[发明专利]一种模块化结构力学实验平台系统

说明书

本发明公开一种模块化结构力学实验平台系统，包括实验操作平台、实验结构体系、加载装置和测量装置，实验结构体系包括标准杆件、连接结点和支座部件，标准杆件是构成实验结构的基本模块；连接结点用于连接标准杆件，实现标准杆件之间的铰接或刚接连接；支座部件与实验结构通过连接结点相连，将实验结构固定于实验操作平台上，并对实验结构提供边界约束；加载装置用于对实验结构施加荷载，现理论教学中的荷载条件；测量装置用于测量实验结构的荷载、变形、内力力学指标。本发明提供土木工程专业教学中的模块化结构力学实验平台系统，具有操作安全、精确度高、设计性强、功能全面、教学效率高等优点，实现《结构力学》课程实验部分的自主式教学。

技术领域

本发明涉及土木工程专业的教学和科研实验装置领域，具体地，涉及一种模块化结构力学实验平台系统。

背景技术

《结构力学》作为土木工程专业的核心课程，在整个专业知识体系当中起到承上启下的作用。该课程以高等数学作为基本计算方法，在理论力学和材料力学课程的基础上针对普遍的理想化结构模型进行深度研究，并为钢筋混凝土结构、钢结构、地基基础工程、地下空间结构等专业课程提供重要理论基础。经过多年的发展，结构力学的知识已形成了完备的理论体系。

多年来，工程教育理念提倡理论与实践相结合的教学模式，随着国家对高等教育重视程度的提高，少数高校尝试了将实践课程引入到结构力学课程的教育中来，这主要通过开展实验教学来实现。然而，这些实验教学通常基于两种形式的实验设备：一是基于材料力学实验设备，二是搭建了结构力学实验教学平台。在采用材料力学实验设备的条件下，实验教学项目通常局限于对单根杆件的实施。然而，结构力学的研究范畴囊括了杆系结构，因此仅基于材料力学实验设备的教学显然是不满足且不合适的。一些高校尝试开发了结构力学实验教学平台，这相对于采用材料力学实验设备具有进步意义，是提高结构力学教学质量的良好趋势。然而，当前应用的实验平台通常存在着结构对象单一、实验功能局限、可操作性差等缺点。

经检索，中国发明专利(公告号CN 102394020 B)提出了一种积木式平面结构力学性能万能实验台架，实验模型采用模块化设计，然而其实验杆件采用等长设计，无法对更为普遍的不等跨结构进行实验分析。经检索，中国发明专利(公告号CN 104751704 A)针对平面杆系结构，提出了一种组合式多功能结构力学实验台架，其实验对象采用组合拼装式设计，然而其结构支座布置相当局限(仅能布置于台架的竖向边框上)，并且仅可施加单个竖向集中力，其实验对象和功能的多样性受到了制约。经检索，中国发明专利(公告号CN104332086 B)提出了一种结构力学实验平台，可实现对空间三维杆系结构的实验研究，然而未涉及实验结构的模块化设计和拼装。经检索，中国发明专利(公告号CN 104568601 B)同样针对空间杆系结构，提出了一种空间结构力学实验装置，其实验结构可实现模块化拼装，然而结构杆件之间仅能实现刚接连接，不能实现铰接连接，同时，其加载装置仅能实现竖向加载，这些因素限制了其实验功能的多样化。同时，以上两种空间实验装置在实施平面结构实验时，无法为实验结构提供平面外支撑。

值得注意的是，相比于空间结构实验，平面结构实验更利于初学者对理论原理的学习和理解，并且结构力学课程以平面杆系结构作为重点介绍对象，因此，开展平面结构实验更易达到实验教学目的。

因此，目前教学工作过程中需要一种针对平面杆系结构，设计构造安全、功能全面、设计性强的结构力学实验教学系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种模块化结构力学实验平台系统，可对结构力学的基本原理和基本方法进行再现和验证，该系统结构合理、操作安全、精确度高，可实现学生自主设计并实施实验方案，并且可实现多组实验的同时开展，兼顾教学效率。

根据本发明提供的一种模块化结构力学实验平台系统，所述系统包括实验操作平台、实验结构体系、加载装置和测量装置；其中，

所述实验操作平台设有至少一个操作平面，用于支撑所述实验结构体系、所述加载装置和所述测量装置；