长安大学2016年结构设计大赛赛题--竹质塔结构

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1、长安大学2016年大学生结构设计竞赛赛题竹质塔结构模型设计、制作与测试1.竞赛模型设计能够承受一定的竖向荷载和水平地震作用的竹质塔结构模型，具体结构形式不限，可为四根、六根或八根柱组成的框架式空间结构，也可为其他结构。模型包括小振动台系统、上部塔结构模型和塔顶铁块三个部分，铁块通过热熔胶固定于塔顶，塔结构模型由参赛选手制作，并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上，图1给出了一示意性结构图。图1  模型立面示意图(单位：mm)    2.模型要求2.1几何尺寸要求：(1) 底板：塔结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为

2、330mm×330mm×8mm的木板（如图2所示），底板用螺栓固定于振动台上。(2) 模型大小：模型总高度应为900mm，允许误差为±3mm7。总高度为模型底板顶面至塔顶(模型顶面)上表面的垂直距离，但不包括塔顶铁块的高度。模型顶面为平面，应满足安全放置铁块的要求。模型底面尺寸不得超过220mm×220mm的正方形平面，塔顶不得小于150mm×150mm的正方形平面，即整个模型需放置于该正方形平面范围内，可为等截面结构也可为变截面结构，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证螺栓能顺利紧固。模型的主要受力构件

3、应合理布置，整体结构应体现“创新、轻巧、美观、实用”的原则。图2模型底板示意图(单位：mm)2.2模型及附加铁块安装要求：(1)利用热熔胶将附加铁块固定在塔顶上，可在顶层设置固定铁块辅助装置，但辅助装置和铁块不能超出塔顶范围且不能直接跟柱接触。(2) 提供的铁块为底边150mm高50mm的长方体，重量约为8.83kg。3. 加载设备介绍结构模型采用第二代改进型WS-Z30小型精密振动台系统进行模拟水平地震作用的加载，考察模型承载力。振动台系统的主要组成部分及相关参数信息如下：水平振动台：型号：WS-Z30-50指

4、标：水平台尺寸：506×380×22mm，荷载：30kg，重量：11.5kg，材料：铝合金LY12。功能：承载实验模型。7激振器：型号：JZ-50指标：工作频率：0.5～3000Hz，最大位移：±8mm，激振力：500N，重量：28kg功能：使水平台振动图3水平振动台和激振器图4功率放大器功率放大器：型号：GF-500W指标：失真度：<1%，噪声：<10mV，输出阻抗：0.5Ω，工作频率：DC～10000Hz，输出电流：25A，输出电压：25V，功率：500VA，供电电压：220VAC，尺寸：44x48x18cm

5、，重量：18g功能：为激振器提供输出功率4.加载与测量4.1 输入地震波：       图5 竞赛加载所用的基准输入波（32s）7本次竞赛采用振动台单方向加载，通过输入实测地震动数据模拟实际地震作用。振动台输入的地震波取自2008汶川地震中什邡八角站记录的NS方向加速度时程数据，原始记录数据点时间间隔Dt为0.005s，即数据采样频率f为200Hz，全部波形时长为205s，峰值加速度581gal。截取原始记录中第10s~42s区间内的数据，并通过等比例调整使峰值加速度放大为1000gal，作为本次竞赛加载所用的基

6、准输入波，如图5所示。4.2 荷载施加方式：由于加载设备限制，模型试验仅在单一水平向施加地震作用，模型的抗侧体系应在计算书中阐述清楚。试验时模型放置方向按照安装底板标识(A或B，如图2中所示)，通过抽签挑边确定。竞赛加载共分三级进行。在三级加载中，通过控制加载设备输入电压和地震波数据采样频率获得具有不同输出峰值加速度和不同卓越频率的地震波，以全面检验模型对于不同强度和频谱成分地震波作用下的承载能力。加载时功率放大器的增益(Gala)旋钮统一调至90度标识，此时三级加载的设备输入电压和数据采样频率控制值如下表所示：

7、加载等级输入电压采样频率加载时间台面最大加速度参考值第一级0.4V200Hz32秒0.353g第二级0.6V250Hz26秒0.783g第三级0.7V300Hz21秒1.130g注：上表中的台面最大加速度参考值通过连接于加载设备台面的加速度传感器测量得到，此时，振动台面上的竹模型附加了铁块，台面位移未超限。实际输出的台面加速度峰值会因模型结构型式、附加铁块重量及布置方式的不同而存在一定差异。4.3 台面振动加速度峰值的测量：在对每个模型的每一级加载过程中，都通过传感器对台面振动加速度进行实测。本次竞赛采用的加载设

8、备所允许的台面最大位移为±8mm，若一些模型在加载过程中，振动台台面位移超限，致使台面与限位装置撞击，产生高频加速度分量，将会对结果产生影响。因此实测的台面振动加速度将经过滤波处理后输出，设定加载设备的滤波限值为低通20Hz。加载过程中，将实时显示该级加载下台面振动加速度的峰值I，用于最终模型效率比的计算（参见第七项：评分标准）。       注：如因台面位移超限而引起的