题目：装配式悬臂结构模型设计

1.赛题背景

装配式结构是以预制构件为主要受力构件通过可靠的连接方式装配而成的结构，是我国建筑结构发展的重要方向之一。发展装配式建筑是建造方式的重大变革，是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措，有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，有利于促进建筑工业化与信息化深度融合、培育新产业新动能。与现浇施工工法相比，装配式结构符合绿色施工的节地、节能、节水和环境保护等要求，降低对环境的负面影响。图1是装配式建筑结构示意图。

本赛题基于上述背景，要求参赛队在规定的时间内，使用限定的材料，按照赛题的要求，完成装配式悬臂结构模型的设计、制作，并进行加载测试。此赛题将能较好的培养和锻炼参赛者在土木工程结构、材料、力学、设计、制作及专业软件使用等方面的能力，同时还能较好的拓展土木工程专业学生的知识面，培养参赛者的团队协作能力、语言表达能力等。

2.模型的制作材料

1、马克纸：

2、粘结材料：双面胶或液体胶水。

3.模型的制作工具

三角板两套（35厘米，45°及30°），得力钢直尺两个（1米长），美工刀三把，活动铅笔3支，橡皮3个，镊子3支，钳子1把，螺丝刀1把，塑料螺栓若干。各参赛队自备便携式打孔设备（用于装配式塑料螺栓连接时打孔）。

4.模型的尺寸控制

本次赛题模型的所有构件和节点限定在图2所示的虚线轮廓范围内，构件和节点不得超出轮廓范围。

4.1几何尺寸要求

1、模型大小：模型总高度应为900mm，允许误差为±3mm，总高度为模型底板顶面至屋顶(模型顶面)上表面的垂直距离。若底板上设置有地梁，则第一层净高需自地梁顶部开始计算；若无地梁则从底板顶面开始计算。模型底面外围尺寸大小控制在300mm×300mm正方形范围内。模型顶层要求有一个水平方向的外伸段，外伸段长度不少于300mm。外伸段的上部水平构件与第三层上部水平构件在同一平面内，下部水平构件与第三层下部水平构件在同一平面内。

图2模型尺寸控制示意图

2、柱间距与层数要求：模型不少于4根柱子，柱子相互之间的净距离不得小于200mm。模型至少有3个楼层，底板视为模型第一层楼，除顶层外(顶层高度为270mm)，其余各楼层高度不得小于200mm。除第一层以外，每层楼面的边梁均为承重构件。每层横向构件在同一水平面上，允许误差±5mm。

3、使用功能要求：模型结构应具有足够的承载刚度，各层空间应满足使用功能要求。在模型内部应能容纳下长×宽×高为150mm×150mm×150mm的正方体；在模型外部，悬臂段正下方应能容纳下长×宽×高为300mm×300mm×500mm的长方体。

4.2模型安装要求

1、构件连接方式：所有构件之间的连接均采用装配式，可采用塑料螺栓连接；模型底部底板的长度、宽度和厚度分别为400mm、400mm和20mm。底板的四角距板边40mm处留设有四个螺栓固定孔。

2.模型正前方和双侧向各悬挂一块加载板（共3块加载板），各加载板背面分别设置有四个安装挂钩，如图3所示。参赛模型应在挂钩对应位置处具备悬挂加载板条件。参赛者至少使用3个挂钩。加载板应竖直安装，正向加载板四个挂钩的坐标位置（坐标原点在底板中心，Z轴正向竖直向上，X轴正向沿悬臂方向，符合右手坐标系）分别为：a (450,－120, 900)，b (450, 120, 900)，c (450, 120, 630)，d (450,－120, 630)。侧向加载板四个挂钩的位置分别为：e (180,－150, 900)，f (420,－150, 900)，g (420,－150, 630)，h (180,－150, 630)；侧向另一加载板对称放置。加载板正面范围内不得有任何遮挡视线的构件及节点（避免影响加载）。

3、在正式加载测试前，参赛者应在现场工作人员监督下，进行模型装配。装配完成后，进行称重。现场裁判人员对模型的尺寸、位置、加载板位置(裁判人员据此推算加载板的初始位置)等进行规定性检查，参赛模型通过检查之后，取得加载资格。没有通过上述检查的模型，视为无效模型，不能进入加载环节。

5.模型的加载测试

模型加载采用动、静荷载相结合的方式。正式加载前，应先由参赛者在规定位置悬挂加载板(包括1块正向加载板和2块侧向加载板，每块加载板约0.1kg)，并在整个加载过程中加载板位置不允许再变动。

加载共分为三级：

（1）一级加载：竖向加载(静载)

第一级加载总配重为1.5kg,总配重均分后放置各层边梁跨中，每层各个边梁至少悬挂0.06kg。

（2）二级加载：竖向加载(静载)＋正向水平冲击荷载

第一级荷载通过后，进入第二级加载环节。在第一级荷载的基础上，进行正向冲击荷载，将0.2kg的铁球沿1.0m长(倾斜45度)、前端有0.3m长水平段的轨道中自由滚下，铁球正面撞击加载板。

（3）第三级加载：竖向加载(静载)＋侧向水平冲击荷载

将0.2kg的铁球沿1.0m长(倾斜45度)、前端有0.3m长水平段的轨道中自由滚下，铁球侧面撞击加载板。

6.模型的加载规定

1.模型在加载前，由规定人员对模型进行尺寸和位置检查，模型超出规定轮廓、加载板的初始悬挂位置不符合规定者，视模型为无效模型，不得进入加载环节。每级加载完成、模型变形稳定(模型变形稳定时间为加载后10秒)，由现场裁判人员对模型进行尺寸和位置检查，模型超出规定条件时，视本级加载未通过，并不得进入下一级加载。

模型出现下列情况，视为本级加载未通过：

(1)加载过程中，出现加载板掉落。

(2)加载过程中，出现配重块掉落。

(3)加载过程中或加载完成后，模型倒塌。

(4)本级卸载、模型变形稳定后，模型变形过大。

2.参赛队总成绩的计分方法

总分为100分，计分项和每项的满分值如下：

(1)模型的结构计算、制作等说明书：10分。

(2)模型制作外观质量：5分。

(3)参赛队的模型及设计介绍：5分。

(4)回答评委提问及答辩情况：5分。

(5)加载成绩：共75分

第一级加载：第i个参赛队成绩为30Mmin-1/Mi，Mi为通过一级加载的第i个参赛队的模型质量，M min-1为通过第一级加载的所有参赛队的模型质量的最小值。

第二级加载：第j个参赛队成绩为25M min-2/Mj，Mj为通过二级加载的第j个参赛队的模型质量，M min-2为通过第二级加载的所有参赛队的模型质量的最小值。

第三级加载：第k个参赛队成绩为20 min-3/ Mk，Mk为通过三级加载的第k个参赛队的模型质量，M min-3为通过第三级加载的所有参赛队的模型质量的最小值。

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