第六届结构设计大赛实验报告

第六届结构创新设计大赛

实验报告

学 院：土木工程学院

专业班级：

组 另U:第4组

组 长:

目录

实验目的及要求

实验设备

三、实验模型概述

四、

五、

竞赛规则

实验步骤

六、实验结果与分析

一、实验目的及要求

（一）结构模型设计要求：

设计制作一个建筑结构模型并进行振动试验。在满足下列要求的前提下，可 以自由设计模型的形状及构造：

模型必须至少有4个平面楼层，楼层是以纸张制作，支撑的方式可以自由 设计。一个平■顶可视为是一个楼层。木板底座可以当作是模型的基础。

模型总楼板面积必须在1000至1800平方厘米的范围之内（不含底板面积）。

模型总楼板面积包含内、外柱的截面积。每层楼板面积不得小丁 200平方厘米，

楼层面积小丁 200平方厘米的不计入面积。为节省裁判量测计算楼层面积的时间， 每一个组应完成一张草图，让裁判事先了解该楼层面积的计算方式。 模型楼板

的中间不能有妨碍放置荷重块的柱子等结构。

每一楼层净高（即该楼层顶部与其上楼层底部之间的距离）不得小丁 10厘 米，第1层净高不少丁 15厘米，模型总高不超过80厘米。

在真正的建筑物中，每一层楼都会有窗户。在模型每一楼层的外围，每一 侧必须留有开口，开口面积不小丁外表面积的一半，在开口范围内不能安置任 何材料，并且便丁荷重块的放置与取出。

模型中的每一楼层的每平方厘米必须能够承受 10克的重量，模型必须能

够同时承受每一层楼所应承受的总重量。

模型的每一个楼层必须有放置荷重铁块的固定架，用丁模拟载重的铁块必 须固定在每一层楼层位置。模型在进行人造地震实验之前，必须先将铁块安置在 固定架上。如果铁块从模型中脱落，该模型即丧失比赛资格。铁块与固定架之间 必须留有一点空隙，以方便铁块的取出与安放。每一个铁块的尺寸大小会稍有不 同。1个荷载铁块的尺寸约为100X 150X 10毫米。

（二）材料

10根2米长的木条，其断面约为6X 15毫米。

乳胶1瓶。

木质模型底板。木板厚度约 0.6厘米，长与宽分另U为25厘米乘25厘米。

除了必要的钻孔之外，木板必须保持完整。底板的中心有一个直径为 16毫米的

孔，用丁实验时与振动台连接。

适量的废旧纸张（只能用丁楼面），为了环保必须使用旧纸张。

二、 实验设备

河北工程大学振动台

河北工程大学振动台设备采用从英国 SERVOTEST公司引进的伺服液压式振 动台。该振动台主要参数见下歹0所示。

河北工程大学振动台主要参数：

台面尺寸：3nt< 3m

最大载重量：10t

工作频率：0.2?50Hz

震动方向：水平■方向单自由度振动

振动波形：各种地震波、随机、周期波

最大加速度：满载时最大加速度为 1.2g

最大速度：1.0m/s(地震波速度指标 1.0m/s持时20秒；连续速度指标

0.5-0.6m/s )

最大位移：土 100mm

最大倾覆力拒：30tm

10最大偏心力矩：100 kN?m左右

三、 实验模型概述

模型简述

模型采用四边形框架结构，共设有四个承重层。总高度 650mm单层面积 324cn^，自重1.32kg=平■面布置力求对称，竖向布置力求均匀。

在柱的单向惯性矩较较小的一侧设置柱问支撑，增强了柱的抗剪切能力， 同时乂有利丁增强结构的整体空间刚度。

梁柱连接点采用卯棒结构连接，井字交义，在保证强度和稳定性的同时， 节省了材料。

基础采用条形基础形式，这种扩展基础有利丁把柱的荷载侧向扩展到板上。

每层设置了铁块的维护结构，并与承重梁直接相连，保证了铁块在试验过 程的相对稳定。

预计可能的破坏顺序：

剪力撑随着振动台水平■力的增加被剪坏

铁块维护结构散落

井字梁剪坏

柱脚弯矩过大，基础失稳

主体结构最终破坏。

另外，模型也可能由丁共振和严重的扭转变形而破坏。

四、试验及竞赛规则

竞赛规则

1、 每个小组应交设计计算书一份。

2、 每个小组应按时间要求进行模型展示和实验。

3、 模型实验前进行模型称重，并进行记录。

4、 由组委会确定模型振动的方向。按振动方向将模型安装在振动台上。

5、 按模型各层面积加载附加质量 ，数量为10g/cn2。

6、 振动台施加人工地震，共 7次，加速度最大峰值分另U为 0.2g,0.3g,0.4g, 0.5g,0.6g,0.7g,0.8g

试验成绩评价

在振动台实验中，模型发生以下现象，即判定模型破坏，激振强度按上 一级加速度值计算。

模型中的任何一个楼层发生坍塌现象。

荷载块飞出模型。

模型的结构与底板已分离且发生脱离底板的晃动。

半数或半数以上的柱子已脱离底板。

其它裁判认为结构已破坏的状况。

模型效率评定

aW

模型效率系数 M

a彼型实验的加速度峰值，如模型在 0.6g时破坏，贝U a=0.5g

W-模型等效附加荷载值， W=(W1 + W2)X 1+ (W3 + W4)X 1.5+W5X 2+…

W1、W2?-分别为第1、2层等的荷载值。

系数1、15 2等为加权值，第1、2层的加权值为1,第3、4层的为1.5, 5 层以上的为2。

M-为模型的总质量，包括模型的自重 M1和因违反规定加罚的质量 M2,加 罚的质量由裁判决定。

设计计算评价

各组提交的文件：

1设计计算书；

2展示用创意说明宣传单;

3模型参数表；

4用丁说明个人工作的相关材料（笔记，图纸，照片等）。

五、实验步骤

1、 4月17日（第9周周2）下午在校园内展示所有模型作品

2、 4月19日（第9周周4）比赛（第一批）

3、 加载过程（主要）及模型响应：

第一次加载：

最大峰值加速度0.2g

模型状态稳定，未出现晃动。

第二次加载：

最大峰值加速度0.4g

模型状态稳定，未出现晃动。

第三次加载：

最大峰值加速度0.6g

模型状态稳定，未出现晃动。

第四次加载：

最大峰值加速度0.8g

模型状态稳定，未出现晃动。

第五次加载：

最大峰值加速度1.1g

模型状态稳定，未出现晃动。

第六次加载：

最大峰值加速度2.1g

模型状态稳定，未出现晃动。

第七次加载：

最大峰值加速度2.4g

模型抖动，结构状态稳定

第八次加载：

最大峰值加速度估计为2.8g,工作频率较高；

模型整体抖动加剧，20s后二层剪力撑松动，结构退出竞赛。

六、实验结果与分析

(1)实验中最大峰值加速度达到 4.2g,模型未出现明显破坏, 状态较为稳定，取得了良好效果；

最后计算得模型效率系数为 67.2,在同组模型中为第一;

最后拆下模型时，可以发现：

四层销钉连接处胶水已开，成为皎结，这与预期符合的较好；

所有销钉均未出现断裂现象，说明其强度完全满足要求，这与计算结果 一致；

底板及柱脚未损坏，好丁预期效果，可能是由丁上部结构位移较大，耗 能较多。

底板固定未出现松动；

模型在整个振动过程中未出现较明显的扭转变形。

模型在加载过程中表现出优异的抗震性能，完全体现出了

最初的设计思路，最大的优点在于：

1 .八边形平■面结构，整体稳定；且由丁模型对称性较高，在两个方向刚度 几乎相同，没有弱向；

销钉连接，强度可靠，同时使模型节点在振动过程中由刚结变为皎结， 改善受力性能；

柱的布置合理，铁块的固定完全不需要胶带绑扎(第五层的垫块在实验 前已经去掉)；

结构整体性好，错层布置不会散架。

一、 立刻要回报，穷人心态

每碰到一个机会他们总是看到机会中的困难，总说不！

总想一夜暴富，容易得到的东西决不是有价值的，有价值的东西决不会让你轻而易举得到，奥运会冠军是一夜成名的吗？他们只不过是在比赛中得到了人们对他们训练成绩的肯定而 已罢了！ 《富爸爸商学院》中说，在美国凡中彩票超一百万的，五年后他们的生活还不如以前。

二、 不自律

1、 不愿改变自己的旧有的思考方式

人 与人之间最根本的区别就是思考方式的差别，我们要想成为成功人士，就必须先改变我们的思考方式，然后改变我们的行为方式，做一件事你光看到困难， 你连想都没想能成功，你

会成那不成了奇迹？旧有的思考方式：立刻要回报、穷人心态、遇到困难就放弃，持之以恒的力量是无坚不摧的！旧有的行为方式：看电视、喝酒、无聊的应酬、打牌、下棋 ……

2、 喜欢在背后议论别人

这种人被我们称为闲人，对这样的话我们不听不说不传，即便议论的话是对的对你也没一点好处！

3、 经常抱怨、行为消极

人不可能是完美的，或多或少的存在缺点，只要不是原则问题，我们要看他们好的一面，更重要的是你不能老是看到别人的缺点，即便你的抱怨是对的，你也不要抱怨，因为成功者绝不 抱怨，抱怨者永不成功！

4、 拒绝学习、拒绝改变

二 十一世纪这个世界最显著的三个特怔是：速度、多变、危机，我们的对策是：学习、改变、创业，你学的越快，你改变的速度越快，你成功的也就越快。当今企 业的竞争其实就是人

才的竞争，人才的竞争就是学习力的竞争。现在是与狼共舞的时代，你要想成功，你首先得成为一条狼！现在的富翁，再过五 一十年有80%将 走向破产，你要想成功，你必须学习学习改变

成功。

三、经常被情绪所左右

世界上多少的悲剧、多少的恐惧都是人与人之间不能容忍发生的，有些人遇到一点事就火冒三丈，怒发冲冠

成功的五大因素中第一大因素就是能够控制自己的情绪，第二大就是健康，第三是时间管理，四是财务管理，五是良好的人际关系。

处理好人际关系的三大秘诀：

关心别人胜过关心自己；

三不三多，即不指责、不抱怨、不批评，多赞美、多表扬、多包容；

是善于倾听、善于沟通！无知而热情胜过博学而冷漠！

第一种人，糊里糊涂，终其一生，日复一日，年复一年，既无目标，也无追求，吃喝拉撒睡之间，走到尽头。

第二种人，时而清醒，时而糊涂，一会儿雄心万丈，一会儿随波逐流，几经起落，最后，自认平庸，仰天长叹： 此生运气太差，如果有下辈子，定当如何如何。 ”

第三种人,除去少不更事和老糊涂两个阶段，在人生阶段，在人生旅程的关键时段，始终头脑清醒、目标明确、行动有力。不用多说，大家也知道,他们的人生最后价值，也最有收获。

第一种人，我们忽略不计，因为他不想有所成就，谁也不能强迫他做什么，他也没有改变生命历程的欲望。我们讨论的议题是，第二种人如何进步为第三种人，即帮助那些想成功的人， 找到一个行之有效的方法。

一生中真正有效的时间不多，做事业的黄金时间，基本可以确定为 25-55岁。25岁前是受教育和准备时间； 55岁后，基本上要退出历史舞台。所以，人生的根本问题可以界定为：如何

利用有效的30年时间，获取人生的最大收益。

资源（时间和精力）是有限的，经不起挥霍，需要科学规划，小到一家公司，大至一个国家,都有十年规划、五年计划和年度计划。

我们一辈子的有效时间大致可以看成 30年，就是说，可以制订 6个五年计划。一般而言，人生轨道有一些规律性的东西。

第一个五年计划，一般要解决定位问题。我到底是什么样的性格，有什么特长？我想成为什么样的人？哪个行业适合我？我应该再什么位置上发展？

在这个阶段，主要是走向社会，通过实践活动，认识自己和社会。尽快地给自己一个准确合理的定位。

第二个五年计划,要在行业中站住脚，获得一个初始的位置，解决基本的生活问题，有一个安定的心态，逐渐积累各种资源，包括知识、技能、经验和人脉关系等。

第三个五年计划,就要成为单位的骨干、行业的专家，获得较高的位置，有一定实力，可以调动很多资源，找到做事业的感觉。并且淘到第一桶金，房子、车子问题应该全部解决，有成 功人士的感觉，并获得社会认可。

到了 40岁，进入第四个五年计划。这时候，要上的台阶是从小康到富裕，必须进入社会的精英阶层，在单位中，要进入决策层，在行业中，要有影响力，正是纵横掉阖、呼风唤雨之时。

第五个五年计划 中，发展与守成并重，因人而异，有的人高歌猛进，有的人求稳持重。这个阶段基本是把持大政方针，放手让年轻人打拼。

五十而知天命。第六个五年计划到来之际，一般来说，个人的创造力和精力都在走下坡路，以现代社会的节奏，多半到了退位让贤的时候，当然，也有老当益壮之士，不在此例。

四、 不愿学习、自以为是，没有归零的心态

中国国民素质与美日等发达国家相差五十年,

第一个指标是工程师、医生所占比例;

第二个是国民教育投资比例;

第三个是国民投入的学习时间，凡是不学习的人都会自以为是，凡是自以为是的人都很难成功。

人学习要经历四个阶段:

不学： 不知己不知

学了一点：知之己不知

再学一阶段；知之己知之

最成熟阶段：不知己知之

所以归零的心态对每个人都很重要，一个海绵如不把原来的水挤干，就不可能吸很多的水，谁归零的越快越好，谁就会越能走向成功。

五、 判断事物靠直觉，而不是以事实为依据

在我们生活中有很多人说话做判断不是事实，而是靠直觉：我以为 …我认为…

六、 做事不靠信念、靠人言

人生为自己活着，而不是为别人活着，别人的嘴长在别人的身上，别人想怎么说就怎么说，你管不了，没有人会为自己的错误的指导而承担责任，而现实中许 多人就是好为人师，这个世

界的人群中一边是 5%, 一边是95%,5%的成功人士在没有成功之前都被人称为傻子疯子，无线电发明人甚至被当着疯子抬到精神病 院去。