[发明专利]一种静力学综合实验平台及实验方法

权利要求书

1.一种静力学综合实验平台，其特征在于，包括带滑槽的台架(1)，台架(1)前后两端分别安装有平面三铰拱结构(2)和平面框架结构(3)，台架(1)的中部安装有位置可调的加载立柱(4)，加载立柱(4)上设置有方位可调且能够在加载立柱(4)上上下移动的水平杆(5)，水平杆(5)端部设置有滑轮(6)；所述平面三铰拱结构(2)和平面框架结构(3)均有两个加载点，当两个加载点均在平面三铰拱结构(2)和平面框架结构(3)的竖直杆上时，必须位于同一水平线上；平面三铰拱结构(2)和平面框架结构(3)还设置有与应变测试仪连接的测量在两个加载点上加载时杆件应变的应变片。

2.根据权利要求1所述的一种静力学综合实验平台，其特征在于：所述平面框架结构(3)和平面三铰拱结构(2)的杆件能够更换为截面形状及尺寸相同材料弹性模量不同的杆件。

3.根据权利要求1所述的一种静力学综合实验平台，其特征在于：所述滑轮(6)在平面框架和三铰拱加载实验中采用动滑轮，在摩擦实验中采用静滑轮。

4.根据权利要求1所述的一种静力学综合实验平台，其特征在于：所述平面框架结构(3)与台架(1)的连接方式采用两端固定铰接形成超静定结构，或者一端固定铰接另一端可动铰接形成静定结构，两种连接方式下结构形状和尺寸完全相同。

5.根据权利要求1所述的一种静力学综合实验平台，其特征在于：所述平面三铰拱结构(2)为由两个直角杆通过铰链(11)铰接而成的静定三铰拱。

6.权利要求1至5任一项所述的静力学综合实验平台的实验方法，其特征在于：

将平面框架结构(3)两端通过固定铰支座连接在台架(1)上形成超静定结构，调节滑轮(6)的方位，使滑轮半径所在平面与平面框架结构(3)共面，柔索一端系在平面框架结构(3)的加载点上，另一端跨过滑轮(6)悬挂砝码，分别在平面框架结构(3)的竖直杆上两个加载点上沿水平方向加载，通过应变片测量不同加载位置时杆件的应变，应变片的信号接入放置在实验装置旁边的应变测试仪，按照惠斯通电桥输出特性和内力测试原理接线，测试杆件的轴力和弯矩，测试结果反映了力在超静定结构中沿其作用线平移对约束力和内力产生的影响；将平面框架结构(3)一端的固定铰支座更换成可动铰支座，平面框架结构(3)成为静定结构，分别在两个加载点水平加载，测量应变，计算约束力和内力，测量结果反映力在静定结构上沿作用线平移对约束力和内力的影响。

对于平面三铰拱结构(2)，采用固定铰支座安装在台架(1)上，构成平面静定结构，两个直角杆铰接在一起，改变水平杆(5)的方位，使得滑轮半径所在平面与平面三铰拱结构(2)所在平面共面，采用柔索跨过滑轮悬挂砝码，在平面三铰拱结构(2)的竖直杆上两个加载点上依次沿水平方向加载同样大小的载荷，通过应变片测量不同加载位置时的应变，应变片的信号接入放置在实验装置旁边的应变仪，按照惠斯通电桥输出特性和内力测试原理接线，测试杆件的轴力和弯矩，测量结果反映了力沿作用线滑移前后对铰链(11)处约束力的影响以及设置应变仪处内力的影响；更换两直角杆的材料，进行同样加载条件下的约束力及内力测量，对比不同材料的静定三铰拱在相同外载荷下的约束力与内力；

在平面框架和三铰拱加载实验中，滑轮(6)采用动滑轮，柔索悬挂的砝码重量即为水平载荷的大小，除了水平加载，将滑轮更换为静滑轮，在滑轮上跨过一柔索，柔索一端悬挂砝码，另一端用测力弹簧拉住，对比砝码重量与测力弹簧测量到的拉力大小，计算出柔索与静滑轮之间的摩擦系数。