不同结构的振动台试验模型等效设计方法

水工结构静力模型实验指导书

水工结构静力模型实验指导书 河海大学 一、课程性质和目的： （1）水工结构模型试验 所谓水工结构模型试验就是将原型以某一比例关系缩小成模型，然后向该模型施加与原型相关的荷载，根据从模型上获得的信息如应变位移等，通过一定的相似关系推出原型建筑物在应力、变形强度等成果。 （2）进行水工结构模型试验的目的和意义 水工建筑物因其受力特征、几何形状、边界条件等均较复杂，特别是修建在复杂地基上建筑物更为如此，尽管计算机技术和空间有限元等正迅速发展，但目前还不能用理论分析方法完美地解决建筑物的稳定和应力问题，因此模型试验作为一种研究手段则具有重要的意义，可归纳成如几个方面： 1．通过对水工建筑物的模型试验研究可以验证理论设计，国内外大型和重要的水工建筑物的设计，都同时要求进行计算分析和试验分析，以期达到互相验证的目的。 2．通过对原型结构的模拟试验，预测水工建筑物完建后的运行情况以及抵御事故的能力。 3．由于物理模型是对实际结构性态的模拟，在模型上还有可能出现原先未知而又实际存在的某些现象，因此模型试验研究不仅仅是对数理分析方法的验证，而且是获得更丰富切合实际的资料的积极探索，所以进行水工结构模型试验目的也是更好地探索新理论、新材料、新技术、新工艺的一种手段。 （3）结构模型试验研究的主要内容： a.大型水工建筑物的整体应力及变形问题。 b.结构物之间的联合作用问题。 c.地下结构的应力与稳定问题。 d.大坝安全度及破坏机理问题。 e.水工结构的动力特性问题。 f.验证新理论、新方法、新材料、新工艺等。 （4）模型试验的分类方法 ①按建筑物的模拟范围和受力状态分类 a.整体结构模型试验：研究整体建筑物在空间力系作用下的强度或稳定问题。 b.平面结构模型试验：研究结构单位长度断面在平面力系作用下的强度和稳定问题，如重力坝坝段平面结构模型试验就是研究重力坝在水荷载作用下的应力和变形。 c.半整体结构模型试验： ②按作用荷载特性分类 a.静力结构模型试验：研究水工建筑物在静荷载（静水压力、自重、温度等）作用下

地震模拟振动台及模型试验研究进展_沈德建

第22卷第6期2006年12月 结　构　工　程　师S t r u c t u r a l E n g i n e e r s V o l .22,N o .6 D e c .2006 地震模拟振动台及模型试验研究进展 沈德建 1,2 吕西林 1 (1.同济大学结构工程与防灾研究所,上海200092;2.河海大学土木工程学院,南京210098) 提　要　在介绍振动台本身发展的基础上,分析了振动台试验研究内容的扩展、振动台模型试验动态相似关系研究进展、振动台试验方法的发展和振动台试验新的测量方法,提出了振动台模型试验中值得关 注的一些问题。 关键词　振动台,模型试验,动态相似关系,试验方法 R e s e a r c hA d v a n c e s o nS i m u l a t i n g E a r t h q u a k e S h a k i n g T a b l e s a n dMo d e l T e s t S H E ND e j i a n 1,2 L UX i l i n 1 (1.R e s e a r c hI n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g a n d D i s a s t e r R e d u c t i o n ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 200092,C h i n a ; 2.I n s t i t u t e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ,H o h a i U n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210098,C h i n a ) A b s t r a c t T h e d e v e l o p m e n t o f s h a k i n gt a b l e i s i n d u c e df i r s t i nt h i s p a p e r .T h e e x p a n s i o n o f t h e r e s e a r c h s c o p e o f s h a k i n g t a b l e s i s a n a l y z e d .T h e d y n a m i c s i m i l i t u d e r e l a t i o n s h i p f r o md i f f e r e n t a u t h o r s i s c o m p a r e d a n d r e m a r k e d .T h e d e v e l o p m e n t o f t e s t i n g m e t h o d o n s h a k i n g t a b l e s a n d n e w m e t h o d o n a n a l y z i n g t h e r e s u l t i s a l s o p r e s e n t e d .S o m e v a l u a b l e q u e s t i o n s o n s h a k i n g t a b l e t e s t a r e i n d u c e d a n d m a y b e p a i d g r e a t a t t e n t i o nb y r e -s e a r c h e r s .K e y w o r d s s h a k i n g t a b l e ,m o d e l t e s t ,d y n a m i c s i m i l i t u d e r e l a t i o n s h i p ,t e s t i n g m e t h o d 基金项目:国家自然科学基金重点项目(50338040) 1　概　述 结构振动台模型试验是研究结构地震破坏机理和破坏模式、评价结构整体抗震能力和衡量减震、隔震效果的重要手段和方法。然而,由于振动台本身承载能力、试验时间和经费等的限制,许多时候必须做缩尺模型试验,在坝工模型和高层、超高层建筑中更是如此。 一些新型结构形式,由于其超出了设计规范的要求,往往需要通过实验对其抗震性能做合理的评估。超高层建筑和超大跨度建筑,在理论分析还不完善的情况下,试验,特别是振动台模型试验,是分析其抗震能力的一种有效手段。 线弹性的缩尺模型相似关系已得到了较好的解决,但是许多复杂结构的相似关系、非线性动态 相似关系虽然进行了一些研究,但是还未能得到 较好的解决。一些劲性钢筋混凝土结构、钢管混凝土结构和其他一些新型结构的动态相似关系的 研究还不够深入,有些甚至才刚刚起步。 振动台试验较好地体现了模型的抗震性能,可我们更关心的是由模型的试验结果推算的原型结构的抗震性能,但在这方面尚未形成非常一致的结论,还存在一定的误差,因而精度还有待于进一步的提高。本文介绍国内外振动台模型试验的研究进展。 2　研究的最新进展 2.1　振动台本身的发展 作为美国N E E S 计划的一部分,加州大学圣地亚哥分校(U C S D )于2004年安装M T S 公司制

建筑结构模型设计中的选型与设计

建筑结构模型设计中的选型与设计 高层建筑的结构体系是高层结构是否合理、经济的关键，随着建筑高度和功能的发展需要而不断发展变化。论文总结了各种高层建筑结构体系、特别是近年来出现的复杂、新颖的结构体系的受力特征，进而对高层建筑结构选型要点进行了探讨。 标签：建筑结构；模型设计；选型与设计 一、结构选型 （一）框架结构体系 框架结构体系采用梁、柱组成的结构体系作为建筑竖向承重结构，并同时承受水平荷载，适用于多层或高度不大的高层建筑。框架结构的布置要注意对称均匀和传力途径直接。传统的结构布置采用主次梁的作法为主，逐步向扁梁或无盖梁发展。框架柱是框架结构的主要竖向承重和抗侧力构件，以受压应力为主。 （二）剪力墙结构体系 剪力墙结构体系是利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构体系。剪力墙的间距受楼板构件跨度的限制，一般为3～8米。因而剪力墙结构适用于要求小房间的住宅、旅馆等建筑。 （三）框架一剪力墙结构体系 框架一剪力墙结构是将框架和剪力墙结合在一起而形成的结构形式。它既有框架结构平面布局灵活、适用性强的优点，又有较好的承受水平荷载的能力，是高层建筑中应用比较广泛的一种结构形式。合理的结构设计，将能使框架、剪力墙两种不同变形性能的抗侧力结构很好地协同工作，共同发挥作用。 （四）筒体结构 随着建筑物高度的增加，传统的框架结构体系、框架一剪力墙结构体系已不能很好地满足结构在水平荷载作用下强度和刚度的要求。筒体体系因其在抵抗水平力方面具有良好的刚度，并能形成较大的使用空间，而成为六十年代以后常用于超高层建筑中的一种新的结构体系。根据筒体布置、组成、数量的不同，又可分为框架筒体、筒中筒、组合筒三种体系。 二、结构设计 （一）地基与基础设计

结构设计大赛之桥梁模型设计

结构设计大赛之桥梁模型设计戴洁 (广东交通职业技术学院，广东广州510650) 摘要：文中从结构设计大赛的模型要求及比赛加载方式分析入手，提出桥梁模型的设计方案构思，选择结 构方案．并进一步对模型进行了强度、刚度和稳定性受力分析。试验证明本次设计制作的桥梁模型非常坚固， 承受极限荷载接近于封顶值50 kg。 1桥梁模型设计 1．1模型要求及加载方式分析 结构设计大赛拟设计桥梁结构模型。桥梁结构模型设计尺寸要求为：桥面总长l 000 mln；桥面高不低于120 toni：桥面总宽160～180rnITl；桥面净空高度不小于200 toni：最大跨径不小于400 mm。尺寸要求体现了桥梁设计的桥下净空和桥面净空等功能要求。比赛加载方式为动静载结合方式，初赛要求徒手将一辆l5 kg的小车从桥头拉至最大跨的跨中位置．并在该位置停留不少于5 S 然后拉到桥部。模型不至于失效方可进入决赛。决赛采用跨中集中力加载方式，初始荷载为20 ，荷载增加梯度为5 k 次，封项荷载为50 。每次加载后停留5 S。模型不失效即加载成功。模型不失效的标准：模型强度足够、不失去整体承载力：模型跨中挠度不超过l5 mm。小小桥模型须承受l5～50 kg的重量，由此带来的跨中弯矩较大，承载亦不易。但更

难控制的还是弯曲变形，挠度不超出15 mln即要求模型具有足够的抗弯刚度。 1．2材料分析 参赛的结构模型要求采用组委会统一提供的绘图纸、棉线和乳胶。主体材料为绘图纸．辅助材料为棉线和乳胶。单张的绘图纸只能承受少量拉力，不能作为受弯、受压构件，即使多张绘图纸叠放具有抗弯强度．也不能提供足够的抗弯刚度。要使纸构件提供足够的强度和刚度．一种方法将纸卷成圆柱形．作成圆形梁和圆形柱：另一种方法将纸张切片叠成一定厚度并粘在一起．作成一定高度的薄梁．可以用作桥面的抗弯构件。但从整体结构上必须布置成纵、横梁网格系。棉线抗拉能力强，不能受压．只能用来做受拉构件，吊(拉)桥面或捆绑节点，增强节点强度。白乳胶主要起粘结作用。 1．3结构选型与方案构思 鉴于比赛的加载重量大。且挠度变形量控制严格，桥型结构不能采用单一的梁桥、拱桥、悬索桥，而必须采用组合体系桥梁。为使桥面平整，便于行车，主体结构采用梁式桥型。为了增强模型的整体抗弯强度和抗弯刚度．布置斜拉杆(索)或垂直吊杆(索)。用卷成圆柱形的纸杆作为刚性斜拉杆或吊杆．节点用棉线捆绑牢固，做成类似斜拉桥的板拉桥刚性拉杆。桥面下可用拱形结构支撑桥面．也可以采用桥墩加斜撑辅助支撑桥面。拱形结构受力合理．但制作困难。下部结构主要采用实心的圆柱形纸杆作桥墩．由于直径有限(直径大时耗材多)，难以保证桥墩的稳定性，而空心纸卷制作起来有困难．也不能提供足够的抗压强度，所以桥墩结构上必须加强各杆件的横向联系．以增强桥梁的整体稳定性。主孔纵向设计为梁式桥结合“A” 型塔斜拉桥。主

SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究_张之颖

第43卷第2期2010年2月 土　木　工　程　学　报 C H I N AC I V I LE N G I N E E R I N G J O U R N A L V o l .43F e b . N o .2 2010 基金项目:土木工程防灾国家重点实验室重点基金项目(2006-A -02)作者简介:张之颖,博士,副教授收稿日期:2008-09-11 S S I 体系阻尼特性振动台模型试验研究 张之颖1 　赵钟斗2 　吕西林3 　楼梦麟 3 (1.西安交通大学,陕西西安710049;2.韩国仁荷大学,仁川402751; 3.同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092) 摘要:土与结构由于材性上的差异,其相互作用体系通常被认为是非经典阻尼体系。在振动台模型试验的基础上,研究软弱地基基础上的土-结构相互作用体系的阻尼特性问题。在递增的振动台模拟地震作用下,通过对模型体系不同部位测点的传递函数、自振频率、模态阻尼比等实测数据的对比,考察S S I 体系合成模态、合成模态阻尼比的存在性及其动力非线性产生后的变化规律。结果表明,土-结构相互作用体系具有十分明显的经典阻尼特性,在S S I 体系抗震设计方法中可以按经典阻尼体系考虑。 关键词:土-结构相互作用;经典阻尼;振动台试验;合成模态中图分类号:T U 435　T U 447 文献标识码:A 文章编号:1000-131X(2010)02-0100-05 S h a k i n g t a b l e t e s t s o f t h e d a m p i n g b e h a v i o r o f S S I s y s t e m s Z h a n g Z h i y i n g 1 　C h o C h o n g d u 2 　L ǜX i l i n 3 　L o u M e n g l i n 3 (1.X i ′a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y ,X i ′a n 710049,C h i n a ;2.I n h a U n i v e r s i t y ,I n c h e o n 402751,K o r e a ; 3.S t a t e K e y L a b o r a t o r y f o r D i s a s t e r R e d u c t i o n i n C i v i l E n g i n e e r i n g ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 200092,C h i n a )A b s t r a c t :As y s t e m i n v o l v i n g s o i l -s t r u c t u r ei n t e r a c t i o ni s o f t e nc o n s i d e r e da s an o n -c l a s s i c a l d a m p i n gs y s t e m d u et o d i s t i n c t i v e d i f f e r e n c e s b e t w e e nt h em a t e r i a l p r o p e r t i e s o f s o i l a n ds t r u c t u r e .A ne x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o nb a s e do n s h a k i n gt a b l et e s t i sc o n d u c t e dt oe x p l o r et h ea c t u a l d a m p i n gb e h a v i o ro f s o f ts o i l -s t r u c t u r ei n t e r a c t i o n s y s t e m .M e a s u r e m e n t s o f t h e t r a n s f e r f u n c t i o n s ,t h e n a t u r a l f r e q u e n c i e s a n dt h e m o d a l d a m p i n gr a t i o s o f d i f f e r e n t p a r t s o f t h e s y s t e mr e v e a l t h e e x i s t e n c e o f c o m p o s i t e m o d e a n d m o d a l d a m p i n g r a t i o a l o n g w i t h n o n l i n e a r d y n a m i c b e h a v i o r o f t h e s o i l -s t r u c t u r e s y s t e m u n d e r g r a d u a l l yi n c r e a s i n ge a r t h q u a k ea c t i o n .T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t si n d i c a t et h a t t h ec l a s s i c a l d a m p i n g b e h a v i o r i s p r o n o u n c e di ns o i l -s t r u c t u r e i n t e r a c t i o ns y s t e m a n ds e i s m i ca n a l y s i s c a nb e p e r f o r m e db y u s i n g c l a s s i c a l d a m p i n g t h e o r y .K e y w o r d s :s o i l -s t r u c t u r e i n t e r a c t i o n (S S I );c l a s s i c a l d a m p i n g ;s h a k i n g t a b l e t e s t ;c o m p o s i t e m o d e s E -m a i l :z h a n g z h y @m a i l .x j t u .e d u .c n 引 言 多自由度等效黏滞阻尼模型下的动力体系,有经典阻尼体系和非经典阻尼体系之分 [1-2] 。经典阻尼体 系具有一致均匀的阻尼特性,运动方程可在主模态空间解耦,体系具有经典正则模态,存在“振型”概念[3] , 其动力分析可采用传统的“振型分解法”;而非经典阻尼体系,由于体系内部阻尼特性存在较大差异,运动方程在主模态空间无法解耦,体系不具有经典正则模态,没有传统概念上的所谓“振型”,运动方程的求解 将十分困难 [4-5] 。 虽然完全符合经典阻尼特性的实际结构是极少的,一般动力体系都具有不同程度的非经典阻尼特 性,但由于经典阻尼特性能使体系动力分析得到极大 的简化,因此在实用上,在误差允许的条件下,实际工程结构常被近似为经典阻尼体系进行动力分析。 在土木工程中,当结构体系不考虑地基协同作用时,一般被公认可以近似为经典阻尼体系。但当考虑地基-结构相互作用(S o i l -S t r u c t u r eI n t e r a c t i o n ,简称 S S I )时,多数学者认为[6-9] ,由于体系组成材料的不同,各部分材料的耗能特性存在差异,因此,“考虑地基协同作用的体系”不能被近似为经典阻尼特性。现有的一些研究基本也是在此思想认识主导下进行的,而且在这一认识前提下的研究,亦多以公式推导和数值模拟分析为主,对S S I 体系实际阻尼机制的研究甚为欠 DOI :10.15951/j .t m gcxb .2010.02.013

结构模型设计书

结构创新课程设计 设计题目高层建筑结构模型设计 作品名称鼎立 学生姓名张++ 王++ 端++ 江+ 谢++ 学号 201321··· 201321··· 201321··· 201321··· 201321··· 专业班级土木工程13-4班 指导教师王辉、赵春风等老师 2015 年 07 月 20 日

目录 一、设计说明书....................................... - 3 - 1.设计背景........................................ - 3 - 2.设计构思........................................ - 3 - 2.1.结构选型...................................... - 3 - 2.2.构件制作...................................... - 4 - 2.3.连接方式...................................... - 4 - 二、方案图........................................... - 5 - 1.结构整体布置图.................................. - 5 - 2.主要构件详图.................................... - 5 - 3.方案效果图...................................... - 6 - 三．计算书........................................... - 7 - 1.模型方案及制作.................................. - 7 - 1.1.模型方案介绍............................... - 7 - 1.2.模型加工图................................. - 8 - 2.计算模型........................................ - 8 - 3.荷载分析........................................ - 9 - 4.承载能力分析.................................... - 9 - 4.1.加载分析................................... - 9 - 4.2.位移分析.................................. - 10 - 4.3.承载能力估算.............................. - 10 - 5.结论：......................................... - 10 -

振动台试验方案设计实例

一、振动台试验方案 1试验方案 1.1工程概况 本工程塔楼结构体系为“三维巨型空间框架－钢筋混凝土核心筒”结构体系，主要由4个核心筒、钢骨混凝土（SRC）外框架、3个避难层联系桁架三部分构成，图1-2、图1-3分别是B塔结构体系构成示意图和建筑效果图。特别指出的是本工程在14、24楼层的联系桁架的腹杆以及32、48楼层的斜撑为防屈曲支撑（UBB）构件。设计指标为小震不屈服，大震屈服耗能。具体位置示意见图1-4。 本工程的自振周期约为 6.44秒，超过了《建筑抗震设计规范》(GB-50011-2001)设计反应谱长为6秒的规定。本工程存在5个一般不规则和2个特别不规则类型，5个一般不规则类型分别是扭转不规则、凹凸不规则、刚度突变、构件间断和承载力突变。2个特别不规则是高位转换和复杂连接。 1.2 模拟方案 1、模拟方案选择 动力试验用的结构模型必须根据相似律进行设计，模型动力相似律的建立以结构运动方程为基础，选择若干主要控制参数作为模拟控制的对象，依据Buckingham的π定理，经无量纲分析导出控制参数的无量纲积，据此确定各控制参数的相似比率。 结构动力试验的相似模型大致分为四种： （1）弹塑性模型理论上可以重现结构反应的时间过程，使模型和原型的应力分布一致，并可模拟结构的破坏。由于要严格考虑重力加速度对应力反应的影响，必须满足S a=S g=1（S a=模型加速度/原型加速度，S g为重力加速度相似系数，各相似系数之间的关系见表1），即模型加速度反应与原型加速度反应一致，这一要求大大限制模型材料的选择。因为在缩尺模型中，几何比（S l）很小，在Sa=Sg=1的条件下，要满足Sa=S E/S l Sρ=1，即S l=S E/Sρ，必须使模型材料的弹模

第五章 建筑结构试验设计

第五章 建筑结构试验设计 建筑结构试验设计中应注意的问题 建筑结构试验设计要解决的问题：试件设计应从哪些方面进行考虑？要注意哪些问题？结构试验对试件设计有哪些要求？常用的模型材料有哪些？结构模型相似的三个定理应如何进行理解？如何确定原型与模型的相似条件？量纲分析法确定相似条件的步骤？为什么有时采用不同于设计计算所规定的荷载图式？试验的加载制度包括哪些内容？试验加载程序包括哪几部分内容？观测仪器如何选择，测读时应遵循什么原则？结构试验时应采取哪些安全措施？试验报告要如何书写？ 带着所提出的问题进行有针对性的学习。主要思路如下： 结构试验设计的内容，主要是通过反复研究，确定试验的目的，试验的性质与规模，进行试件设计，选定试验场所，拟定加载与量测方案，设计专用的试验装置和仪表夹具附件以及制订安全技术措施。同时，按试验规模组织试验人员，提出试验经费预算和消耗性器材数量和设备清单。最后在设计规划的基础上提出试验大纲和进度计划。试验工作者对新型的加载设备和测量仪器方面知识准备充分。 一、试件设计 对于试件设计，包括试件的形状，尺寸和数量的选择都要遵循合理可行的规则。 试件设计之所以要注意它的形状，主要是要在试验时形成和实际工作相一致的应力状态。在从整体结构中取出部分构件单独进行试验时，必须要注意其边界条件的模拟，使其能如实反映该部分结构构件的实际工作，同时要注意有利于试验合理加载。 任一试件的设计，其边界条件的实现与试件安装、加载装置与约束条件等有密切的关系。在整体设计时必须进行周密考虑，才能付诸实施。 结构试验所用试件的尺寸和大小，总体上分为真型（实物或足尺结构）和模型两类。不同情况下选择不同的试件尺寸，采用缩尺或真型试件。必要时要考虑尺寸效应的影响，在满足构造要求的情况下，太大的试件也没有必要。 对于结构动力试验，试验尺寸常受试验加载条件等因素的限制。动力特性试验可在现场原型结构上进行。至于地震模拟振动台加载试验，因受台面尺寸、激振力大小等参数的限制，一般只能作缩尺的模型试验。 试件设计同时必须考虑必要的构造措施。 在科研性试验时，为了保证结构或构件在某一预定的部位破坏，以期得到必要的测试数据，就需要对其它部位事先进行局部加固。为了保

建筑结构试验第五章建筑结构试验设计.

《建筑结构试验》第五章建筑结构试验设计 2004-12-28 建筑结构试验设计中应注意的问题 建筑结构试验设计要解决的问题：试件设计应从哪些方面进行考虑？要注意哪些问题？结构试验对试件设计有哪些要求？常用的模型材料有哪些？结构模型相似的三个定理应如何进行理解？如何确定原型与模型的相似条件？量纲分析法确定相似条件的步骤？为什么有时采用不同于设计计算所规定的荷载图式？试验的加载制度包括哪些内容？试验加载程序包括哪几部分内容？观测仪器如何选择，测读时应遵循什么原则？结构试验时应采取哪些安全措施？试验报告要如何书写？ 带着所提出的问题进行有针对性的学习。主要思路如下： 结构试验设计的内容，主要是通过反复研究，确定试验的目的，试验的性质与规模，进行试件设计，选定试验场所，拟定加载与量测方案，设计专用的试验装置和仪表夹具附件以及制订安全技术措施。同时，按试验规模组织试验人员，提出试验经费预算和消耗性器材数量和设备清单。最后在设计规划的基础上提出试验大纲和进度计划。试验工作者对新型的加载设备和测量仪器方面知识准备充分。 一、试件设计 对于试件设计，包括试件的形状，尺寸和数量的选择都要遵循合理可行的规则。 试件设计之所以要注意它的形状，主要是要在试验时形成和实际工作相一致的应力状态。在从整体结构中取出部分构件单独进行试验时，必须要注意其边界条件的模拟，使其能如实反映该部分结构构件的实际工作，同时要注意有利于试验合理加载。 任一试件的设计，其边界条件的实现与试件安装、加载装置与约束条件等有密切的关系。在整体设计时必须进行周密考虑，才能付诸实施。 结构试验所用试件的尺寸和大小，总体上分为真型（实物或足尺结构）和模型两类。不同情况下选择不同的试件尺寸，采用缩尺或真型试件。必要时要考虑尺寸效应的影响，在满足构造要求的情况下，太大的试件也没有必

结构设计竞赛模型制作的方法与技巧

结构设计竞赛模型制作的方法与技巧 介绍了结构设计竞赛概况和竞赛用材料与工具。从结构选型、构件设计、模型节点处理三方面，介绍了结构设计竞赛中模型制作的方法与技巧。并针对竞赛中常见问题进行了解析。 标签：结构设计竞赛;结构模型;模型制作;土木工程 1 结构设计竞赛概况 土木工程有着悠久的历史，其专业综合性强，涉及学科面广，基础要求高。学科竞赛是培养专业人才创新能力的重要平台。竞赛旨在培养大学生的学习能力、沟通能力、组织能力、团队协作能力、创新能力和实践能力，提升大学生的综合素质，从而进一步提高本科生培养和教学质量。 目前赛事主要有全国大学生结构设计竞赛及各省市大学生建筑结构设计竞赛。对于培养大学生的创新意识、合作精神，提高大学生的创新设计能力、动手实践能力和综合素质，加强高校间的交流与合作起到重要作用。 结构设计竞赛的内容通常为给定某种材料，要求在规定时间内设计并制作出一个结构，通过加载试验，综合考虑各项因素决出获奖等级。模型材料一般为以竹皮或白卡纸居多，并辅以胶水、线绳等。制作的结构形式有建筑、桥梁等。评分内容一般包含方案设计、理论分析、模型制作、作品介绍与答辩以及模型加载实验等方面。结构加载类比赛，一般在相同加载条件下，结构模型质量轻者获胜或模型加载位移与模型质量综合评判。 2 材料与工具 结构设计竞赛用材料有竹材或白卡纸。本文仅讨论竹材。2018年全国大学生结构设计竞赛竹材规格及用量见表1。竹材参考力学指标见表2。 表2 竹材参考力学指标 制作工具有：502胶水、砂纸、切割刀、直尺、三角尺、量角器、铅笔、橡皮擦、镊子、橡胶手套等。砂纸打磨杆件端部，获得所需要的杆件精确尺寸，打磨杆件节点处接触面以增加接触，打磨时需谨慎打磨，勿露出竹皮丝状物。铅笔、直尺在竹皮上绘制杆件平面设计图。切割刀切割修剪竹皮。为防止胶水粘手，可用镊子夹持细小构件，使用橡胶手套防护双手，也可以用胶布缠绕指尖。 3 模型设计与制作 模型选型原则为“大胆假设，小心求证”。假设时，须防止赛题示意图的模型束缚思路，也不得被常见模型约束，应勇于借鉴创造。求证时，须运用相关力学

振动台模型试验

01 建筑结构的整体模型模拟地震振动台试验研究，从模型的设计制作、确定试验方案、进行试验前的准备工作、到最后实施试验和对试验报告数据进行处理，整个过程历时较长、环节较多。显然，预先了解和把握振动台试验的总体过程，做到有目的、有计划、有方法，才能较顺利地完成该项工作。介绍将会按照以下顺序依此进行： 1 模型制作 2 试验方案 3 试验前的准备 4 实施试验 5 试验报告 6 试验备份 02 1 模型制作 振动台试验模型的制作，在获得足够的原型结构资料后，至少需要把握这样几个关键环节： （1）依据试验目的，选用试验材料； （2）熟读图纸，确定相似关系； （3）进行模型刚性底座的设计； （4）根据模型选用材料性能，计算模型相应的构件配筋； （5）绘制模型施工图； （6）进行模型的施工。 对上述各条的设计原则以及注意事项等，分述如下。 1.1 选用模型材料 模型试验首先应明确试验目的，然后根据原型结构特点选择模型的类型以及使用材料。比如，试验是为了验证新型结构设计方法和参数的正确性时，研究范围只局限在结构的弹性阶段，则可采用弹性模型。弹性模型的制作材料不必与原型结构材料完全相似，只需在满足结构刚度分布和质量分布相似的基础上，保证模型材料在试验过程中具有完全的弹性性质，有时用有机玻璃制作的高层或超高层模型就属于这一类。另一方面，如果试验的目的是探讨原型结构在不同水准地震作用下结构的抗震性能时，通常要采用强度模型。强度模型的准确与否取决于模型与原型材料在整个弹塑性性能方面的相似程度，微粒混凝土整体结构模型通常属于这一类。以上分析也显现了模型相似设计的重要性。 在强度模型中，对钢筋混凝土部分的模拟多由微粒混凝土、镀锌铁丝和镀锌丝网制成，其物理特性主要由微粒混凝土来决定，有时也采用细石混凝土直接模拟原型混凝土材料，水泥砂浆模型主要是用来模拟钢筋混凝土板壳等薄壁结构，石膏砂浆制作的模型，它的主要优点是固化快，但力学性能受湿度影响较大；模拟钢结构的材料可采用铜材、白铁皮，有时也直接利用钢材。总之，模型材料的选用要综合就近取材及经费等因素，同时要注意强度、弹性模量的换算等。 1.2 模型相似设计 把握大型模型振动台试验，最关键的是正确的确定模型结构与原型结构之间的相似关系。目前常用的相似关系确定方法有方程分析法和量纲分析法两种，它们之间的区别是显而易见的：当待求问题的函数方程式为已知时，各相似常数之间满足的相似条件可由方程式分析得出；量纲分析法的原理是著名的相似定理：相似物理现象的π数相等；个物理参数、个基本量纲可确定()个nkkn[$#8722]π数。当待考察问题的规律尚未完全掌握、没有明确的函数关系式时，多用到这种方法。高层建筑结构模拟地震振动台试验研究中包含诸多的物理量，各物理量之间无法写出明确的函数关系，故多采用量纲分析法。 量纲分析法从理论上来说，先要确定相似条件（π数），然后由可控相似常数，推导其余的相似常数，完成相似设计。在实际设计中，由于π数的取法有着一定的任意性，而且当参与物理过程的物理量较多时，可组成的数也很多，将线性方程组全部计算出来比较麻烦；另一方面，若要全部满足与这些π数相应的相

结构设计大赛之桥梁模型设计

结构设计大赛之桥梁模型设计 戴洁 (广东交通职业技术学院，广东广州510650) 摘要：文中从结构设计大赛的模型要求及比赛加载方式分析入手，提出桥梁模型的设计方案构思，选择结 构方案．并进一步对模型进行了强度、刚度和稳定性受力分析。试验证明本次设计制作的桥梁模型非常坚固， 承受极限荷载接近于封顶值50 kg。 1桥梁模型设计 1．1模型要求及加载方式分析 结构设计大赛拟设计桥梁结构模型。桥梁结构模型设计尺寸要求为：桥面总长l 000 mln；桥面高不低于120 toni：桥面总宽160～180rnITl；桥面净空高度不小于200 toni：最大跨径不小于400 mm。尺寸要求体现了桥梁设计的桥下净空和桥面净空等功能要求。比赛加载方式为动静载结合方式，初赛要求徒手将一辆l5 kg的小车从桥头拉至最大跨的跨中位置．并在该位置停留不少于5 S 然后拉到桥部。模型不至于失效方可进入决赛。决赛采用跨中集中力加载方式，初始荷载为20 ，荷载增加梯度为5 k 次，封项荷载为50 。每次加载后停留5 S。模型不失效即加载成功。模型不失效的标准：模型强度足够、不失去整体承载力：模型跨中挠度不超过l5 mm。小小桥模型须承受l5～50 kg的重量，由此带来的跨中弯矩较大，承载亦不易。但更难控制的还是弯曲变形，挠度不超出15 mln即要求模型具有足够的抗弯刚度。 1．2材料分析 参赛的结构模型要求采用组委会统一提供的绘图纸、棉线和乳胶。主体材料为绘图纸．辅助材料为棉线和乳胶。单张的绘图纸只能承受少量拉力，不能作为受弯、受压构件，即使多张绘图纸叠放具有抗弯强度．也不能提供足够的抗弯刚度。要使纸构件提供足够的强度和刚度．一种方法将纸卷成圆柱形．作成圆形梁和圆形柱：另一种方法将纸张切片叠成一定厚度并粘在一起．作成一定高度的薄梁．可以用作桥面的抗弯构件。但从整体结构上必须布置成纵、横梁网格系。棉线抗拉能力强，不能受压．只能用来做受拉构件，吊(拉)桥面或捆绑节点，增强节点强度。白乳胶主要起粘结作用。 1．3结构选型与方案构思 鉴于比赛的加载重量大。且挠度变形量控制严格，桥型结构不能采用单一的梁桥、拱桥、悬索桥，而必须采用组合体系桥梁。为使桥面平整，便于行车，主体结构采用梁式桥型。为了增强模型的整体抗弯强度和抗弯刚度．布置斜拉杆(索)或垂直吊杆(索)。用卷成圆柱形的纸杆作为刚性斜拉杆或吊杆．节点用棉线捆绑牢固，做成类似斜拉桥的板拉桥刚性拉杆。桥面下可用拱形结构支撑桥面．也可以采用桥墩加斜撑辅助支撑桥面。拱形结构受力合理．但制作困难。下部结构主要采用实心的圆柱形纸杆作桥墩．由于直径有限(直径大时耗材多)，难以保证桥墩的稳定性，而空心纸卷制作起来有困难．也不能提供足够的抗压强度，所以桥墩结构上必须加强各杆件的横向联系．以增强桥梁的整体稳定性。主孔纵向设计为梁式桥结合“A” 型塔斜拉桥。主梁5片，横梁10根，等间距地布置主梁、横梁，形成网格式梁式结构。“A” 型塔斜拉结构设计为双塔，两侧各一个．中间设一撑杆加强两边“A”型塔的横

塔吊结构模型的设计与制作

塔吊结构模型的设计与制作 摘要：本文中的塔吊结构模型是浙江大学第九届大学生结构设计竞赛的参赛作品。文中详尽地论述了该塔吊结构模型的设计制作要求，实际的设计和制作的全过程。最后，文中还以一些合理的假设为前提，根据相关理论知识估计了模型的承载能力。本文对于一些其他的结构模型设计制作过程也有一定的参考价值。关键字：塔吊模型；设计；制作；支撑柱；横梁；杆件；牛皮纸；载荷 1.背景 塔吊在现代的社会生产中有着广泛的应用，它实现了笨重货物较大的水平和垂直位移，而且可重复性强，效率高，对社会经济的发展起到了很好的促进作用。塔吊其实在现实生活中随处可见，尤其在建筑施工基地和大型的装载、卸载基地，它可谓是必备的工业设备，是基地整个物料调运的核心装置。所以一个塔吊的结构的承载能力、安全性以及运动的灵敏性就显得非常重要。 本文所阐述的塔吊结构模型是以“浙江大学第九届大学生结构设计竞赛”这一赛事为依托，由本人协同刘晓杰、汪荣荣两位同学，共同设计并制作完成的。 2.模型设计制作要求 此模型的设计制作要求即为“浙江大学第九届大学生结构设计竞赛”提交的参赛作品的一些要求，现整理归纳成如下几点： 1、模型制作材料为牛皮纸、卡发丝线、白胶，固定模型的底板为木工板。材料统一由组委会提供和购买，不得使用非组委会提供的其它任何材料。 2、模型结构形式和总高度不限，模型的主要受力构件应合理布置，整体结构应体现“新颖、轻巧、美观、实用”的原则。 3、模型悬臂上分别设置3个作用点A、B、C，其中配重作用点A距模型底板中心线xx 轴水平距离为250±5 mm，距模型底板上表面高度为1000±5 mm，并要求设置竖向力的拉线环1个；加载作用点B、C分别距模型底板中心线xx轴水平距离为600±5 mm、900±5 mm，距模型底板上表面高度为1000±5 mm，要求在B、C点设置可以施加竖向力的拉线环各1个，并过C点垂直于BC连线上设置可以施加前后水平力的拉线环各1个，详见图1。 4、在B点一侧的模型固定边界以外、BC连线以下必须保持净空，详见图1。 5、固定模型的底板尺寸为400 mm×400 mm。模型制作材料固定在底板的范围不得超出250 mm×250 mm，详见图2。 6、模型作用点的拉线环须满足承载要求，拉线环受力拉直后离作用点的距离为50 mm。

结构模型设计方案示例

湖南省“路桥杯”大学生结构模型创作竞赛 中南大学 参赛设计方案说明书 作品名称剑桥 学校名称中南大学 学生姓名专业班级 学生姓名专业班级 学生姓名专业班级 指导教师 联系电话 二○○六年七月十四日

目录 摘要 (2) 1 设计说明书 (3) 1.1 概述 (3) 1.2 方案简介 (3) 1.3 结构模型及方案特点 (4) 1.4 应用前景 (5) 1.5 施工流程: (5) 1.6 施工要点: (5) 2 结构方案图 (6) 2.1结构效果图 (6) 2.2结构俯视图 (6) 3 设计计算书 (7) 3.1结构计算模型 (7) 3.2结构强度计算 (8) 3.2.1 拱肋强度计算 (8) 3.2.2 拉杆强度计算 (9) 3.3 结构稳定分析 (9) 参考文献 (10)

摘要 本文根据湖南省“路桥杯”土木建筑类大学生结构模型创作竞赛规程和使用材料的特点要求，结合现代桥梁结构的特点，借鉴细杆拱桥结构设计概念构思了本结构模型。 在造型上，空间上主要采用三角形、梯形等几何元素，注重结构的整体性。 在结构设计方面，充分根据木材的力学性能，主要受力构件采用格构式组合构件，利用斜向支撑增加结构空间作用，提高抗侧能力。并通过采用ANSYS有限元软件的空间分析，根据构件的受力情况沿杆件变化，采用了变截面的杆件，充分的利用材料，经过ANSYS 的计算表明，结构在设计荷载作用下，均能满足强度、刚度、稳定性要求。 关键词：结构模型、设计大赛、模型制作

1 设计说明书 1.1 概述 对于结构模型，稳定性起着控制作用，包括整体稳定性和局部稳定性，选择合理有效的结构受力体系对结构模型设计有着重要意义。 模型设计中，主要应考虑充分利用木材薄片受力性能特点。就本次竞赛而言，关键在于充分利用木材薄片受拉性能好，受压则需要组合成柱的特点，选择优化的结构模型，使结构模型能够接近竞赛规定的最大加载荷载，同时尽可能降低结构的自身重量。 本结构模型根据以上思想，进行结构的构思与设计。 1.2 方案简介 本结构整体外型为一个上承式桁架。其造型融入三角形和梯形等美学元素，整体造型简单、受力形式较好，符合本次竞赛的设计理念。 结构根据竞赛规程的要求，确定合理跨度和高度以后，以四根斜杆为主要受力构件向下传力，顶部做成一个加载平台。根据各个面内的抗弯刚度要求，灵活选用杆的形式，通过计算得出合理拱轴线的位置，合理布置杆拱的空间角度；再合理布置支撑杆件，用于抵抗荷载传来的水平力分力并减小侧移；并通过ANSYS软件模拟多种荷载情况下的破坏情况，找出结构构件的薄弱环节进行局部加强，使得结构的破坏向强度破坏靠近，从而使本结构模型具有足够的承

振动台模型试验地完整

国家自然科学基金重点项目资助（No. 50338040, 50025821）同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室研究报告（A20030609-405） 12层钢筋混凝土标准框架 振动台模型试验的完整数据 Benchmark Test of a 12-story Reinforced Concrete Frame Model on Shaking Table 报告编制：吕西林李培振陈跃庆

同济大学 土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室 2004年1月

目录 1 试验概况 (1) 2 试验设计 (1) 2.1 试验装置 (1) 2.2 模型的相似设计 (1) 2.3 模型的设计与制作 (1) 2.4 材料性能指标 (4) 2.5 测点布置 (4) 2.6 加速度输入波 (5) 2.7 试验加载制度 (9) 3 试验现象 (9) 4 试验数据文件 (12) 4.1 AutoCAD文件 (12) 4.2 输入地震波数据文件 (12) 4.3 测点记录数据文件 (12) 4.4 传递函数数据文件 (12)

实用标准文案 12层钢筋混凝土框架结构 振动台模型试验 1 试验概况 试验编号：S10H 模型比：1/10 模型描述：单跨12层钢筋混凝土框架结构 激励波形：El Centro波、Kobe波、上海人工波、上海基岩波 工况数：62 试验日期：2003.6.16 试验地点：同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室 2 试验设计 2.1 试验装置 地震模拟振动台主要性能参数： 台面尺寸 4.0m×4.0m 最大承载模型重25t 振动方向X、Y、Z三向六自由度 台面最大加速度X向1.2g；Y向0.8g；Z向0.7g 频率范围0.1Hz～50Hz 2.2 模型的相似设计 表1中列出了模型各物理量的相似关系式和相似系数。 2.3 模型的设计与制作 模型比为1/10，梁、柱、板的尺寸由实际高层框架结构的尺寸按相似关系折算。原型和模型概况见表2，模型尺寸和配筋图见图1。