一種多功能剛架實驗模型制造技術

本實用新型專利技術提供一種多功能剛架實驗模型，該多功能剛架實驗模型包括剛架結構、剛架結構的約束支撐、加載裝置、支撐及約束裝置和測量設備。剛架結構由不同組合方式的桿件和結點連接而成；加載裝置實現對剛架結構的加載；支承及約束裝置包括剛架結構的約束支承和反力框架，剛架結構的約束支撐包括固定鉸支座、可動鉸支座和可施加轉角的固定支座；測量設備包括力傳感器、應變片、轉角傳感器、百分表。該實驗模型集結構力學實驗模型、加載裝置和測量裝置于一體，根據實驗內容需要可組裝出不同的實驗模型，用于進行不同的結構力學剛架實驗，以驗證結構力學相關理論。

【技術實現步驟摘要】
一種多功能剛架實驗模型
本技術屬于土木工程專業結構力學實驗教學領域，涉及一種結構力學教學實驗的裝置，特別涉及多功能剛架實驗模型。
技術介紹
結構力學是高等院校土木工程專業必修的學科，其研究對象主要是桿系結構，其具體任務包括研究結構在荷載等因素作用下的內力和位移的計算以及結構的組成規則和合理形式等問題。剛架結構在結構力學教學中占據著舉足輕重的地位，利用剛架結構可以實現多種結構力學分析及求解方法的驗證，使結構力學中的相關理論更具象與直觀化的體現。雖然理論教學一直以來是高等院校結構力學的主要教學方法，但隨著高等教育對實驗教學的重視，開展結構力學實驗也成為一種勢在必行的趨勢。實驗驗證能加深學生對理論知識的理解，在進行實驗裝置設計時，其設計原則是能充分驗證結構力學中相關原理，但若一種實驗裝置兼具驗證多種實驗原理的功能，則將大大提升實驗裝置的創造性和實用性。本技術提供了多功能剛架實驗模型，通過相同桿件和結點不同方式的組合連接和荷載布置，實現多種結構力學原理的驗證，靈活轉換，連接方便。本技術教學實驗裝置中的支撐及約束裝置、加載裝置與本課題組已經公開的中國專利(2015107123346一種將力法直觀化的教學實驗裝置；2015107079593一種將位移法直觀化的教學實驗裝置)中的內容相似，公開的內容在在整個裝置中的僅起到加載和支撐的作用，不為本技術的創新結構，本技術的剛架結構包括兩種結構，與之前專利公開的內容完全不同；剛架結構可根據需要自主設計，不同數量、不同形式的桿件和結點組成不同形式的模型，用于進行不同的結構力學剛架實驗，以驗證結構力學相關理論，桿件和結點可重復使用。可驗證的結構力學相關理論包括：1)剛架幾何組成分析；2)結構內力分布；3)剛架主從結構判定；4)功的互等定理；5)探究柔度系數之間的關系；6)非荷載因素對結構的影響。
技術實現思路
針對現有技術的不足，改變目前結構力學教學中缺少相關實驗內容的現狀，技術一種可實現多種結構力學原理的多功能剛架實驗模型，該教學實驗裝置能夠實現結構力學教學內容的實驗化，使學生在親身實踐和分析中，更深入地理解結構力學相關理論知識。為了達到上述目的，本技術的技術方案如下：一種多功能剛架實驗模型包括剛架結構、剛架結構的約束支撐、支撐及約束裝置、加載裝置和測量設備。所述的剛架結構由桿件和結點連接而成，剛架結構分為兩類，分別用于I類基本結構和II類基本結構。所述的桿件根據使用功能及制作工藝的不同分為柱式桿件和梁式桿件。所述的柱式桿件包括固接柱式桿件3d和鉸接柱式桿件3a、3b、3c。所述的固接柱式桿件3d的桿身24的一側與帶有斜撐的圓形剛結點盤25焊接，保證固接柱式桿件3d與支座連接的剛度；固接柱式桿件3d的桿身24的另一側自由端不作任何處理，根據剛度不同分為空心方桿、實心方桿和實心矩形桿。所述的鉸接柱式桿件3a、3b、3c一端有一個通孔，另一端為自由端不作任何處理，根據剛度不同分為空心方桿、實心方桿和實心矩形桿。所述的梁式桿件4a、4b、4c、4d的桿身26一端與帶有斜撐的L型剛結點夾具I27焊接；L型剛結點夾具I27通過螺栓與另一塊形狀相同的L型剛結點夾具II5a、5b、5c、5d連接；梁式桿件4a、4b、4c、4d另一端為圓形接頭，可與結點通過螺栓直接相連。所述的結點分為L型剛結點、鉸結點、組合結點和一字型剛結點。L型剛結點由梁式桿件與柱式桿件連接處組合而成，具體實施方式為梁式桿件4a、4b、4c、4d上的焊接L型剛結點夾具I27與L型剛結點夾具II5通過螺栓與柱式桿件3a、3b、3c、3d進行夾持連接，通過這種方式可以保證柱式桿件剛度發生變化時L型剛結點的剛度隨之改變，確保結點連接的合理性；鉸結點由一對扇形鉸結點片6a通過螺栓連接梁式桿件4a、4b而成，兩扇形鉸結點片可繞軸靈活轉動；組合結點由一個扇形鉸結點片6b與鉸接柱式桿件3b通過螺栓組合而成，可根據需要與不同數量的桿件組合成不同類型的組合結點；一字型剛結點在剛架結構上的位置與鉸結點一致，用于實施例中替換鉸結點的位置形成約束更強的剛架結構，提高結構的靈活性；一字型剛結點由一個剛結點片6c通過螺栓連接梁式桿件4a、4b而成，具有和梁式桿件4a、4b相同的剛度。所述的用于I類基本結構的剛架結構具體為：所述的梁式桿件4a、4b的圓形接頭一端通過鉸結點的一對扇形鉸結點片6a連接，梁式桿件4a、4b的另一端分別通過L型剛結點夾具5a、5b安裝在鉸接柱式桿件3a、3b上，安裝時梁式桿件4a、4b、扇形鉸結點片6a和L型剛結點夾具5a、5b組成的整體可沿鉸接柱式桿件3a、3b的軸線方向上下調整高度，便于根據使用需要形成不同高度的剛架結構；梁式桿件4c一端通過組合結點的扇形鉸結點片6b與鉸接柱式桿件3b鉸接連接，另一端通過L型剛結點夾具5c固接在鉸接柱式桿件3c上。所述的用于II類基本結構的剛架結構具體為：所述的梁式桿件4d的一端通過L型剛結點夾具5d安裝在鉸接柱式桿件3d上，另一端與安裝在牛腿22上的活動鉸支座上，安裝時梁式桿件4d和L型剛結點夾具5d組成的整體可通過牛腿22的移動沿固接柱式桿件3d的軸線方向上下調整高度，便于形成不同高度的剛架結構。所述的固接柱式桿件3d能夠根據需要與方形墊塊18a、18b、鉸支座水平導軌19或者轉動支座20連接。所述的鉸接柱式桿件3a、3b、3c鉆有通孔的一端能夠與鉸支座盤17a、17b、17c連接，鉸支座盤17a、17b、17c能夠根據需要與方形墊塊18a、18b或鉸支座水平導軌19連接。所述的梁式桿件4a與梁式桿件4b能夠根據需要通過一對扇形鉸結點片6a或剛結點片6c相連。模型可根據需要自主設計，不同數量、不同形式的桿件和結點組裝成不同形式的剛架結構，桿件和結點可重復使用。所述的剛架結構的約束支承包括固定鉸支座、活動鉸支座和能夠施加轉角的固定支座；所述的固定鉸支座和活動鉸支座用于I類基本結構，所述的活動鉸支座和能夠施加轉角的固定支座用于II類基本結構。所述的固定鉸支座具體為：鉸接柱式桿件3a、3b的一側與鉸支座盤17a、17b相連，鉸支座盤17a、17b通過螺栓與方形墊塊18a、18b連接，方形墊塊18a、18b通過螺栓與小車平臺21b、21c相連，形成固定鉸支座，所述的小車平臺21b、21c安裝在反力架1的下橫梁上。所述的活動鉸支座具體為：所述的鉸接柱式桿件3c或梁式桿件4d與鉸支座盤17c相連，鉸支座盤17c通過螺栓與鉸支座水平導軌19相連，鉸支座水平導軌19通過螺栓與小車平臺21d或牛腿22相連，形成活動鉸支座；所述的小車平臺21d安裝在反力架1的下橫梁上，所述的牛腿22通過小車平臺21h安裝在反力架1的一側立柱上。所述的能夠施加轉角的固定支座具體為：所述的固接柱式桿件3d通過螺栓與轉動支座20相連，轉動支座20通過螺栓與矩形墊板16相連，矩形墊板16通過螺栓與小車平臺21f相連，小車平臺21f安裝在反力架1的下橫梁上，形成能夠施加轉角的固定支座；所述的轉動支座20能夠在平行于剛架結構的平面上施加一定的轉角。所述的加載裝置包括蝸輪蝸桿加載裝置、電動伺服加載裝置和轉角施加裝置，根據需要選取其中一種或兩種加載裝置進行剛架結構的加載和卸載。蝸輪蝸桿加載裝本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多功能剛架實驗模型，其特征在于，所述的多功能剛架實驗模型包括剛架結構、剛架結構的約束支承、支撐及約束裝置、加載裝置和測量設備；所述的剛架結構由桿件和結點連接而成，不同數量、不同形式的桿件和結點組裝成不同形式的剛架結構；所述的剛架結構分為兩類，分別用于I類基本結構和II類基本結構；所述的桿件分為柱式桿件和梁式桿件；所述的柱式桿件包括固接柱式桿件(3d)和鉸接柱式桿件(3a、3b、3c)；所述的結點分為L型剛結點、鉸結點、組合結點和一字型剛結點；所述的用于I類基本結構的剛架結構具體為：所述的梁式桿件(4a、4b)的圓形接頭一端通過鉸結點的一對扇形鉸結點片(6a)連接，另一端分別通過L型剛結點夾具(5a、5b)安裝在鉸接柱式桿件(3a、3b)上；梁式桿件(4a、4b)、扇形鉸結點片(6a)和L型剛結點夾具(5a、5b)組成的整體能夠沿鉸接柱式桿件(3a、3b)的軸線方向上下調整高度，用于形成不同高度的剛架結構；梁式桿件(4c)一端通過組合結點的扇形鉸結點片(6b)與鉸接柱式桿件(3b)鉸接連接，另一端通過L型剛結點夾具(5c)固接在鉸接柱式桿件(3c)上；所述的用于II類基本結構的剛架結構具體為：所述的梁式桿件(4d)的一端通過L型剛結點夾具(5d)安裝在鉸接柱式桿件(3d)上，另一端安裝在牛腿(22)的活動鉸支座上，安裝時梁式桿件(4d)和L型剛結點夾具(5d)組成的整體通過牛腿(22)的移動，沿固接柱式桿件(3d)的軸線方向上下調整高度，用于形成不同高度的剛架結構；所述的固接柱式桿件(3d)根據需要與方形墊塊(18a、18b)、鉸支座水平導軌(19)或者轉動支座(20)連接；所述的鉸接柱式桿件(3a、3b、3c)鉆有通孔的一端與鉸支座盤(17a、17b、17c)連接，鉸支座盤(17a、17b、17c)根據需要與方形墊塊(18a、18b)或鉸支座水平導軌(19)連接；所述的梁式桿件(4a)與梁式桿件(4b)根據需要通過一對扇形鉸結點片(6a)或剛結點片(6c)相連；所述的剛架結構的約束支承包括固定鉸支座、活動鉸支座和能夠施加轉角的固定支座；所述的固定鉸支座和活動鉸支座用于I類基本結構，所述的活動鉸支座和能夠施加轉角的固定支座用于II類基本結構；所述的固定鉸支座為：鉸接柱式桿件(3a、3b)的一側與鉸支座盤(17a、17b)相連，鉸支座盤(17a、17b)與方形墊塊(18a、18b)連接，方形墊塊(18a、18b)與小車平臺(21b、21c)相連，形成固定鉸支座，所述的小車平臺(21b、21c)安裝在反力架(1)的下橫梁上；所述的活動鉸支座為：所述的鉸接柱式桿件(3c)或梁式桿件(4d)與鉸支座盤(17c)相連，鉸支座盤(17c)與鉸支座水平導軌(19)相連，鉸支座水平導軌(19)與小車平臺(21d)或牛腿(22)相連，形成活動鉸支座；所述的小車平臺(21d)安裝在反力架(1)的下橫梁上，所述的牛腿(22)通過小車平臺(21h)安裝在反力架(1)的一側立柱上；所述的能夠施加轉角的固定支座為：所述的固接柱式桿件(3d)與轉動支座(20)相連，轉動支座(20)與矩形墊板(16)相連，矩形墊板(16)與小車平臺(21f)相連，小車平臺(21f)安裝在反力架(1)的下橫梁上，形成能夠施加轉角的固定支座；所述的轉動支座(20)在平行于剛架結構的平面上施加轉角；所述的加載裝置包括蝸輪蝸桿加載裝置、電動伺服加載裝置或轉角施加裝置；所述的蝸輪蝸桿加載裝置和電動伺服加載裝置功能相同，能夠替換使用，用于I類、II類基本結構；所述的轉角施加裝置用于II類基本結構；所述的支承及約束裝置包括反力框架和剛架結構的約束支承；所述的反力框架中的反力架(1)由內置導軌的上下兩個橫梁和內置導軌的左右兩個立柱組成，每個橫梁和立柱上能夠固定小車平臺及牛腿(22)；所述的測量設備包括力傳感器(8a、8b)、應變片、轉角傳感器(28)和百分表(32a、32b、32c)；所述的力傳感器(8a、8b)用于測得蝸輪蝸桿升降機(7)或電動缸(12)對剛架結構所施加的荷載值；應變片粘貼在桿件兩側不同位置；轉角傳感器(28)測得轉角施加裝置施加在支座處的轉角；百分表(32a、32b、32c)測得剛架結構某點的水平或豎向位移；所述的測量設備均通過數據采集分析系統與計算機連接，通過計算機對各項數據進行實時監測。...

【技術特征摘要】
1.一種多功能剛架實驗模型，其特征在于，所述的多功能剛架實驗模型包括剛架結構、剛架結構的約束支承、支撐及約束裝置、加載裝置和測量設備；所述的剛架結構由桿件和結點連接而成，不同數量、不同形式的桿件和結點組裝成不同形式的剛架結構；所述的剛架結構分為兩類，分別用于I類基本結構和II類基本結構；所述的桿件分為柱式桿件和梁式桿件；所述的柱式桿件包括固接柱式桿件(3d)和鉸接柱式桿件(3a、3b、3c)；所述的結點分為L型剛結點、鉸結點、組合結點和一字型剛結點；所述的用于I類基本結構的剛架結構具體為：所述的梁式桿件(4a、4b)的圓形接頭一端通過鉸結點的一對扇形鉸結點片(6a)連接，另一端分別通過L型剛結點夾具(5a、5b)安裝在鉸接柱式桿件(3a、3b)上；梁式桿件(4a、4b)、扇形鉸結點片(6a)和L型剛結點夾具(5a、5b)組成的整體能夠沿鉸接柱式桿件(3a、3b)的軸線方向上下調整高度，用于形成不同高度的剛架結構；梁式桿件(4c)一端通過組合結點的扇形鉸結點片(6b)與鉸接柱式桿件(3b)鉸接連接，另一端通過L型剛結點夾具(5c)固接在鉸接柱式桿件(3c)上；所述的用于II類基本結構的剛架結構具體為：所述的梁式桿件(4d)的一端通過L型剛結點夾具(5d)安裝在鉸接柱式桿件(3d)上，另一端安裝在牛腿(22)的活動鉸支座上，安裝時梁式桿件(4d)和L型剛結點夾具(5d)組成的整體通過牛腿(22)的移動，沿固接柱式桿件(3d)的軸線方向上下調整高度，用于形成不同高度的剛架結構；所述的固接柱式桿件(3d)根據需要與方形墊塊(18a、18b)、鉸支座水平導軌(19)或者轉動支座(20)連接；所述的鉸接柱式桿件(3a、3b、3c)鉆有通孔的一端與鉸支座盤(17a、17b、17c)連接，鉸支座盤(17a、17b、17c)根據需要與方形墊塊(18a、18b)或鉸支座水平導軌(19)連接；所述的梁式桿件(4a)與梁式桿件(4b)根據需要通過一對扇形鉸結點片(6a)或剛結點片(6c)相連；所述的剛架結構的約束支承包括固定鉸支座、活動鉸支座和能夠施加轉角的固定支座；所述的固定鉸支座和活動鉸支座用于I類基本結構，所述的活動鉸支座和能夠施加轉角的固定支座用于II類基本結構；所述的固定鉸支座為：鉸接柱式桿件(3a、3b)的一側與鉸支座盤(17a、17b)相連，鉸支座盤(17a、17b)與方形墊塊(18a、18b)連接，方形墊塊(18a、18b)與小車平臺(21b、21c)相連，形成固定鉸支座，所述的小車平臺(21b、21c)安裝在反力架(1)的下橫梁上；所述的活動鉸支座為：所述的鉸接柱式桿件(3c)或梁式桿件(4d)與鉸支座盤(17c)相連，鉸支座盤(17c)與鉸支座水平導軌(19)相連，鉸支座水平導軌(19)與小車平臺(21d)或牛腿(22)相連，形成活動鉸支座；所述的小車平臺(21d)安裝在反力架(1)的下橫梁上，所述的牛腿(22)通過小車平臺(21h)安裝在反力架(1)的一側...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳廷國，胡喬元，謝鵬，勾國勇，李映雪，任珵嬌，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：新型
國別省市：遼寧,21