为帮助选手理解材料性质，提高结构分析能力以及动手能力，更好地准备比赛，科协将以技术贴的形式为各位热爱结赛的选手提供相应指导。相关内容主要包括以下四部分：
（1）如何结合材性试验来确定桐木的材料性质
（2）计算地震力的常见方法
（3）SAP2000建模以及计算地震力教程
（4）常见的高层结构体系以及抗震设计
本篇技术贴将为大家介绍第26届结构设计大赛所用的主要材料——桐木的一些性质。此次主要介绍如何确定桐木的杨氏模量E，在计算之前，先补充一些基础知识。
相关知识
应力：分布内力在一点的集度，单位N/mm^2等，即一点上内力的大小。按照应力与作用面的位置，其中垂直于作用面的应力称为正应力，平行于作用面的应力称为剪应力，其中正应力用σ表示，剪应力用τ表示。
正应力σ
剪应力τ
取材料中一微元体进行分析，其中Δ?为所取微元体的受力面积，_ΔFN_与_ΔFQ_表示作用在Δ?面积上的正应力以及剪应力，当Δ?趋向于0时，下面两式所求结果分别为一点的正应力、剪应力的大小。
强度：构件受力后不发生破坏或不产生不可恢复变形的能力。其中抗拉强度即材料在受拉极限状态下的应力。
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应变：**一点的变形程度，用材料变形与材料本身尺寸的比值来反映。包括正应变与剪应变等。其中正应变表示引起的线变形的程度，用ε表示，比如截面不变的细长均匀直杆在受到端部均匀拉力时，引起的应变。剪应变为剪应力引起的角变形的程度，用γ表示，剪应变用直角的改变量度量。
杨氏模量E：在物体的弹性限度内，发生单位正应变时所需的正应力的大小，对于线弹性材料，E为定值，即σ-ε曲线的斜率。从其定义可以看出，杨氏模量只和材料本身的性质有关系，而与材料的尺寸形状无关。
剪切模量G：类似于杨氏模量，是剪应力与剪应变的比值，同样只与材料本身的性质有关。
各向异性：材料各个方向的性质不相同。如桐木顺纹的抗拉强度与横纹的抗拉强度是不同的。
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稳定性：**
构件在压缩荷载下，保持平衡形式不发生突然转变的能力（如细长直杆在轴向压力作用下，当压力达到一定值后，在外界扰动下，直杆会从直线平衡模式变为曲线平衡模式）。对于细长构件，抗压承载力通常由稳定性控制。
木材基本受力特点
木材在顺纹与横纹方向的力学性能有比较大的差异，其中顺纹方向的抗拉强度要高于横纹方向。
由于木材的各向异性，以及加工处理中的误差，比赛中所用桐木的性能存在一定的离散性。
桐木杨氏模量求解
本次桐木材性实验在韩建国老师帮助下完成，主要有四个试验，分别包括桐木杆的单轴抗压试验、单轴抗拉试验，以及桐木板的顺纹拉伸试验及横纹拉伸试验。这里以单轴抗拉试验为例，求解试验所用试件B2的杨氏模量。
实验构件B2示意图
荷载—位移曲线
（1）应变（此处假设拉应变只发生在试件中央100mm的范围）：
（2）极限拉应力/抗拉强度（认为构件受拉时，截面受力均匀）：
（3）杨氏（弹性）模量：
按照以上方法，可以求出B3，B4的抗拉强度以及杨氏模量如下表所示，实际计算中可采用算数平均值作为木材抗拉强度，或考虑到三个试件试验结果相差较大，计算时偏于安全地采用三者中最小值作为抗拉强度。
选手应结合实际确定相应的材料参数。
结论
（1）桐木的顺纹方向与木条、木板的长度方向不严格一致，受力性能上可能会存在较大的差异性。
（2）材性试验所用试验构件数量有限，试验结果存在一定偶然性，实验结果供选手参考。
（3）鼓励选手根据需要自行进行简单的试验，确定构件或结构的实际受力性能。
（4）对于桐木的密度等参数确定，选手可以自行通过实验确定或者参考网站确定：
致谢
感谢韩建国老师对本次实验的大力支持
感谢远洋集团、世茂集团、华为赛事基金对本次大赛的大力支持
感谢清华大学学生学习与发展指导中心对“技术贴”项目的大力支持
实验 赛事中心
文案 周思源
排版 陈旺
审核 陈旺 周思源
