挑战极限,纸桥承重

挑战极限,纸桥承重（精选6篇）

挑战极限,纸桥承重 第1篇

关于举办食品质量与安全九、十班

“挑战极限 纸桥承重”创意设计挑战赛活动的通知

为培养学生的创新意识和团结协作精神，做到理论与实践相结合、动手与动脑相结合、科学精神和人文精神相结合，提高同学们的实践创新能力和就业竞争力，我班决定举办“挑战极限 纸桥承重”创意设计挑战赛，现将有关活动事宜通知如下：

一、组织单位

食品质量与安全 九、十班

二、比赛时间

2014年4月14日（如有变动，另行通知）

三、报名方式

以宿舍集体为团队报名。

四、比赛规则

1、每队材料和工具：

A4纸10张（为体现绿色环保，比赛可能使用部分宣传用纸，但各个队伍的纸张均统一，纸张尺寸为210mm×297mm，质量约为4.4g）。

只能使用固体胶连接，考虑到不同品牌的固体胶可能影响纸桥力学性能，以及不同数量固体胶影响制作速度的情况，比赛每队将只允许使用赛会统一提供的固体胶1支。并严禁利用固体胶改变纸质结构，如浸润、涂厚等。

材料由组织者统一提供，成品总重量不得超过70g，要求所做的纸桥承受能力强且外表尽量美观。

2、在规定的60分钟内，参赛者用现场统一提供的材料和自带工具制作一座可以承重的“桥梁”。

3中间需有至少10cm×10cm的承重平面（这个面积是指放上重物之后桥面必须满足的面积）；桥洞下需能通过长16cm、高8cm的木块。

4、承重能力的检测：在桥面中间放置重物，根据参赛者要求决定是否继续以及加多重的重物。

5、要求重物在纸桥停留5秒钟以上并且纸桥不塌落为通过，若纸桥塌落，去除最后一次所加重物重量，若最后一次所加重物重量不明，去除最重的一块重物重量，记录最终重物重量。

6、要求每队提供纸桥的设计图纸或方案（纸质图纸或其他电子版文件）。

7、计分标准：

按承重数据大小依次排名，承重数据大的为第一名。如遇承重数据相同，再考虑制作时间，如制作时间少的名次靠前。

五、奖项设置

本次大赛设一等奖1名、二等奖2名、三等奖3名。

十张纸，一座桥，承载多少创意的重量；六个人，齐心力，碰撞多少智慧的火花；虽轻薄而普通，亦坚挺而美妙。因为你，它与众不同。

挑战极限,纸桥承重 第2篇

活动目标：

1、在亲自实验过程中，认识纸桥的形状不同，承受力大小也就不同。

2、培养学生善于提出问题、积极地解决问题的科学探究能力。

3、开展学生独立的探究活动，并养成合作学习的习惯。

4、激发学生科学探究的兴趣，培养学生认真细致、实事求是的科学态度。活动重难点：在自主探究中发现桥的承受力大小与桥的剖面形状有关系。活动准备：

1、A4纸（每人一张）

2、砝码若干

3、直尺、剪刀或小刀、胶水或双面胶或透明胶、字典 活动过程：

一、欣赏导入，创设情境

1、欣赏桥的图片

2、认识桥的组成（板书：桥）

师：看了刚才的图片，再联系我们生活中的桥，想想桥有哪几部分组成？ 生：由桥面和桥墩组成。（桥面：为人、车辆所用的部分）

3、想办法自己搭桥

（1）师：生活中的桥都是用哪些材料造的？可是现在我们没有水泥、石头等材料，你能利用我们现有的东西也来搭一座桥吗？（可以利用我们组桌上的东西，就用字典做桥墩，用这些纸做桥面）

那我们搭的是一座纸桥（板书课题：纸桥）

（2）师：现在老师先来搭一座纸桥。我拿两个字典做桥墩，这里老师强调一点，两个桥墩之间的距离必须为18cm。（师量距离）接着我用一张A4纸来做桥面。

4、认识平面桥的力量很小。

师：看，桥搭好了，那这桥怎么样呢？我们来试一试。老师手上有一个砝码，现在我把它放在桥面上，看看会发生什么现象？（桥面塌了）

师：桥面为什么会塌？

5、提出问题 师：平面桥真是太不结实了，连一个砝码都承受不了，能承受的重量太小了。但是一座桥最重要的是什么啊？要能够承受足够的重量。（板书：承重）

那你们能不能想办法，不改变桥墩的距离，还是用这些纸，重新设计桥面，让它能承受住更多的砝码呢？

那今天我们就以小组为单位来举行一场纸桥承重比赛，请同学们来做设计师，看哪组同学设计的桥面承受的砝码数多，承受能力强。

二、设计、制作桥面

1、出示比赛规则

既然是比赛，那就要有比赛规则，请同学们注意比赛规则。（课件）谁愿意来给同学们读一读？

（1）用一张A4纸制作桥面（折、裁、剪、粘、贴）（2）把桥面架在两个桥墩上（字典），距离为180mm（3）在桥面上放砝码，承受砝码最多者为优胜

2、猜想那种形状的桥面承受力最大

明确了而制作要求和比赛规则后，你想要做一个什么样的纸桥来参加比赛呢？开动你的脑筋想一想，看看谁的想法最奇特，与众不同。

3、小组合作制作桥面（1）小组每人制作一个桥面

（2）各小组推选出本组最好的桥面参加比赛（3）各小组给本组的桥面取一个响亮的名字（4）使用小刀、剪刀时注意安全

三、纸桥承重比赛

1、各组上台比赛，记录结果

现在我宣布五（）班纸桥承重比赛正式开始！

请各组代表带上你们的作品到前面来，先介绍一下自己的作品。介绍完后听我口令开始摆砝码，其他同学一起来为他们加油鼓劲好不好。

2、揭晓比赛结果

经过紧张的测试，我们的比赛结果终于出来了：XX组同学设计的XXXX在比赛中脱颖而出，夺得了本次比赛的胜利，让我们掌声向他们表示祝贺。

3、启发学生思考，得出结论：

师：同学们仔细观察一下我们刚才的实验结果，看看你能发现什么？ 生：禁的棋子数不一样，有的多，有的少。

师：同样的纸,同样的棋子,是什么原因使得桥面禁的棋子数不同? 生：因为桥面形状不同。

师：你认为桥的承受力大小与什么因素有关系 生：与桥面形状有关系。

小结:桥的承受力大小与它的形状有关.四、联系生活

1、通过今天的活动，你们发现什么？

2、师总结

生活中改变物体形状的做法不光运用在造桥中，还有好多的地方应用了我们今天学到的知识。有很多物体，为了增加承受力，往往要改变它的形状。让我们看一段小录像，（课件）注意看，哪些物体它的哪个部分应用了我们今天学的道理。

挑战极限,纸桥承重 第3篇

关键词：冷成型钢承重墙,硅酸钙板,数值模拟,热工参数,耐火极限

冷成型钢结构作为木结构的一种替代结构体系是通过自攻自钻螺钉将龙骨立柱、导轨等连接成轻钢骨架,并使用螺钉覆以骨架石膏板、玻镁板、硅酸钙板等建筑板材,以形成楼盖、墙体等承重结构体系。具有建筑材料节约、可回收等一系列优点,是目前符合化解产能过剩、藏钢于民政策理念的理想建筑结构形式。

我国人多地少,引进并将冷成型钢结构体系向多层建筑发展更符合国情,国外已有较成熟的应用范例。如:美国有用薄板轻钢房屋建成的6层公寓,俄亥俄州还建造了6层、9层的轻钢住宅;加拿大建有6层的轻钢住宅,也建有将轻钢墙柱结构体系使用到8层的旅馆。

我国强调建筑的被动防火性能,即通过限定建筑构件的耐火极限,实现良好的防火分隔,把住宅防火问题引入单个住户单元。因此,作为主要承受竖向和侧向荷载的承重墙构件,将面临更为严格的耐火要求。而墙板材料作为墙体的主要防火维护,其自身热工参数等对墙体耐火极限至关重要。国外规范对该类承重墙体耐火极限要求相对较低,导致研究大多针对石膏板覆面墙体,其他类板材覆面墙体的耐火试验则未见相关文献。国内仅有部分厂商进行该类非承重墙体的耐火检测,而鲜有对墙板材料、墙体构造的深入研究。且承重墙体的耐火试验具有耗资大、耗时长等弊端。

针对国内该类墙体常用板材开展研究,给出其热工参数模型并利用有限元模拟进行变参数分析,弥补试验数据量的不足,具有很好的实用性和经济性。

1 承重墙体试件耐火试验简介

结合已开展的冷成型钢承重组合墙体耐火试验建立立柱控制截面传热模型。试验情况介绍如下:

1.1 试件构造及测点布置

足尺墙体耐火试验试件规格为3 000 mm×3 000mm×137mm(长×宽×厚)。试件沿截面厚度方向的墙板、龙骨布置及拼缝位置,见图1所示。

C89龙骨截面规格为:89mm×50mm×13mm×0.9mm(腹板×翼缘×卷边×壁厚)

试验主要考察试件中部高度处A、B两切面(见图1)的温度。热电偶布置情况,见图2所示。

1.2 加载方式及试验结果

试件的力荷载加载情况及耐火极限,见表1所示。

2 硅酸钙板热工参数模型建立

利用文献[7、8]所述方法建立传热模型,并结合对国内某硅酸钙板粉末300 ℃以内热工参数的测定结果以及试件的试验现象与温度数据,给出了硅酸钙板的热工参数模型。测试热工参数所用仪器及方法同文献[7]。

2.1 硅酸钙板热工参数

2.1.1 硅酸钙板相对密度

硅酸钙板的常温密度经批量测试取1 000kg/m３。试验过程中,硅酸钙板处于受力状态且沿切面存在温度梯度,应力及内部水蒸气导致板材发生不同程度的爆裂、分层。由于是内层墙板,爆裂较为轻微,且受石膏板与龙骨夹持,基本没有脱落。板材由灰白色最终变为乳白色,开裂、分层情况见图3所示。

硅酸钙板300 ℃以下密度采用测定值拟合结果,300℃以上取为恒定值,为边长10cm方形试样,高温下不同温度恒温烘烤称重结果,见图4所示。

2.1.2 硅酸钙板比热容

硅酸钙板比热容测定值60 ℃前受仪器精度影响有较大浮动,因此取其合理部分进行拟合。其余部分根据比热容与密度的相关性进行拟合,见图5所示。

2.1.3 硅酸钙板导热系数

硅酸钙板的开裂、分层情况主要通过对导热系数的拟合来考虑。在散点值的基础上,考虑不同温度阶段裂缝、分层的发展过程,并结合数值模拟结果进行拟合,如图6所示。

2.2 数值模拟结果与分析

2.2.1 温度对比与分析

在后处理中,提取模型对应图2测温位置的节点温度,输出节点时间-温度曲线,与试件试验测点对比,见图7、图8所示。

由图7、图8可见:试验开始25min后,试件的a1、b1测点模拟值逐渐高于试验值,原因是单侧墙体耐火试验炉温、炉压精确控制较为困难;试件的a2测点试验值高于模拟值,原因是a2测点对应外层石膏板拼缝(见图1),试验中拼缝发生稍许敞开。而b2测点模拟值与试验值吻合较好,证明a2测点试验值异常。

总体上看,数值模拟结果与试验数据吻合较好,验证了硅酸钙板热工参数模型的合理性。

2.2.2 翼缘温度分布分析

提取试件的A切面龙骨各角点温度,见图9 所示。第92min受火侧翼缘角点(c2-c3)间温差4.6 ℃,背火侧翼缘角点(c4-c5)间温差7.5 ℃,原因是腹板能够很快地传导热量,卷边处则产生热量积聚。总体上看,受火侧、背火侧翼缘宽度范围内温度分布较为均匀,在热-结构耦合模拟中可以简化为等温。

3 墙体截面传热的变参数分析

利用上述试件的传热模型及给出的板材热工参数模型进行变参数分析,主要考察龙骨截面规格、各层墙板厚度、龙骨拼接方式及火源模型对龙骨温度的影响程度,并给出相应构造形式墙体的龙骨温度场数据。

3.1 龙骨截面规格影响分析

仅将原模型(如图1所示)的C89龙骨以C140龙骨代替(N1模型),主要考察龙骨腹板高度对其截面温度的影响。

由图10可见,C140龙骨与C89龙骨模拟点温度基本一致。说明由于龙骨壁薄,其截面高度对温度场分布没有明显影响。

C140龙骨截面规格为140mm×50mm×13mm×1.2mm腹板×翼缘×卷边×壁厚

3.2 内外层墙板厚度影响分析

仅将原模型(见图1)的各层墙板厚度由12mm增加到15mm(N2模型),以便考察墙板厚度对其截面温度的影响。

由图11可见,龙骨两侧各层墙板(外层石膏板、内层硅酸钙板)由12mm改为15 mm,对龙骨温度上升有显著延缓。如仅以原试件受火侧翼缘模拟温度最大值及受火侧、背火侧翼缘模拟温度差值为判断依据,则15 mm板厚组合墙体(N2模型)的耐火极限接近120min。说明墙板厚度对龙骨截面温度值(耐火极限)有很大影响。

3.3 龙骨拼接方式影响分析

仅将原模型(见图1)的单C89龙骨以双拼C89龙骨代替(双拼形式见图12),主要考察龙骨拼接方式对其截面温度的影响并对高温下双拼龙骨的截面温度分布进行简化。其中,N3模型为双C89腹板相拼龙骨,N4模型为双C89卷边相拼龙骨(点焊)。

3.3.1 双拼龙骨翼缘温度分布

N4模型与N3模型相比,受火侧翼缘平均温度高,背火侧翼缘平均温度低,龙骨两侧翼缘温差较大,见图13所示。如仅以受火侧翼缘模拟温度最大值及受火侧、背火侧翼缘模拟温度差值为判断依据,则N3模型的耐火极限大于N4模型。

与原模型相比,N3模型受火侧翼缘温度上升稍缓,背火侧翼缘温度基本一致。判断依据同上,则N3模型的耐火极限约为95min。说明龙骨截面拼接方式对温度场分布没有显著影响。

3.3.2 双拼龙骨截面温度分布简化

对N3、N4模型各模拟点温度进行计算,见图14所示。

对于N3模型,受火侧翼缘模拟点d1低于d2,背火侧翼缘模拟点d5高于d4;对于N4模型,受火侧翼缘模拟点e1高于e2,背火侧翼缘模拟点e5低于e4,同样说明热量在腹板中传导较快。

50min以内,龙骨模拟温度整体较低(见图7、图8),受火侧、背火侧翼缘温度差值与试验相差较大,因此计算结果不稳定,见图14。50 min以后,腹板温度逐渐呈线性变化(第90min,温度梯度误差在1%以内),翼缘温度也逐渐均匀(第90min,N3模型温度梯度误差在1% 以内,N4模型温度梯度误差在3.5%以内),因此可对双拼龙骨截面温度分布进行简化,见图15 所示。Tｈ为受火侧翼缘平均温度,Tｌ为背火侧翼缘平均温度,对腹板温度则进行线性插值。

3.4 火源模型影响分析

3.4.1 EU(0.03)火源模型建立

考虑房间的长×宽×高为3.0m×4.5m×3.0m,窗的高×宽为1.5m×1.2m,墙面及吊顶采用防火石膏板,房间可变火荷载为948 MJ/m２,恒定火荷载为130MJ/m２。房间开口系数约为0.03,室内维护边界热工参数取石膏板材性常温数据,根据文献[9]构造火源模型EU(0.03),见图16所示。

EU(0.03)曲线温度在t１=93 min达到峰值而后下降。t<tｐ时,EU(0.03)曲线温度高于GB/T 9978曲线温度;t>tｐ时,EU(0.03)曲线温度逐渐下降,而GB/T9978曲线温度继续上升。

3.4.2 EU(0.03)火源模拟及结果分析

在N2模型的基础上,以EU(0.03)曲线代替GB/T9978曲线作为火源模型(N5模型),主要考察火源模型对其截面温度的影响。

由图16可见:t≤tｐ时,N5模型的受火侧、背火侧翼缘温度均高于N2模型的相应测点,说明当N2模型的耐火极限tＮ２≤tｐ时,N5模型耐火极限tＮ５<tＮ２。

t>tｐ时,N5模型受火侧墙板表面温度(N5_a1)开始随EU(0.03)曲线逐渐下降,而内层墙板间温度(N5_a2)及龙骨温度(N5_a3)仍保持一段时间的上升。此过程可以定性地看出,在火源温度下降时墙板截面不同位置的温度变化过程,如:N5_a1、N5_a2、N5_a3分别在t１、t２、t３时刻达到最高温度(见图16)。说明墙体截面自受火侧向背火侧不同位置的降温过程具有滞后性。

由于各层板材(石膏板、硅酸钙板)热工参数模型是基于连续升温提出的,降温引起的板材热工参数变化仍有待研究。笔者认为,不适宜在EU(0.03)曲线的降温段定量讨论耐火极限。

4 结论

(1)笔者提出的基于试验的硅酸钙板热工参数模型经数值模拟计算,与试验结果吻合较好,可供同类构造墙体数值计算参考。

(2)在同类构造的冷成型钢承重墙体中:改变龙骨截面规格及龙骨拼接方式对截面温度场分布没有显著影响;改变外覆墙板厚度及火源模型,则有较大影响。

(3)单侧受火双拼龙骨立柱冷成型钢承重组合墙体中,组合龙骨截面温度分布可假设为:受火侧翼缘、背火侧翼缘宽度方向及相连的卷边温度一致,腹板高度方向温度为两侧龙骨温度线性插值。

(4)火源降温时,墙体截面自受火侧向背火侧的不同位置降温过程具有滞后性。

As a substitute structure system of timber structure,cold-formed steel(CFS)structure is built with compositefloor slabs,load-bearing walls and etc.These elementsare lined with plasterboard on both sides of the light steelframe.Gypsum plasterboard,bolivian magnesium board,calcium silicate board and etc.are used as wallboard.Theframe is assembled by C-shaped studs and U-shapedtracks,and connected by self-drilling screws.CFS struc-ture has the advantages of low material consumption andrecoverable.It conforms to the present national policy,which limits the unreasonable over production capacityand encourages people to use more steel.

China has large population,while the land resourcesare limited.It will be more in line with national condi-tions to introduce the CFS structures to China and applythem to multi-story buildings.The application exampleshave been more mature abroad.For example,in UnitedStates,a six-story apartment has been built with CFSstructure.In Ohio,six-story and even nine-story CFSdwellings have been built.Canada has built six-story hou-ses and eight-story hostels using CFS structure.

Unlike foreign countries,we emphasize the passivefire protection performance of buildings so as to ensurethe fire resistance rating of different building elements toachieve effective fire separation and confine fire withinone dwelling unit.Therefore,as the key member to bearvertical and lateral loads,load-bearing wall should meetmore strict fire resistance requirements.As the importantfire prevention enclosure,the thermodynamic parametercurve of wallboard material is an essential factor for fireresistance rating of the wall.The requirements of foreigncodes for fire resistance rating of CFS load-bearing wallsare relatively low,which leads to the fact that most stud-ies about the CFS wall are lined with gypsum plasterboardsheathing.The literature about fire resistance tests of theload-bearing wall with other types of wallboard sheath-ings is rarely seen.The performance of CFS non-load-bearing walls under fire conditions was analyzed by onlyfew domestic manufacturers,and little in-depth studies ofthe wall materials and wall construction was conducted.Fire resistance test of load-bearing walls was costly andtime-consuming.

Therefore,study was done on the commonly usedwallboard in domestic CFS load-bearing wall.The ther-modynamic parameter curve of wallboard material wasproposed and different parameters of the wall by FEMwere analyzed.It would provide more data and would bepractical and economical.

1 Brief introduction to fire test of load-bearing wall

An FEM of crucial cross section was developed basedon the previous fire resistance tests.The overview of testis described as below:

1.1 Cross section geometry and temperature measuringpoints

The specification of the specimen was 3 000 mm×3 000mm×137 mm (width×height×thickness).Thewallboards on each side of the wall,location of the studsand seams are shown in Fig.1.

Note:The specification of C89:89mm×50mm×13mm×0.9mm(web×flange×lip×thickness).

The key target of the test was to observe the temper-ature profile of section A and B,which located at the halfheight of the stud(Fig.1).The arrangement of thermo-couples is shown in Fig.2.

1.2 Loading and test results

Loading conditions and fire resistance rating of speci-men are shown in Table 1.

Note:"load ratio" means the ratio between load val-ue applied to the specimen at fire resistance test and theultimate bearing capacity of the specimen with same con-figuration at static load test.

2 The development of thermodynamic parameter curve ofCalcium silicate board

The thermodynamic parameter curve of Calcium sili-cate board was developed using the methods discussed inliterature [7]and [8],thermodynamic parameters ofpowder of Calcium silicate board in China within 300 ℃and the phenomenon and temperature of full-scale speci-men test under standard fire conditions.The instrumentsand methods used to test the thermodynamic parametersof powder were the same as discussed in literature[7].

2.1 The thermodynamic parameter curve of Calcium silicate board

2.1.1 The relative density of Calcium silicate board

The density of Calcium silicate board at ambient tem-perature is 1 000kg/m３.During the test,Calcium silicateboard was bearing pressure and a temperature gradientcross the board section could be found,so the internalstress and steam caused a varying degree of explosivespalling and layered plates.The explosive spalling wasrelatively minor and did not fall down,as it was the baselayer and located between the gypsum plasterboard andstuds.Color of the layer became milky white from gray e-ventually.The characters of cracking and layered areshown in Fig.3.

Therefore,the density of Calcium silicate board be-low 300 ℃ was obtained from the fitting results of testdata.It was taken as constant equaling to the results of10cm square sample tests above 300 ℃.The test com-pared the weight of sample at ambient and elevated tem-perature conditions(Fig.4).

2.1.2 Specific heat of Calcium silicate board

Specific heat of Calcium silicate board has major fluc-tuations due to the influence of instrument accuracy with-in 60℃.Only the reasonable test data was chosen for fit-ting.The rest part of specific heat was based on the cor-relation of specific heat and density as shown in Fig.5.

2.1.3 Thermal conductivity of Calcium silicate board

The cracking and layered phenomenon of Calcium sil-icate board was considered by the fitting of thermal con-ductivity.The fitting was based on scatter value,the de-velopment process of cracking and layered phenomenonunder different temperature stages and the results of nu-merical simulation(Fig.6).

2.2 Results and analysis of simulation

2.2.1 Comparison and analysis of temperature results

In the post26module of ANSYS,got the node tem-perature from model.The node positions referred tomeasuring points (Fig.2).The comparing results be-tween node time-temperature curve and test result curveare shown in Fig.7and Fig.8.

Fig.7and Fig.8showed that after 25minutes,atpoint a1and b1,the simulation value became graduallyhigher than the test.The reason was that it was difficultto control precisely the furnace temperature and pressurewhen the wall had only one side exposed to fire.At pointa2,test results were higher.The reason was that a2lo-cated at the seam of face layer and the base layer and theseam slightly opened at the later stage of the test.Simu-lation results agreed well with the test at point b2.It alsoproved that the test result was abnormal.

Overall,the results of the numerical simulation werein good agreement with that of the test.It proved that thethermodynamic parameter curve of calcium silicate boardproposed in this paper was quite reasonable.

2.2.2 Flange temperature profile analysis

The temperature of every corner points on section A(Fig.9)was selected.At 92 min,the temperaturedifference between two corner points(c2and c3)of theflange exposed to fire was 4.6 ℃.The temperaturedifference between two corner points(c4and c5)of theflange at the unexposed side was 7.5 ℃.The reason wasthat the web could quickly transfer the heat,while thelips would cause heat accumulation.Overall,it was quiteuniform for the temperature profile of the flanges(alongthe width)both at the fire side and the ambient side.Theflange temperature could be considered as constant whenapplied to thermal-structure coupled simulation.

3 Parameter analysis of heat transfer simulation of crosssection of wall

Parameters have been analyzed based on the FEMand thermodynamic parameter curve of calcium silicateboard proposed above.The effect of different depth ofweb,the joint ways of C-shaped studs,the thickness ofplasterboard and fire scenario on the degree of tempera-ture rise of C-shape section was analyzed.The tempera-ture profile of the cross section of studs has been provid-ed.

3.1 Analyzing the effect of different depth of stud

The stud of original FEM from C89 (Fig.1)waschanged to C140 (FEM N1)and the effect of differentdepth of web on the temperature profile of the stud sec-tion has been analyzed.

Fig.10shows that the temperature of the same simu-late points at the same locations of section C140and C89agreed well.It indicats that for the thin-wall stud,thedepth of web did not affect temperature profile of its crosssection significantly.

Note:The specification of C140:140mm×50mm×13mm×1.2mm(web×flange×lip×thickness).

3.2 Effect analysis of plasterboard thickness

Two layers of plasterboard on both sides of the studwere increased from 12 mm (Fig.1)to 15 mm (FEMN２),and the effect of plasterboard thickness on the tem-perature profile of the section has been analyzed.

Fig.11shows that the thickness of plasterboard in-creased from 12mm to 15mm would delay the tempera-ture rise of the stud significantly.If only the maximumtemperature of simulated point at the flange exposed tofire and the difference value of measuring points of flangesbetween the fire side and ambient side were considered asthe criteria,the fire resistance rating of the compositewall(FEM N2)would reach 120 min.It indicated thatthe thickness of plasterboard affected the temperatureprofile of cross section(fire resistance rating)significant-ly.

3.3 Effect analysis of joint ways of C-shaped studs

Studs of original FEM from single C89(Fig.1)werechanged to double C89(Fig.12),the effect of joint waysof studs on the temperature profile of the cross section ofstud was analyzed.The simplified temperature profile ofdouble studs at elevate temperature has been provided.FEM N3was constructed with double C89studs and wasconnected to web with tapping screw and FEM N4 wasconstructed with double C89studs that were welded tothe lips.

3.3.1 Temperature profile of flanges of double studs

Comparing with FEM N3,the average temperatureof flanges of FEM N4exposed to fire was much higher,while the temperature at the unexposed side was muchlower.The temperature difference of the flanges of studsat exposed and unexposed sides were quite big,as shownin Fig.13.

If only the maximum temperature of simulated pointat the flange exposed to fire and the difference value ofmeasuring points of flanges between the fire side and am-bient side were considered as the criteria,the fire resist-ance rating of FEM N3was longer than that of the FEMN4.

Comparing with original FEM,the temperature ofN3flanges exposed to fire rose slower,while the temper-ature of the unexposed side was basically the same.Ac-cording to the same criteria discussed above,the fire re-sistance rating of FEM N3was about 95min.It indicatedthat the joint ways of studs did not affect the temperaturefield of cross section significantly.

3.3.2 The simplified model of cross section of double-studs

The temperature of measuring points of FEM N3andN4was calculated,as shown in Fig.14.

For FEM N3,the temperature of measuring point d1at exposed side was lower than that of d2and point d5atunexposed side was higher than that of d4.For FEM N4,the temperature of measuring point e1at exposed side washigher than that of e2and point e5at the unexposed sidewas lower than that of e4.These results indicated thatthe heat conduction in the web was quite fast.

Within the first 50 min,the simulated temperatureof the section was quite low (Fig.7and Fig.8)and tem-perature difference of flanges at the exposed side and un-exposed side was quite different from that of the test re-sults.Therefore,the calculation results were not stable,as shown in Fig.14.After 50 min,the temperature ofweb gradually changed linearly and the temperature offlanges also became gradually uniform.At 90 min,thetemperature gradient error of web was within 1%and 1%for flanges of FEM N3and 3.5%for flanges of FEM N4.It indicated that the temperature profile of two types ofsections could be simplified,as shown in Fig.15.Tｈwasthe average temperature of flange exposed to fire.Tｌwasthe average temperature of flange exposed to ambientside.Temperature along the web was calculated by linearinterpolation.

3.4 Effect analysis of design fire scenario

3.4.1 Design fire scenario EU(0.03)

The size of the room was 3.0 m×4.5 m×3.0 m(length×width×height)and the window size was 1.5m×1.2m (height×width).Walls and ceiling of the roomwere covered with gypsum plasterboard.The live load inthe room was 948 MJ/m２and dead load was 130 MJ/m２.The opening factor of the room was 0.03.The parameterof gypsum plasterboard at ambient temperature was usedas the thermodynamic parameter of the enclosure.Thedesign fire scenario EU(0.03)was based on literature[9],as shown in Fig.16.

The temperature curve of EU(0.03)reached thepeak at 93 min (tｐ=93 min)and decreased after that.When t<tｐ,the temperature of EU(0.03)was higherthan that provided in GB/T 9978;When t>tｐ,the tem-perature of EU(0.03)decreased gradually,but the tem-perature based on GB/T 9978continued to rise.

3.4.2 EU(0.03)simulation and results analysis

The fire scenario of FEM N2was changed from GB/T 9978curve to EU(0.03)curve(FEM N5).The effectof fire scenario on the temperature profile of the stud sec-tion was analyzed.

Fig.16shows that when t≤tｐ,the temperature offlanges at fire side and ambient side were all higher thanthat of the measuring points of FEM N2.It indicated thatwhen the fire resistance rating of FEM N2 tＮ２≤tｐ,thefire resistance rating of N5 tＮ５<tＮ２.

When t>tｐ,the surface temperature (N5_a1)ofplasterboard at the fire side started to decrease with EU(0.03)curve gradually,but the temperature of innerplasterboard(N5_a2)and stud (N5_a3)still kept risingfor a period of time.The temperature change across dif-ferent part of the wall could be gotten qualitatively underthe process of fire decay.For example,the measuringpoints of N5_a1,N5_a2,N5_a3reached peak tempera-ture at time t１,t２,t３respectively (Fig.16).It indicatedthat the temperature descending process of different partof the wall section,from the fire side to the ambient side,had a time lag.

However,considering the thermodynamic parametercurve of wallboard(gypsum plasterboard and calcium sili-cone board)were proposed based on continuous heatinghypothesis,the changes of thermodynamic parameters ofwallboard caused by temperature descending still needs tobe further studied.Therefore,it is inappropriate to dis-cuss the fire resistance rating of wallboard at the coolingprocess of EU (0.03)curve.

4 Conclusions

(1)In this paper,the thermodynamic parametercurve of calcium silicate board proposed based on testphenomena is in good agreement with test results accord-ing to simulation results,and can be used to simulate thewall with similar construction.

(2)For CFS load-bearing wall with similar construc-tion,changing of depth of web and the joint ways of studsdid not affect the fire resistance rating of the wall signifi-cantly.However,if the thickness of plasterboard and thedesign fire scenario were changed,the effect was signifi-cant.

(3)For CFS load-bearing wall with double-studs andone side fire exposure,the temperature profile of double-studs section can be simplified.The temperature profileof the flange and lips can be simplified as uniform temper-ature.Temperature profile along the web was calculatedby linear interpolation of temperature between fire sideand ambient side flanges.

挑战极限,纸桥承重 第4篇

1月15日，由黄渤、孙红雷、黄磊、罗志祥、王迅、张艺兴等大牌明星主演的《极限挑战之皇家宝藏（2016）》在全国首映，影片一经上映，即引发收视热潮，当天票房实现3099.4万元，截至19日票房累计8610万。该电影全部采用腾冲实地名拍摄，剧中，“云南腾冲”字样多次出现，腾冲深厚的历史人文、优美的自然风光即刻吸引了大批旅游粉丝。“云南腾冲唯美的景色让我迫不及待的想飞奔那里！”刚看完电影的网友“睡神小狮子快回来”发微博时更是直言不讳对腾冲的向往。

从“明星”效应来说，很明显——明星“火”了腾冲。就腾冲而言，腾冲“火”了《极限挑战》亦然有理有据。

腾冲位于祖国西南边陲，与缅甸山水相连，素有“极边第一城”美誉。腾冲历史人文厚重，生态环境优越，自然风光绮丽，境内有中国规模最大、保存也最完整的抗战时期正面战场阵亡将士纪念陵园——国殇墓园、中国魅力名镇之首——和顺古镇、国家级5A景区——火山热海等人文自然旅游胜地。近年来，腾冲相继被评为“中国最美宜居宜业宜游名县”“2014年中国最具旅游价值城市”“2014胡润榜全球优选生态旅游目的地”。

而在腾冲拍摄的影视剧，无论是《我的团长我的团》，还是《中国远征军》，还是《武侠》等等都获得了高收视率。“在我心目当中，腾冲有那么一个称号，叫做——中国最美的外景地，”《极限挑战之皇家宝藏（2016）》导演严敏毫不隐晦对腾冲的赞美。

玩纸——纸桥承重(教案) 第5篇

一、活动目标

1、知识目标：

（1）欣赏、探究、制作、实践等有效活动来发展学生的自主学习与探究学习的能力。（2）发展学生动手制作的能力，了解力的支撑奥秘，力的原理，在制作的过程，发现制作方法与细节处理对纸桥承重力的影响。

（3）制作一座可以承重的纸桥，制定周密计划与改进方案。2．情感目标：

培养学生在科学领域、科学研究的探究意识与探究一些简单问题的能力，对于我国的桥梁建设有一定的认识与想法。3．价值取向目标： 培养学生在欣赏，查阅有关桥梁的科学资料时对科学，对周围事物发现时应保持有的好奇心与探究意识。建立学生的自信心和科学对待事物的态度。并对我国的社会建设建立关心态度。

二、活动的内容：

1．复习纸的性能，纸板可以做些什么？ 2．提出活动主题——纸板造桥。3．欣赏图片，分析承得的原理。4．制定活动方案——分好合作小组。提出共同活动目标。分配个人任务。5．资料汇报。

6．小组制作，利用所查科学原理，提出可采用的关键技巧。7．承重竞赛，比一比谁的纸桥最承重。

8．总结其中的制作技巧，在摆放时砝码的放置学问。

三、教学方法：任务驱动法、探究法、实验法、交流讨论法、讲授法、信息搜集筛选法、合作学习。

四、教学活动实施步骤

第一课时：不可思议的桥

一、纸的性能

回忆纸有什么样的特殊性。拿、折尝试纸板的特点有哪些？（归纳总结纸板的特性）

二、主题生成：在上一个主题中我们用报纸制作出弹力十足的足球。这节课开始我们将利用纸板制作更有意思的事物，你认为纸板可以做些什么？

我们本次活动的要求是用一块A4大小的纸板，双面胶、剪刀、刀等材料制作一架纸桥（原材料就是一张纸板，制作一种桥面、桥体）使桥可以架在2个砝码盒，砝码盒的距离是18c m，承重最大者为优胜。

三、图片欣赏：

1、欣赏各种桥的图片。

2、分析承重的原理或原因。

四、分析、合作、制定计划 1．自我尝试制作可承重桥。

2．制定研究计划：我们应查找哪些资料，了解哪些问题。我们每个人的任务。

每个人的材料准备。

确定制作桥梁的样式。

预设在制作可能出现的问题。

五、课堂小结：我们今天有哪些收获，在下节课中大家都要成为小小桥梁工程师，一起来造桥吧。

第二课时：团队力量大

一、我们的收获

在搜集的时候，你们有哪些关于桥梁的科学知识或科学发现。学生汇报，总结归纳桥梁选构中力学的使用。

二、分小组（以自愿的方式结成小组）

要求：1 4---6人为一组（能相互沟通、相互帮助、资源共享）纸张的使用一张A4白纸一张，胶带只起连接作用。

3不得使用其它材料辅助坚硬程度。制作桥梁的面和承重的桥梁。

每组要分工明确，一定要有记录员、组长、资料员，记录员要全程记录实验过程。

6最好有两种结构的尝试。

三、制造我们的桥（强调工具使用时的安全）：

1、小组合作造纸桥。

2、你所采用什么样的形状和结构，采用怎样的力学原理或科学道理。

3、边实践边总结，你们的发现。

4、总结制作的方法和步骤。

四、试一试：哪组的桥梁最承重？ 1．个个小组实验自己做的桥。2．找出它们结构和桥面的区别。

3．架上砝码盒试一试，比一比哪种结构的桥最承重。

五、我们的发现

最大承重量的桥面是什么样的？可以承以多大重量，砝码的摆放有什么规律。说说我们的收获：通过这次活动大家有哪样的收获，发现或心得。

第三课时：小小造桥师的实验

一、激励导入：同学们，还记得我们这次的主题任务吗？——纸桥承重！

二、阶段回顾⑴我们的发现与疑惑：1经过了我们的自我探究与初步的小组合作，大家有什么样的发现和困惑？（针对前面的课程进行小结）学生针对问题进行总结和质疑。就是在活动中有了这些现象，遇到了一些小小的困难和疑问，哪个小组的同学又根据这些进行进行了相关资料的查找？（学生资料汇报，对于学生资料的汇报要有所点评。）

⑵对于学生的汇报进行边汇报边总结的方式将经验提出，将问题明确。⑶图片欣赏：欣赏有关于桥梁结构的图片，使学生进一步了解桥梁结构的构程特点，边欣赏边总结出相对稳定一些结构形态。

⑷两种情况的预设：①这些问题都是有了一定的解决方式，但分析在实际生活中可并不现实，我们还需要进一步的论证。

②解决了一些疑难问题，可还有一些问题没有得到解决，请个小组思考看看下一步根据你们小组的制作可以解决或尝试解决哪个问题？（请各个小组要明确自己在以下活动中的任务，研究的问题）针对没有研究问题的小组，可尝试用其它结构造桥，之后进行对比性的实验，看看哪种结构会对承重更有帮助。

三、小组实践：1强调注意安全，保持安静，相互监督。

2组长组员要严格遵守各自的任务

3记录员针对每次的制作与实验进行详细的记载。

4各组要及时记录结果，并分析形成的原因，总结规律。

四、实践展示：许多组的桥都已经做好了，我们用砝码进行尝试实践吧！

①咱们来测试一下，看看你们现在制作的桥，哪中承重效果最好。（展示时先要展示桥的结构）

②各小组进行加砝码的承重实验。

③通过实验你们有怎样的发现？有针对性的进行归纳总结。

五、活动拓展：展示吉普车过纸桥的实验图片，使学生对实验探究保持新的热情，从而树起新的探究目标。

布置下节课的材料：每人准备一张报纸、胶带、剪刀，进行小组的整组合作，结果又会怎样？请继续查找相关资料。第四课时：小小造桥师的收获

一、我们的收获与展望

在制作的过程中，你们又得到了哪些关于桥梁的科学知识或科学发现。学生汇报，总结归纳桥梁选构中力学的使用。

对于今天的活动，你们又有怎样的想法与意见要提示给同学们？

二、提出新的制作探索要求（以自然形成的大组为合作小组）

要求：1 以就坐形成的自然组为一组（要能够相互沟通、相互帮助、资源共享、协调统一）

纸张的使用：将组内每人所带的一张报纸进行统一使用，胶带只起连接作用。

3不得使用其它材料辅助坚硬程度。4 制作桥梁的面和承重的桥梁。

每组要分工明确，一定要有记录员、组长、资料员，记录员要全程记录实验过程。

6制作时间为20分钟。

三、制造我们的桥（强调工具使用时的安全）：

1、小组合作造纸桥，要求合作有序，分工明确，全员参与。

2、你所采用什么样的形状和结构，采用怎样的力学原理或科学道理。

3、边实践边总结，你们的发现。

4、总结制作的方法和步骤。

四、试一试：哪组的桥梁最承重？ 1．个个小组实验自己做的桥。2．找出它们结构和桥面的区别。

3．比一比哪组结构的桥最承重，找找我们成功或失败的原因

五、我们的经历（记实性报告或论文）

我的关于桥梁设计的观点，围绕观点从以下几方面写： 最大承重量的桥面是什么样的？

可以承以多大重量，砝码的摆放有什么规律。我们的实验经历，失败的一次次原因。

纸桥承重比赛活动方案 第6篇

活动背景：

为了营造一个良好的科技文化氛围，营造活跃、浓郁的科学和人文精神氛围。我院“科技文化艺术节”已经连续成功举办过多届，活动的开展对提高广大同学的综合素质和创新实践能力产生了广泛而积极的影响。进一步丰富校园文化生活，调动学生的主观能动性、积极性和创造性，培养学生良好的科技创新精神与科研能力，提高大学生的综合素质，实现高校的人才培养目标。

活动目的：

充分锻炼和培养同学们的创新和动手实践的能力，充分激发同学们对科普的热情与探索精神。

活动内容：

纸桥承重纸在我们的日常生活中无处不见，它与我们的学习﹑工作﹑生活密切相关。每一种纸都有各自不同的性质和特点，因此也有各自不且能承受尽可能大的重力。本次竞赛要求用普通的纸作为材料搭建一座“桥梁”，并规定时间内充分展现自己在知识积累﹑创意设计﹑动手制作等各方面的综合能力。

活动宗旨：

通过该活动烘托出同学们健康、活泼、创新的精神风貌，展现同学们的青春风采，提高同学们的动手能力。

主办单位：XX工程学院分团委学生会

承办单位：XX工程学院分团委学生会学科部

活动时间：3月20日18：00

活动地点：翔宇(待定)

活动对象：XX工程学院13级各班同学

活动前期准备：

1.各干事将此活动通知到各自的班级，并做好宣传工作，统计参加人员的名单。

2.每班要求至少要有1人参加，至少去10个同学作为亲友团。

3.各干事联系好参赛选手，并告知他们时间，地点。

4.买好奖品，礼物。

5.租借好场地，物品。

6.参赛选手应在比赛前30分钟到场。

7.各干事每人准备20个硬币。

活动规则：

1.以报纸为材料，要求所做的桥外表美观且承受能力强。

2.承重能力的检测：在桥上放一个盒子，盒子里面放硬币。(总成绩=桥上放的硬币数+亲友团赢得的硬币数+预测环节中胜出赢得的硬币数)。当总成绩相同时，则由每位参赛者投票选举。

3.每组材料有A3报纸8张，双面胶一卷，小刀和直尺各一把。

4.桥面宽度须不小于10cm，跨度不得小于25cm，高不得小于5cm。

5.在规定的30分钟时间内，参赛者用现场统一提供的材料和工具制作一座可以承重的“桥梁”。

6.要求重物在纸桥停留5秒钟以上，并且纸桥不塌落为通过，记下其所放的硬币数。

7.桥的形式不限，但须附上桥的信息(如：桥名、班别、作者等)。

活动流程策划：

1.工作人员先在教室中摆放好桌子，并在桌位上贴上参赛选手姓名和参赛号。

2.每位参赛者在工作人员处签到并领取参赛号。

3.参赛选手到各自的座位上等待活动开始。

4.当比赛开始时，参赛者应在规定时间内现场独立完成作品的制作，工具不得自带。

5.参赛选手制作纸桥时，进行一首歌曲演唱表演。

6.在自己班的选手在制作纸桥时，亲友团可以参与小游戏，每个小游戏胜出者有小奖品并且能为自己班的一位选手提高成绩(提高3个硬币数的承重能力)。

注：为活跃气氛将插入多个小游戏(亲友团做)

7.再次进行一首歌曲演唱表演。

8.当作品完成时，请在作品的较明显处写上自己的姓名和班级，之后请安静地等待评比。

9.当所有参赛人员都完成作品后，每位参赛者通过观察可凭借自己的预测能力来预测一下哪一位选手的纸桥上放的硬币最多，并将其预测的参赛选手的号码写在纸上交给工作人员，对于猜对者，将其纸桥能承受的硬币数加3。

10.评比时加载重物完毕，选手双手离开作品和操作物时，工作人员开始记时，重物必须至少在桥上停留5秒为通过。

11.把纸条都收齐之后，由工作人员逐一来检测每位参赛人员作品的承重能力。

12.每位参赛选手可以让桥最多进行2次承重能力的检测，最后取最好成绩。

13.测量纸桥承重能力时，重物必须放在桥中间。

14.工作人员通过硬币在桥上叠放来测量纸桥的承重能力(承重能力大小用硬币数来反应)。

15.最后统计结果并且公布成绩。

16.宣布获奖名单

17.请置办该活动的工作人员发表对此次活动的总结

后期安排：

1.工作人员清理比赛现场。

2.整理发票，返还租借的物品。

3.写活动总结。

奖项设置：

一等奖1名;

二等奖2名;

三等奖3名。

活动预算：

奖品：100

小奖品：20

其他：50