專利名稱：一種結構動力特性演示模型的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑結構動力特性演示模型。
背景技術：
建筑結構動力特性決定了結構在外激勵作用下的動力響應。建筑結構動力特性取決于結構的質量、剛度和阻尼，結構的這些參數的變化對結構動力特性起著關鍵的影響作用。但是，對一般的建筑物進行測量上述參數具有很大的難度，因此，如何通過試驗直觀演示質量、剛度、阻尼變化對結構動力特性的影響對教學和科研工作具有重要意義。目前我們結構試驗中應用的試驗模型都為振動臺試驗設計，大多比較笨重，而且變換模型的參數不太方便。構建一個能夠連接不同的剛度元件、阻尼元件、質量元件的模型，還能夠對該模型施加簡諧、沖擊、隨機荷載等幾種典型的激勵荷載，從而解決了通過試驗演示結構參數對結構動力特性的影響，以及測試出結構在幾種典型外荷載激勵下的響應情況。
發明內容
本發明的效果在于提供一種通過試驗演示結構動力特性的結構試驗模型，通過改變結構的剛度、質量、阻尼等參數來改變結構的動力特性，包括結構的周期、頻率、結構阻尼比；通過對模型施加幾種典型的激勵荷載作用，演示其對結構的速度、加速度、位移反應的影響情況。
本發明的效果是通過下列方案實現的本發明的結構動力特性演示模型是由2根或2根以上的柱、梁及柱腳組成的，柱和梁之間通過螺栓連接，其特點是柱和梁的節點上連接有連接板，連接板上設有沉頭螺紋及連接板預留連接孔；梁上設有樓板，樓板上設有樓板預留連接孔。
連接板通過螺栓連接到柱及梁的節點上，連接板上的沉頭螺紋可連接剛度元件，連接板預留連接孔可連接阻尼元件。
樓板通過螺栓固定在梁上，樓板上的樓板預留連接孔可連接質量元件以及外界荷載激勵元件。
剛度元件的兩端各設有螺孔，剛度元件通過螺栓連接到沉頭螺紋上。
阻尼元件的兩端各設有螺孔，阻尼元件通過螺栓連接到連接板預留連接孔上，連接方式是沿梁、柱形成的矩形框的對角連接。
質量元件的下部焊接有螺栓，質量元件通過上述螺栓連接到樓板預留連接孔上。
通過上述剛度元件、阻尼元件和質量元件的連接來調節結構的質量、剛度和阻尼參數。
外界荷載激勵元件是由偏心電機及電機底座組成，其上設有偏心質量連接孔，電機底座底部設有用于與樓板預留連接孔連接的固定螺栓。偏心電機的轉速和偏心質量大小和偏心距可調，由此可以實現簡諧激勵的幅值、頻率可調。
偏心質量連接孔上可連接偏心質量，偏心質量上設有用于固定螺栓，使之能與上述偏心質量連接孔連接。
結構的沖擊荷載由錘擊實現，隨機荷載由安裝于結構上的調速風扇實現。
本發明的優點是(1)可以方便的改變結構模型的質量、剛度和阻尼等參數，從而改變結構模型的動力特性，并且方便地演示結構動力特性受結構參數的影響。
(2)本模型用螺栓連接，方便拆卸和安裝。
(3)本發明模型可以方便的布置幾種典型的激勵荷載，荷載方式可以有a沖擊荷載b隨機激勵荷載c簡諧激勵荷載上述幾種激勵荷載的作用位置、荷載大小、荷載的頻率均可調。
圖1是本發明的結構系統示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為剛度元件的結構示意圖；圖4為阻尼元件結構圖；圖5為質量元件的結構示意圖；圖6為外界荷載激勵元件及偏心質量的結構示意圖。
圖中柱1、梁2、樓板3、連接板4、沉頭螺紋5、連接板預留孔6、柱腳7、質量元件8、樓板預留連接孔9、剛度元件10、阻尼元件11、質量元件連接螺栓13、偏心電機14、外界荷載激勵元件15、偏心質量連接孔16、電機底座17、電機固定螺栓18、偏心質量19，偏心質量固定螺栓20。
具體實施例方式
實施例1本發明的結構動力特性演示模型如圖1、2所示，是由2根或2根以上的柱1、梁2及柱腳7組成，柱1和梁2之間通過螺栓連接，連接板4通過螺栓連接在梁2及柱1的節點上，連接板4上設有沉頭螺紋5及連接板預留連接孔6，分別用于固定剛度元件10和阻尼元件11；樓板3的四周通過螺栓固定在梁2上，樓板3上設有樓板預留連接孔9，用于固定質量元件8以及固定外界荷載激勵元件15。
本發明的各種元件如圖3、4、5、6所示，剛度元件10是由扁鋼制作成，兩端各預留3個連接孔，做成多套不同剛度的剛度元件，每一端通過3個螺栓連接到連接板4上。阻尼元件11是由粘彈性材料制成，兩端各留一個連接孔，做成多套不同阻尼的阻尼元件，兩端通過螺栓連接到連接板預留孔6上，連接方式是沿梁、柱形成的矩形框的對角連接。質量元件8是多套不同質量的標準質量塊，下部焊接螺栓13，通過螺栓13固定到樓板3的預留孔9上。荷載激勵元件15由偏心電機及電機底座組成，其上設有偏心質量連接孔，電機底座底部設有用于與樓板預留連接孔連接的固定螺栓，轉速、偏心質量和偏心距可調。
實施例2如圖1、3所示，可以把每個柱1的兩個方向都固定剛度元件10，就整體改變了結構的剛度參數，而結構的質量和阻尼不變；若只連接一個方向的剛度元件10則結構只有一個方向的剛度改變，另外一個方向改變很小；也可以選擇某層連接剛度元件10，僅改變特定層的剛度。
實施例3如圖1、4所示，可以將阻尼元件11通過兩端的連接孔通過螺栓連接在連接板4上，連接方式是沿梁柱形成的矩形框的對角連接，這樣可以改變結構的阻尼參數。可以選擇結構中每個對角都連接阻尼元件11，也可以選擇特定的層連接阻尼元件11。
實施例4如圖1、5所示，可以改變固定在樓板3上固定的質量元件8的數量或質量大小，改變結構的質量參數。改變形式可以每層都變，也可以只變化特定層的質量；或將固定質量偏向于結構的一側，使結構產生偏心扭轉，可以測試結構的扭轉響應。
實施例5如圖1、6所示可以對結構施加簡諧荷載，簡諧荷載通過連接于連接孔9的荷載激勵元件15實現，并且簡諧荷載的頻率、幅值可以通過調節偏心電機14的轉速和偏心質量19的大小可改變，偏心距可以通過選擇連接不同的偏心質量連接孔16來改變；所施加荷載的位置也可以通過固定激勵元件15的孔位9不同而改變。
實施例6可以對結構施加沖擊荷載，通過敲擊方式施加沖擊荷載。
實施例7可以對結構施加隨機荷載，通過可以調速的小風扇實現，將小風扇安裝于連接孔9，施加風荷載時隨機改變風速，實現隨機荷載的加載。
權利要求
1.一種結構動力特性演示模型，是由2根或2根以上的柱(1)、梁(2)及柱腳(7)組成，柱(1)和梁(2)之間通過螺栓連接，其特征在于柱(1)與梁(2)的節點上連接有連接板(4)，所述連接板(4)上設有沉頭螺紋(5)及連接板預留連接孔(6)；梁(2)上設有樓板(3)，所述樓板(3)上設有樓板預留連接孔(9)。
2.根據權利要求1所述的結構動力特性演示模型，其特征在于所述連接板(4)通過螺栓連接到柱(1)及梁(2)的節點上。
3.根據權利要求1或2所述的結構動力特性演示模型，其特征在于所述沉頭螺紋(5)可連接剛度元件(10)，連接板預留連接孔(6)可連接阻尼元件(11)。
4.根據權利要求1所述的結構動力特性演示模型，其特征在于所述樓板(3)通過螺栓固定在梁(2)上。
5.根據權利要求1或4所述的結構動力特性演示模型，其特征在于所述樓板預留連接孔(9)可連接質量元件(8)以及外界荷載激勵元件(15)。
6.根據權利要求3所述的結構動力特性演示模型，其特征在于所述剛度元件(10)的兩端各設有用于連接在沉頭螺紋(5)上的螺栓。
7.根據權利要求3所述的結構動力特性演示模型，其特征在于所述阻尼元件(11)的兩端各設有用于連接在連接板預留連接孔(6)上的螺栓。
8.根據權利要求5所述的結構動力特性演示模型，其特征在于所述質量元件(8)的下部焊接有用于與樓板預留連接孔(9)連接的螺栓(13)。
9.根據權利要求5所述的結構動力特性演示模型，其特征在于所述外界荷載激勵元件(15)是由偏心電機(14)及電機底座(17)組成，其上設有偏心質量連接孔(16)，電機底座(17)底部設有用于與樓板預留連接孔(9)連接的固定螺栓(18)。
10.根據權利要求9所述的結構動力特性演示模型，其特征在于所述偏心質量連接孔(16)上可連接偏心質量(19)，所述偏心質量(19)上設有用于與偏心質量連接孔(16)連接的固定螺栓(20)。
全文摘要
本發明涉及一種建筑結構動力特性演示模型。本發明的結構動力特性演示模型是由2根或2根以上的柱、梁及柱腳組成的，柱和梁之間通過螺栓連接，其特點是柱和梁的節點上連接有連接板，連接板上設有沉頭螺紋及連接板預留連接孔；梁上設有樓板，樓板上設有樓板預留連接孔。可以方便的改變結構模型的質量、剛度和阻尼等參數，從而改變結構模型的動力特性，并且方便地演示結構動力特性受結構參數的影響。具有方便拆卸和安裝等特點。
文檔編號G01N19/00GK1746652SQ20041005139
公開日2006年3月15日 申請日期2004年9月8日 優先權日2004年9月8日
發明者孫作玉, 程樹良 申請人:廣州大學