[实用新型]一种多层框架教学实验模型

说明书

技术领域

本发明属于土木工程专业结构力学实验教学领域，涉及一种多层框架教学实验模型，可用于位移法实验、双自由度体系的自由振动实验、双自由度体系的强迫振动实验、近似法求三层框架基频实验。

背景技术

结构力学是高等院校土木工程专业必修的学科，其中多层框架是结构力学教学中的重要模型，此模型涉及到的两类问题(位移法求解超静定结构问题、刚度法求解结构动力特性及动力响应问题)均为结构力学经典教学例题。

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。

刚度法是结构力学求解结构动力特性的基本方法。刚度法从力系平衡角度建立微分方程，其中考虑惯性力作用，通过求解方程得到结构动力特性及动力响应。

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，难免会导致部分同学对相关理论的理解不够深入，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。

本发明多层框架教学实验模型中,加载装置部分的静力加载装置与本课题组已经公开的中国专利(2015107123346一种将力法直观化的教学实验装置；2015107079593一种将位移法直观化的教学实验装置)中的内容相似，公开的内容在在整个装置中的仅起到加载作用，不为本发明的创新结构，本发明激振器加载装置、振动台加载装置基其他结构与之前专利公开的内容完全不同，本发明能够能够用于位移法实验、双自由度体系的自由振动实验、双自由度体系的强迫振动实验和近似法求三层刚架基频实验。

发明内容

本发明针对目前结构力学教学中缺少相关实验内容的现状，能够实现结构力学教学内容的实验化，实现对位移法理论、刚度法理论的验证，并通过实验与理论的差别找出实验误差的原因，使学生在亲身实践和分析中，更深入的理解结构力学的理论知识。

本发明的技术方案如下：

一种多层框架教学实验模型包括多层框架结构、静力加载装置、激振器加载装置、振动台加载装置和测量设备。

所述的多层框架结构包括多个横梁3、底层梁4、两个立柱5、横梁夹具6和底层梁夹具7；所述的横梁数目根据实验需要调整，为1至3个，每个横梁的高度和质量均能够调整，横梁与质量块8连接，调整横梁质量；所述的每个横梁两端通过横梁夹具6与立柱5夹持连接，实现梁柱刚性连接；所述的底层梁4两端通过底层梁夹具7与立柱5底端夹持连接，实现梁柱刚性连接；底层梁4中部与小车平台连接。由于横梁刚度远大于立柱刚度，可以视横梁刚度相对于立柱刚度无穷大，当多层框架结构只受横向荷载时，可认为梁柱节点处无角位移，只有线位移。

所述的静力加载装置包括蜗轮蜗杆升降机9、力传感器10、球铰11、加载杆12、螺纹转换杆13、立柱加载夹具14；所述的蜗轮蜗杆升降机9一端与小车平台15固定连接，小车平台15安装到反力架1导轨上，小车平台15能够沿反力架1导轨任意调整位置；所述的蜗轮蜗杆升降机9另一端与力传感器10一端连接；所述的力传感器10的另一端、球铰11、加载杆12、螺纹转换杆13的一端依次通过螺纹连接；所述的螺纹转换杆13的另一端通过螺纹与横梁夹具6连接，横梁夹具6侧面有匹配的螺纹孔；或者螺纹转换杆13的另一端通过螺纹与立柱加载夹具14连接，立柱加载夹具14通过夹持的方式安装在立柱5的任一位置。所述的球铰11通过其自身的自由转动避免加载装置对框架结构产生弯矩的影响，实验者加载或卸载时，能够通过旋转蜗轮蜗杆升降机上的手轮，实现对框架结构的加载与卸载，并通过力传感器10在计算机上显示所加荷载。

所述的激振器加载装置包括激振器16、转接板17、连接杆18、功率放大器和振动控制仪；所述的激振器16一端通过螺栓与转接板17固定连接，转接板17再与小车平台15相连；所述的激振器16另一端通过螺纹与连接杆18连接，连接杆18通过螺纹与横梁夹具6连接；激振器16通过数据线与功率放大器、振动控制仪相连，后两者控制激振器16，激发动力荷载，并通过电脑输入激振频率，通过振动控制仪上的增益旋钮调整激振力幅值。