[实用新型]一种多功能刚架实验模型

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，涉及一种结构力学教学实验的装置，特别涉及多功能刚架实验模型。

背景技术

结构力学是高等院校土木工程专业必修的学科，其研究对象主要是杆系结构，其具体任务包括研究结构在荷载等因素作用下的内力和位移的计算以及结构的组成规则和合理形式等问题。刚架结构在结构力学教学中占据着举足轻重的地位，利用刚架结构可以实现多种结构力学分析及求解方法的验证，使结构力学中的相关理论更具象与直观化的体现。

虽然理论教学一直以来是高等院校结构力学的主要教学方法，但随着高等教育对实验教学的重视，开展结构力学实验也成为一种势在必行的趋势。实验验证能加深学生对理论知识的理解，在进行实验装置设计时，其设计原则是能充分验证结构力学中相关原理，但若一种实验装置兼具验证多种实验原理的功能，则将大大提升实验装置的创造性和实用性。本实用新型提供了多功能刚架实验模型，通过相同杆件和结点不同方式的组合连接和荷载布置，实现多种结构力学原理的验证，灵活转换，连接方便。

本实用新型教学实验装置中的支撑及约束装置、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和支撑的作用，不为本实用新型的创新结构，本实用新型的刚架结构包括两种结构，与之前专利公开的内容完全不同；刚架结构可根据需要自主设计，不同数量、不同形式的杆件和结点组成不同形式的模型，用于进行不同的结构力学刚架实验，以验证结构力学相关理论，杆件和结点可重复使用。可验证的结构力学相关理论包括：1)刚架几何组成分析；2)结构内力分布；3)刚架主从结构判定；4)功的互等定理；5)探究柔度系数之间的关系；6)非荷载因素对结构的影响。

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，实用新型一种可实现多种结构力学原理的多功能刚架实验模型，该教学实验装置能够实现结构力学教学内容的实验化，使学生在亲身实践和分析中，更深入地理解结构力学相关理论知识。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种多功能刚架实验模型包括刚架结构、刚架结构的约束支撑、支撑及约束装置、加载装置和测量设备。

所述的刚架结构由杆件和结点连接而成，刚架结构分为两类，分别用于I类基本结构和II类基本结构。

所述的杆件根据使用功能及制作工艺的不同分为柱式杆件和梁式杆件。所述的柱式杆件包括固接柱式杆件3d和铰接柱式杆件3a、3b、3c。所述的固接柱式杆件3d的杆身24的一侧与带有斜撑的圆形刚结点盘25焊接，保证固接柱式杆件3d与支座连接的刚度；固接柱式杆件3d的杆身24的另一侧自由端不作任何处理，根据刚度不同分为空心方杆、实心方杆和实心矩形杆。所述的铰接柱式杆件3a、3b、3c一端有一个通孔，另一端为自由端不作任何处理，根据刚度不同分为空心方杆、实心方杆和实心矩形杆。所述的梁式杆件4a、4b、4c、4d的杆身26一端与带有斜撑的L型刚结点夹具I27焊接；L型刚结点夹具I27通过螺栓与另一块形状相同的L型刚结点夹具II5a、5b、5c、5d连接；梁式杆件4a、4b、4c、4d另一端为圆形接头，可与结点通过螺栓直接相连。

所述的结点分为L型刚结点、铰结点、组合结点和一字型刚结点。L型刚结点由梁式杆件与柱式杆件连接处组合而成，具体实施方式为梁式杆件4a、4b、4c、4d上的焊接L型刚结点夹具I27与L型刚结点夹具II5通过螺栓与柱式杆件3a、3b、3c、3d进行夹持连接，通过这种方式可以保证柱式杆件刚度发生变化时L型刚结点的刚度随之改变，确保结点连接的合理性；铰结点由一对扇形铰结点片6a通过螺栓连接梁式杆件4a、4b而成，两扇形铰结点片可绕轴灵活转动；组合结点由一个扇形铰结点片6b与铰接柱式杆件3b通过螺栓组合而成，可根据需要与不同数量的杆件组合成不同类型的组合结点；一字型刚结点在刚架结构上的位置与铰结点一致，用于实施例中替换铰结点的位置形成约束更强的刚架结构，提高结构的灵活性；一字型刚结点由一个刚结点片6c通过螺栓连接梁式杆件4a、4b而成，具有和梁式杆件4a、4b相同的刚度。