秦忠?guī)?++李書平++謝利斌

摘要：本文作者通過參加大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽，對大賽所提出對大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)有所感悟，總結(jié)大賽各主要環(huán)節(jié)對大學(xué)生能力要求和創(chuàng)新能力培養(yǎng)及對自己今后學(xué)習(xí)幫助和影響。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì) 創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)選型

中國分類號：TB482.2

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽旨在進(jìn)一步加強(qiáng)高校學(xué)生創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)精神培養(yǎng)，為學(xué)生全面發(fā)展創(chuàng)新人才脫穎而出創(chuàng)造良好競賽平臺，推動高等教育人才培養(yǎng)模式和實(shí)踐教學(xué)改革，不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，設(shè)立大學(xué)生科技文化建設(shè)重要工程之一。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽賽事簡介

一）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽概況

全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽是由高等學(xué)校土木工程學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會和 中國土木工程學(xué)會聯(lián)合主辦，由高校輪流承辦。是土木工程學(xué)科培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)意識和實(shí)踐能力最高水平學(xué)科競賽。全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽從2005年開始在浙江大學(xué)舉辦，2008年第二屆在大連理工大學(xué)舉行，到2014年已經(jīng)是第八屆，而遼寧省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽是在2007年才開始舉辦，2010年以后每年都舉行一次，直至2014年已經(jīng)舉行六屆。

二）、大賽競賽規(guī)則

大賽采用由大賽主辦方結(jié)合工程實(shí)際統(tǒng)一擬定題目，各高校參賽隊(duì)根據(jù)大賽組委會要求寫出設(shè)計(jì)計(jì)算書和制作出結(jié)構(gòu)模型。設(shè)計(jì)計(jì)算書在參賽前交給大賽組委會，主要內(nèi)容為設(shè)計(jì)說明書、方案圖、計(jì)算書；結(jié)構(gòu)模型需各參賽隊(duì)到達(dá)大會指定場所并由大賽統(tǒng)一分發(fā)制作結(jié)構(gòu)模型所需材料和工具，現(xiàn)場在規(guī)定時間內(nèi)完成結(jié)構(gòu)模型制作，統(tǒng)一比賽。

二、對參加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽認(rèn)識

作為一項(xiàng)極具啟發(fā)性、創(chuàng)造性和挑戰(zhàn)性科技競賽，大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求參賽隊(duì)員既要具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論知識又要具有動手制作模型實(shí)踐能力，在競賽過程中考驗(yàn)大學(xué)生臨場發(fā)揮應(yīng)變能力。優(yōu)秀競賽作品是參賽者準(zhǔn)確把握命題要求，正確運(yùn)用理論知識，精準(zhǔn)進(jìn)行模型制作結(jié)晶。

一）、結(jié)構(gòu)選型

設(shè)計(jì)是工程靈魂，選型是設(shè)計(jì)靈魂。優(yōu)秀結(jié)構(gòu)型式不僅體現(xiàn)參賽者清晰準(zhǔn)確力學(xué)概念，明確表達(dá)作者設(shè)計(jì)構(gòu)想，同時體現(xiàn)作者創(chuàng)新能力。

結(jié)構(gòu)選型首先滿足大賽命題要求，在結(jié)合工程實(shí)際和專業(yè)知識，通過比選、分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)等，充分考慮到制作模型材料力學(xué)性能，最后確定參賽結(jié)構(gòu)型式。對于參賽者來說需通過查閱資料，對自己進(jìn)行相關(guān)知識充電。在結(jié)構(gòu)選型時想取得更好成績要有大膽創(chuàng)新和發(fā)散思維，使作品脫穎而出。

二）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)型式確定下來以后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，清楚結(jié)構(gòu)加載后傳力路徑。所謂荷載傳遞路徑指結(jié)構(gòu)在外力荷載作用下從作用點(diǎn)開始依次經(jīng)過結(jié)構(gòu)各部分相互作用，最后傳遞到支座整條力的傳遞路線。荷載在結(jié)構(gòu)內(nèi)部以彎矩、剪力、軸力形式傳遞，各種內(nèi)力在傳遞時引起的變形類型也不同。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)歸根結(jié)底是將結(jié)構(gòu)所承受荷載以最合理變形類型、最清晰傳遞路線、最短傳遞時間傳遞到支座上。要求荷載傳遞路線必須是連續(xù)不可間斷。

在進(jìn)行桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時借助荷載路徑分析可以有效找到合理結(jié)構(gòu)型式。各參賽隊(duì)根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理規(guī)范要求，按照大賽提出條件進(jìn)行合理結(jié)構(gòu)布局和截面尺寸設(shè)計(jì)，力求達(dá)到質(zhì)量最輕而承載能力最大，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

三）、結(jié)構(gòu)計(jì)算

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)完成后對模型進(jìn)行理論分析與計(jì)算。大賽為考查參賽隊(duì)員掌握基本理論知識，提倡盡量采用手算。大賽理論計(jì)算包括手算和電算。手算一般根據(jù)力學(xué)基本原理進(jìn)行簡單受力分析，如單根桿件強(qiáng)度驗(yàn)算等，電算則是運(yùn)用力學(xué)計(jì)算軟件用來計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力，推薦使用SAP2000、MIDAS等結(jié)構(gòu)分析軟件。結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)需要反復(fù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局和截面尺寸修改才能達(dá)到最安全、合理結(jié)構(gòu)。

以上是對結(jié)構(gòu)模型制作理論方面幾點(diǎn)認(rèn)識，在完成上述各環(huán)節(jié)后進(jìn)入到至關(guān)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。

四）、模型制作

一個優(yōu)秀結(jié)構(gòu)模型完成，如果已經(jīng)進(jìn)行完善理論設(shè)計(jì)只能認(rèn)為是必要條件滿足，精準(zhǔn)制作工藝就是充分條件，兩者缺一不可。模型制作水平它是一種技能，既然是技能它就需要熟能生巧，只要反復(fù)進(jìn)行練習(xí)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，就能不斷提高制作水平。下面就模型制作方面體會與大家共同分享一下。

白卡紙、木材、塑料管、有機(jī)玻璃等，不同的材料應(yīng)分別從它的強(qiáng)度、硬度、紋理、粗糙度、吸濕性等指標(biāo)來認(rèn)識，在制作不同桿件時應(yīng)揚(yáng)長避短，使材料的優(yōu)勢得到充分的發(fā)揮。然后要考慮制作工藝，選擇不同的材料制作方法也不同，如果選擇硬度較小白卡紙時，桿件制作盡量選用模具這樣既能保證構(gòu)件尺寸又可以達(dá)到外形美觀。結(jié)點(diǎn)設(shè)置要考慮到結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，在受彎矩或受拉力較大位置盡量避開設(shè)置結(jié)點(diǎn)等。

例如對于受拉結(jié)點(diǎn)的制作可采用“整體彎折法”：即將受拉桿件在連接處整體彎折而不截斷，僅在預(yù)留出足夠粘結(jié)接觸表面后截斷。采用“構(gòu)件連接器法”即在連接處內(nèi)襯一根小直徑短桿或外套一根大直徑短桿形成構(gòu)件連接器；對于木材模型可以使用節(jié)點(diǎn)板。對于受壓節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般具有足夠強(qiáng)度，在保證穩(wěn)定性前提下受壓性能一般完全能滿足受力需要。受壓節(jié)點(diǎn)較受拉節(jié)點(diǎn)來說，抵抗破壞能力也較好。在制作時壓節(jié)點(diǎn)基本要領(lǐng)時：保證節(jié)點(diǎn)處各桿件軸線處于同一平面內(nèi)且受壓接觸面務(wù)必充分接觸。如結(jié)構(gòu)模型各個環(huán)節(jié)都能力求達(dá)到完美，那么一定會制作出優(yōu)秀作品。

五）、模型加載

在大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽中，結(jié)構(gòu)模型制作完成后，還有最后進(jìn)行模型加載，模型加載成績的好壞直接影響到最后比賽的名次，因此也要引起足夠的重視?？偨Y(jié)以往大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽的加載方式分為：靜荷載和動荷載。在加載過程中除了考慮加載的重量，還要保證在加載時結(jié)構(gòu)不被破壞，結(jié)構(gòu)發(fā)生的變形在允許的范圍內(nèi)，加載成績由荷重比這個參數(shù)決定。

三、結(jié)語

通過參加遼寧省第六屆結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)大賽，體會到對結(jié)構(gòu)受力有了更清晰認(rèn)識，對力學(xué)知識學(xué)習(xí)也產(chǎn)生濃厚的興趣，同時也培養(yǎng)自己在面對問題時態(tài)度，不再是逃避而是開動腦筋尋求解決問題辦法。對于團(tuán)體精神在完成一項(xiàng)任務(wù)時重要性，興趣相投的人為完成一件事情組成一個團(tuán)隊(duì)，大家心往一處想、勁往一處共同向著同一個目標(biāo)努力，但團(tuán)隊(duì)成員之間的分工協(xié)作是非常重要的，要充分發(fā)揮每個隊(duì)員長處才能達(dá)到事倍功半的效果。對于自己創(chuàng)新能力培養(yǎng)產(chǎn)生很大影響，一個人創(chuàng)新能力不一定要求你有多么高深理論，只要你有做事熱情、具有發(fā)散性思維和勤于思考就會有新發(fā)現(xiàn)。endprint