一種裝配梁結構實驗模型制造技術

本實用新型專利技術提供一種裝配梁結構實驗模型，該裝配梁結構實驗模型包括裝配梁結構、蝸輪蝸桿加載裝置、轉角約束及加載裝置、支承及約束裝置和測量設備。裝配梁結構分為靜定結構和超靜定結構兩種基本結構，兩種基本結構均通過桿件和結點連接而成；蝸輪蝸桿加載裝置能夠手動控制施加拉力和壓力，實現加載與卸載，并通過力傳感器在計算機上顯示所加荷載大小；支承及約束裝置包括反力框架和裝配梁結構的約束支承；測量設備包括力傳感器、應變片、轉角傳感器和百分表。本實用新型專利技術結構簡單、可重復利用、測量結果準確，能夠實現結構力學中靜定和超靜定結構內力分布實驗、位移互等定理和力法等教學內容的實驗化。

【技術實現步驟摘要】
一種裝配梁結構實驗模型
本技術屬于土木工程專業實驗結構力學的教學實踐領域，涉及靜定、超靜定裝配梁結構實驗裝置以及應用該裝置進行的結構力學實驗。
技術介紹
結構力學是高等院校土木工程專業必修學科，主要以梁、拱、桁架、剛架等桿件結構為主要研究對象，根據力學原理研究外力和其他外界因素作用下結構的內力和變形，結構的強度、剛度、穩定性和動力反應，以及結構的組成規律和受力性能。目前高等院校結構力學的教學方法主要是理論教學，缺少對相關力學原理的實驗驗證，導致部分同學對相關理論理解不夠深入，甚至對相關理論產生質疑。因此，在結構力學教學中引入實驗環節是其教學發展的必然趨勢。本技術多跨梁結構實驗模型中的反力框架/第一種蝸輪蝸桿的加載方式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，也是只起到支撐提供導軌和加載的作用，不為本技術的創新結構。在結構力學教學各個章節中，均以梁式結構為最基本研究對象，所以技術一種裝配梁結構實驗裝置用以研究結構力學相關理論，尤為重要。
技術實現思路
為改變目前結構力學教學中缺乏相關實驗環節的現狀，技術一種裝配梁結構實驗裝置，該裝置結構簡單、可重復利用、測量結果準確，能夠實現結構力學中靜定和超靜定結構內力分布實驗、位移互等定理和力法等教學內容的實驗化。通過實驗，使學生們更加準確理解結構力學相關理論和假設。本技術的技術方案如下：一種裝配梁結構實驗模型包括裝配梁結構、蝸輪蝸桿加載裝置、轉角約束及加載裝置、支承及約束裝置和測量設備。所述裝配梁結構分為靜定結構和超靜定結構兩種基本結構，兩種基本結構均通過桿件和結點連接而成。所述的靜定結構包括矩形薄壁桿件1c、1d、變剛度桿件1b和三種結點夾具；所述的變剛度桿件1b根據剛度不同有空心方桿、實心方桿和實心矩形桿三種不同形式。所述的變剛度桿件1b一端通過螺絲與鉸結點夾具A2a相連，鉸結點夾具A2a通過銷栓2f與鉸結點夾具B2b相連，鉸結點夾具B2b通過螺絲與支座3連接，形成固定鉸支座；變剛度桿件1b另一端通過螺絲與剛結點夾具C2c連接，剛結點夾具C2c另一端通過螺絲與矩形薄壁桿件1c一端相連，實現變剛度桿件1b和矩形薄壁桿件1c之間的固接；剛結點夾具C2c中部通過銷栓2f與鉸結點夾具B2b相連，鉸結點夾具B2b通過螺絲與支座3相連，形成活動鉸支座。所述的矩形薄壁桿件1c另一端通過螺絲與鉸結點夾具B2b連接，鉸結點夾具B2b再通過銷栓2f與鉸結點夾具A2a連接，鉸結點夾具A2a通過螺絲與矩形薄壁桿件1d一端連接，實現矩形薄壁桿件1c和矩形薄壁桿件1d之間鉸接；所述的矩形薄壁桿件1d的另一端通過螺絲與鉸結點夾具A2a連接，鉸結點夾具A2a通過銷栓2f與鉸結點夾具B2b連接，鉸結點夾具B2b通過螺絲與支座3相連，形成活動鉸支座。所述的超靜定結構包括矩形薄壁桿件1a、變剛度桿件1b和四種結點夾具2a、2b、2c、2d。所述的變剛度桿件1b一端、剛結點夾具D2d和支座3依次通過螺絲固定連接，實現固定支座；所述的變剛度桿件1b的另一端通過剛結點夾具C2c與矩形薄壁桿件1a的一端固定連接，剛結點夾具C2c中部通過銷栓2f與鉸結點夾具B2b相連，鉸結點夾具B2b通過螺絲安裝在支座3上部，實現活動鉸支座。所述的矩形薄壁桿件1a另一端通過螺絲與鉸結點夾具A2a連接，鉸結點夾具A2a通過銷栓2f與鉸結點夾具B2b連接，鉸結點夾具B2b通過螺絲安裝在另一個支座3上，實現活動鉸支座。所述的鉸結點夾具A2a、鉸結點夾具B2b具有與矩形薄壁桿件1a、1c、1d相同的剛度，剛結點夾具C2c、剛結點夾具D2d具有與變剛度桿件1b中實心矩形桿相同的剛度。所述的蝸輪蝸桿加載裝置有兩種，蝸輪蝸桿加載裝置能夠手動控制施加拉力和壓力，實現加載與卸載，并通過力傳感器5在計算機上顯示所加荷載大小。第一種蝸輪蝸桿加載裝置用于對桿件進行加載或卸載，包括蝸輪蝸桿升降機4、力傳感器5、球鉸6、加載桿7和桿件夾具A8。蝸輪蝸桿升降機4一端安裝在小車平臺10上，小車平臺10通過底部的四塊滑塊安裝到反力框架11導軌上，小車平臺10能夠沿反力框架11導軌水平移動。所述的蝸輪蝸桿升降機4另一端、力傳感器5、球鉸6、加載桿7和桿件夾具A8的一端依次通過螺紋連接，蝸輪蝸桿升降機4通過旋轉手輪對裝配梁結構施加荷載，球鉸6通過其自身的自由轉動避免加載裝置對剛架結構產生彎矩的影響，桿件夾具A8用于將桿件夾持固定，桿件夾具A8另一端與矩形薄壁桿件1a、1c、1d或變剛度桿件1b連接，實現對桿件的加載與卸載，同時桿件夾具A8的插銷連接方式避免彎矩傳遞。所述的桿件夾具A8包括連接件A8a、圓柱形插銷8b、H形桿件夾片8c和矩形桿件夾片8d；連接件A8a一端通過螺紋與加載桿6相連，另一端通過銷孔與圓柱形插銷8b相連；圓柱形插銷8b再與帶有銷孔的H形桿件夾片8c一端相連；H形桿件夾片8c另一端通過螺絲與矩形桿件夾片8d相連，用于將桿件夾持固定。第二種蝸輪蝸桿加載裝置用于對結點位置進行加載或卸載，包括蝸輪蝸桿升降機4、力傳感器5、球鉸6、加載桿7和桿件夾具B9；所述的蝸輪蝸桿升降機4、力傳感器5、球鉸6以及加載桿7依次相連。桿件夾具B9一端通過螺紋與加載桿7相連，另一端通過螺絲與鉸結點夾具B2b相連，鉸結點夾具B2b通過銷栓2f能夠與不同結點相連。所述的轉角約束及加載裝置12包括絲杠升降機12a、扭矩傳感器12b、隨動圓盤12c和連接件B12d。所述的絲杠升降機12a底部通過螺絲固定在矩形空心墊塊12e上，矩形空心墊塊12e通過螺絲固定在小車平臺10上，矩形空心墊塊12e保證絲杠升降機12a和桿件1a、1b、1c、1d高度一致，實現固定絲杠升降機12a的位置的作用。所述的扭矩傳感器12b一端通過螺絲固定隨動圓盤12c，另一端將其軸承插入絲杠升降機12a中。所述的連接件B12d一端通過其自身花鍵與隨動圓盤12c相連；中間部分插入剛結點夾具E2e的鋸齒狀孔中，中間部分同時插入鉸結點夾具B2b的圓孔中；另一端通過螺紋連接轉角傳感器，用于測量轉角大小。所述的轉角約束及加載裝置12能夠用于約束裝配梁結點處的轉動，通過扭矩傳感器12b測出結點處產生的彎矩；所述的轉角約束及加載裝置12還能夠通過對結點施加彎矩，使結點處產生角位移，通過轉角傳感器可測出角位移數值。所述的支承及約束裝置包括反力框架11和裝配梁結構的約束支承。所述反力框架11為門形剛架形式，包括反力架11a和兩個底座11b，底座11b用于支撐整個裝置。所述的反力架11a包括內置導軌的上下兩個橫梁和內置導軌的左右兩個立柱，上橫梁導軌安裝小車平臺10，小車平臺10通過螺絲連接蝸輪蝸桿加載裝置，下橫梁導軌固定小車平臺10，小車平臺10通過螺栓固定矩形方墩13。所述的矩形方墩13上方通過螺絲固定圓柱體墊塊14或固定滑道15，當矩形方墩13上方固定圓柱體墊塊14時，圓柱體墊塊14上方通過螺絲連接支座3，支座3上方連接鉸結點夾具B2b或剛結點夾具D2d，實現固定鉸支座或固定支座；當矩形方墩13上方固定滑道15時，滑道15上方通過螺絲連接鉸結點夾具B2b，實現活動鉸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種裝配梁結構實驗模型，其特征在于，該裝配梁結構實驗模型包括裝配梁結構、蝸輪蝸桿加載裝置、轉角約束及加載裝置、支承及約束裝置和測量設備；所述的裝配梁結構分為靜定結構和超靜定結構兩種基本結構，兩種基本結構均通過桿件和結點連接而成；所述的靜定結構包括矩形薄壁桿件(1c、1d)、變剛度桿件(1b)和三種結點夾具；所述的變剛度桿件(1b)的一端、鉸結點夾具A(2a)和鉸結點夾具B(2b)依次相連，鉸結點夾具B(2b)安裝在支座(3)上，形成固定鉸支座；所述的變剛度桿件(1b)另一端、剛結點夾具C(2c)、矩形薄壁桿件(1c)一端依次相連，實現變剛度桿件(1b)和矩形薄壁桿件(1c)之間的固接；所述的剛結點夾具C(2c)中部與鉸結點夾具B(2b)相連，鉸結點夾具B(2b)安裝在支座(3)上，形成活動鉸支座；所述的矩形薄壁桿件(1c)另一端、鉸結點夾具B(2b)、鉸結點夾具A(2a)與矩形薄壁桿件(1d)一端依次相連，實現矩形薄壁桿件(1c)和矩形薄壁桿件(1d)之間鉸接；所述的矩形薄壁桿件(1d)的另一端、鉸結點夾具A(2a)與鉸結點夾具B(2b)依次相連，鉸結點夾具B(2b)安裝在支座(3)上，形成活動鉸支座；所述的超靜定結構包括矩形薄壁桿件(1a)、變剛度桿件(1b)和四種結點夾具(2a、2b、2c、2d)；所述的變剛度桿件(1b)一端、剛結點夾具D(2d)和支座(3)依次固定連接，形成固定支座；所述的變剛度桿件(1b)的另一端通過剛結點夾具C(2c)與矩形薄壁桿件(1a)的一端固定連接，剛結點夾具C(2c)中部通過銷栓(2f)與鉸結點夾具B(2b)相連，鉸結點夾具B(2b)安裝在支座(3)上部，形成活動鉸支座；所述的矩形薄壁桿件(1a)另一端與鉸結點夾具A(2a)連接，鉸結點夾具A(2a)通過銷栓(2f)與鉸結點夾具B(2b)連接，鉸結點夾具B(2b)安裝在另一個支座(3)上，形成活動鉸支座；所述的蝸輪蝸桿加載裝置有兩種，蝸輪蝸桿加載裝置手動控制施加拉力和壓力，并通過力傳感器(5)在計算機上顯示所加荷載大小；第一種蝸輪蝸桿加載裝置用于對桿件進行加載或卸載，包括蝸輪蝸桿升降機(4)、力傳感器(5)、球鉸(6)、加載桿(7)和桿件夾具A(8)；所述的桿件夾具A(8)用于將桿件夾持固定，桿件夾具A(8)另一端與矩形薄壁桿件(1a、1c、1d)或變剛度桿件(1b)連接，實現對桿件的加載與卸載；另一種蝸輪蝸桿加載裝置用于對結點位置進行加載或卸載，包括蝸輪蝸桿升降機(4)、力傳感器(5)、球鉸(6)、加載桿(7)和桿件夾具B(9)；所述的蝸輪蝸桿升降機(4)、力傳感器(5)、球鉸(6)以及加載桿(7)依次相連；桿件夾具B(9)一端與加載桿(7)相連，另一端與鉸結點夾具B(2b)相連，鉸結點夾具B(2b)與不同結點相連；所述的轉角約束及加載裝置(12)包括絲杠升降機(12a)、扭矩傳感器(12b)、隨動圓盤(12c)和連接件B(12d)；所述的絲杠升降機(12a)底部固定在矩形空心墊塊(12e)上，矩形空心墊塊(12e)固定在小車平臺(10)上，矩形空心墊塊(12e)保證絲杠升降機(12a)和桿件(1a、1b、1c、1d)高度一致；所述的扭矩傳感器(12b)一端固定在隨動圓盤(12c)上，另一端將其軸承插入絲杠升降機(12a)中；所述的連接件B(12d)一端通過其自身花鍵與隨動圓盤(12c)相連；中間部分同時插入剛結點夾具E(2e)的鋸齒狀孔中和鉸結點夾具B(2b)的圓孔中；另一端連接轉角傳感器；所述的支承及約束裝置包括反力框架(11)和裝配梁結構的約束支承；所述反力框架(11)為門形剛架形式，包括反力架(11a)和兩個底座(11b)；底座(11b)用于支撐整個裝置；反力架(11a)包括內置導軌的上下兩個橫梁和內置導軌的左右兩個立柱；上下橫梁導軌安裝小車平臺(10)，下橫梁上的小車平臺(10)固定矩形方墩(13)；所述的矩形方墩(13)上方固定圓柱體墊塊(14)或固定滑道(15)，當矩形方墩(13)上方固定圓柱體墊塊(14)時，圓柱體墊塊(14)上方連接支座(3)，支座(3)上方連接鉸結點夾具B(2b)或剛結點夾具D(2d)，實現固定鉸支座或固定支座；當矩形方墩(13)上方固定滑道(15)時，滑道(15)上方連接鉸結點夾具B(2b)，實現活動鉸支座；上述固定支座、固定鉸支座和活動鉸支座構成支承結構；所述的測量設備包括力傳感器(5)、應變片、轉角傳感器(12b)和百分表；所述的百分表固定在反力框架(11)上，用于測量矩形薄片桿件(1a、1c和1d)和變剛度桿件(1b)不同位置的位移；所述的應變片粘貼在矩形薄片桿件(1a、1c和1d)和變剛度桿件(1b)上、下兩側不同位置；所述的力傳感器(5)測量外力對裝配梁結構所施加的荷載值；所述的轉角傳感器(1...

【技術特征摘要】
1.一種裝配梁結構實驗模型，其特征在于，該裝配梁結構實驗模型包括裝配梁結構、蝸輪蝸桿加載裝置、轉角約束及加載裝置、支承及約束裝置和測量設備；所述的裝配梁結構分為靜定結構和超靜定結構兩種基本結構，兩種基本結構均通過桿件和結點連接而成；所述的靜定結構包括矩形薄壁桿件(1c、1d)、變剛度桿件(1b)和三種結點夾具；所述的變剛度桿件(1b)的一端、鉸結點夾具A(2a)和鉸結點夾具B(2b)依次相連，鉸結點夾具B(2b)安裝在支座(3)上，形成固定鉸支座；所述的變剛度桿件(1b)另一端、剛結點夾具C(2c)、矩形薄壁桿件(1c)一端依次相連，實現變剛度桿件(1b)和矩形薄壁桿件(1c)之間的固接；所述的剛結點夾具C(2c)中部與鉸結點夾具B(2b)相連，鉸結點夾具B(2b)安裝在支座(3)上，形成活動鉸支座；所述的矩形薄壁桿件(1c)另一端、鉸結點夾具B(2b)、鉸結點夾具A(2a)與矩形薄壁桿件(1d)一端依次相連，實現矩形薄壁桿件(1c)和矩形薄壁桿件(1d)之間鉸接；所述的矩形薄壁桿件(1d)的另一端、鉸結點夾具A(2a)與鉸結點夾具B(2b)依次相連，鉸結點夾具B(2b)安裝在支座(3)上，形成活動鉸支座；所述的超靜定結構包括矩形薄壁桿件(1a)、變剛度桿件(1b)和四種結點夾具(2a、2b、2c、2d)；所述的變剛度桿件(1b)一端、剛結點夾具D(2d)和支座(3)依次固定連接，形成固定支座；所述的變剛度桿件(1b)的另一端通過剛結點夾具C(2c)與矩形薄壁桿件(1a)的一端固定連接，剛結點夾具C(2c)中部通過銷栓(2f)與鉸結點夾具B(2b)相連，鉸結點夾具B(2b)安裝在支座(3)上部，形成活動鉸支座；所述的矩形薄壁桿件(1a)另一端與鉸結點夾具A(2a)連接，鉸結點夾具A(2a)通過銷栓(2f)與鉸結點夾具B(2b)連接，鉸結點夾具B(2b)安裝在另一個支座(3)上，形成活動鉸支座；所述的蝸輪蝸桿加載裝置有兩種，蝸輪蝸桿加載裝置手動控制施加拉力和壓力，并通過力傳感器(5)在計算機上顯示所加荷載大小；第一種蝸輪蝸桿加載裝置用于對桿件進行加載或卸載，包括蝸輪蝸桿升降機(4)、力傳感器(5)、球鉸(6)、加載桿(7)和桿件夾具A(8)；所述的桿件夾具A(8)用于將桿件夾持固定，桿件夾具A(8)另一端與矩形薄壁桿件(1a、1c、1d)或變剛度桿件(1b)連接，實現對桿件的加載與卸載；另一種蝸輪蝸桿加載裝置用于對結點位置進行加載或卸載，包括蝸輪蝸桿升降機(4)、力傳感器(5)、球鉸(6)、加載桿(7)和桿件夾具B(9)；所述的蝸輪蝸桿升降機(4)、力傳感器(5)、球鉸(6)以及加載桿(7)依次相連；桿件夾具B(9)一端與加載桿(7)相連，另一端與鉸結點夾具B(2b)相連，鉸結點夾具B(2b)與不同結點相連；所述的轉角約束及加載裝置(12)包括絲杠升降機(12a)、扭矩傳感器(12b)、隨動圓盤(12c)和連接件B(12d)；所述的絲杠升降機(12...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳廷國，李映雪，胡喬元，謝鵬，勾國勇，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