西南科技大學第十四屆結構設計競賽（建工B組）地震作用下電視臺塔模型設計制作與加載測試一、競賽背景廣州塔又稱廣州新電視塔，昵稱小蠻腰或水蛇腰，位于中國廣州市海珠區（藝洲島）赤崗塔附近，距離珠江南岸125米，與海心沙島和廣州市21世紀CBD區珠江新城隔江相望。廣州塔塔身主體450米（塔頂觀光平臺最高處454米），天線桅桿150米，總高度600米。塔體整體為筒狀結構，其內部有貫穿塔體的上人電梯，在其塔高2/3處設置有觀光平臺供游客參觀，在其頂部設置有TCL減震技術的裝置。圖SEQ圖\*ARABIC1廣州電視臺塔實物圖本次競賽模型為高聳塔體模型，采用竹質材料制作，具體結構形式不限。模型包括小型振動臺系統和上部多層結構模型兩個部分，模型的各層樓面系統承受的荷載通過附加鐵板和圓鐵塊實現，小型振動臺系統由承辦方提供，多層結構模型由參賽選手制作，并通過螺栓和竹質底板固定于振動臺上，圖2給出了示意性結構圖。圖SEQ圖\*ARABIC2比賽模型示意圖二、模型制作2.1結構布置要求(1)模型大小：模型總高度必須為900mm(2)樓層數：模型必須具有2個樓層（參照圖3中的虛線和頂端實線的樣式），底板視為模型第一層樓板。除第一層以外，每層樓面范圍須通過設置于邊緣的梁予以明確定義，樓面必須為水平面；(3)樓層凈高：第一個樓層的高度應為600mm，第二個樓層高度應為300mm(4)模型所有構件在立面上的投影應在圖3、圖4中陰影區域內，若出現超出陰影區域的結構視為模型制作不合格，但要保證加載鐵塊及頂部水箱可放置到模型上；(5)發放的竹皮可以用于節點處理或制作成樓面，或加固構件，或制作成拉條，但只允許使用半張，不得增添材料(6)所有不符合賽題的模型均不予加載。(7)模型最大質量不得超過250g。圖SEQ圖\*ARABIC3模型結構布置許可陰影面積正視圖及側視圖圖SEQ圖\*ARABIC4結構桿件布置許可陰影面積俯視圖2.2模型安裝要求底板：多層結構模型用熱熔膠固定于模型底板上，底板為330mm×330m模型底板及安裝：比賽前一天模型檢錄合格之后在工作人員的指導下固定安裝。2.3模型加載要求模型的加載配重為長、寬、高約分別為180X180X4mm的鐵板，質量為1kg；在加載之前模型固定好之后，參賽隊員將配重放置在模型的指定位置上；分別為，樓板放置2塊鐵板共計2kg；屋頂放置4Kg水瓶，采用熱熔膠固定在屋面處；放置完配重后進行地震波的加載（加載波詳情請查看加載地震波說明），加載共分為三級，逐級加載：模型試驗僅在單一水平向施加地震作用。三、加載儀器介紹結構模型采用第二代改進型WS-Z30小型精密振動臺系統進行模擬水平地震作用的加載考察模型承載力，振動臺系統的主要組成部分及相關參數信息如下：水平振動臺：型號WS-Z30-50指標：水平臺尺寸：506×380×22mm，荷載：30kg，重量：11.5kg，材料：鋁合金LV12。功能：承載試驗模型。激振器：型號：JZ-50指標：水平頻率：0.5-3000Hz，最大位移：8mm，激振力：500N，重量：28kg，功能：使水平臺振動。功率放大器：型號：GF-500W指標：失真度：<1%，噪聲：<10mv，輸出阻抗：0.5Ω，工作頻率：DC~10000Hz，輸出電流：25A，輸出電壓：25V，功率：500W，供電電壓：220V，尺寸：44×48×18cm，重量：18g，功能：為激振器提供輸出功率。圖SEQ圖\*ARABIC5水平振動臺和激振器圖SEQ圖\*ARABIC6功率放大器四、加載地震波說明本次競賽采用振動臺單方向加載，通過輸入地震動數據模擬地震作用。模型的加載方向由抽簽決定。振動臺輸入的地震波分三級輸入（波形文件見附件）：（1）第一級輸入的地震波：地震波數據點時間間隔t為0.005s，即數據采樣頻率f為200Hz，波形時長為32s，波形如圖7所示。圖SEQ圖\*ARABIC7第一級輸入地震波譜（2）第二級輸入的地震波：地震波數據點時間間隔t為0.002s，即數據采樣頻率f為500Hz，波形時長為90s，波形如圖8所示。圖SEQ圖\*ARABIC8第二級輸入地震波譜（3）第三次輸入的地震波：地震波數據點時間間隔t為0.002s，即數據采樣頻率f為500Hz，波形時長為90s，波形如圖9所示。圖SEQ圖\*ARABIC9第三次輸入地震波普五、荷載施加方式競賽加載共分三級進行。在三級加載中，通過控制加載設備輸入電壓和地震波數據采樣頻率獲得具有不同輸出峰值加速度和不同卓越頻率的地震波，以全面檢驗模型對于不同強度和頻譜成份地震波作用下的承載能力。加載時第一級、第二級、第三級地震波功率放大器的增益(Gala)旋鈕分別調至90度、90度、145度位置，此時，三級加載的設備輸入電壓和數據采樣頻率控制值如下表所示：表格SEQ表格\*ARABIC1設備加載輸入技術參考值加載等級輸入電壓采樣頻率加載時間臺面最大加速度參考值第一級6V200Hz32秒1.853第二級4.5V500Hz90秒1.145第三級4V500Hz90秒0.780因設備固有性能限制，在加載過程中可能會有臺面與限位裝置撞擊的現象發生，由此產生的高頻加速度分量亦認定是荷載作用。而當其引起的結構不良反應達到賽題中模型失效判定準則時，均判定為加載失敗。六、制作材料表格SEQ表格\*ARABIC2每一組發放制作材料標準材料規格（mm）數量（每組）桐木條6×6×90010根桐木條4×4×90010根竹皮1250×630×0.20.5張七、底板模型制作完成后，將在檢錄模型的當天，于檢錄合格之后在工作人員的指導下現場固定在底版上。底板在制作期內不會發放給參賽隊，僅在檢錄當天發放底板，并且在固定模型時不得對底板進行任何處理，以下是底板的實物圖和幾何尺寸圖。圖SEQ圖\*ARABIC10底板實物圖圖SEQ圖\*ARABIC11底板平面圖及尺寸圖SEQ圖\*ARABIC12底板側視圖及尺寸八、模型失效準則模型尺寸及構造等不符合要求；加載荷重無法放置于模型指定位置；第一級加載時不得出現任何損壞，否則失效；第二級加載時允許部分桿件失效，但節點不能拉脫，結構不發生垮塌，否則失效；第三級加載時不得出現整體垮塌，否則失效；注意：在加載過程中出現加載配重掉落或滑出，或者出現無法放置加載配重的情況，判定為模型失效；九、檢錄與加載流程9.1模型檢錄檢錄時間：檢錄時間為比賽前一天下午；檢錄內容：模型尺寸及結構布置是否符合要求，觀察模型是否能夠加載配重，模型稱重，模型編號，參賽隊員確認簽字，存放模型；檢錄流程：1.檢查模型尺寸及制作是否符合賽題，若符合進行下一步，若不符合允許在檢錄結束之間修改再提交；2.在工作人員引導下進行模型稱重，得到模型質量（第i組模型質量）；3.在工作人員的安排下抽取模型加載方向；4.模型稱重完成之后在工作人員的指導下進行底板安裝；5.模型固定完成之后領取編號，并確認簽字，存放好模型之后立即離場，不得在模型存放室逗留。6.所有模型統一存放在一個地方，待第二天加載時取出。9.2加載流程1.參賽隊員在工作人員的帶領下領取自己的模型（檢錄時編號即為第二天的加載順序）；2.聽到指令之后參賽隊伍拿上模型進場進行答辯，參賽隊有2分鐘時間進行陳述，之后評委提問2分鐘；3.答辯結束后，按序進入加載場地候場區候場，等待加載測試。4.得到加載指令后，迅速將已經固定好的模型安裝在振動臺上，緊固螺栓，準備進行加載。賽場內安裝時間不得超過2分鐘。5.一切準備就緒之后，進行加載，先將規定荷重放置于規定位置處，待荷重放置完畢之后，向工作人員示意，即逐級時間地震荷載，直至模型失效；依次進行三級加載，每級加載完成后依據失效評判準則評價模型是否失效。6.以上過程由各隊自行完成，賽會人員僅負責控制儀器，判定失效和記錄結果。如在此過程中出現模型損壞，則視為喪失比賽資格；7.加載完成之后，參賽隊員立即將模型拆卸下來并存放到指定存放室；8.比賽完成之后，由于需要，所有模型由主辦方處理。十、評分細則10.1總分構成結構評分按總分100分計算，其中包括：計算書及設計圖5%共5分結構選型與制作質量5%共5分現場陳述與答辯5%共5分加載得分85%共85分10.2評分細則計算書得分（1）創新性說明共5分注：計算書內容應包括模板內的所有內容，允許調整順序和增加內容，不得刪減內容。B.結構選型與制作質量結構合理性與創新性共3分模型制作美觀性共2分C.現場表現現場陳述共3分現場答辯共2分D.加載得分第i組的加載得分將由效率參數的計算結果進行評分，的計算方式如下：若第i組僅成功加載第一級荷載，則第i組的效率參數計算方式如下：若