结构力学竞赛

2011年第四届黑龙江省大学生结构创新设计竞赛赛题（初稿）：

木质单跨桥梁结构

一、竞赛模型

竞赛模型为木质单跨桥梁结构，采用木质材料制作，具体结构形式不限。总体结构包括端部支撑系统、木质结构桥梁模型和小车加载系统三个部分，木质桥梁模型的桥面系统承受的荷载由小车附加铁块通过桥面实现，桥梁端部支撑和小车加载系统由承办方提供，图1给出了示意性结构图，其中底部支撑平台可升降，侧向档板可左右移动，来提供竖向和侧向支撑，图中所示的两种结构均符合赛题要求。

图1 模型示意图

二、模型要求

2.1几何尺寸要求

(1) 模型长度：模型有效长度（即悬空部分，也就是两侧可升降平台端部距离）为1200mm，两端提供竖向和侧向支撑。对于竖向支撑，每边支撑长度为0-70mm（起侧向支撑作用的侧向支撑挡板可左右活动，距离升降平台边缘距离范围为50-70mm，即距离升降平台边缘最远为70mm，最近为50mm，当模型端部支撑长度不足50mm时，则不能提供侧向支撑，仅能提供竖向支撑），如下图2所示。

(2)模型宽度：在模型有效长度范围内（中央悬空部分），模型宽度应不小于180mm，最宽不应超过300mm；在支座范围内，宽度不限，但不应超过320mm 。

(3) 模型高度：模型上下表面距离最大位置的高度不应超过400mm；为方便小车行驶，中央起拱高度不应超过40mm（中央起拱高度指未加载时，对于放置好的模型，端部构件上表面与模型中央起拱最高处构件上表面的距离）；端部支座位置处的高度不应超过150mm。

2.2 结构形式要求

对于结构形式没有特定要求，桥面设置两个车道，每个车道宽不得小于90mm，因两车道之间设有行车导索，所以车道之间不能有立柱、拉索一类的构件。

结构可以仅采用竖向支撑的方式，也可以采用竖向和侧向同时支撑的方式来实现约束，如果模型制作失误，不能够完成约束和加载，后果由参赛队伍自行承担。

图2 加载结构正视图和俯视图

2.3模型的支撑

加载机具为模型提供竖向支撑和侧向支撑，竖向支撑位置和侧向支撑位置均可以在一定范围内调节，支撑部位如图3所示，支撑系统由可升降平台、侧向支撑挡板分别提供竖向支撑和侧向支撑，可升降平台

能够上下移动，提供0-150mm高度的支撑空间，侧向支撑挡板可以左右活动，活动范围0-20mm，距离升降平台边缘最远距离为70mm（如图3-1），最近距离为50mm（图3-2），并且，通过旋转侧向挡板背后螺栓，可以推紧挡板，提供足够的侧向约束。下图3-1是同时提供侧向和竖向支撑最远距离处，即升降平台降低至150mm处，侧向制成挡板位于最左侧，距离升降平台边缘70mm处；图3-2是升降平台升起至最高位置，侧向挡板运行至最右侧时的状态，此时距离升降平台边缘50mm；图3-2中的这个模型仅采用了竖向支撑的方式，也符合比赛要求。

3-1

3-2

图3 支撑部位详图

三 加载试验要求

3.1 模型加载方法

（1）模型加载试验采用两辆重量相同的小车加载，分别行驶在相对方向的不同的车道上，同时开始开始启动。每当小车到达模型跨中时，小车必须停止10秒钟，同时测量跨中的位移，然后再继续匀速缓慢通行。整个加载过程的总时间不得多于120秒。小车由参赛选手牵引，牵引过程中不允许接触小车。

（2）加载铁块重量分为2kg、3kg、4kg、5kg、6kg、7kg、8kg、9kg、10kg共8个级别（除去小车重量1kg），参赛队只有两次加载机会，赛前需预报第一次加载重量级别，第二次加载重量级别各队可视第一次加载情况现场决定。

（3）加载小车外轮廓最大尺寸为长170mm，宽80mm，高105mm，小车有前后两个车轮，车轮中心轴距离为120mm，前后轮均为圆柱体，圆柱长度为70mm，车体底平面距离地面15mm。

（4）模型表面有加载桥面板，桥板由有机玻璃块使用钢丝线穿制而成，宽度为180mm。长度为130mm。

3.2 模型失效评判准则

在进行加载时，出现下列任一情形则判定为模型失效，不能继续加载，以上一级的载荷作为有效载荷：

(1) 加载时中央底部最大挠度超过20mm。

(2) 模型出现整体坍塌

(3)由于主要构件出现失稳、破坏或局部变形过大等本身原因，使小车滑落或使小车除车轮外的其他部分与桥面板或与桥梁的其它构件接触，使得小车无法通行，不能完成整个加载过程的。

(4)制作的模型出现尺寸偏差，无法实现加载的。

在分级加载时，每一级的实效评判准则如下：

(1)第一级加载时：模型中的任一构件出现破坏，但能够完成加载而不出现整体坍塌者，不能够进行下一级加载，以本次加载的成绩作为最后成绩。如果出现整体坍塌，则成绩记为0分。

(2) 第二级加载时：模型整体坍塌。（允许模型中的构件出现破坏，只要能够完成小车的加载，则本次成绩有效）

出现其他违规情况，则提请裁判委员会进行裁决。

注：本文所说构件的破坏是指构件出现明显的开裂、断开或者节点脱开的现象。出现响声但没有明显的断裂和断开现象，则不算破坏。

四、模型材料

竞赛期间，承办方为各队提供如下材料，加工工具根据各队伍需求自带，不得带入已经加工好的构件。

(1) 木材：用于制作结构构件。有如下两种规格：

木材规格（单位：mm） 材料

2 mm×2 mm×1000mm 桐木

2 mm×4 mm×1000mm 桐木

2 mm×6 mm×1000 mm 桐木

4 mm×6 mm×1000mm 桐木

1 mm×55 mm×1000 mm 桐木

木材力学性能参考值：顺纹弹性模量1.0×104MPa，顺纹抗拉强度30Mpa。

(2) 502胶水：用于模型结构构件之间的连接。

五、模型现场安装、加载及测试步骤

(1) 模型称重：将制作好的模型称重（精度0.5g）；

(2) 提前十分钟上场准备，并将要安放的重量告诉赛场协助人员。

(3) 得到入场指令后，迅速将模型安装在加载台上，准备进行加载。赛场内安装时间不得超过5分钟，安装同时安排一名同学进行现场陈述和答辩。

(4) 以上过程由赛场协助人员协助各队完成，重要安装步骤应由各队队员自行完成，如在此过程中出现模型损坏，则视为丧失比赛资格。

(5) 参赛队代表进行2分钟陈述，之后评委提问2分钟。

(6) 依次进行两级加载，每级加载完成后依据失效评判准则评价模型是否失效，并记录成绩。

六、评分标准

6.1总分构成

结构评分按总分100分计算，其中包括：

(1) 计算书及设计图 10% （共10分）

(2) 结构选型与制作质量 5% （共5分）

(3) 现场表现 10% （共 10 分）

(4) 加载表现评分75% （共75分）

6.2评分细则

A. 计算书及设计图

(1) 计算内容的完整性 (共6分)

(2) 图文表达的清晰性、规范性 (共4分)

注：计算书要求包含：结构选型、结构建模及主要计算参数、受荷分析、节点构造、模型加工图等。

B. 结构选型与制作质量

(1) 结构合理性与创新性 (共3分)

(2) 模型制作美观性 (共2分)

C. 现场表现

(1) 现场陈述 (共6分)

(2) 现场答辩 (共4分)

D. 加载表现评分

（1）先按荷重比（F=Q/W）计算出各模型的相对分，其中Q代表模型所承受的最大移动荷载（N），W代表模型自重（N）；

（2）再将F值为最大（记Fmax）的模型定为满分（75分），其余模型的分数按（满分×F/Fmax）计算。

以上A-D各项得分相加，分数最高者优胜。

附： 小车的三视图

小车正视图

小车俯视图

小车侧视图及整体图