1、第五講 校內(nèi)賽賽題分析講授人：黃祖慰2013年土木科技月賽題初稿已經(jīng)出爐，比往年來得都要早，報名工作也在展開當(dāng)中。雖然賽題出來的只是初稿，但是有必要帶領(lǐng)大家研讀賽題，調(diào)動起大家參賽積極性和提高大家的自信心。下面，根據(jù)茅院比賽的報名情況，結(jié)合本人在賽題上的批注對賽題進(jìn)行分輕重的解析。一家之言，僅供參考。一、橋梁承重組橋梁模型：三跨連續(xù)梁對于橋型，大家需要注意，這里所說的究竟是單純橋面連續(xù)還是橋梁工程里面所說的真正的連續(xù)梁，提了這么多年都沒有說明清楚。僅僅是橋面連續(xù)的橋梁模型都能蒙混過關(guān)。這里注意大家要把模型設(shè)計成真正意義上的連續(xù)梁橋。模型制作材料：PVC塑料板（1.2mm厚）、鉛發(fā)絲線和AB膠三

2、種材料對于PVC塑料板，主辦方?jīng)]有給出具體的材料性能參數(shù)，做法欠專業(yè)。網(wǎng)上查詢的材料力學(xué)參數(shù)差異較大，在這里本人不宜自作主張，有需要的同學(xué)可以去詢問主辦方具體的材料的參數(shù)。在這里必須注意材料存在的厚度，制作的時候要注意，不能忽略。另外注意，選手應(yīng)當(dāng)考慮：是否可以將橋面稍微磨薄一些，以減輕模型重量？在這里應(yīng)當(dāng)注意PVC板由于制作工藝，有順紋和橫紋之分，肉眼看不出來，裁剪的時候就可以輕易判斷對于鉛發(fā)絲線，拉條全部建議采用鉛發(fā)絲線，這樣以達(dá)到減輕重量的目的。對于AB膠，通過以往的使用經(jīng)驗，可以給參賽者做如下提醒：AB膠用起來相對麻煩，要注意不要用得太多，AB膠重量很大，重量大。假如某處用得太多，割去

3、或者抹掉，當(dāng)然，是以不損壞粘接面為前提。賽題中說明，選手可以對材料進(jìn)行適當(dāng)加工。適當(dāng)加工沒有沒說明加工方式，可以切割，又可以磨（比較費(fèi)勁，拿銼刀方便些）。甚至可以把設(shè)計好并且畫好線的塑料板拿到塑料加工場地進(jìn)行加工。另外有興趣的同學(xué)還可嘗試加熱變形的方法，在這里提醒千萬注意安全。模型重量的限制（不超過2000g）模型過重沒有參賽意義。比賽第一，參與第二。模型的縱向長度的要求：賽題提出（1770,1790）的橋長范圍。在實(shí)際中加載裝置特別，支座并不是平坦的，而是帶有寬度大概1CM的凹槽（中央），可做特殊構(gòu)件卡在加載裝置上，以創(chuàng)造支座不提供的水平力，應(yīng)當(dāng)注意支座處的處理方法。一般很難在一張制圖紙上把

4、1比1的橋畫全，可以采用分段畫的方法。橋梁有三個跨度，可以分三段畫。制作的時候也可以分段制作。橋梁縱向?qū)挾纫螅海?00,250）為了減輕重量，取最小值。橋面坡度問題：建議將橋面設(shè)計成平整的，不附帶坡度，方便小車通過。若必須設(shè)置坡度，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置橫坡縱坡，通過預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)，但是必須要控制好。通過預(yù)應(yīng)力控制，濕度對材料無影響，但是氣溫會有影響，使用預(yù)應(yīng)力時應(yīng)當(dāng)注意。預(yù)應(yīng)力的設(shè)置方法已經(jīng)在之前的講課中具體介紹過。橋面凈空問題：保證不小于寬200×高150mm的橋面通行凈空此規(guī)定是針對于下承式橋梁，上承式橋梁沒有這個問題。為了提高材料利用率，建議采用上承式橋梁結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，不反對使用下承式。

5、集中荷載的吊點(diǎn)：位置在各跨跨中集中荷載吊點(diǎn)，注意集中應(yīng)力，用鉛發(fā)細(xì)線做吊點(diǎn)時要多繞幾圈。也可以用其他一些特殊構(gòu)造設(shè)置來實(shí)現(xiàn)同樣的效果。集中荷載吊點(diǎn)必須有可以提供相當(dāng)剛度的梁構(gòu)件，這點(diǎn)非常重要，假如集中吊點(diǎn)不存在梁式構(gòu)造，將會無法承當(dāng)其荷載。撓度測試的測點(diǎn)：位置已經(jīng)標(biāo)明撓度測點(diǎn)相對于集中荷載吊點(diǎn)受力極其小，可以不做特殊受力措施，依靠橋面剛度即可穩(wěn)定，但是要注意捆綁方法。撓度測點(diǎn)線長大概20厘米左右，方便測量。橋梁跨度問題：賽題上說明可以做成不等跨、不對稱的造型和結(jié)構(gòu)方案。但是，這里建議，為了方便設(shè)計與試驗，盡量做成等跨模型。支座要求：無需做橋墩，只會白白增加重量，無意義。小車移動荷載：4kg一般

6、的橋都能承受這個荷載，畢竟很小。想要出線，關(guān)鍵得看模型的重量，越輕勝算越大。當(dāng)然，這是在保證承載能力的前提下減輕重量。撓度限制：不超過20mm 撓度簡單的說就是變形量。橋梁必須具備足夠的剛度。只要是靜定結(jié)構(gòu)，或者少次數(shù)的超靜定，桿件截面布置合理，理論上不會出現(xiàn)問題。橋面變形限制：模型橋面發(fā)生較大翹起或者凹陷(大于5mm) PVC板材剛度大，只要橫向聯(lián)結(jié)系布置妥當(dāng)，就不會出現(xiàn)凹陷。這種情況大多是由于橋的橫向連接不穩(wěn)定而造成的。加載試驗失敗判定：主要構(gòu)件破壞模型上所有構(gòu)件基本上都屬于基本構(gòu)件包括橋面。但是有一次，有一座橋一片主梁的拉條斷裂，但是老師卻判定加載成功。不要冒這個險，盡量不要破壞。動荷載

7、問題：從歷屆比賽試驗得出：只要能夠承受比最大靜載大1kg左右的荷載，基本不會出現(xiàn)問題。計算書問題：不能犯低級錯誤，特別是概念上的，例如剛度、強(qiáng)度。對于評分準(zhǔn)則的理解：從公式中分析，撓度越小，K1分?jǐn)?shù)越高，說明了需要注意模型的剛度，提高有效抗彎高度是減小撓度的有效方法。然而，提高抗彎剛度將會使模型重量增加，“荷重比”分?jǐn)?shù)將會降低。所以，為了達(dá)到一個理想的分?jǐn)?shù)，選手要注意權(quán)衡剛度和模型重量的關(guān)系。二、高層電塔組模型制作材料：復(fù)壓竹皮材料特性：1、 復(fù)壓竹皮在順紋路方向存在連續(xù)纖維，利于受拉。但是順紋容易被撕裂。 2、 規(guī)格為0.2mm的竹皮為單層竹皮，應(yīng)注意竹皮上存在的竹節(jié)的薄弱點(diǎn)，應(yīng)盡量避開；此

8、種竹皮，一面為光面，一面為毛面，粘貼時，光面的粘接速度要快于毛面，但是最終粘接緊密性毛面為優(yōu)。使用單層竹皮作為拉桿，存在風(fēng)險，北京交通大學(xué)的模型是個典型例子。 3、 規(guī)格0.35mm竹皮由一張0.2mm和一張0.15mm竹皮復(fù)壓而成，其兩層粘結(jié)的緊密性大于0.5mm的竹皮。適合作為拉桿，比較安全。在選著此種規(guī)格竹皮作為拉桿時應(yīng)當(dāng)注意竹皮里面的竹節(jié)，在正反兩面，竹皮上的節(jié)點(diǎn)不能重合，在做出拉桿后應(yīng)當(dāng)注意并進(jìn)行篩選。 4、 規(guī)格為0.5mm的竹皮，兩層粘結(jié)緊密程度較0.35mm規(guī)格竹皮低，選擇材料時，應(yīng)該選擇竹皮粘結(jié)緊密性高的。緊密性不高的竹皮，在制作過程中容易造成桿件局部穩(wěn)定性低，對模型質(zhì)量有重

9、大影響。 5、 盡量選著表面平整的竹皮，在搬運(yùn)過程中盡量避免卷起竹皮，以防止橫向纖維的破壞。 6、 濕度對材料的影響不容忽視，經(jīng)過試驗，發(fā)現(xiàn)復(fù)壓竹皮在濕度上升時，順紋的變形量比橫紋大。由此，為了盡量減少濕度對整體模型的影響，切割竹皮時，應(yīng)該盡可能平行于竹皮的順紋紋路，若不，則模型在做好之后會出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，對模型性能的發(fā)揮影響很大。 7、 竹制底板的表面是覆蓋了一層0.5mm規(guī)格的復(fù)壓竹皮，由于復(fù)壓竹皮兩層之間的緊密度不高，容易分離，制作柱腳時應(yīng)當(dāng)特別注意對柱腳進(jìn)行處理。 模型總體高度限定問題：1200mm±10mm高度內(nèi)按照以往介紹過的精確制圖的方法盡量把精度控制在2mm之內(nèi)。這樣在

10、加載時才能很好使模型符合設(shè)計者的受力思路。結(jié)構(gòu)荷載為題：水平荷載4.95kg沒有豎向荷載不符合真實(shí)的電塔受力，水平荷載大，扭矩不可小覷。設(shè)計模型時，可以不必把模型想象成電塔，想象成一個只在頂部受扭的結(jié)構(gòu)。沒有豎向荷載不代表柱子不受壓，壓力很大。對于模型內(nèi)力的理解：思考：與薄壁梁分析理論有相似。在Z方向上上，柱子有受拉，有受壓的。特點(diǎn)是模型整體扭矩很大，柱子的彎矩很大，最終導(dǎo)致4根柱子都受壓。模型很高，線長度大，只要在靜載時抵抗住扭轉(zhuǎn)，震動對其有一定影響。構(gòu)造上怎么使得壓桿盡量短,換句話說就是線長度不能長。只要保證抗扭的基礎(chǔ)上暫留一定的安全系數(shù)保證震動不夸就OK。示意圖問題：示意圖的截面呈變截面

11、，截面閉合面積越小，其抗扭剛度會下降，成為危險截面。設(shè)計模型時應(yīng)該不要把模型想象為一個真實(shí)的電線塔，而是一個具體的受力結(jié)構(gòu)。為了提高抗扭能力，模型整體截面面積應(yīng)當(dāng)取較大值。柱腳處理問題：采用熱熔膠柱腳處理要用新方法，可以一部分參考第四屆國賽我校柱腳處理的方法。即使用第四屆國賽柱腳處理方法+澆筑適量熱熔膠。模型尺寸問題：賽題限制了模型地面尺寸與模型頂部尺寸，中間部分沒有特別說明，可以設(shè)計時不要思維定視。外挑對稱問題：對稱是否可以理解為是中心對稱，也可以是軸對稱？假如做到中心對稱，那么就可以有效地減小壓桿的長度，穩(wěn)定問題得到很好解決，模型重量也會降低。振動臺振幅：8mm相對于模型高度來說，很小。根

12、據(jù)實(shí)際經(jīng)驗得出，只要其承受住了比規(guī)定靜荷載大的力，在動載方面應(yīng)該不會出現(xiàn)問題。前提是柔性結(jié)構(gòu)。模型失效評判準(zhǔn)則：(1) 在懸挑端施加拉力時：模型中的任一構(gòu)件出現(xiàn)破壞(2) 第一級加載時：模型中的任一構(gòu)件出現(xiàn)破壞；(3) 第二級加載時：模型的主要構(gòu)件梁和柱中任一構(gòu)件出現(xiàn)破壞； (4) 第三級加載時：模型整體或任一樓層發(fā)生坍塌或任一柱腳脫離底板；(5) 每一級加載時懸挑端拉力失效（即懸挑端發(fā)生破壞）。上述失效準(zhǔn)則中的“構(gòu)件破壞”定義為構(gòu)件出現(xiàn)明顯開裂、斷開或者節(jié)點(diǎn)脫開。從準(zhǔn)則中應(yīng)該看到：當(dāng)模型僅僅是發(fā)生大變形，而桿件并沒有發(fā)生破壞，可夠認(rèn)定為模型沒有發(fā)生破壞？此處存在嚴(yán)重漏洞。懸挑部分的拉索問題：

13、注意集中應(yīng)力的問題，拉的位置桿件最好不要空心，最好是放在節(jié)點(diǎn)上。對振動臺加速度傳感器實(shí)測的臺面震動加速度峰值的理解：通過以往試驗發(fā)現(xiàn)，振動臺上放置一定數(shù)量的砝碼會使測試加速度增大。可以看做是結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大也能起到這個效果。但是在本次的結(jié)構(gòu)構(gòu)造中，應(yīng)該不會有太大影響（不存在豎向荷載，而且荷載都是以力偶的形式存在）。三、鐵道軌排組軌道線形問題：要注意其線型布置,題目存在缺陷,假如提供的軌道是圓曲線，曲線的超高，超高順坡曲線加寬都沒有什么意義，突變。真正的軌道曲線是存在過渡段的，而不是馬上定型。對于鐵道就是以半徑為方向的距離，而且要考慮曲線加寬問題。注意理論計算并且做好定位工作。鋼軌與軌枕連接問題：

14、不一定通過小螺釘連接起來，假如用螺釘要算到模型自重里面，那就盡量避免采用螺釘，用其他方法也能固定鐵軌。可以有效減輕模型重量，提高分?jǐn)?shù)。四、隧道工程組開挖過程是關(guān)鍵點(diǎn)，由于圍巖非常松散，開挖時容易導(dǎo)致塌方。而賽題中沒有提到可以用竹簽來做錨固裝置，因為開挖方法就顯得很重要。在這里給出一種參考方法：將A3卷成圓筒，周長與隧道襯砌一致。將圓筒傾斜裁剪，剪成一個斜截面，如同吸管插入的尖部。開挖時，用注射器輔助，將尖端對準(zhǔn)隧道上表面，依次開挖。五、巖土工程組樁基礎(chǔ)的介紹：樁基礎(chǔ)根據(jù)其在土中受力情況不同,可分為端承樁和摩擦樁。 端承樁是穿過軟弱土層而達(dá)到深層堅實(shí)土的一種 樁,上部結(jié)構(gòu)荷載主要由樁尖阻力來承擔(dān)

15、; 摩擦樁是完全設(shè)置在軟弱土層一定深度的一種樁,上部結(jié)構(gòu)荷載要由樁尖阻力和樁身側(cè)面與土之間的摩擦力共同來承擔(dān)。摩擦型樁包括摩擦樁、端承摩擦樁 極限狀態(tài)下，以摩擦力為主，端承力很小或不計端承型樁包括端承樁、摩擦端承樁 極限狀態(tài)下，以端承力為主，摩擦力很小或不計此次比賽所用基礎(chǔ)形式為摩擦樁為了保證樁體能夠提供足夠的摩擦力，應(yīng)當(dāng)設(shè)法讓土密實(shí)。賽題中提到兩種樁的布置方法：先放沙后打樁；先放樁后填沙；兩種方法有利有弊，前者通過敲擊樁體打入圖中，能夠獲得較好的摩擦力，但是在定位上存在一定難度。后者位置固定，但是由于摩擦力不足，其沉降量相對大。樁群頂端的間距不宜過大，若過大，承臺的作用將會被消減。由題目限制與空心樁的穩(wěn)定問題得出：樁不宜設(shè)置為傾斜樁。六、橋梁造型組注意設(shè)計背景成都高新區(qū)是1991年國務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)立的中國首批國家級高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)ISO14000國家示范區(qū)，國家科技部確定的全國首批創(chuàng)建“世界一流園區(qū)”六家試點(diǎn)單位之一。四川省成都天府新區(qū)總體規(guī)劃（20102030）,將成為西部最具活力的增長極；12月25日正式啟動建設(shè)高新南區(qū)成為其核心區(qū)域。“高新天府新城片區(qū)是現(xiàn)有城區(qū)和新城區(qū)聯(lián)系的紐帶，承擔(dān)著非常重要的承上啟下的作用，必須有完備的交通。” 新橋?qū)⒋蛲ㄖ泻团c組團(tuán)成