mm×800mm（800mm为悬挑方向），高340mm，剖面呈梯形，顶部宽150mm（如图2所示）。看台顶部设有过渡钢板，厚10mm，平面尺寸150mm×600mm。板上设有如图2所示的M4螺栓孔，用于固定挑篷结构。

2.2挑篷结构

挑篷结构包括支承骨架和围护材料两部分。支承骨架由木条制成，形式不限。围护材料采用120g布纹纸，由承办方统一提供，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（见图3）。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。

15206x20=120152028x20=56060015013x50=650

150过渡钢板1050340

80025 图2 看台平面图及剖面图

后覆面材料前支承结构覆面材料螺栓

图3 悬挑结构示意

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。

屋面平坦区60CB(200,550)此区域内不得设任何构件A(800,650)O图4 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，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1.88kg，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。

重物加载条15200200位移测量点 50

图5 屋盖前缘加载位置和测量位置俯视图

防护罩激光位移计1000鼓风机500

图6 模型及鼓风机位置示意图

3.2 位移测量

采用非接触式测量方式，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。