大学生结构设计竞赛作为教育部确定的全国九大大学生学科竞赛之一，兼具极强的创新性和实践性，其开展至今已20余年^[1]。现以浙江省“春晗—义达杯”第十八届大学生结构设计竞赛“输电塔结构设计与模型制作”赛题^[2]为例，研究输电塔结构在断线动力载荷和悬链线静力载荷下的受力和结构方案，设计和制作出荷重比最优并满足赛题要求的输电塔结构模型。

输电塔起着支撑高压电力线的关键作用，是保障居民生产生活用电安全性和有效性的重要电力基础设施。输电塔通常是由钢材制成的塔型结构，按其使用功能可分为直线塔和耐张塔，可呈现不同的形状。输电塔结构长期服役于露天，对输电线而言，雷电、闪电熔断等偶然因素，强风、腐蚀^[3]、覆冰等因素引起的累积损失导致其承载力的下降，这些原因都可能会引发突然断线事故。此时塔线体系不仅受到输电线路的不平衡载荷，同时也承受很大的动力冲击载荷、并引发结构振动，甚至造成塔线体系的倒塌，这对输电线路的安全运行都会造成不同程度的威胁。

结构对于振动和冲击的应对方法有“抵抗”和“疏导、隔断”。传统的“抵抗”思路是通过加大结构截面尺寸和材料强度等级从而提高结构的抗力，其缺点是耗材、不经济，无法抵御强烈的振动和冲击。而另一种“疏导、隔断”是减振与隔振的思路，即通过设置减振耗能原件或隔震支座，消耗总能量，从而减少或隔离传入主体的振动能量、降低对主体结构的破坏作用。工程中比较常见的减隔振装置有橡胶隔震支座^[4]、金属阻尼器、粘滞阻尼器^[5]等，而关于轨道减隔振装置的研究较少。本文基于结构设计竞赛对输电塔结构模型设计了圆形压槽轨道的减隔振装置，并进行了相关实验和理论研究。其目的在于为限位压槽轨道减隔振装置的设计提供思路的拓展和经验的积累，以期对参赛者和相关工程实践有一定的启迪和借鉴作用。

1.   赛题简介

输电塔在实际生活中广为可见，从受力角度可分为拉线塔和自立塔（图1）。本次赛题为输电塔模型^[6]_，采用竹材制作。模型结构要求为装配式结构，结构体型不限，总高不限，但要求距底板表面高度为1000 mm（误差±5 mm）、且水平距离为600 mm（误差±10 mm）的A和B两点作为输电线与输电塔的连接点（即加载点），A，B两点连线在底板上的水平投影与模型底板中线重合（误差±50 mm）。模型水平面正投影需在250 mm×250 mm的正方形区域内，如图2所示。

图  1  自立塔

Figure  1.  Self-supporting tower

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模型一级加载为1，2方向的铁链自重加载，两根铁链长度为1.2 m，每根质量为10.8 kg，水平投影距离为1 m，铁链自由下垂形成悬链线。载荷施加完毕并离手后由选手自行启动计时器，需持荷10 s后再进入下一级加载。

模型二级加载是在一级加载基础上在3，4方向上增加水平载荷（图2），本模型加载选择了配重质量为6 kg的砝码，完成配重后剪断A点3方向上的绳套并按下计时器，持荷10 s视为加载成功。

图  2  模型结构尺寸和加载方向示意图 (单位: mm)

Figure  2.  Dimension and loading direction schematic of the model structure (unit: mm)

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2.   载荷分析

输电塔是远距离输电的主要承载体系，在承载过程中要承受水平和竖向的各种载荷。在实际工程中，因为各种原因可能会产生输电线路的断线事故，断线产生的振荡是输电塔纵向不平衡载荷之一^[7]。

本次竞赛，一级载荷通过铁链模拟输电线路产生的水平和竖向载荷，主要考虑模型的抗弯能力；二级载荷则通过剪断一侧的单根拉线模拟输电塔的断线载荷。因断线引起结构的整体扭转，需要考虑结构的抗扭性能，同时由于断线在极短的时间内发生，即作用在该线上的张力在极短的时间内消失，是突然发生的，其动力作用不能忽视，因此还要考虑断线瞬间的冲击载荷引起的动力效应^[8]。

3.   结构选型

3.1   结构方案创新点构思与设计

基于此次的载荷形式，模型结构的体型设计从结构的抗弯、抗扭和抗冲击等方面对结构方案进行构思。结构方案采用头部和主体脱开设计、头部设置圆形轨道减隔振控制装置是本模型创新点的设计。

主体和头部脱开设计：由于二级载荷引起结构的扭转破坏是脆性的，同时断线载荷引起的冲击加大了其破坏的脆性，为了避免扭转脆性破坏，在方案前期我们将耗能减振的思想引入其中，在结构的整体设计中，创新性地将头部和主体分开，仅通过轨道进行柔性连接。设计灵感来源于实际生活中的风车（图3）。

圆形轨道减隔振装置的设置：在断线的瞬间，被剪断绳套的应变能释放，引起结构的瞬间振动。在转头的柔性方案中，我们的思路是设置圆形轨道减隔振控制装置，通过头部沿轨道的自由旋转摩擦耗能实现振动总能量的耗散，从而减小主体的扭转变形；同时巧妙地将施加在头部结构的扭转载荷转换为头部的转动力矩，减少主体的受力。由于外力在转动过程中是逐渐变小的，故头部转动之后会逐渐平衡静止，结构在新的平衡位置所受外力较初始位置会减少很多，同时扭转对结构的影响也会小很多；这是本模型的创新之处。当然最后确定采用该方案亦是考虑到赛题中对结构位移没有二级扭转角度的限制。

图  3  模型头部设计思路

Figure  3.  Design idea of the model head

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在轨道的设计上，轨道连接头部与主体，需要能够承受头部的竖向载荷作用，实现抗压和抗拔的功能；又能在扭转冲击载荷下，实现头部自由而有一定约束力的转动功能。轨道需粗糙和光滑程度适宜；若过于粗糙将因轨道摩擦力太大导致无法转动，若过于光滑摩擦力太小则会导致轨道转动速度过快、转角位移太大引起对侧铁链结构的水平拉力的过大导致铁链的掉落，在试验中曾出现过此种破坏形式。通过设置适量滑石粉控制轨道的摩擦系数。

虽然采用了转动的头部，但主体仍需要一定的抗扭能力。因此在主体的设计上，首先选择了抗扭能力最好的圆形平面，并通过单向2×2拉条螺旋形的布置实现主体抗扭、同时增强结构的延性。

图4是圆形轨道的设计方案图和实景图。图5为输电塔模型结构的设计方案透视和实景图。

3.2   结构总体体型设计

在塔身主体结构中，我们借鉴了自立塔（图1）的塔型，采用了渐变矩形截面的空间桁架结构，该结构体型简洁，传力直接。

在矩形体型的腹杆设计中，考虑到侧向所受水平力对主体结构的影响较大，在斜撑的设计上采用了侧面交叉撑以实现更好的侧向抗弯，各柱传递内力，正面单向撑减少杆件的数量，减轻模型自重。

图  4  圆形轨道设计方案和实景图

Figure  4.  Design scheme and entity picture of the circle orbit

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图  5  输电塔结构模型设计方案透视图和实景图

Figure  5.  Design scheme perspective and entity picture of the transmission tower structure model

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3.3   结构选型对比

在结构的选型过程中，我们试验了刚性方案和柔性方案。刚性方案分别尝试了长方体和三棱台两种体型。

长方体刚性方案如图6(a)所示。由于矩形平面惯性矩较三角形平面惯性矩大，故该方案的优点是抗弯性能好，抗扭能力较好；其缺点是二级载荷作用下该体型在底部二层易发生弯扭破坏。

三棱台刚性方案如图6(b)所示。三角形平面较矩形平面更为节省材料、减轻重量；然而由于各柱受力不均匀，易导致某一单柱所受压力过大、单柱稳定性问题突出，且三角形平面抗扭性能差，易发生弯扭破坏。

图  6  刚性方案结构模型

Figure  6.  Rigid scheme structure model

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柔性方案融入头部转动耗能减振思想，将头部与主体分开设计。头部与主体采用轨道柔性连接，头部可沿圆形轨道转动。在二级载荷下，通过头部转动耗散冲击能量，从而减少主体结构的扭转变形。主体结构的设计尝试了圆柱体（图7(a)）和长方体（图7(b)）两种体型。

图  7  柔性方案结构模型

Figure  7.  Flexible scheme structure model

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圆柱体的主体体型具有抗扭能力好且易于与圆形轨道连接和固定的显著优点；但其抗弯能力较矩形弱，且为保持圆形平面的几何不变性各分层内部水平连接斜杆数量亦较多，主柱数量至少6根，较矩形平面主柱数量多。长方体受力直接、抗弯能力和抗扭能力均较好，节省材料。其制作难点是主体与圆形轨道的连接，需要通过另行设置两根小短杆，以保证上下轨道共同受力。

考虑到圆柱体整体重量较大、更为耗材，而长方体形态简洁明快、省材轻盈、相对荷重比最高，故最终采纳了长方体主体结合圆形轨道头部方案。

4.   模型结构理论计算

本结构采用解析计算与SAP2000有限元分析软件建模电算结合进行理论分析。设置一级载荷和二级载荷两种载荷模式，运用运动学理论创新性地对头部转动进行力学计算。软件中建立2个模型和4种载荷工况，对不同的模型和相应的载荷工况分别进行了静力分析包括内力计算和位移求解。

4.1   结构载荷计算

《架空输电线路杆塔结构设计技术规程》（DL/T 5486—2020）^[9] 中将输电塔设计载荷分为永久载荷、可变载荷。永久载荷包括导线和地线自重，杆塔结构自重，其上固定设备自重，拉绳初始张力；可变载荷包括风载荷，导线地线拉线张力，安装检修载荷，结构变形引起的次生载荷及各种振动载荷。

本模型结构所受载荷包括恒载荷和活载荷。恒载荷指输电塔结构模型的自重，活载荷为两根铁链因自重自然下垂形成悬链线，对结构产生的水平力和竖向力。二级加载时可变载荷还包括通过4方向拉绳悬挂6 kg砝码重量施加给模型结构的水平力。

在二级载荷中因剪断3方向绳索引起了断线张力，规范中将该不平衡张力等效为导线极限应力的40%～50%的静态载荷。剪断线套即模拟输电塔突然断线情况，实际是绳套从绷紧状态突然发生断裂，其张力迅速释放，模型结构将受到非常大的动力冲击作用，此时若按刚性结构考虑，对模型结构引起的应力和变形，要比同样大小的静载荷所引起的大，在实际工程中通常可引入冲击系数（1+ μ）来计及载荷冲击作用。本模型通过采用圆形轨道柔性连接头部和主体，设计时将头部和主体分开考虑：头部受力计入1.3冲击系数的冲击载荷，断线引起的冲击作用通过头部圆形轨道的旋转和摩擦耗散能量，巧妙地避免了因冲击导致主体结构产生过大扭转变形以至脆性扭转破坏。

4.2   悬链线方程解析推导

铁链自由悬挂形成的悬链线计算简图如图8所示，假设悬链线方程为$y=f(x)$ 。

图  8  悬链线计算简图

Figure  8.  Calculation graphic of the catenary

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已知铁链总长度S=1.2 m，总质量m=10.8 kg ，则铁链单位长度质量为$\lambda $=m/S＝9 kg/m。

取悬链线最低点C到任意点M的区段进行受力分析，如图9所示，列出CM 区段平衡方程

图  9  悬链线区段受力分析图

Figure  9.  Force analysis graphics of the catenary section

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式中，T_M为任意点M处所受拉力，g为重力加速度；故得

式（1）两端求导并联立曲线弧长微分与曲线方程的关系$\text{d}s/\text{d}x = \sqrt {1 + {y'}^2}$，可得关于悬链线的微分方程

求解式（2），可得悬链线的曲线方程为

式中，c₂为待定常数。令 C 点 y 坐标$ b = F/\lambda g $，可得$ {c_2} = 0 $。

故铁链因自重自然悬垂形成的悬链线曲线方程为^[10]

4.3   铁链自重形成的结构水平力和竖向力推导

铁链因自重自然悬垂而成的悬链线作用在头部两端，形成了水平力和竖向力。由式（3）求导可得

由此可得水平力 F 与悬链线倾角 θ 及坐标x之间的关系式为

取悬链线下垂最低点C至悬链线端点即模型挂钩处B点之间区段进行受力分析，如图9(b)所示，可得在端部因铁链自重形成结构的竖向力 T_By 和水平力 T_By 的以下关系式

4.4   SAP2000有限元软件建模

利用有限元分析软件SAP2000^[11]建立了结构的分析模型，如图10所示。

图  10  SAP2000计算模型

Figure  10.  Force analysis graphics of the catenary section

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4.4.1   计算假定和材料

（1） 立柱、横梁、斜撑采用框架单元^[12]。

（2） 斜撑的连接为铰接（由于柱子的线刚度比斜撑的线刚度大很多）。

（3） 模型柱脚连接为固定端连接。由于柱脚与底板通过胶水牢固粘接，且设置小挡片增加固定作用（图11），限制了各个方向位移，相当于固结。

图  11  柱脚节点

Figure  11.  Column base joint

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4.4.2   材料力学性能和杆件截面

材料的力学性能取值^[2]如表1。

杆件采用竹材，截面形状和尺寸^[13]如下：

（1）框架柱采用2个1 mm×6 mm组成的L形截面；

（2）横梁采用2 mm×3 mm截面；

（3）斜撑采用2 mm×2 mm截面；

（4）头部主杆采用三角形空心截面；

（5）轨道折算为箱型截面。

4.4.3   载荷模式设置

第一级载荷下：恒载+活载的静力载荷工况D+L₁。

第二级载荷下剪断拉绳前：两侧拉绳均挂砝码为静力载荷工况D+L₂。

第二级载荷下头部未转动之前：头部受力为静力工况D+L_st。主体所受为轨道的最大静摩擦力，通过实测相当于施加2.5 kg砝码于挂绳处，其受力计算为静力工况D+L_szt 。

第二级载荷下头部停止转动之后，头部在新的位置平衡，此时通过实测转角为45°，取模型2进行分析，载荷工况为载荷D+L。

表  1  模型结构材料力学性能

Table  1.  Material mechanical properties of the model structure

Name	Density/ (g·cm-3)	Elasticity modulus/ MPa	Tensile strength parallel to grain/MPa	Compressive strength parallel to grain /MPa
bamboo	0.8	6000	60	30

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4.4.4   一级载荷下结构受力和建模计算

一级载荷下结构所受活载为铁链自重，设置该静力载荷工况为 D+L₁。通过实测铁链自然悬挂于模型 A和B 两点时倾斜角度 θ_B = 65°，悬挂最低点距挂钩端水平距离 X_B＝0.42 m，代入式（5）可得模型结构所受铁链水平力 T_Bx 和竖向力 T_By（见式（6）和图12）。

图  12  一级载荷

Figure  12.  The first stage of load

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根据SAP2000软件计算，该载荷工况下结构四立柱主要内力为轴力，一侧单柱受压、另一侧单柱受拉，整柱段内力从上往下呈增大趋势，压力约100～200 N之间。图13(a)为本工况下结构的轴力图，结构满足承载力和稳定性要求。

软件计算得到的结构变形图如图13(b)所示；结构位移结果数据如表2所示。其中：U₁为轴向位移，U₂为侧向位移，U₃为竖向位移；R₁为绕轴向转动的角位移，R₂为绕侧向轴转动的角位移。由表可知：一级载荷下，头部A，B两点侧向位移24.5 mm为最大位移，实测值为27.5 mm，理论与实际接近。

图  13  一级载荷下结构内力图和变形图

Figure  13.  Axial force and deformation graphic under the first stage of load

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表  2  一级载荷下节点位移表

Table  2.  Joint displacements under the first stage of load

Joint	Output Case	Case Type	U1 /mm	U2 /mm	U3 /mm	R1 /rad	R2 /rad
60	D+L1	LinStatic	– 0.14377	–16.7944	– 1.04816	0.036266	– 0.00155
61	D+L1	LinStatic	0.001783	–23.2954	– 2.24932	0.043744	0.000014
62	D+L1	LinStatic	–1.07297	–24.4977	–2.59087	0.043851	–0.0111
63	D+L1	LinStatic	1.07654	–24.2118	–2.5973	0.043637	0.011113

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4.5   二级载荷下结构受力分析和计算

4.5.1   剪断拉绳前结构受力

二级载荷为3，4方向悬挂6 kg砝码重量施加给模型结构的水平力；未剪断拉绳前模型结构受力如图14(a)所示。该载荷工况设置为D+L₂静力工况。

通过软件计算可知：该载荷工况下结构四立柱主要内力为轴力，一侧单柱受压、另一侧单柱受拉，压力在140～270 N之间，拉力在90～240 N之间，结构满足承载力和稳定性要求^[14]，但稳定性富余较小。

图  14  二级加载下结构受力图

Figure  14.  The force diagram under the second stage of load

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4.5.2   头部开始转动时结构受力

剪断3方向拉绳，头部在受到4方向拉绳悬挂的6 kg砝码引起的冲击力作用下开始转动，冲击系数取1.3 。整体结构受力简图如图14(b) 所示。主体所受外力为轨道的最大静摩擦力引起的扭转载荷，通过实测相当于施加2.5 kg砝码于挂绳处；主体结构该载荷工况设置为D+L_szt 静力工况。

结合头部与主体工况得到结构的轴力图和主体结构内轨道扭矩图如图15所示，经验算，不会发生失稳破坏和扭转破坏。

图  15  D+L_szt工况下内力图

Figure  15.  Internal force diagram under D+L_szt working condition

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4.5.3   头部停止转动结构受力

剪断拉绳，头部在外合力作用下开始定轴转动，当转动一定角度之后，由于铁链外力逐渐变小以及轨道摩擦阻力的作用，头部转动逐渐缓慢，直至停止，头部在新的位置平衡（图16）。

图  16  二级加载下剪断拉绳头部转动停止时刻结构受力和实景图

Figure  16.  The force diagram and entity picture the moment when the head rotation stops under the second stage of load

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通过实测头部转动的转角为 45°。此时，铁链在新的悬挂位置平衡，实测远端倾斜角度θ_A= 50°，最低点距离挂钩端水平长度 X_A ＝0.555 m ，代入式（5）可得结构远端所受铁链水平力${T}_{{A}}'$，见式（7）和图16，水平力较转动前增加。

实测靠近端倾斜角度 θ_B = 75° ，及最低点距离挂钩端水平长度 X_B =0.34 m ，代入式（5）可得结构近端所受铁链水平力${T}_{{B}}'$，见式（8）和图14，水平力较转动前减小。

SAP2000软件中该受力设置为模型 2 的 D+L载荷工况（即4.4.3 二级载荷下头部转动停止的新平衡状态）。此时主体结构所受载荷仍为扭转载荷。图17 为本工况下结构的轴力图和变形图，结构满足承载力、稳定性和变形要求。

4.5.4   头部转动分析及转动位移角验证

通过实测可得以下数据：

① 从剪断拉绳到头部开始转动间隔时间为 ∆t₁=t₁=0.000 33 s；

② 剪断拉绳到转动停止共计${t}_{2} = 0.03\; \text s；$

③ 轨道最大静摩擦力形成的力矩为${f}_{d}⋅d=25R$；

④ 实测转动开始至转动停止总转角为 45°。

图  17  模型2的D+L工况下结构轴力图和变形图

Figure  17.  Axial force and deformation diagram under D+L working condition of the model 2

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开始转动时，考虑断线冲击、头部所受外力偶矩为

转动停止时，头部所受外力偶矩为

根据动量矩定理^[15]

可推证得到剪断拉绳头部开始转动瞬间获得的转动初角速度$ {\omega _0} $为

式中，${J_O }$为头部对中心O轴的转动惯量，其值由主杆、轨道、横向拉杆、顶部小拉杆对中心O轴的转动惯量组成，即${J}_{O}＝4{J}_{O1}\text{+}2{J}_{O2}+2{J}_{O3}+ {J}_{O4}=0.001\,358\;\text{kg} \cdot \text{m}^{2}$。

${J_{O1}}$为主杆对O轴的转动惯量

${J_{O2}}$ 为轨道对O轴的转动惯量

${J_{O3}}$为横向拉杆对O轴的转动惯量

${J_{O4}}$为顶部小拉杆对O轴的转动惯量

列出头部开始转动 t₁ 时刻到转动停止 t₂ 时刻动量矩定理积分表达式，通过 Matlab 软件^[16]编程辅助计算，并假设合力矩与时间为二次方的关系；可得头部所受外部合力偶矩$ {M}_{合}(t) $与时间 t 的关系式（10）及其关系曲线图形如图18所示。

图  18  合力矩 M_合(t) 与时间 t 的关系曲线

Figure  18.  The relationship curve of the totel moment versus time

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列出头部开始转动 t₁ 时刻到转动过程中任意时刻 t 的动量矩定理积分表达式，可得转动角速度 w (t) 与时间 t 的关系式（11）及其关系曲线图形如图19所示。

图  19  角速度 w(t) 与时间 t 的关系曲线

Figure  19.  The relationship curve of the rotation velocity versus time

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由转动角速度 w(t) 与转角 θ 的关系式，可得转动开始到转动停止整个过程转动角度 θ为50.86°，如式（12）所示，理论计算值与转角实测值 45° 比较接近，验证了理论计算的有效性。

5.   结论

以竞赛输电塔结构模型为实例，探讨了输电塔在竖向和水平载荷及断线不平衡冲击载荷作用下的结构选型，研制了圆形压槽轨道，得到以下结论。

（1）模型头部和主体结构脱开设计，采用圆形轨道实现柔性连接；通过头部转动释放冲击振动能量，避免头部与主体的刚性连接引起整体结构过大的扭转变形。

（2）在理论方面，通过力学和数学分析并将运动学融入结构设计的理论计算，结合SAP2000有限元分析软件电算分析，通过与试验实测结果对比，验证了理论计算结果的准确性和有效性。

（3） 巧妙设置圆形轨道作为减隔振装置，通过头部沿轨道转动耗能减振，从而减轻冲击振动效应。圆形轨道是一种值得输电塔等高耸结构借鉴、应用和进一步展开研究的减隔振装置。图20为本文圆形压槽轨道的方案设计图。

图  20  圆形压槽轨道方案设计图

Figure  20.  Scheme design of circular pressure groove orbit

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6.   创新和展望

本文基于竞赛，对输电塔结构模型及其减隔振装置进行了设计、制作和试验，研究了圆形压槽轨道的减振控制效果，创新之处如下。

（1）方案构思在结构设计中重要性不可忽视，它对于确保结构的可靠性、经济性和可持续性起着关键作用，在初步设计中就需针对其重点的载荷形式全面地进行考虑。本文对输电塔结构模型的体型设计，既从载荷形式上对其抗弯、抗扭和抗冲击能力等全面考虑，将抗冲击振动装置与主体结构巧妙结合；同时对比分析不同结构选型的优劣，从而选择最佳方案。在整个过程中，结构概念设计自始至终尤为重要。

（2）圆形压槽轨道是较好的减隔振装置。通过头部沿轨道的旋转摩擦耗散冲击振动能量，可有效降低输电线的断线冲击动力响应，减少主体扭转变形，避免主体扭转破坏，确保主体结构的安全性和适用性，减少主体的杆件用量。

轨道的压槽设计是为了结构的抗拉和抗压，而圆形具有限位功能，使其不至于发生过大的移动。需要注意的是：轨道的摩擦系数太大会导致无法滑动、太小则减振耗能作用有限，可添加适量滑石粉控制其摩擦系数，通过多次试验取其最佳值。

图21是多向限位压槽轨道的方案设计图，凹面的设计是利用其自重的水平分力实现其振动的往复性。图22是双轨斜撑减振装置的方案设计图。后续将进一步开展轨道减隔震装置的探索与研究。

图  21  多向限位轨道方案设计图

Figure  21.  Scheme design of multi-directional restricted orbit

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（3）本次作品展现了优秀的结构创意和精湛的做工。大学生结构竞赛的备战和参赛是理论与实践相互印证、完美结合的过程；是拓宽学生思考宽度和深度，提高创新思维能力、动手能力的过程；是多学科专业知识进行融会贯通、发挥专业兴趣^[17]的过程；也是培养学生敢于尝试、勇于探索品质和坚韧不拔意志，树立团队协作意识，提升协作能力的过程^[18]。结构创新需要不断尝试，每一次加载试验的成败伴随着心情的跌宕起伏，总结经验分析原因、不放弃不气馁，在一次次加载破坏的模型中获得设计灵感，在一次次的团队交流与讨论、知识的碰撞中开拓新的思路。

图  22  双轨斜撑方案设计图

Figure  22.  Scheme design of two-way orbit inclined strut

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（4）振动和冲击是历次大学生结构竞赛中的常见载荷，也是重点和难点载荷。比如第十三届浙江省大学生结构设计竞赛“高架水塔模型的设计与制作”为弹簧往复模拟地震作用、 十五届浙江省大学生结构设计竞赛“塔式停车楼结构设计与模型制作”为正弦波激振动载荷。将工程结构控制减隔振理念融入结构设计和减隔振装置在结构中的巧妙设计与布置，为结构设计竞赛中结构的防振和防冲击提供了新的思路和方向，将促进大赛聚焦科技前沿，向更创新化、多元化和精细化的方向发展。