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赛事介绍

INTRODUCTION

科普实验单元-安全保护命题

命题主题 命题说明 复赛评判标准
安全保护 利用指定材料,设计并制作一个承重结构 复赛评比结构的承重能力
说明:此命题大学组、高中组队伍均可报名参加比赛

考察目标:结构力学、制作工艺、创意及判断性思维、产品设计流程、团队合作、自主学习、临场应变、项目管理、人际沟通。

安全保护科普实验比赛规则

1、实验背景

地震往往造成严重的人员伤亡,很大程度上与建筑结构设计不合理导致建筑物大面积倒塌有极大关系。设置安全保护科普实验比赛项目,正是为了激发广大学生对这种现象进行深入思考和探索,并通过实践验证自己的想法。

2、命题介绍

利用指定材料,设计并制作一个承重结构,比赛分为初赛、复赛、决赛三个阶段。

初赛:用A4打印纸和胶水设计、制作一个承重结构(必须为一个能独立承重的固定体),这个结构要承受尽量大的重量。

复赛:在组委会指定地点、利用统一提供的桐木条和胶水等工具设计、制作承重结构,比较结构承重能力。

决赛:在复赛的基础上,考查结构在承载指定重量前提下,遭到外力冲击作用后的稳定性。

3、初赛

a) 限制条件

i.制作结构所用的纸张为80g的A4打印纸,数量5张。

ii.可自选任何品牌的胶水作辅助粘接。

iii.结构高度不小于150 mm;结构自重不得超过35g;结构纵向内必须有一个可以让一根直径为80mm的圆柱顺利通过的空间,空间形状不限。

iv.承重物为可直观目测质量的重物,如:有质量标识的哑铃、水桶、铁饼等。

v.不得在结构内部填充任何其他物质以强化结构的承重能力。

vii.重物加载完毕,承重结构必须保持10秒钟才能算入成绩。

b)作品提交(下载:初赛作品模板—安全保护

i.初赛由各校参赛团队自行开展实验。参赛团队在制作纸结构及进行承重测试的过程中,应对制作、实验过程进行拍摄,对实验数据进行记录,并完成《初赛作品模板》,实验结束后,将测试视频和《初赛作品模板》上传到大赛官方网站。

ii.《初赛作品模板》须按照要求填写,不可漏填、虚报等。

iii.参赛团队应遵循诚实守信原则,保证所提交内容均来自实验本身,保证数据真实。

c)评选标准

根据结构承载质量大小进行评选。

4、复赛

a)限制条件

i. 组委会统一提供的套材包括:

桐木条:截面为3×3mm,10根,每根长度1m

胶水:502胶水1瓶

美工刀:1把

微型锉:1把

刻度尺:1把,长度为20cm

铅笔:1支

细砂纸:1张

ii.只能使用胶水粘接结构。

iii.结构整体高度不得低于200mm,自重不得超过20g。

iv.结构纵向内必须有一个可以让一根直径为80mm的圆柱顺利通过的空间,空间形状不限。

v.各参赛队必须按照组委会的要求在规定的时间内(2小时)完成现场制作。

vi.制作时与比赛无关的人员(包括领队、指导教师)不得进入赛场。

vii.制作时间结束后,所有参赛选手必须服从现场裁判指令,立即停止制作,并将胶水、美工刀等工具交给现场工作人员,回收剩余木条。

viii.所有结构制作完成并加贴标签后由组委会统一保管存放,比赛开始前任何人不得触碰。

b)比赛说明

i.参赛队伍抽签决定顺序并依次进行比赛,如有意外情况须接受组委会安排。比赛装置示意图如下。

 

ii. 准备时间5分钟,此时参赛团队方可领取结构,领取后不得离开赛场,接受评委对作品的点评和检测记录,经评委检测不合格的结构,只允许现场修正。检测合格后的结构须进行结构放置和承压板(自重5kg)放置。超出准备时间未完成以上任务的队伍,淘汰出局。

iii. 比赛时间10分钟。参赛团队统一使用由赛场提供的杠铃片进行加载。

iv. 参赛团队必须每次把杠铃片放在承压板上,杠铃片规格为2.5kg、5kg、10 kg、20 kg,数量若干可供选择。

v. 放置杠铃片的速度和顺序不作限制,但每次加载完毕,需保持10秒钟,成绩才有效。

vi.如果需要,可以把延伸杆加到安全杆(如图所示)上。

vii.当比赛中出现下列情况时,比赛结束:

1)承重板压到任何一根支撑柱,致一张A4纸不能在承重板与支撑柱之间自然通过;

2)完成加载后,结构、杠铃片或者承压板碰到安全杆;

3)比赛时间已到。

viii.比赛完毕后由队长到记分员处签名确认成绩。

c) 评判标准

结构承重的最高质量为最终成绩,承重相同的队以结构自重轻的名次在前。

5、决赛

a) 限制条件

i. 组委会统一提供的套材包括:

桐木条:截面为3×3mm,10根,每根长度1m

胶水:502胶水1瓶

美工刀:1把

微型锉:1把

刻度尺:1把,长度为20cm

铅笔:1支

细砂纸:1张

ii.只能使用胶水粘接结构。

iii.结构整体高度不得低于20cm,质量不得超过20g。

iv.结构纵向内必须有一个可以让一根直径为80mm的圆柱顺利通过的空间,空间形状不限。

v.各参赛团队必须按照组委会的要求在规定的时间内(2小时)完成现场制作。

vi.制作时与比赛无关的人员(包括领队、指导教师)不得进入赛场。

vii.制作时间结束后,所有参赛选手必须服从现场裁判指令,立即停止制作,并将胶水、美工刀等工具交给现场工作人员,回收剩余木条。

viii.所有结构制作完成并加贴标签后由组委会统一保管存放,比赛开始前任何人不得触碰。

b)比赛说明

i.参赛队伍抽签决定顺序并依次进行比赛,如有意外情况须接受组委会安排。比赛装置示意图如下。

 

ii. 准备时间5分钟,此时参赛队方可领取结构,领取后不得离开赛场,接受评委对作品的点评和检测记录,经评委检测不合格的结构,只允许现场修正。检测合格后的结构须进行结构放置、小车放置和承压板(自重5kg)放置。超出准备时间未完成以上任务的队伍,淘汰出局。

iii. 比赛时间为10分钟。首先参赛队伍要在承压板上加载质量为40kg的杠铃片(20kg*2)。静置10秒裁判查验加载有效后,将放在撞击装置顶端的铅球沿管道自由滚落撞击小车。撞击物是质量分别为2kg、3kg、4kg、5kg、6kg的实心铅球。

iv. 撞击实验按铅球质量由低到高的顺序依次进行。每次撞击之后,静置15秒由裁判查验成绩是否有效。此后选手须自行将小车移回初始比赛位置,此过程中允许选手移动杠铃片及承压板归回原位。

v. 在依次撞完2kg、3kg、4kg、5kg、6kg铅球后并成绩有效后,在原有载重基础上增加一片质量为2.5kg的杠铃片,稳定10秒后开始第二轮撞击,撞击试验仍按铅球质量由低到高的顺序依次进行;第二轮撞击完成后,继续增加一片质量为2.5kg的杠铃片,稳定10秒后开始第三轮撞击,以此类推,比赛时间内轮次不做限制。

vi.比赛中当出现下列情况时,比赛结束:

1)在承压板上加载杠铃片后,结构未能支撑10s即坍塌;

2)铅球撞击小车后,结构未能支撑15秒即坍塌(起始时间为小车停止运动);

3)撞击测试开始时,结构、承压板、杠铃片的任何部分接触安全杆;

4)小车静止时承重板压到任何一根支撑柱,致一张A4纸不能在承重板与支撑柱之间自然通过;

5) 比赛时间已到。

vii.比赛完毕后由队长到记分员处签名确认成绩。

c) 评判标准

i.以有效撞击小车的铅球质量之和排名,铅球质量总和越大,成绩排名越靠前;

ii.铅球质量之和相同时,负重多者成绩靠前;

iii.当铅球质量之和相同、负重相同时,结构自重轻的排名靠前。

SOLVE FOR TOMORROW探知未来
2015年全国青年科普创新实验暨作品大赛安全保护命题背景

1、命题背景
据统计,地球上每年约发生500多万次地震,即每天要发生上万次地震。其中绝大多数太小或太远以至于人们感觉不到;地震就像刮风下雨一样,是一种自然现象。人类可以通过专业仪器检测到地震的发生,也可以通过抗震设防技术减轻地震灾害的损失。地震的危害,很大程度上与建筑结构设计不合理导致建筑物大面积倒塌有极大关系。设置安全保护科普实验比赛项目,正是为了激发广大学生对这种现象进行深入思考和探索,并通过实践验证自己的想法。
               

2、全球地震带分布
地震的分布是有规律可循的。全球主要有三大地震带:环太平洋地震带、欧亚地震带和海岭地震带;我国的地震活动主要分布在5 个地区的23条地震带上。5 个地区是:台湾省及其附近海域、西南地区、西北地区、华北地区和东南沿海地区。

      

3、木质结构的抗震原理
1) 现代木结构建筑采用钉接节点,因而当突发的荷载产生或地震降临时,其结构体系就有很好的柔性,因此能够在地震中吸收和消散能量
2) 木材具有较高的强度重量比,因而木结构建筑比其他类型的建筑结构重量轻,这是在地震中的一大优势
3) 典型的木结构包括:重型结构木屋(木核椤结构)、轻型结构木屋(2*4结构)、梁柱结构木屋、日式木屋、大型木制 、移动木屋、儿童木屋、
木制沙滩屋、木制桑拿房、木制售货亭、木制岗亭,木结构工程等及度假木屋别墅的设计承建和开发。建筑有面板和饰面装订在大量的搁栅,墙骨柱上。从而为地震力提供了附加的传力路径。一次一旦一个连接点超载,其他超载部分都可由相邻的连接点分担
4)木结构建筑在发生地震时能够有效的降低人员伤亡,便于住在里面的人员逃生,其重量轻的特性也利于后续的救援工作开展。许多因素使木框架结构的建筑性能在地震破坏力表现良好,这也使得这种建筑甚至能够抗击由飓风,龙卷风和台风产生的侧面荷载。