料仓结构模型设计与加载试验.doc

第八届武汉大学结构设计竞赛暨第三届湖北省大学生结构设计竞赛选拔赛赛题料仓结构模型设计与加载试验1 命题背景料仓为各种松散材料或流动性物料的储存或转运设备，既可储存物料，也可控制物料的流量，改变物料的流向。多应用于化工、仓储、土木工程、钢铁、煤炭、石油等行业。是一种较常见的小型工程设备和结构。其主要承受竖向力（物料和结构自重）和水平力（风荷载、地震荷载和撞击荷载等）。结构在偶然荷载（如爆炸、撞击等）作用下的性能越来越引起研究者和工程技术人员的重视。本届结构设计竞赛以工程结构实际应用为背景，拟通过结构模型的设计、制作与加载试验，探讨料仓结构在竖向和水平撞击荷载作用下的受力性能和破坏特点，为该结构的结构优化设计提供参考。2 模型要求（1）料仓装料重量最大为60kg（容重约4100kg/M3的铁砂，喷砂处理用的菱角铁砂G18，襄阳博航金属磨料有限公司），料仓形状不限，典型料仓示意图见图1所示。（a）立面图 （b）平面图图1 模型示意图（2）模型总高度H不超过900 mm，平面尺寸不大于200 200 mm（水平投影），料仓下端出料口离底板高度h不小于200mm，出料口尺寸不大于60x60mm，出料口中心与模型底板中心重合。料口门可反复使用，以保证其能够实现多次填料和卸料。（3）料仓下端设置一个运料出口，其尺寸能保证长160mmX宽120mmX高195mm的模拟车辆进出。（4）模型在离底板高度200 2 mm处应设置水平冲击荷载加载点C或C，水平冲击荷载采用自由落体高度100mm的4kg、6kg重物通过牵引绳产生。加载点必须设置在模型运料出口一侧的最外侧柱上（CD和OD或CD和OD夹角最大的柱），作用方向为C点和D点的连线，D位于加载台中轴线上，D距离模型底板中心O的水平距离为400mm。（5）选手自行设计连接方案（仅限于提供的材料），便于模型与拉索端部的U形卡可靠连接，U形卡详见图2。图2 U形卡详图 图3 模型底板（6）模型应与统一给定底板（400mmX400mmX20mm，胶合板）有可靠连接，模型通过底板和M10的螺栓与加载装置的加载台座连接。模型底板见图3所示。（7）模型上应设置尺寸不小于30mmX30mm的位移测试平面，中心离模型底板距离为400mm，位于模型平面中轴线上（图1）。 图4 加载装置图3 模型加载（1）竖向荷载：采用铁砂模拟料仓装料加载，装料重量40kg或60kg可选。铁砂填料出口离模型底板高度930mm，进料口为50mmX50mm，设置有快速开启小门，加载时由工作人员操作开启装料。装料完毕持续时间20秒钟后分级施加水平冲击荷载。（2）水平加载：水平荷载分2级施加。砝码重量分别为4kg、6kg，自由落体高度统一取为100 mm（即砝码自由落体100 mm后，模型开始受冲击荷载作用），每级荷载持续时间为20秒钟。（3）卸除水平荷载后，开始卸料，时间不超过2分钟。以自然卸除的物料重量作为计分重量。4 模型材料与工具竞赛期间，承办方为各队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：用于制作结构构件。竹材规格及数量见表 1。表1 竹材规格及数量竹材名称竹材规格数量备注本色侧压双层复压竹皮1250*430*0.50mm2张竹材力学性能参考值：弹性模量 1.0104MPa抗拉强度60MPa本色侧压双层复压竹皮1250*430*0.35mm2张本色侧压双层复压竹皮1250*430*0.20mm2张(2) 502胶水，8瓶（规格 25克），用于模型结构构件之间的连接。(3) 模型底板：底板材料为竹制，厚度 20mm ，长、宽分别为400mm 和400mm。底板上除预设孔洞外不得另行钻孔和减薄加工。底板孔洞标注参见图 4。 (4) 制作工具：美工刀（3把），1米钢尺（1把），三角板（2块），圆规（1把），砂纸 （10 张），锉刀（1把）、剪刀（1把）、手套（3付）、签字笔（1支）、铅笔（1支）、橡皮 1块）。 (5) 竹材及底板购买：杭州邦博科技有限公司，王军龙址：杭州市文一路310号中竹大厦国家林业局竹子研究开发中心5 竞赛流程及要求（1）得到入场指令后，各队队员迅速将模型固定于加载台座上，并将水平加载装置与模型水平加载点连接，整个安装过程不得超过8分钟。（2）比赛正式开始后，参赛队代表先进行2分钟陈述，之后评委提问2分钟，然后依次进行三级加载。（3）每级加载时，出现下列任一情形则判定为模型失效。 不能正常完成装料和卸料； 加载过程中料仓任意部位出现可见裂缝或物料泄漏（含出料口）； 加载过程中模型结构垮塌。（4）模型加载成功所对应的荷载和位移才能用于计算得分。6 评分标准模型评分按总分100分计算，评分标准见表2所示。项目编号项目名称评分标准分值备 注1计算书完整性、准确性6 结构选型及布置、主要构件及节点详图、计算简图、荷载分析、内力分析、承载能力验算等清晰性、规范性42模型质量结构合理性与创新性6模型制作美观性43现场表现现场陈述3现场答辩24加载试验*模型强度50最大荷重比计50分模型刚度25最大刚重比计25分*加载试验评分方法：（1）模型强度 （共50分）根据式（1）计算模型荷重比E1（1）式中，WV为出料重量；M为模型净重量。根据各模型荷重比计算其得分K1，如式（2）（2）式中，E1max为所有模型中的最大荷重比。（2）模型刚度 （共25分）水平荷载加载成功，根据该级荷载下水平位移和荷载大小计算模型刚度的得分。根据式（3）计算模型刚重