中南大学结构设计大赛赛题.doc

纵坡公路桥梁结构设计一、赛题背景 猴子石大桥，又名长沙湘江三大桥、长沙湘江南大桥是长沙市二环线上横跨湘江的一座特大桥。初建于1958年，后因历史原因于1960年停建；1996年再建，1997年再次停工；最后，大桥从1998年底开始建造，并于2000年9月建成通车。猴子石大桥位于南二环与湘江交汇处，湘江河水从南边滔滔而来，又从这里向北滚滚而去。东头是临江而卧的南郊公园，青山绿水在这里相得益彰，西头是大学城。其南边五公里处是连接南三环线的黑石铺大桥，北边六公里处是横跨橘子洲的湘江一桥。因桥在老地片名猴子石地域内，猴子石知名度高，故名“猴子石大桥”。又因为大桥属于南二环线，因此也称其为南大桥。大桥横跨湘江两岸，总跨度达1389米。其所处地点呈明显的“东高西低”之势，即东岸高，西岸低，带有明显的纵坡，大桥的桥柱高度是从桥中心位置依次朝着两边递减，这样既保证了船只在河流中正常通航又能够缩短工期节约成本。猴子石大桥对在长沙的交通地位显著，在所有跨湘江通道中，猴子石大桥白天12小时交通量分布比重达到28.8%，在长沙34条跨湘江通道中所占交通比重最大。猴子石大桥建成后，对长沙的交通和经济发展都做出了巨大贡献此次比赛我们以湘江上这一著名的桥梁猴子石大桥作为背景。二、总体模型 总体模型由给定的承台、桥梁模型和底座木板三部分组成。用于固定山体及桥梁模型的底座木板，其顶面标高为0.00m；给定的承台有两个，桥梁起始端承台标高为0.24m，末端承台标高为+0.14m，两承台具体尺寸见图2至图5。桥梁模型为斜交纵坡直桥，全长1.4m。桥段结构的所有构件及节点均采用给定材料与 502 胶水手工制作完成。桥段结构桥面板制作时要求满铺，不允许有空隙，桥面上需设置两个减速带，减速带为3D打印构件（加载现场加装于桥面固定位置），具体位置见图1。底座木板主要用来承托给定的山体模型和制作的桥梁模型，模型与底座板用自攻螺钉连接。承台板上划有一条具有一定宽度的河流航道区域（距起点550mm处，河流宽450mm，流向与桥面呈75度角），为便于通航，航道内不允许设置桥墩。三、两岸承台、桥梁模型及底座木板连接 承台模型与桥梁模型连接采用搭接方式，即在桥梁与各承台连接处设置搭接平台，搭接平台均设置在各承台小车通过平面下10mm处。搭接平台宽25mm，长210mm（如图3、5三维图所示）；承台及各桥段模型通过自攻螺钉（螺钉直径5mm，钉长16mm，重量为1g/颗)与底座木板相连。要求桥墩柱脚处设置带孔连接件，用于螺钉与底座木板锚固，比赛中，每队将配发6颗螺钉，各队可视情况决定使用螺钉数，使用的螺钉重量将计入各队相应模型重量。 图1总模型布置图 图2 起点承台三视图图3 起点承台俯视图及三维示意图图4 终点承台三视图图5 终点承台俯视图及三维示意图四、材料及工具 1、竹材的规格及用量如表1所示，参考力学指标如表2所示。 表1 竹材规格及用量材规格竹材名称数量（张）12504300.35mm本色双层复压竹皮3表2 竹材参考力学指标密度0.789g/cm3顺纹抗拉强度150 MPa抗压强度65 MPa弹性模量10GPa2、优质502胶水，3瓶（规格15克/瓶），用于规定模型制作； 3、各队工具自备，宜包含剪刀、直尺等工具五、模型加载及评判 模型加载采用动加载的形式完成，即配重的遥控小车通过制作安装好的桥梁结构。比赛时由参赛队指定一名参赛队员操作配重遥控小车，从标高为240mm的承台出发，经过桥面到达标高为140mm的承台完成一次加载。模型须进行两次动加载实验，第一级加载为 2kg 移动荷载（包括小车荷重和配重）、第二级加载为 4 kg移动荷载（包括小车荷重和配重）。每队加载成绩由各级加载成功时，计算所得荷重比分数和动载完成时间分数组成。加载时，根据以下情况进行评判： 1 、桥梁尺寸不合格，不能装上加载装置，不予加载，参赛模型加载项成绩为零； 2 、加载时，桥梁结构发生整体倾覆、垮塌等，导致小车掉落，此次加载级及以后加载级成绩为零（即第二级加载出现此情况，加载项成绩算第一级加载成功的成绩； 3 、每级加载时，当桥梁模型结构完整，但出现以下操作失误时，即认为本级加载失败（若此情况发生在第一级加载，则第一级加载失败，模型进入第二级加载： 1 ）在一处位置停留超过10s，本级加载失败 2）参赛队操作失误，小车从赛道掉落，本级加载失败。 （注：若是由于小车故障导致无法通行的，不算本级加载失败。） 六、评分标准 1、评分按总分100计算，其中包括： 1)计算书以及设计说明，10分； 2)荷重比，80分； 3)动载完成时间，10分；2、评分细则 1）计算书以及设计说明（共10分） ；a.计算内容的完整性以及合理性，6分 ；b.图文表达的清晰性和规范性，4分 ；2）荷重比（共60分） 荷重比S计算公式为： s=M荷重 M模型其中，M荷重为加载级荷重（以成功加载最大荷重计算）；M模型为模型重量+所用螺钉重量；3）动载完成时间分数（共10分） ；动载完成时间分数计算如下： a.第一级加载完成，用时最短者得4分，第i队得分Fi1=4tmin1ti1为第i队第1级加载成功记录时间，tmin1为所有第1级加载成功模型中小车用时最短的时间； b.第二级加载完成，用时最短者得6分，第i队得分Fi2=4tmin2ti2 其中ti2为第i队第2级加载成功记录时间，tmin2为所有第2级加载成功模型中小车用时最短的时间。 附1：加载遥控小车说明 主要结构图： 图1 小车外观图 图2 小车结构图 90 mm图4 小车轮距图轴距:117mm 轮距:前68mm/后70mm 速