料倉(cāng)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與加載試驗(yàn)

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1、料倉(cāng)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與加載試驗(yàn) 1 命題背景 料倉(cāng)為各種松散材料或流動(dòng)性物料的儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，既可儲(chǔ)存物料，也可控制物料的流量，改變物料的流向。多應(yīng)用于化工、倉(cāng)儲(chǔ)、土木工程、鋼鐵、煤炭、石油等行業(yè)。是一種較常見(jiàn)的小型工程設(shè)備和結(jié)構(gòu)。其主要承受豎向力（物料和結(jié)構(gòu)自重）和水平力（風(fēng)荷載、地震荷載和撞擊荷載等）。結(jié)構(gòu)在偶然荷載（如爆炸、撞擊等）作用下的性能越來(lái)越引起研究者和工程技術(shù)人員的重視。 本屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽以工程結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用為背景，擬通過(guò)結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)、制作與加載試驗(yàn)，探討料倉(cāng)結(jié)構(gòu)在豎向和水平撞擊荷載作用下的受力性能和破壞特點(diǎn)，為該結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。 2 模型要求 （1）料倉(cāng)裝

2、料重量最大為60kg（容重約4100kg/M3的鐵砂，噴砂處理用的菱角鐵砂G18，襄陽(yáng)博航金屬磨料有限公司），料倉(cāng)形狀不限，典型料倉(cāng)示意圖見(jiàn)圖1所示。 （a）立面圖 （b）平面圖 圖1 模型示意圖 （2）模型總高度H不超過(guò)900 mm，平面尺寸不大于200 200 mm（水平投影），料倉(cāng)下端出料口離底板高度h不小于200mm，出料口尺寸不大于60x60mm，出料口中心與模型底板中心重合。料口門(mén)可反復(fù)使用，以保證其能夠?qū)崿F(xiàn)多次填料和卸料。 （3）料倉(cāng)下端設(shè)置一個(gè)運(yùn)料出口，其尺寸能保證長(zhǎng)160mmX寬120mmX高195mm的模擬車(chē)輛進(jìn)出。

3、（4）模型在離底板高度200 2 mm處應(yīng)設(shè)置水平?jīng)_擊荷載加載點(diǎn)C或C’，水平?jīng)_擊荷載采用自由落體高度100mm的4kg、6kg重物通過(guò)牽引繩產(chǎn)生。加載點(diǎn)必須設(shè)置在模型運(yùn)料出口一側(cè)的最外側(cè)柱上（CD和OD或C’D和OD夾角α最大的柱），作用方向?yàn)镃點(diǎn)和D點(diǎn)的連線，D位于加載臺(tái)中軸線上，D距離模型底板中心O的水平距離為400mm。 （5）選手自行設(shè)計(jì)連接方案（僅限于提供的材料），便于模型與拉索端部的U形卡可靠連接，U形卡詳見(jiàn)圖2。 圖2 U形卡詳圖 圖3 模型底板 （6）模型應(yīng)與統(tǒng)一給定底板（400mmX400mmX20mm，膠合板）有可靠連接，模

4、型通過(guò)底板和M10的螺栓與加載裝置的加載臺(tái)座連接。模型底板見(jiàn)圖3所示。 （7）模型上應(yīng)設(shè)置尺寸不小于30mmX30mm的位移測(cè)試平面，中心離模型底板距離為400mm，位于模型平面中軸線上（圖1）。 圖4 加載裝置圖 3 模型加載 （1）豎向荷載：采用鐵砂模擬料倉(cāng)裝料加載，裝料重量40kg或60kg可選。鐵砂填料出口離模型底板高度930mm，進(jìn)料口為50mmX50mm，設(shè)置有快速開(kāi)啟小門(mén)，加載時(shí)由工作人員操作開(kāi)啟裝料。裝料完畢持續(xù)時(shí)間20秒鐘后分級(jí)施加水平?jīng)_擊荷載。 （2）水平加載：水平荷載分2級(jí)施加。砝碼重量分別為4kg、6kg，自由落體高度統(tǒng)一取為10

5、0 mm（即砝碼自由落體100 mm后，模型開(kāi)始受沖擊荷載作用），每級(jí)荷載持續(xù)時(shí)間為20秒鐘。 （3）卸除水平荷載后，開(kāi)始卸料，時(shí)間不超過(guò)2分鐘。以自然卸除的物料重量作為計(jì)分重量。 4 模型材料與工具 競(jìng)賽期間，承辦方為各隊(duì)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：用于制作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。竹材規(guī)格及數(shù)量見(jiàn)表 1。 表1 竹材規(guī)格及數(shù)量 竹材名稱 竹材規(guī)格 數(shù)量 備注 本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮 1250*430*0.50mm 2張 竹材力學(xué)性能參考值： 彈性模量 1.0104MPa 抗拉強(qiáng)度60MPa 本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮 1250*43

6、0*0.35mm 2張 本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮 1250*430*0.20mm 2張 (2) 502膠水，8瓶（規(guī)格 25克），用于模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接。 (3) 模型底板：底板材料為竹制，厚度 20mm ，長(zhǎng)、寬分別為400mm 和400mm。底板上除預(yù)設(shè)孔洞外不得另行鉆孔和減薄加工。底板孔洞標(biāo)注參見(jiàn)圖 4。 (4) 制作工具：美工刀（3把），1米鋼尺（1把），三角板（2塊），圓規(guī)（1把），砂紙 （10 張），銼刀（1把）、剪刀（1把）、手套（3付）、簽字筆（1支）、鉛筆（1支）、橡皮 1塊）。 (5) 竹材及底板購(gòu)買(mǎi)：杭州邦博科技有限公司，王軍龍：130828063

7、54 地址：杭州市文一路310號(hào)中竹大廈國(guó)家林業(yè)局竹子研究開(kāi)發(fā)中心 5 競(jìng)賽流程及要求 （1）得到入場(chǎng)指令后，各隊(duì)隊(duì)員迅速將模型固定于加載臺(tái)座上，并將水平加載裝置與模型水平加載點(diǎn)連接，整個(gè)安裝過(guò)程不得超過(guò)8分鐘。 （2）比賽正式開(kāi)始后，參賽隊(duì)代表先進(jìn)行2分鐘陳述，之后評(píng)委提問(wèn)2分鐘，然后依次進(jìn)行三級(jí)加載。 （3）每級(jí)加載時(shí)，出現(xiàn)下列任一情形則判定為模型失效。 不能正常完成裝料和卸料； 加載過(guò)程中料倉(cāng)任意部位出現(xiàn)可見(jiàn)裂縫或物料泄漏（含出料口）； 加載過(guò)程中模型結(jié)構(gòu)垮塌。 （4）模型加載成功所對(duì)應(yīng)的荷載和位移才能用于計(jì)算得分。 6 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 模型評(píng)分按總分100分計(jì)算

8、，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2所示。 項(xiàng)目編號(hào) 項(xiàng)目名稱 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 分值 備 注 1 計(jì)算書(shū) 完整性、準(zhǔn)確性 6 結(jié)構(gòu)選型及布置、主要構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)詳圖、計(jì)算簡(jiǎn)圖、荷載分析、內(nèi)力分析、承載能力驗(yàn)算等 清晰性、規(guī)范性 4 2 模型質(zhì)量 結(jié)構(gòu)合理性與創(chuàng)新性 6 模型制作美觀性 4 3 現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn) 現(xiàn)場(chǎng)陳述 3 現(xiàn)場(chǎng)答辯 2 4 加載試驗(yàn)* 模型強(qiáng)度 50 最大荷重比計(jì)50分 模型剛度 25 最大剛重比計(jì)25分 *加載試驗(yàn)評(píng)分方法： （1）模型強(qiáng)度 （共50分） 根據(jù)式（1）計(jì)算模型荷重比E1 （1） 式中，WV為出料重量；M為模型凈重量。 根據(jù)各模型荷重比計(jì)算其得分K1，如式（2） （2） 式中，E1max為所有模型中的最大荷重比。 （2）模型剛度 （共25分） 水平荷載加載成功，根據(jù)該級(jí)荷載下水平位移和荷載大小計(jì)算模型剛度的得分。根據(jù)式（3）計(jì)算模型剛重比E2 （3） 式中， di為第i級(jí)水平?jīng)_擊荷載Whi下模型400mm高處模型中軸線上的水平位移。如某級(jí)加載未成功，則不計(jì)該級(jí)荷載。 各模型根據(jù)其剛重比計(jì)算得分K2，如式（4） （4） 式中，E2max為所有模型中的最大剛重比?！?