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1、料倉結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與加載試驗
1 命題背景
料倉為各種松散材料或流動性物料的儲存或轉(zhuǎn)運設(shè)備,既可儲存物料,也可控制物料的流量,改變物料的流向。多應(yīng)用于化工、倉儲、土木工程、鋼鐵、煤炭、石油等行業(yè)。是一種較常見的小型工程設(shè)備和結(jié)構(gòu)。其主要承受豎向力(物料和結(jié)構(gòu)自重)和水平力(風(fēng)荷載、地震荷載和撞擊荷載等)。結(jié)構(gòu)在偶然荷載(如爆炸、撞擊等)作用下的性能越來越引起研究者和工程技術(shù)人員的重視。
本屆結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽以工程結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用為背景,擬通過結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計、制作與加載試驗,探討料倉結(jié)構(gòu)在豎向和水平撞擊荷載作用下的受力性能和破壞特點,為該結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供參考。
2 模型要求
(1)料倉裝
2、料重量最大為60kg(容重約4100kg/M3的鐵砂,噴砂處理用的菱角鐵砂G18,襄陽博航金屬磨料有限公司),料倉形狀不限,典型料倉示意圖見圖1所示。
(a)立面圖 (b)平面圖
圖1 模型示意圖
(2)模型總高度H不超過900 mm,平面尺寸不大于200 200 mm(水平投影),料倉下端出料口離底板高度h不小于200mm,出料口尺寸不大于60x60mm,出料口中心與模型底板中心重合。料口門可反復(fù)使用,以保證其能夠?qū)崿F(xiàn)多次填料和卸料。
(3)料倉下端設(shè)置一個運料出口,其尺寸能保證長160mmX寬120mmX高195mm的模擬車輛進出。
3、(4)模型在離底板高度200 2 mm處應(yīng)設(shè)置水平?jīng)_擊荷載加載點C或C’,水平?jīng)_擊荷載采用自由落體高度100mm的4kg、6kg重物通過牽引繩產(chǎn)生。加載點必須設(shè)置在模型運料出口一側(cè)的最外側(cè)柱上(CD和OD或C’D和OD夾角α最大的柱),作用方向為C點和D點的連線,D位于加載臺中軸線上,D距離模型底板中心O的水平距離為400mm。
(5)選手自行設(shè)計連接方案(僅限于提供的材料),便于模型與拉索端部的U形卡可靠連接,U形卡詳見圖2。
圖2 U形卡詳圖 圖3 模型底板
(6)模型應(yīng)與統(tǒng)一給定底板(400mmX400mmX20mm,膠合板)有可靠連接,模
4、型通過底板和M10的螺栓與加載裝置的加載臺座連接。模型底板見圖3所示。
(7)模型上應(yīng)設(shè)置尺寸不小于30mmX30mm的位移測試平面,中心離模型底板距離為400mm,位于模型平面中軸線上(圖1)。
圖4 加載裝置圖
3 模型加載
(1)豎向荷載:采用鐵砂模擬料倉裝料加載,裝料重量40kg或60kg可選。鐵砂填料出口離模型底板高度930mm,進料口為50mmX50mm,設(shè)置有快速開啟小門,加載時由工作人員操作開啟裝料。裝料完畢持續(xù)時間20秒鐘后分級施加水平?jīng)_擊荷載。
(2)水平加載:水平荷載分2級施加。砝碼重量分別為4kg、6kg,自由落體高度統(tǒng)一取為10
5、0 mm(即砝碼自由落體100 mm后,模型開始受沖擊荷載作用),每級荷載持續(xù)時間為20秒鐘。
(3)卸除水平荷載后,開始卸料,時間不超過2分鐘。以自然卸除的物料重量作為計分重量。
4 模型材料與工具
競賽期間,承辦方為各隊提供如下材料及工具用于模型制作,不得擅自使用其它材料。
(1) 竹材:用于制作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。竹材規(guī)格及數(shù)量見表 1。
表1 竹材規(guī)格及數(shù)量
竹材名稱
竹材規(guī)格
數(shù)量
備注
本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮
1250*430*0.50mm
2張
竹材力學(xué)性能參考值:
彈性模量 1.0104MPa
抗拉強度60MPa
本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮
1250*43
6、0*0.35mm
2張
本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮
1250*430*0.20mm
2張
(2) 502膠水,8瓶(規(guī)格 25克),用于模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接。
(3) 模型底板:底板材料為竹制,厚度 20mm ,長、寬分別為400mm 和400mm。底板上除預(yù)設(shè)孔洞外不得另行鉆孔和減薄加工。底板孔洞標注參見圖 4。
(4) 制作工具:美工刀(3把),1米鋼尺(1把),三角板(2塊),圓規(guī)(1把),砂紙 (10 張),銼刀(1把)、剪刀(1把)、手套(3付)、簽字筆(1支)、鉛筆(1支)、橡皮 1塊)。
(5) 竹材及底板購買:杭州邦博科技有限公司,王軍龍:130828063
7、54
地址:杭州市文一路310號中竹大廈國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心
5 競賽流程及要求
(1)得到入場指令后,各隊隊員迅速將模型固定于加載臺座上,并將水平加載裝置與模型水平加載點連接,整個安裝過程不得超過8分鐘。
(2)比賽正式開始后,參賽隊代表先進行2分鐘陳述,之后評委提問2分鐘,然后依次進行三級加載。
(3)每級加載時,出現(xiàn)下列任一情形則判定為模型失效。
不能正常完成裝料和卸料;
加載過程中料倉任意部位出現(xiàn)可見裂縫或物料泄漏(含出料口);
加載過程中模型結(jié)構(gòu)垮塌。
(4)模型加載成功所對應(yīng)的荷載和位移才能用于計算得分。
6 評分標準
模型評分按總分100分計算
8、,評分標準見表2所示。
項目編號
項目名稱
評分標準
分值
備 注
1
計算書
完整性、準確性
6
結(jié)構(gòu)選型及布置、主要構(gòu)件及節(jié)點詳圖、計算簡圖、荷載分析、內(nèi)力分析、承載能力驗算等
清晰性、規(guī)范性
4
2
模型質(zhì)量
結(jié)構(gòu)合理性與創(chuàng)新性
6
模型制作美觀性
4
3
現(xiàn)場表現(xiàn)
現(xiàn)場陳述
3
現(xiàn)場答辯
2
4
加載試驗*
模型強度
50
最大荷重比計50分
模型剛度
25
最大剛重比計25分
*加載試驗評分方法:
(1)模型強度 (共50分)
根據(jù)式(1)計算模型荷重比E1
(1)
式中,WV為出料重量;M為模型凈重量。
根據(jù)各模型荷重比計算其得分K1,如式(2)
(2)
式中,E1max為所有模型中的最大荷重比。
(2)模型剛度 (共25分)
水平荷載加載成功,根據(jù)該級荷載下水平位移和荷載大小計算模型剛度的得分。根據(jù)式(3)計算模型剛重比E2
(3)
式中, di為第i級水平?jīng)_擊荷載Whi下模型400mm高處模型中軸線上的水平位移。如某級加載未成功,則不計該級荷載。
各模型根據(jù)其剛重比計算得分K2,如式(4)
(4)
式中,E2max為所有模型中的最大剛重比。