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西南交通大学第十二届结构设计竞赛（B组桥梁承重）细则西南交通大学第十二届结构设计竞赛（B组桥梁承重）细则1.竞赛题目三跨连续桥梁结构模型设计与制作2.竞赛内容竞赛内容包括：理论方案设计、结构模型制作、作品介绍与答辩、模型加载试验。
3.竞赛要求3.1报名参赛3.1.1 参赛者为全日制在校本科生。
每个参赛队由不多于3名学生组成，提倡参赛学生跨专业组队。
各参赛队应独立设计、制作。
3.1.2 每个参赛队只能提交一份作品，并给作品命名。
3.1.3各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，迟到或缺席者作为自动弃权处理。
竞赛期间不得任意换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则该队员自动退赛。
3.2理论方案3.2.1 理论方案的内容应包括：设计说明书、方案图和计算书。
设计说明书应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内力分析等。
3.2.2理论方案封面必须注明作品名称、参赛队员专业、参赛队员姓名；正文按设计说明书、方案图和计算书的顺序编排。
3.3设计制作3.3.1 制作材料组委会将统一提供阳光板、铅发丝线和502胶水三种材料，各参赛队设计、制作模型仅限于使用以上材料，且允许对所给材料进行适当加工、组合。
3.3.2 模型重量结构模型的总重量不超过2000克，超过者不能参加比赛。
3.3.3 模型尺寸桥梁的类型不限，但必须保持主梁和桥面为连续梁，模型的纵桥向长度要求在区间（1770，1790）mm范围内，纵桥向宽度要求在（200，250）mm范围内，模型具体长度尺寸拟定请参考实验平台示意图。
桥面纵坡控制在1.5%~3.0%，并保持桥面连续。
不符合要求的模型直接取消比赛资格。
3.3.4 模型桥面（1）桥梁的桥面铺设材料为阳光板。
（2）模型需设置相应平整的桥面构造，直接能够用于移动小车加载。
（3）模型桥面以上须保证不小于宽200×高150mm的桥面通行净空，以用于移动小车加载。
结构设计竞赛参赛设计说明书（附图纸）供参考设计竞赛设计说明书作品名称 ==============参赛队员 ========================================= 专业名称指导教师 =====================================⼆〇⼀四年理论分析计算书⽬录⼀、设计说明 (3)1、⽅案构思 (3)2、结构选型 (3)3、结构特⾊ (4)⼆、结构承重计算 (4)1、设计基本假定 (4)2、模型结构图 (4)3、弯矩内⼒计算 (5)4、剪⼒计算 (6)5、轴⼒计算 (6)6、计算成果应⽤模型设计 (7)三、模型简图 (8)四、参考⽂献 (9)⼀、设计说明根据竞赛规则要求，我们从模型制作的材料抗压特性，抗拉特性，加载形式和挠度控制要求等⽅⾯出发，结合赛会绿⾊环保的理念，采⽤⽐赛要求的230g⽩⾊卡纸、⽩乳胶、铅丝线精⼼制作出这款名为“语塞幻想”的塔吊模型。
1、⽅案构思塔吊模型⽀柱主要通过悬臂梁承受较⼤偏⼼荷载。
这就要求悬臂梁具有较强的抗弯性能，柱⼦需要较强的抗压和抗弯性能。
整个塔吊模型悬臂端处挠度值需⼩于50mm，因此在承载⼒满⾜要求的前提下，尽可能地控制结构的整体变形。
结合纸质杆件材料参数难以确定的特点（如杆件抗拉、压强度等），我们采⽤定性分析和试载实验相结合的⽅法来完成模型的设计制作。
2、结构选型按设计要求，结合塔吊的受⼒特征，模型柱⼦采⽤矩形截⾯空间桁架结构。
梁由底端的两道箱型细长梁以及连接⾄柱顶的斜拉结构组成。
因柱⼦在满载的⼯况下为偏⼼受压状态，C点加载5kg时，偏⼼距为e=M/N=341mm。
因此在柱受拉和受压⼀侧杆件布置可不等。
在斜拉材料的选取上，主要有铅丝线，纸带和细杆三种。
从⾃重⾓度上出发，铅丝线和纸带能⼤幅减轻结构⾃重。
但在三次试载实验中，我分分别采⽤加密斜拉联系的情况下，挠度控制效果不明显，C 点最⼩挠度⾼达90mm。
并且试载期间还出现斜拉结构绷直程度不均匀导致的结构扭转破坏。
附件：全国第二届大学生结构设计竞赛细则一．竞赛题目两跨双车道桥梁结构模型设计、制作和移动荷载作用的加载试验二．竞赛内容竞赛内容包括：理论方案设计、结构模型制作、作品介绍与答辩、模型加载试验。
三．竞赛要求1. 参赛要求(1)参赛者为全日制在校本、专科生。
每个参赛队由2至3名学生组成，提倡参赛学生跨专业组队。
每位参赛者只允许参加一个参赛队，各参赛队应独立设计、制作。
(2)每个参赛队只能提交一份作品，并给作品命名。
(3)各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，迟到或缺席者作为自动弃权处理。
竞赛期间不得任意换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则缺人竞赛。
2. 理论方案要求(1)理论方案的内容应包括：设计说明书、方案图和计算书。
设计说明书应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。
(2)理论方案封面必须注明作品名称、参赛学校、参赛队员姓名和专业、指导老师，并加盖参赛学校教务处公章（详见附件一）；正文按设计说明书、方案图和计算书的顺序编排。
除封面外，其余页面均不得出现任何有关参赛学校名称和个人姓名的信息，否则取消参赛资格。
(3)理论方案要求用A4纸打印，一式五份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作自动放弃处理。
3. 设计制作要求(1)模型制作材料模型制作材料为组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线（鞋底）和白胶。
不得使用组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消其参赛资格，并通报。
(2)模型尺寸要求模型的长度不得大于2035mm，模型的外轮廓横向最大宽度不得大于300mm，桥面设置两个车道，每个车道宽不得小于100mm，因两车道之间设有行车导索，所以车道之间不能有立柱、拉索一类的构件。
桥面以下的模型高度不得大于150mm，桥面高差不得大于20 mm。
桥面要求满铺且能承受加载小车的荷载。
杆件承载力计算公式
在工程设计中，经常需要计算杆件的承载力。
杆件承载力的计算公式是根据材料力学理论和结构力学原理推导出来的。
以下是常见的杆件承载力计算公式：
1.压杆的计算公式：
如果杆件为压杆，那么其承载力的计算公式为：
Pc=Ac*Fc*σc
其中，Pc为杆件的承载力，Ac为杆件的截面面积，Fc为截面的调整系数，σc为相应材料的抗压强度。
2.拉杆的计算公式：
如果杆件为拉杆，那么其承载力的计算公式为：
Pt=At*Ft*σt
其中，Pt为杆件的承载力，At为杆件的截面面积，Ft为截面的调整系数，σt为相应材料的抗拉强度。
3.弯曲杆件的计算公式：
如果杆件受到弯曲作用，那么其承载力的计算公式为：
M=σb*W
其中，M为杆件的弯矩，σb为相应材料的弯曲强度，W为截面的抵抗弯曲矩的有效宽度。
4.扭转杆件的计算公式：
如果杆件受到扭转作用，那么其承载力的计算公式为：
T=τt*J
其中，T为杆件的扭矩，τt为相应材料的抗扭强度，J为截面的极
惯性矩。
以上是常见杆件承载力的计算公式，但需要根据具体情况选择适用的
公式。
此外，还应根据杆件的实际情况和要求，结合工程经验和相关规范，考虑到其他因素如安全系数、边界条件等进行修正，以确保杆件的安全可靠。
2008/10/30周盟杰 黄显清 王明星 赵森 周贵阳 | 土木0608 西南科技大学 桥梁结构设计大赛结构说明书目录1.桥梁名称2.结构选型3.纸张力学性能简析4.结构简化5.荷载设计6.内力计算6.1轴力计算6.2剪力计算6.3弯矩计算6.4位移计算6.5分析7.构造8.杆件统计（材料表）9.鸣谢10.附1.桥的名称桥名：这儿有座桥！看，这儿有座桥！它褪去了浮华，只为追求最为自然的典朴，就连命名都这样一厢情愿的不加修饰。
修饰本身也许就是对原始美的不尊重，这对于我们这群叛逆的新青年也许办不到，所以我们选择了最为简单的命名—这儿有座桥！从图片上可以看出，此桥的造型典朴、优美。
它的上部采用了中国传统的古典拱形，下部采用了现代的桁架。
它完全是现代与古典的完美结合，整个结构既不失古典的文化底蕴，又不失现代朝气蓬勃的生气。
看！拱形曲线的柔美，悬索的激烈向上，水平杆的舒适和宁静，在桥上得到了最为完美的诠释。
当桥映入观察着眼帘，那一份柔美、那一份激烈、那一份宁静的舒适将上演一场难以忘怀的心灵震撼，给你以无限的视觉冲击。
震撼后，也许你不知所云……对，我们要的就是这种效果，用一种普通的莫名给人最好的享受。
这恐怕也是我们的设计理念。
桥梁，作为现代交通运输重要组成，是经济繁荣的象征之一。
结构稳固是理所当然的，而在外观上有很好的视觉效果，那更是画龙点睛之笔。
就像旧金山的金门大桥，伦敦塔桥，还有我国古代的赵州桥，那些都是结构与美经典，所以注定将成为永恒，被世人铭记。
在设计和制作此桥的时候，我们也特别注意结构稳固和外观和谐，纵使在制作的过程中造成了少量的材料超支，和尺寸误差，但整体上满足设计要求。
桥面下部结构造型是个倒V字，V可以认为是英语victory（胜利）的简写。
这个意义上讲这座桥就像一个眼前的目标，远远望去胜利（V）就在桥下,他会给人一种向他靠近的吸引或诱惑，因为选择他就是选择胜利（V）。
当到达桥上的时候，心中会油然而生一种征服感成就感-------胜利（V）就在脚下。
大学生结构设计竞赛之竹材桥梁结构分析以2017年湖北省大学生结构设计竞赛为背景，以纸质结构模型中的桥梁为例，运用ABAQUS软件对纸质桥梁结构进行建模，通过分析桥梁在荷载作用下的极限荷载和跨中最大挠度进行桥型比选以及结构优化。
之后，我们通过具体的加载实验验证了纸质梁一桁架组合桥在荷载作用下能很好地满足竞赛的要求。
在此过程中充分锻炼了学生在模型设计，模型建立与优化，受力分析与结果分析的能力。
标签：结构设计竞赛；桥梁；梁一桁架组合桥结构设计大赛是一项激励在校大学生积极参与学科竞赛活动，提高专业知识能力，拓宽专业知识面，增加学生见识，培养了学生团结协作的能力，更能激发学生的创新热情、增强专业兴趣、加深专业理解，同时也锻炼了学生的动手能力。
我校以培养学生全方面能力为出发点，让学生自由发挥，互相讨论，充分发挥学生的创新意识。
此次竞赛所设计的模型虽然是纸质的，而且体型较小，但是与工程结构一样五脏俱全。
在桥梁比选、模型优化、结果分析等方面具有一定的现实意义。
本文以结构设计竞赛中的纸质桥梁为例，通过对竹材的受力性能和各种桥型的受力特点进行分析，经过比选，初步选定了三种桥型结构（桁架桥、简支梁桥和梁一桁架组合桥）。
之后，根据本次竞赛的要求和桥梁结构的受力特点，确定了三种桥型结构的尺寸。
紧接着，我们使用有限元软件ABAQUS对三种结构进行了建模，通过分析比较三种桥梁结构的最大承载力和跨中最大挠度，选定梁一桁架组合桥作为本次竞赛的桥型结构。
之后，通过ABAQUS分析得到的应力云图对结构进行了优化，使得结构能够满足竞赛要求。
之后，为了验证建模分析的准确性，我们进行了现场加载实验，测得了桥梁跨中的挠度和桥梁结构破坏情况，以保证此模型能很好地满足竞赛的需要。
1结构设计竞赛的规则本次竞赛题目已经确定了桥梁为单跨，跨径为1m，高度为450mm。
加载装置为输水管，输水管为加筋软管（内径为100mm，壁厚0.7mm，质量约为0.58kg/m）。
第七届全国大学生结构设计大赛西安科技大学建筑与土木工程学院指导老师:柴生波郑选荣队长:贺鹏队员:吕伍杨陈梓新结构设计大赛计算书一、设计说明 (2)二、结构选型 (2)三、模型假设 (2)四、结构建模与主要计算参数 (3)五、受荷分析 (5)5.1受力分析 (5)5.1.1 方案一 (5)5.1.2方案二 (9)5.2稳定分析 (13)六、节点构造 (20)七、模型加工图及材料表 (21)一、设计说明根据大赛规则要求, 我们从结构形式所体现出的简洁明快的风格的基础上根据纸的一些力学性质，充分考虑结构的整体受力情况；最终我们从受力最好的最简单的三角形入手。
结构的整体外型是双层“w”形，在粘接踏板后，结构主体框架多为三角形，提高了结构的稳定性。
同时为提高结构的的承载力，恰当地在主要竖向承载部位采用实心杆件，并用截面尺寸较小的细杆将其中部相连，提高其抗弯性能，尽量避免结构因失稳而发生破坏。
二、结构选型由于三角形具有较强的稳定性，而且在平面上容易找平，我们选择三角形为主体结构框架。
桁架受力均匀简单，仅受轴力受力明确，相互协调性好，便于材料性能的发挥，理论上应优先采用空间桁架结构，但由于在结构中实现杆件绞接十分困难，且难以保证节点处的强度。
所以最终结构中的节点均采用刚节点。
刚节点的弊端是传递弯矩，削弱了结构的稳定性，但这一缺点可以通过添加垂直于杆件轴向的支撑，来提高其稳定性和承载力。
同时，刚节点抗变形能力强，承载能力大，对于抵抗动荷载的破坏十分有帮助。
三、模型假设1.假设杆件材料连续均匀2.假设踏板具有一定刚度，上部荷载通过踏板均匀传递到粘接在踏板下部的三根横梁上。
四、结构建模与主要计算参数在经过初步构思和设计后,首先建立了一个基本模型(模型一),模型结构简单轻巧,但考虑到在绕杆过程中,结构须承受侧向切应力,又在结构一的基础上进行了改进、加固，即在结构前后两个矩形的一条对角线上各添加一根斜向杆件，同时，为防止原有斜杆因变形过大而破坏，在斜向杆构成的三角形中位线位置添加一根水平杆件，得到了模型二。
附件：全国第二届大学生结构设计竞赛细则一．竞赛题目两跨双车道桥梁结构模型设计、制作和移动荷载作用的加载试验二．竞赛内容竞赛内容包括：理论方案设计、结构模型制作、作品介绍与答辩、模型加载试验。
三．竞赛要求1. 参赛要求(1)参赛者为全日制在校本、专科生。
每个参赛队由2至3名学生组成，提倡参赛学生跨专业组队。
每位参赛者只允许参加一个参赛队，各参赛队应独立设计、制作。
(2)每个参赛队只能提交一份作品，并给作品命名。
(3)各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，迟到或缺席者作为自动弃权处理。
竞赛期间不得任意换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则缺人竞赛。
2. 理论方案要求(1)理论方案的内容应包括：设计说明书、方案图和计算书。
设计说明书应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。
(2)理论方案封面必须注明作品名称、参赛学校、参赛队员姓名和专业、指导老师，并加盖参赛学校教务处公章（详见附件一）；正文按设计说明书、方案图和计算书的顺序编排。
除封面外，其余页面均不得出现任何有关参赛学校名称和个人姓名的信息，否则取消参赛资格。
(3)理论方案要求用A4纸打印，一式五份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作自动放弃处理。
3. 设计制作要求(1)模型制作材料模型制作材料为组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线（鞋底）和白胶。
不得使用组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消其参赛资格，并通报。
(2)模型尺寸要求模型的长度不得大于2035mm，模型的外轮廓横向最大宽度不得大于300mm，桥面设置两个车道，每个车道宽不得小于100mm，因两车道之间设有行车导索，所以车道之间不能有立柱、拉索一类的构件。
桥面以下的模型高度不得大于150mm，桥面高差不得大于20 mm。
桥面要求满铺且能承受加载小车的荷载。
钢结构杆件极限承载力试验依据（实用版）目录1.钢结构杆件极限承载力试验的依据2.钢结构杆件极限承载力的计算方法3.影响钢结构杆件极限承载力的因素4.钢结构杆件极限承载力试验的结果分析5.结论正文一、钢结构杆件极限承载力试验的依据钢结构杆件极限承载力试验是依据国家相关规范和标准进行的，主要包括《钢结构设计规范》、《建筑结构试验方法》等。
这些规范和标准为试验提供了方法、技术和要求，确保试验的科学性和准确性。
二、钢结构杆件极限承载力的计算方法钢结构杆件极限承载力的计算方法主要采用弹性理论和塑性理论。
弹性理论计算方法是根据杆件的弹性模量、截面面积和长度，计算出杆件在弹性范围内的承载力。
塑性理论计算方法则是根据杆件的屈服强度、截面面积和长度，计算出杆件在塑性范围内的承载力。
在实际工程中，还需要考虑杆件的几何缺陷、材料性能、连接方式等因素，综合分析得到杆件的极限承载力。
三、影响钢结构杆件极限承载力的因素影响钢结构杆件极限承载力的因素有很多，主要包括以下几点：1.钢材的性能：钢材的屈服强度、弹性模量、塑性应变等性能直接影响杆件的极限承载力。
2.杆件的几何参数：杆件的长度、截面形状、截面面积等几何参数会影响杆件的极限承载力。
3.杆件的连接方式：杆件的连接方式包括焊接、螺栓连接等，不同连接方式对杆件的极限承载力影响不同。
4.荷载类型和作用方式：荷载类型包括均布荷载、集中荷载等，作用方式包括静载荷、动载荷等，不同的荷载类型和作用方式会对杆件的极限承载力产生不同影响。
四、钢结构杆件极限承载力试验的结果分析钢结构杆件极限承载力试验的结果需要根据试验数据进行分析，得出杆件的极限承载力。
分析方法主要包括以下几种：1.试验数据处理：对试验数据进行整理、清洗，剔除异常数据，得到有效的试验数据。
2.试验数据分析：根据试验数据，运用统计方法，分析杆件的极限承载力。
3.极限承载力计算：根据试验数据分析结果，计算出杆件的极限承载力。
4.结果验证：将计算得到的极限承载力与实际试验数据进行对比，验证计算结果的准确性。
大学生结构设计竞赛之竹材桥梁结构分析作者：李隽逸刘志威来源：《现代商贸工业》2018年第07期摘要：以2017年湖北省大学生结构设计竞赛为背景，以纸质结构模型中的桥梁为例，运用ABAQUS软件对纸质桥梁结构进行建模，通过分析桥梁在荷载作用下的极限荷载和跨中最大挠度进行桥型比选以及结构优化。
之后，我们通过具体的加载实验验证了纸质梁一桁架组合桥在荷载作用下能很好地满足竞赛的要求。
在此过程中充分锻炼了学生在模型设计，模型建立与优化，受力分析与结果分析的能力。
关键词：结构设计竞赛；桥梁；梁一桁架组合桥中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/ki.1672-3198.2018.07.093结构设计大赛是一项激励在校大学生积极参与学科竞赛活动，提高专业知识能力，拓宽专业知识面，增加学生见识，培养了学生团结协作的能力，更能激发学生的创新热情、增强专业兴趣、加深专业理解，同时也锻炼了学生的动手能力。
我校以培养学生全方面能力为出发点，让学生自由发挥，互相讨论，充分发挥学生的创新意识。
此次竞赛所设计的模型虽然是纸质的，而且体型较小，但是与工程结构一样五脏俱全。
在桥梁比选、模型优化、结果分析等方面具有一定的现实意义。
本文以结构设计竞赛中的纸质桥梁为例，通过对竹材的受力性能和各种桥型的受力特点进行分析，经过比选，初步选定了三种桥型结构（桁架桥、简支梁桥和梁一桁架组合桥）。
之后，根据本次竞赛的要求和桥梁结构的受力特点，确定了三种桥型结构的尺寸。
紧接着，我们使用有限元软件ABAQUS对三种结构进行了建模，通过分析比较三种桥梁结构的最大承载力和跨中最大挠度，选定梁一桁架组合桥作为本次竞赛的桥型结构。
之后，通过ABAQUS分析得到的应力云图对结构进行了优化，使得结构能够满足竞赛要求。
之后，为了验证建模分析的准确性，我们进行了现场加载实验，测得了桥梁跨中的挠度和桥梁结构破坏情况，以保证此模型能很好地满足竞赛的需要。
结构设计竞赛中纸质杆件相关参数确定及极限承载力研究1)夏雨2)周诗博李靖刘鑫覃剑(广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州530004)摘要为确定纸质杆件的材料参数,并研究白卡纸杆件极限承载力的影响因素及杆件极限承载力计算方法，制作多组白卡纸杆试件并进行加载试验.测得白卡纸的泊松比为0.1373，弹性模量为 5.5GPa.杆件的抗压极限承载力受杆件的厚度、内径、长度、截面形状、白卡纸纹理方向以及涂胶宽度的影响；结合压杆稳定相关理论，由数据拟合得到白卡纸杆件极限承载力的近似计算方法；通过公式计算结果与试验结果比较，证明其准确有效.关键词结构设计竞赛,白卡纸,材料参数,极限承载力中图分类号：TU317+文献标识码：Adoi：10.6052/1000-0879-14-308近些年来，结构设计竞赛作为增强大学生实际动手能力，加深其对结构设计、力学理论计算的认识与应用的主要方式受到各大工程类院校的热捧.结构设计竞赛中，通常将极限承载力作为评判各结构模型优劣的决定性指标.作为结构模型的主要受力单元，竖向杆件的极限承载力是影响结构极限承载力的关键因素.目前，针对杆件极限承载力的研究极少，但与结构设计竞赛相关的研究方法可供参考.刘承斌等[1]、王立彬等[2]对白卡纸的材料性能以及纸质试件的力学性能进行了试验分析，张佳等[3]、余世策等[4]对模型的设计与制作方法进行了实例分析，舒小娟等[5]、周克民[6]对结构模型的优化进行了分析计算，张炎圣等[7]对结构进行了有限元仿真分析，程远兵等[8]通过分析计算验证了一种采用框架结构的抗泥石流冲击吊脚楼房屋结构竞赛模型的良好抗撞击性能.以上研究虽然对结构模型的材料性能、力学试验、设计优化与仿真有所探讨，但并未对材料参数、竖向杆件极限承载力计算及其影响因素进行深入探讨.本文根据土木工程结构试验设计方法[9]及历届结构设计竞赛相关经验，以结构设计竞赛中230g 白卡纸材料为例，对白卡纸杆件的材料参数及极限承载力进行试验研究.1白卡纸杆件材料参数的确定1.1弹性模量分别制作层数为2,3,4的三组内径12mm、长20cm的圆形空心杆件，每组5个，并测出各杆件厚度.将试件风干后置于电子万能试验机上进行拉拔试验，加载速度为2mm/min，极限拉力为800N(试件处于完全弹性状态).由实验数据及弹性模量相关理论，计算分析得到不同层数的杆件弹性模量如表1所示.表1实测不同层数的杆件弹性模量卷杆层数弹性模量/GPa2 6.0703 5.5974 5.500根据表1结果，由于白卡纸材料为非均质各向异性材料(白卡纸分为光滑层、稀疏层、粗糙层三层，各层密度、韧度、纹理特性不同)，其卷曲后密2014–09–28收到第1稿，2015–05–06收到修改稿.1)地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目(201610594178,201610594171,201510594006,201310594009)、广西研究生创新计划项目(GKYC201628,YCSZ2015207)、广西研究生教育创新计划项目(JGY2013054,201110594R02)和广西高等教育本科教学改革工程项目(2016JGA243)资助.2)夏雨，博士，副教授，主要从事土木工程教学与科研工作.E-mail：summ-rain@引用格式：夏雨,周诗博,李靖等.结构设计竞赛中纸质杆件相关参数确定及极限承载力研究.力学与实践,2016,38(6):705-708 Xia Yu，Zhou Shibo，Li Jing,et al.The experimental research on the ultimate bearing capacity and related parametersabout white cardboard component in structure design competition.Mechanics in Engineering,2016,38(6):705-708实度的减小及杆件内相邻纸层间“光滑--粗糙”摩擦错动作用降低了白卡纸的弹性形变性能；且层数越多，层间摩擦错动作用越明显.因此，不同层数杆件的弹性模量数值有所不同，且层数越大弹性模量越小.故试验测得的2层的弹性模量最大，4层的最小.因结构设计竞赛中一般采用的杆件层数仅限于2,3,4三种，基于白卡纸杆件结构设计的可靠性考虑，白卡纸杆件的弹性模量取为5.500GPa.1.2泊松比制作直径均为20mm，高度分别为40mm和60mm的实心圆柱体试件各一组，每组5个.将试件置于电子万能试验机上进行压力加载，加载速度为2mm/min，加载极限值为800N(试件处于完全弹性状态)，记下停止加载时试件的位移及外径.由试验结果分析得到横向应变εx与纵向应变εy的关系图，如图1所示.那么，白卡纸材料的泊松比为ν=|εx|/|εy|=0.1373(1)图1受压实心圆柱体横向应变与纵向应变的关系2长度、厚度、内径、胶水及制作方式对杆件极限承载力的影响2.1白卡纸空心杆件受压承载力试验根据历年结构设计竞赛中采用的尺寸与截面选型，结合控制单一变量法进行白卡纸空心杆件的设计与制作，每组试件各5个.其中，长度分为10cm, 12cm,14cm,16cm四种，内径分为10mm,12mm, 14mm三种，卷杆层数分为2,3,4三种，涂胶宽度分为1cm,2cm,3cm,4cm四种，截面形状分为圆形、三角形两种，卷杆方式分为光滑面在内侧、光滑面在外侧、顺白卡纸纹理、垂直于白卡纸纹理4种.标准试件的设计为：长12cm、内径12mm、2层、涂胶一圈、圆形截面、垂直于白卡纸纹理卷杆、光滑面在杆件内侧.制作完成并风干后，将试件置于电子万能试验机上进行压力加载试验，加载速度为2mm/min.2.2试验结果与分析根据控制单一变量法，以杆件制作参数为自变量,极限承载力为因变量,选取二维直角坐标系对试验数据进行分析，分析结果如图2∼图5所示.此外，不同制作方式的杆件极限承载力试验结果对比如表2所示.图2杆件极限承载力与长度的关系图3杆件极限承载力与厚度的关系图4杆件极限承载力与内径的关系图5杆件极限承载力与涂胶宽度的关系表2不同制作方式的杆件极限承载力截面形状卷杆方向光滑面位置极限承载力/N 圆形垂直于白卡纸纹理杆件内部164.9圆形顺白卡纸纹理杆件内部110.9圆形垂直于白卡纸纹理杆件外部158.0三角形垂直于白卡纸纹理杆件内部122.2由图2∼图5可知，杆件受压极限承载力随长度增加而减小，随厚度增大而线性增大，随内径增大而线性增大，随涂胶宽度的增大而非线性增大.由表2可知，垂直于白卡纸纹理卷制的杆件受压性能比顺白卡纸纹理卷制的约大50%；圆形截面杆件受压性能比三角形截面的约大35%；光滑面在内的杆件受压性能比光滑面在外的杆件的约大4.4%.综上图表可知，白卡纸纹理与杆件厚度是影响杆件极限承载力的主要因素，内径、长度、截面类型是影响杆件极限承载力的次要因素，而涂胶宽度与光滑面位置对杆件极限承载力影响极小.因此，应优先选用圆形截面并垂直于白卡纸纹理、光滑面在内进行卷制，尽量增大杆件的厚度、内径、涂胶宽度并减小杆件长度，以提高白卡纸杆件结构的极限承载力.3白卡纸空心杆件极限承载力计算由图2∼图4可知，白卡纸空心杆件极限承载力随长度增加而减小，随内径、厚度的增加而增加，该特性与压杆稳定计算原理[10]的特点较为相似.但2层厚度的不同杆件极限承载力实测值与传统压杆临界承载力公式计算结果存在较大出入，如表3所示.为便于结构设计竞赛中白卡纸杆件结构极限承载力计算分析，引入修正系数对纸质杆件极限承载力进行修正，即F cr=ϕπEI(µl)(2)表3不同尺寸杆件极限承载力实测值与材料力学公式计算结果对比编号长度/内径/实测值材料力学公式mm mm F/N计算结果110012140.4450.5212010109.8184.2312012128.2312.8412014148.6490.6514012131.2229.8616012123.7176.0式中，ϕ为承载力修正系数；I为截面惯性矩；l为杆件长度；µ为杆件长度修正系数.根据式(2)结合表3中1,3,5,6组和2,3,4组计算可知，ϕ计算值随l增大而减小，随内径d增大而增大，且与l,d均呈非线性关系.因长细比λ是影响压杆极限承载力的与l,d相关的特征参数，考虑利用λ拟合确定ϕ.设ϕ为与λ相关的函数，由实测值F、弹性模量E(取5.5GPa)、杆件尺寸参数及式(2)，对ϕ进行拟合计算可得ϕ=−2501λ2+251λ(3)经式(2)和式(3)修正后，另4组试件极限承载力计算值与实测值对比结果如表4所示.表4白卡纸空心杆件极限承载力计算值与试验值对比编号层数长度/内径/实测值计算值误差率/mm mm F/N F cr/N%X1312010167.2158.4−5.26X2314012218.9207.1−5.41X3412010234.2224.7−4.06X4414012295.4278.0−5.89由表4可知，计算值相对于实测值的最大误差率约为−6%，公式计算结果和实测结果具有较好的一致性.因此，可认为修正后的公式对纸质杆件的极限承载力计算准确、有效.4结论(1)试验测得，白卡纸杆件的弹性模量为5.5GPa，泊松比为0.1373.(2)杆件极限承载力随长度增加而减小，随厚度、内径、涂胶宽度的增大而增大.圆形截面杆件极限承载力比三角形截面的大35%，垂直于白卡纸纹理卷制的杆件极限承载力比顺纹理卷制的约大50%，光滑面在内的杆件极限承载力比光滑面在外的大4.4%.(3)杆件极限承载力的主要影响因素为白卡纸纹理与杆件厚度，次要影响因素为内径、长度、截面类型；而涂胶宽度与光滑面位置对杆件极限承载力影响极小.(4)白卡纸空心杆件极限承载力可用公式F cr=ϕπEI/(µl)2近似计算，式中修正系数ϕ=−250/λ2+ 25/λ，λ为杆件长细比.参考文献1刘承斌,王步宇,孙凤钢等.结构设计大赛材料性能试验.实验室研究与探索,2007,26(10):178-1802王立彬,李靓,魏洋等.纸质构件力学性能试验研究.力学与实践,2010,32(6):88-913张佳,吴立香,彭扬波等.山东省结构设计竞赛一等奖模型设计分析.力学与实践,2011,33(4):77-794余世策,宋翔,杨丁亮等.结构设计竞赛中风力发电塔模型设计与制作.力学与实践,2010,32(6):96-995舒小娟,黄柱,周旭光.纸拱桥结构模型优化建模分析——大学生结构设计竞赛谈.力学与实践,2012,34(4):89-926周克民.结构的优化设计——大学生结构设计竞赛评述.福建建筑,2006,(4),28-307张炎圣,陆新征.大学生结构设计大赛中的计算机仿真分析.力学与实践,2009,31(4):110-1128程远兵,陈记豪,尹晓飞等.抗泥石流冲击吊脚楼房屋结构竞赛模型设计.力学与实践,2013,35(4):91-949周明华.土木工程结构试验与检测(第3版).南京:东南大学出版社,201310孙训芳,方孝淑,关来泰等.材料力学(第5版).北京:高等教育出版社,2009(责任编辑:胡漫)关于举办“第十一届全国周培源大学生力学竞赛”的通知为了培养人才、服务教学、促进高等学校力学基础课程的改革与建设，增进青年学生学习力学的兴趣，培养分析、解决实际问题的能力，发现力学创新人才,为青年学子提供一个展示基础知识和思维能力的舞台,受教育部高等教育司委托，教育部高等学校力学基础课程教学指导委员会、中国力学学会和周培源基金会将于2017年5月21日共同主办“第十一届全国周培源大学生力学竞赛”.本次竞赛由《力学与实践》编委会和中国力学学会教育工作委员会承办，中国力学学会科普工作委员会、湖南大学、南京航空航天大学协办.竞赛领导小组组长：杨卫副组长：周哲玮袁驷李俊峰杨亚政成员：段献忠汤亚南唐洪武周如苹姜楠王永亮(暂)仲裁委员会成员：蒋持平李俊峰梅凤翔武际可徐秉业组织委员会主任委员：李俊峰段献忠唐洪武王永亮(暂)副主任委员：杨旭静孙毅邓宗白殷雅俊汤亚南叶志明成员：彭晓燕方棋洪邵国建赵引邬萱周宏伟李刚秦世伦秘书长：刘俊丽秘书：郭亮胡漫秘书处设在中国力学学会《力学与实践》编辑部.现就竞赛具体事宜通知如下:(1)参赛对象:在校的大学本科、专科及研究生.(2)竞赛科目和方式：力学竞赛的基础知识覆盖理论力学与材料力学两门课程的理论和实验，着重考核灵活运用基础知识、分析和解决问题的能力.考试范围请见教育部基础力学课程教学指导委员会所颁布的理论力学和材料力学的教学大纲(A类).竞赛包括个人赛和团体赛，个人赛采用闭卷笔试方式，理论力学和材料力学(含实验)综合为一套试卷.团体赛分为“理论设计与操作”和“基础力学实验”两部分，采取团体课题研究(实验测试)的方式.(3)报名办法：2017年4月1日前参赛个人通过报名系统(网址：/cstam/2017)。
