[实用新型]一种将位移法直观化的教学实验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于土木工程专业结构力学实验教学领域，涉及一种 将位移法直观化的实验装置。

背景技术

结构力学是高等院校土木工程专业必修学科，其中位移法是结构 力学求解超静定结构在静力荷载下内力和位移的基本方法。

超静定结构在计算上不同于静定结构，超静定结构的内力不能单 从静力平衡条件求出，必须同时考虑变形协调条件。为了计算问题的 方便，常在超静定结构的所有未知量中选取其中一部分作为基本未知 量。位移法便是取某些位移作基本未知量，根据静力平衡条件求解超 静定结构的一种方法。

目前高等院校结构力学的教学方法主要是理论教学，由于缺少对 相关理论的实验验证，导致部分同学对相关理论理解不够深入，甚至 对相关理论产生怀疑。在高等院校结构力学的日常教学中引入实验内 容是今后结构力学教学发展的必然趋势。

实用新型内容

针对现有技术的不足，改变目前结构力学教学中缺少相关实验内 容的现状，实用新型一种将位移法直观化的教学实验装置，该教学实 验装置能够实现结构力学位移法教学内容的实验化，实现对位移法理 论的验证，并可以通过实验与理论的差别找出实验误差的原因，使同 学们在亲身实践和分析中，更深入的理解位移法的理论知识。

本实用新型的技术方案如下：

一种将位移法直观化的教学实验装置由刚架结构、蜗轮蜗杆加载 装置、转角约束及加载装置、支撑及约束装置和测量设备组成。

所述刚架结构由竖向矩形薄壁杆件3a、横向矩形薄壁杆件3b和 刚结点盘4a组成。竖向矩形薄壁杆件3a一端通过螺栓与带有凹槽的 刚结点盘4a相连；另一端通过螺栓与带有凹槽的刚结点盘4b相连， 实现刚架结构与固定支座的连接。横向矩形薄壁杆件3b一端通过螺 栓与带有凹槽的刚结点盘4a相连；另一端通过螺栓与带有凹槽的铰 结点盘5相连，实现刚架结构与铰支座的连接。刚结点盘和铰结点盘 均采用与所连杆件相同的刚度，通过螺栓与结点盘连接形成等刚度模 型。

所述蜗轮蜗杆加载装置由蜗轮蜗杆升降机6、加载杆9、球铰8 和杆件夹具10组成。蜗轮蜗杆升降机6一端通过螺栓与小车平台12a 固定连接，小车平台12a通过底部的四块滑块安装到反力架1导轨上， 小车平台12a可沿反力架1导轨任意调整高度；蜗轮蜗杆升降机6另 一端通过螺纹与力传感器7连接，蜗轮蜗杆升降机6通过旋转手轮对 刚架结构施加荷载；力传感器7通过螺纹与球铰8连接，球铰8通过 螺纹与加载杆9连接，加载杆9通过螺纹与杆件夹具10连接，球铰 8通过其自身的自由转动避免加载装置对刚架结构产生弯矩的影响； 杆件夹具10包括销钉23、加载杆连接件22和两块不同大小的杆件 夹片24；大的杆件夹片24一侧有销孔，加载杆连接件22一侧有销 孔，通过销钉23将二者连接在一起；矩形薄壁杆件3a垂直穿过两块 杆件夹片24形成的凹槽，每块杆件夹片24上有四个螺栓孔，通过螺 栓将矩形薄壁杆件3a和杆件夹片24连接；杆件夹具10可以实现加 载装置与横向薄壁杆件3b或竖向薄壁杆件3a连接，同时通过杆件夹 具10销结构避免弯矩传递。通过蜗轮蜗杆加载装置，实现对刚架结 构的加载与卸载，蜗轮蜗杆加载装置可手动控制施加拉力和压力，通 过力传感器7在计算机上显示所加荷载，实现对刚架结构的加载与卸 载。

转角约束及加载装置由X‐Y向随动工作台20、扭矩传感器18和 丝杠减速机19组成，X‐Y向随动工作台20由水平导轨13d、竖直导 轨13c、小车平台12f和小车平台12g组成。扭矩传感器18一端通过 螺栓固定在刚结点盘4a上，另一端插入丝杠减速机19内；丝杠减速 机19通过螺栓安装到小车平台12f上，小车平台12f通过滑块与竖直 导轨13c相连，竖直导轨13c通过螺栓与小车平台12g相连，小车平 台12g通过滑块与水平导轨13d相连，水平导轨13d通过螺栓与侧向 反力架21平板中部相连。X‐Y向随动工作台20可使转角约束及加载 装置随结构自由的沿水平导轨13d和竖直导轨13c运动；转角约束及 加载装置可用于约束刚架结构在刚结点盘4a的转动，通过扭矩传感 器可测出刚架结构在结点处产生的扭矩；转角约束及加载装置还可以 通过对刚架结构刚结点盘4a施加扭矩，使刚架结构在结点处产生角 位移，通过转角传感器可测出角位移数值。

支承及约束装置由反力框架和刚架结构的约束支承组成。