[实用新型]轴心受压柱的受力教学演示装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种结构稳定理论和分析课程的教学演示装置，特别是一种轴心受压柱的受力教学演示装置，属于教学辅助设备技术领域。

背景技术

当今高强度材料应用更加广泛，柱子可以做的更加细长，细长柱的设计是以稳定平衡方程为控制条件。结构稳定破坏前的变形可能很小，失稳破坏可能是突然的结构形状的改变，导致结构完全丧失承载能力而整体塌落，后果十分严重。因而对于土木工程专业的学生，掌握钢结构和混凝土结构的稳定理论和分析课程，是十分有必要的。而这门课程的特点是理论性强，公式多而复杂，概念抽象，学生理解困难。轴心受压柱的稳定问题是一个基本概念，属于分岔失稳类型，临界力是其最重要的一个力学特征，它也是偏心受力情况极限承载力的上限值。因此理解柱子内部抗力和外部荷载之间的关系，以及稳定平衡方程和临界荷载的概念是结构稳定理论和分析课程教学中的核心内容和学习难点。在过去的教学中，由于钢结构或钢筋混凝土构件的加工和制作成本高，没有设置轴心受压柱受力的演示实验，教师只能根据教科书上的部分图形对其进行讲解，学生缺乏直观的感性认识，很难理解稳定平衡方程和临界力的概念，从而影响学生对该课程的深入学习和正确应用。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对轴心受压柱的稳定问题提供一种轴心受压柱的受力教学演示装置；通过对该装置的演示，可以帮助学生直观地观察轴心受压柱的不同荷载作用下的受力表现，正确掌握轴心受压柱的稳定平衡方程和临界荷载的概念。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案来实现：

轴心受压柱的受力教学演示装置包括柱子1、支座2、底板3、背板4、双耳挂钩5、砝码6；背板4设置在底板3一侧，支座2设置在底板3上，柱子1固定在支座2上，双耳挂钩5设置在柱子1端部，砝码6挂在双耳挂钩5上，以实现柱子的轴心受力。

所述柱子1可用竹片做成，柱子1一端用两个支座2夹住，支座2固定在底板上，背板4可以刷成白色，并在背板4上标记出一基准线7，基准线7用于标识柱子1不受力状态的位置，当柱子上加两个砝码6后基准线用于测量柱顶的水平位移。

对于柱子1可实施不加砝码、加小砝码和加大砝码的三种荷载工况，用手在柱子1顶端施加一任意位移，观察柱子变形的恢复情况，来理解柱子内部抗力和外部荷载之间的关系，以及稳定平衡方程和临界荷载的概念，实现轴心受压柱的受力教学演示。

本实用新型根据轴心受压柱在不加荷载、加小于临界力荷载和加临界力荷载三种工况的受力表现，来理解柱子稳定理论中的基本概念，即稳定平衡方程和临界荷载；当柱子不加荷载，用手在柱顶施加一任意位移，柱将很快恢复到原处。当柱顶施加一小于临界力的荷载，用手在柱顶施加一任意位移，柱将缓慢恢复到原处。当柱顶施加临界力荷载，用手在柱顶施加一任意位移，柱子留在原处。通过上述演示，可很直观地解答如下一些问题：1、什么情况下对柱子施加变形后能够恢复原位？2、为什么不加荷载时柱子很快恢复原位，而加荷载时柱子是缓慢恢复原位？3、临界力和内弯矩之间的关系是什么？4、为什么在临界力作用下柱子留在原位？

本实用新型装置结构简单，能直观、清楚的为学生讲解轴心受压柱的受力变化情况，该装置适用于产业化生产，有推广应用的前景。

附图说明

图1是本实用新型装置的立体结构示意图；

图2是本实用新型装置的正视结构示意图；

图中：1是柱子；2是支座；3是底板；4是背板；5是双耳挂钩；6是砝码；7是基准线。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不局限于所述内容。

实施例1：如图1、2所示，本轴心受压柱的受力教学演示装置包括柱子1、支座2、底板3、背板4、双耳挂钩5、砝码6；背板4设置在底板3一侧，支座2设置在底板3上，柱子1固定在支座2上，双耳挂钩5设置在柱子1端部，砝码6挂在双耳挂钩5上，以实现柱子的轴心受力；背板4上设置有基准线7；其中所述柱子1为竹片。

柱子1顶先不加荷重，用手在柱子1顶施加一任意位移，如位移，然后松开，柱子1将很快恢复到原处，因松开后没有外部荷载，外弯矩，只有内部抵抗，内弯矩，这时平衡方程。

柱子1顶加两个小砝码6，荷重为，用手在柱子1顶施加一任意位移，如位移，然后松开，柱子1将很缓慢地恢复原位，因松开后外弯矩不再等于零，而是外弯矩，内弯矩为，这时平衡方程。

柱顶加两个大砝码，荷重为，用手在柱顶施加一任意位移，如位移，然后松开，柱将不再恢复原位，而是留在原位，因松开后外弯矩为，内弯矩为，这时平衡方程。