專利名稱：積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種力學性能試驗機裝置，具體地說是一種積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架，能夠進行各種平面桿件結構的力學性能實驗。
背景技術：
結構力學是土木工程各學科的專業基礎課，一方面以高等數學、理論力學、材料力學等課程為基礎；另一方面，它又是鋼結構、鋼筋混凝土結構、土力學與地基基礎、高層建筑結構、建筑結構抗震設計等專業課的基礎，在整個課程體系中處于承上啟下的核心地位。實驗教學是培養學生工程實踐能力和創新意識的一種重要手段，通過實驗教學能使學生更好的理解結構力學理論課程的基本概念和分析方法，啟發學生的創造思維和培養創新能力。然而，傳統《結構力學》課程是沒有實驗內容的，這嚴重影響了學生對理論內容的理解和掌握。目前，在國內沒有一家學校開設“結構力學實驗”課程，自然也沒有結構力學實驗教學的可用儀器設備。煙臺大學工程力學實驗中心所開發的“結構力學組合實驗機”沒按實際工程那樣制作結點，實驗跟實際結構受力變形是不相符的，這必然導致試驗模型與工程實際嚴重脫節，不利于讓學生通過實驗了解計算簡圖僅僅是一種人為簡化假設，實際工程結構與按計算簡圖所得結果是存在差異的，實際結構模型是要通過實驗和精細化分析來修正的思想。此外，武漢大學出版社2006出版的《結構力學實驗》，但實驗主要用材料力學試驗機進行，部分實驗本身就是屬于材料力學實驗，例如中心壓桿的穩定實驗，眾所周知要想做出材料力學的歐拉臨界力并非易事，桿件稍有初缺陷或加載稍有偏心，都做不出歐拉臨界力的結果，多數情況所做出的結果應該是非完善體系的臨界力。劉禮華并沒有為桿件結構的力學實驗設計、制作專用的試驗機。除此之外，沒有獲得平面桿件結構力學實驗的相關fe息。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是克服上述現有技術價格昂貴、與工程實際狀態不符的不足，提供一種結構合理，成本低，組合簡便，安裝可靠、穩定，使用方便，能滿足結構力學教學內容需要的積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架。本實用新型解決上述技術問題的技術解決方案是一種積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架，包括有底座、立柱、蓋板、若干個橫梁、試驗桿件及其連接件，兩根立柱固定在底座兩端，蓋板安裝在兩根立柱頂部，它們之間通過螺栓裝配連接，構成主體框架，其特征是所述底座上設有上開口水平滑槽，底座上通過該滑槽安裝有第一固定支座和滑動支座；所述立柱外側設有豎向滑槽，并用螺栓與L型連接板一側連接，L型連接板另一側與橫梁連接固定；所述若干個橫梁平行安裝在兩根立柱的兩側，可沿立柱上下升降，每個橫梁上設有若干條等間距的側開口水平滑槽，橫梁上通過該滑槽安裝有第二固定支座、滑動鉸支座、限位支座和加載裝置底板；所述試驗桿件通過連接件相連，并根據實驗要求安裝相應支座之間。本實用新型所述底座上設有兩條上開口水平滑槽，兩條上開口水平滑槽分別位于立柱的兩側。本實用新型所述立柱兩側還設有導向滑槽，橫梁背面上相應地設有與導向滑槽配合的導向凸條。這樣可以使橫梁和立柱間連接、移動更可靠、穩定。本實用新型所述試驗桿件為等長標準件，試驗桿件之間通過連接件連接，并安裝在相應的支座間。所述連接件包括有一字型連接件、L型連接件、T型連接件。本實用新型所述橫梁上加載裝置底板通過螺栓與測試儀器儀表或加載裝置的底座相連，以實現測試儀器儀表、加載裝置任意位置放置。本實用新型所述立柱上設有高度刻度標尺，方便實現橫梁上下升降定位。本實用新型所述連接件與試驗桿件端部均設有螺栓孔，試驗桿件上螺栓孔為光滑圓孔，連接件上螺栓孔設有絲扣，通過螺栓實現連接件與試驗桿件之間的固結或鉸接。本實用新型所述連接件與試驗桿件固結部位上部連接有加固蓋板，所述加固蓋板為一字型和L型。以保證固結時，連接件與試驗桿件之間不發生轉動。本實用新型由底座、立柱、蓋板、若干條橫梁構成主體框架，在主體框架安裝各種支座形成的支撐約束裝置和防止構件平面外變形的限位裝置以及方便學生組裝任意模型的構件連接裝置。對照現有技術，本實用新型可以方便地安裝加載各種測試儀器儀表、連接安裝各種試驗桿件；能保證結構和荷載作用位于同平面，防止平面外變形；學生可以在自主設計實驗模型和實驗方案的要求下，實現積木式可靠組裝。其結構合理，成本低，組合簡便，安裝可靠、穩定，使用方便，能滿足結構力學教學內容需要。本實用新型彌補了國內進行《結構力學》實驗教學無試驗機的空白；在滿足實驗基本要求，可做靜力、動力、移動荷載下的各種試驗，具有足夠的測量精度，只要較少的設備資金投入即可實現多組學生自主設計、開放式、創新性實驗的目的；可提高教學質量，使學生明確理想化計算簡圖與實際工程結構受力變形是有差異的，實際工程結構的計算模型是需要通過實驗進行模型修正才能得到的；同時，也為開設創新的《精細化分析和模型修正識別》課程奠定了基礎。
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。
圖1是本實用新型的組成結構示意圖。圖2是本實用新型底座的平面示意圖。圖3是圖2的A-A向剖示圖。圖4是本實用新型立柱的俯視示意圖。圖5是本實用新型橫梁的平面示意圖。圖6是圖5的B-B向剖示圖。圖7是本實用新型第一固定支座的示意圖。圖8是本實用新型滑動支座的示意圖。圖9是本實用新型滑動鉸支座示意圖。
圖10是本實用新型第二固定支座示意圖。
圖11是本實用新型限位支座示意圖。[0026]
圖12是本實用新型一字型連接件示意圖。
圖13是本實用新型L型連接件示意圖。
圖14是本實用新型T型連接件示意圖。
圖15是本實用新型一字型加固蓋板示意圖。
圖16是本實用新型構件裝配成的梁式模型示意圖。
圖17是本實用新型構件裝配成的鋼架模型示意圖。圖中的標號是1.底座，2.立柱，3.蓋板，4.橫梁，5.第一固定支座，6.滑動支座，7.滑動鉸支座，8.第二固定支座，9.限位支座，10.加載裝置底板，11. 一字型連接件，12. L型連接件，13. T型連接件，14.加固蓋板。1-1.上開口水平滑槽，2-1.豎向滑槽，2-2.導向滑槽，4-1.側開口水平滑槽，7-1.底板，7-2.滾軸，7-3.蓋板，9-1.限位支座底板，9-2.限位支座滾軸，9-3.限位支座螺桿。
具體實施方式
從
圖1中可以看出，一種積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架，包括有底座1、立柱2、蓋板3、若干個橫梁4、若干支座、試驗桿件及其連接件等。兩根立柱2固定在底座1兩端，蓋板3安裝在兩根立柱2頂部，它們之間通過螺栓裝配連接，底座1通過其上螺孔與下部平墊板螺栓相連，并通過其上螺孔與兩側立柱2相連，構成整個裝置的主體框架。從圖2、圖3中可以看出，本實用新型所述底座1設有兩條上開口水平滑槽1-1，以便在底座1水平滑槽1-1上任意位置設置各種相應的支座。具體是所述底座1上通過上開口水平滑槽1-1上安裝有第一固定支座5、滑動支座6。兩條上開口水平滑槽1-1分別位于立柱2的兩側。圖4是本實用新型立柱的俯視示意圖。從圖4中可以看出，所述立柱2外側設有豎向滑槽2-1，并用螺栓與L型連接板一側連接，L型連接板另一側與橫梁4連接固定。橫梁4以及L型連接板可通過調節螺栓沿豎向滑槽2-1相對立柱2上下移動，任意高度位置定位。本實用新型所述立柱2兩側還設有導向滑槽2-2，橫梁4背面上相應地設有與導向滑槽配合的導向凸條。這樣可以使橫梁4和立柱2間連接、移動更可靠、穩定，從而實現橫梁4自由上下升降。本實用新型所述立柱2上設有高度刻度標尺，方便實現橫梁上下升降定位。圖5是本實用新型橫梁的平面示意圖，圖6是圖5的B-B向剖示圖。從圖5、圖6中可以看出，所述若干個橫梁4上下平行安裝在兩根立柱2的兩側，可沿立柱上下升降。每個橫梁4上設有若干條等間距的側開口水平滑槽4-1，橫梁4上通過該滑槽安裝有第二固定支座8、滑動鉸支座7、限位支座9和加載裝置底板10 ；側開口水平滑槽4-1之間的間距相等。本實用新型所述橫梁上加載裝置底板10通過螺栓與測試儀器儀表或加載裝置的底座相連，以實現測試儀器儀表、加載裝置任意位置放置。圖7是本實用新型第一固定支座的示意圖。第一固定支座5底部通過連接底板和螺栓固定在上開口水平滑槽1-1上，可實現該支座任意位置放置。第一固定支座5上部通過特種螺栓與試驗桿件連接，該特種螺栓為后部光圓、前部帶有絲扣的螺栓。可以實現試驗桿件固定端連接或活動鉸接。具體是第一固定支座5上部連接部設有兩個螺孔，當用兩個特種螺栓將第一固定支座5和試驗桿件連接并加兩個L型加固蓋板，實現試驗桿件的固定端連接，此時，第一固定支座5起固定端支座的作用；當用一個特種螺栓將第一固定支座5和試驗桿件連接，通過特種螺栓后部光圓，實現試驗桿件的活動鉸接，此時，第一固定支座5起固定鉸支座的作用。圖8是本實用新型滑動支座的示意圖。從圖8中可以看出，該滑動支座6底部通過螺栓和滑動導軌上蓋板相連，以實現該支座的滑動。滑動導軌為市購標準件，其通過連接底板和螺栓固定在上開口水平滑槽1-1上，可實現滑動支座6的任意位置放置。該滑動支座6上部通過特種螺栓與試驗桿件連接，該特種螺栓為后部光圓、前部帶有絲扣的螺栓，可以實現試驗桿件的滑動鉸支座連接或定向支座連接，具體是滑動支座6上部連接部設有兩個螺孔，當用兩個特種螺栓將滑動支座6和試驗桿件連接并加兩個L型加固蓋板，實現定向支座作用；當用一個特種螺栓將滑動支座6和試驗桿件連接，通過特種螺栓后部光圓，實現滑動鉸支座作用。圖9是本實用新型的滑動鉸支座示意圖。從圖9中可以看出，所述滑動鉸支座7是由底板7-1、兩個滾軸7-2和蓋板7-3組成。底座7-1和橫梁4通過螺栓連接，滑動鉸支座7底部通過連接底板7-1和螺栓固定在橫梁4的側開口水平滑槽4-1上，可實現該支座在橫梁4上任意位置的水平放置或垂直放置。上部試驗桿件直接穿過兩個滾軸7-2，形成滑動相連。滑動鉸支座7可實現水平滑動鉸支座和豎向滑動鉸支座的作用，二者區別僅在使用時放置方向相差90°C。
圖10為本實用新型的第二固定支座示意圖。從
圖10中可以看出，第二固定支座8底部通過連接底板和螺栓固定在橫梁4的側開口水平滑槽4-1上，可實現該支座在橫梁4上任意位置的水平放置或垂直放置，起水平固定支座和豎向固定支座的作用。二者區別僅在使用時放置方向相差90°C。第二固定支座8上部通過特種螺栓與試驗桿件連接，該特種螺栓為后部光圓、前部帶有絲扣的螺栓，可以實現試驗桿件固定端連接或活動鉸接。具體實現方式與第一固定支座8相同。
圖11為本實用新型的限位支座示意圖。從
圖11中可以看出，限位支座9由限位支座底板9-1、兩個限位支座滾軸9-3和限位支座螺桿9-2組成，限位支座底板9-1和橫梁4通過螺栓連接，限位支座底板9-1與限位支座滾軸9-3通過限位支座螺桿9-2連接，限位支座滾軸9-3長度小于限位支座螺桿9-2長度，以實現限位支座滾軸9-3沿限位支座螺桿9-2自由滑動。限位支座9可實現水平外限位，可以水平設置，也可以豎向設置，方向相差90 0C，實現水平向平面外限位和豎向平面外限位。本實用新型所述試驗桿件為等長標準件，試驗桿件之間通過連接件連接，并根據試驗要求安裝在相應的支座間。所述連接件包括有一字型連接件11、L型連接件12、T型連接件13。如
圖12、
圖13、
圖14所示。本實用新型所述連接件與試驗桿件端部均設有螺栓孔，試驗桿件上螺栓孔為光滑圓孔，連接件上螺栓孔設有絲扣，通過特種螺栓實現連接件與試驗桿件之間的固結或鉸接。該特種螺栓為后部光圓、前部帶有絲扣的螺栓。可以實現試驗桿件之間固結或鉸接。一字型連接件11與兩根試驗桿件相連，可實現水平方向或者垂直方向桿件的接長。L型連接件12也與兩根試驗桿件相連，實現一根水平桿件和一根垂直桿件交點的連接，一般用于模型角點連接；T型連接件13通過螺栓和三根試驗桿件相連，實現兩根水平桿件與一根豎向桿件或者兩根豎向桿件與一根水平桿件交點的連接，一般用于模型中間結點連接。[0045]本實用新型所述連接件與試驗桿件固結部位上部連接有加固蓋板14，所述加固蓋板14為一字型加固蓋板和L型加固蓋板。其通過螺栓與試驗桿件及連接件相連。
圖15是本實用新型一字型加固蓋板示意圖。一字型加固蓋板14用于加固一字型連接件與試驗桿件之間的連接；L型加固蓋板用于加固L型連接件及T型連接件與試驗桿件之間的連接。加固蓋板14的作用是保證固結連接的牢固度，使試驗桿件之間不發生轉動和移動。
圖16是本實用新型構件裝配成的梁式模型示意圖。采用上述構件裝配成的梁式模型由滑動鉸支座7、第二固定支座8、加載裝置底板10、一字型連接件11及試驗桿件組成。其中滑動鉸支座7、第二固定支座8及加載裝置底板10與橫梁4通過螺栓連接。滑動鉸支座7和試驗桿件之間的連接是直接讓試驗桿件穿過滑動鉸支座7的滾軸7-2實現。第二固定支座8和試驗桿件連接是通過兩個螺栓固定連接。加載裝置通過螺栓連接在加載裝置底板10上，并通過力傳感器對試驗桿件施加荷載，可實現任意位置水平、豎向荷載施加。試驗桿件和一字型連接件11之間通過螺栓連接，可實現固結或鉸接連接。
圖17是本實用新型構件裝配成的鋼架模型示意圖。采用上述構件裝配成的鋼架模型由第一固定支座5、滑動支座6、滑動鉸支座7、限位支座9及一字型連接件11、L型連接件12、T型連接件13、試驗桿件等組成。其中，第一固定支座5與底座1上水平滑槽1-1螺栓連接，上部通過所述的特種螺栓與試驗桿件相連。滑動支座6放置在與底座1螺栓連接的滑動導軌上，上部通過所述的特種螺栓與與試驗桿件相連。滑動鉸支座7及限位支座9連接方式相同，均是底部通過螺栓與橫梁4相連，外部直接讓試驗桿件穿過滾軸實現。一字型連接件11通過螺栓和兩根試驗桿件相連，實現桿件水平或垂直方向接長；L型連接件12通過螺栓和兩根試驗桿件相連，實現一根水平桿件和一根垂直桿件交點的連接，一般用于模型角點連接；T型連接件13通過螺栓和三根試驗桿件相連，實現兩根水平桿件與一根豎向桿件或者兩根豎向桿件與一根水平桿件交點的連接，一般用于模型中間結點連接。本實用新型由底座、立柱、蓋板、若干條橫梁構成主體框架，在主體框架安裝各種支座形成的支撐約束裝置和防止構件平面外變形的限位裝置以及方便學生組裝任意模型的構件連接裝置。可以方便地安裝加載各種測試儀器儀表、連接安裝各種試驗桿件；能保證結構和荷載作用位于同平面，防止平面外變形；學生可以在自主設計實驗模型和實驗方案的要求下，實現積木式可靠組裝。其結構合理，成本低，組合簡便，安裝可靠、穩定，使用方便，能滿足結構力學教學內容需要。
權利要求1.一種積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架，包括有底座、立柱、蓋板、若干個橫梁、試驗桿件及其連接件，兩根立柱固定在底座兩端，蓋板安裝在兩根立柱頂部，它們之間通過螺栓裝配連接，構成主體框架，其特征是所述底座上設有上開口水平滑槽，底座上通過該滑槽安裝有第一固定支座和滑動支座；所述立柱外側設有豎向滑槽，并用螺栓與L型連接板一側連接，L型連接板另一側與橫梁連接固定；所述若干個橫梁平行安裝在兩根立柱的兩側，可沿立柱上下升降，每個橫梁上設有若干條等間距的側開口水平滑槽，橫梁上通過該滑槽安裝有第二固定支座、滑動鉸支座、限位支座和加載裝置底板；所述試驗桿件通過連接件相連，并根據實驗要求安裝各種支座之間。
2.根據權利要求1所述積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架，其特征在于所述底座上設有兩條上開口水平滑槽，兩條上開口水平滑槽分別位于立柱的兩側。
3.根據權利要求1所述積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架，其特征在于所述立柱兩側還設有導向滑槽，橫梁背面上相應地設有與導向滑槽配合的導向凸條。
4.根據權利要求1所述積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架，其特征在于所述試驗桿件為等長標準件，試驗桿件之間通過連接件連接，所述連接件包括有一字型連接件、L型連接件、T型連接件。
5.根據權利要求1所述積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架，其特征在于所述連接件與試驗桿件端部均設有螺栓孔，試驗桿件上螺栓孔為光滑圓孔，連接件上螺栓孔設有絲扣，通過螺栓實現連接件與試驗桿件之間的固結或鉸接。
6.根據權利要求1所述積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架，其特征在于所述連接件與試驗桿件固結部位上部連接有加固蓋板，所述加固蓋板為一字型和L型。
7.根據權利要求1所述積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架，其特征在于所述立柱上設有高度刻度標尺。
專利摘要本實用新型涉及一種積木式平面結構力學性能萬能實驗臺架，包括有底座、立柱、蓋板、若干個橫梁、各種支座、試驗桿件及其連接件，所述底座上設有上開口水平滑槽，實現任意位置安裝第一固定支座和滑動支座；所述立柱外側設有豎向滑槽，通過L型連接板與橫梁相連，實現橫梁上下自由升降；所述若干個橫梁平行安裝在兩根立柱的兩側，橫梁上設置若干側向水平滑槽，實現任意位置安裝有第二固定支座、滑動鉸支座、限位支座和加載裝置底板；所述試驗桿件通過連接件可任意組裝，并根據實驗要求安裝在相應的支座之間。本實用新型結構合理，組合簡便，安裝可靠、穩定，成本低，可以方便實現試驗模型積木式可靠組裝，能滿足結構力學教學內容需要。
文檔編號G09B23/10GK202331993SQ20112033733
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者王煥定, 王瑞, 陳再現 申請人:哈爾濱工業大學(威海)