專利名稱：混凝土結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)試驗演示的方法、系統(tǒng)及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于教學(xué)儀器領(lǐng)域，涉及教學(xué)試驗演示的方法、系統(tǒng)，尤其是一種 可用于混凝土結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)試驗演示的方法、系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
混凝土結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)試驗系統(tǒng)一般包括四個部分(1)試驗加載系統(tǒng)，
(2)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，(3)試驗現(xiàn)象與試驗數(shù)據(jù)處理的演示系統(tǒng)，(4)相
應(yīng)的試驗方案。試驗加載系統(tǒng)常直接施加力于試件上，力通過試件的支座傳至 地面。由于施加的力常常較大，故試驗需在試驗室中進行，這是因為試驗室的 地面經(jīng)特別處理，承載力較大。然而，在試驗室場地內(nèi)進行教學(xué)試驗，場地常 顯狹小、學(xué)生安全存在隱患。此外，混凝土構(gòu)件試驗常常需觀察裂縫情況，為 教學(xué)需要，還需演示數(shù)據(jù)采集與處理結(jié)果。目前試驗中常采用肉眼觀察試件表 面裂縫，采用電腦屏幕顯示數(shù)據(jù)采集與處理結(jié)果，由于裂縫細(xì)小、構(gòu)件尺寸有 限、場地狹小，電腦屏幕較小、學(xué)生人數(shù)多等原因，學(xué)生難以近距離、全面細(xì) 致地觀察裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展情況，難以直觀理解數(shù)據(jù)采集與處理情況，影響教 學(xué)效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種教學(xué)試驗演示的方法、系統(tǒng)，可用于混凝土結(jié) 構(gòu)基本原理教學(xué)，除了教學(xué)，也可用于科學(xué)研究。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的解決方案是 一種可用于混凝土結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)試驗演示的方法。
采用自平衡試驗加載系統(tǒng)，使得施加在構(gòu)件上的力不會傳至地面，而是在 試驗裝置內(nèi)部得以平衡。
攝制混凝土構(gòu)件裂縫發(fā)展過程，將該過程和數(shù)據(jù)處理結(jié)果實時投影到熒幕上。
試驗演示可在一般教室試驗演示。
實現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，包括試驗加載系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，試驗 現(xiàn)象與試驗數(shù)據(jù)處理的演示系統(tǒng)，該試驗加載系統(tǒng)是自平衡反力加載試驗裝置 系統(tǒng)，該演示系統(tǒng)包括對試驗現(xiàn)象進行攝像的攝像系統(tǒng)和將試驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)處 理結(jié)果加以顯示的投影系統(tǒng)。
該自平衡反力加載試驗裝置系統(tǒng)設(shè)有豎向支柱，在兩根豎向支柱中間有可 移動式的上橫梁、下橫梁，上橫梁下表面安裝有千斤頂、上橫梁上表面安裝有 電葫蘆，另外還設(shè)有對千斤頂施加壓力的加壓泵。
數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)包括工控機、通訊卡、顯示屏、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理軟件。
該攝像系統(tǒng)包括攝像機及移動三腳架，投影系統(tǒng)包括投影儀和電動熒幕。 上述方法/系統(tǒng)的應(yīng)用，包括適筋梁正截面受彎破壞試驗、少筋梁正截面受 彎破壞試驗、超筋梁正截面受彎破壞試驗、梁斜截面剪壓破壞試驗、梁斜截面 斜壓破壞試驗、梁斜截面斜拉破壞試驗、柱大偏心受壓破壞試驗、柱小偏心受 壓破壞試驗。
由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果
在兩個方面解決了目前試驗系統(tǒng)中存在的缺陷(1)提供了自平衡反力加 載試驗裝置，使試驗不必在試驗室場地、而可在一般教室內(nèi)多次進行。(2)裝 置攝像和投影系統(tǒng)，攝制混凝土構(gòu)件裂縫發(fā)展過程等試驗現(xiàn)象，將該現(xiàn)象和數(shù) 據(jù)處理結(jié)果實時投影到熒幕上。這樣，便于觀察試驗現(xiàn)象和試驗資料的保存， 便于課堂教學(xué)討論與分析，改善了教學(xué)效果。


圖l為本發(fā)明的場地布置示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例的自平衡反力加載試驗裝置進行梁試驗圖。 圖3為本發(fā)明實施例的自平衡反力加載試驗裝置進行柱試驗圖。
圖4為圖2中所示的節(jié)點大樣示意圖。
1.自平衡反力加載試驗裝置，2.數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，3.千斤頂加壓泵， 4.攝像機，5.投影儀，6.熒幕，7.黑板，8.教學(xué)座椅，9.豎向支柱，IO.可移動 式上橫梁，11.可移動式下橫梁，12.千斤頂，13.電葫蘆，14.分配梁，15.梁 支座的支撐，16.柱支座的支撐柱，17.梁試件，18.柱試件。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
本發(fā)明混凝土結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)試驗系統(tǒng)，由自平衡反力加載試驗裝置系 統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，以及包括攝像和投影系統(tǒng)的演示系統(tǒng)組成。為解決 技術(shù)問題，發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括兩點，分別是
(1)自平衡反力加載試驗裝置系統(tǒng)。裝置加載能力可達(dá)100噸，采用鋼結(jié) 構(gòu)構(gòu)件，由兩個豎向支柱、可移動式的上下橫梁，上橫梁下表面安裝的千斤頂、 上橫梁上表面安裝的電葫蘆組成。支柱和橫梁采用螺栓連接，便于拆卸和安裝。 以上橫梁為支座，千斤頂施加的力傳至分配梁上，進一步通過分配梁的刀口式 和滾軸式支座將兩個集中力傳至梁試件上。通過梁試件力依次傳至支座、支撐、 下橫梁和兩個豎向支柱上，由于豎向支柱與上橫梁連接，故施加在構(gòu)件上的力 不會傳至地面，而是在試驗裝置內(nèi)部得以平衡，圖2中顯示梁上的4個支撐點 是一邊是三角的，另外一邊是圓點的，分別是刀口式和滾軸式支座，模擬加載 時構(gòu)件為靜定結(jié)構(gòu)體系，而不是靜不定或超靜定結(jié)構(gòu)體系。從而使試驗在一般 教室場地進行成為可能。上橫梁上表面安裝的電葫蘆可提升試驗構(gòu)件。配合數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)，設(shè)計相應(yīng)的試驗方案，采用此裝置可進行混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件常 見受力形式的試驗，如適筋梁正截面受彎破壞、少筋梁正截面受彎破壞、超筋梁正截面受彎破壞、梁斜截面剪壓破壞、梁斜截面斜壓破壞、梁斜截面斜拉破 壞、柱大偏心受壓破壞、柱小偏心受壓破壞等。
(2)裝置攝像和投影系統(tǒng)。攝像系統(tǒng)由攝像機及移動三腳架組成，投影系 統(tǒng)包括投影儀和電動熒幕組成，均應(yīng)采用質(zhì)量穩(wěn)定、清晰度較高的產(chǎn)品。攝像 機將試件裂縫發(fā)展情況等試驗現(xiàn)象錄制下來，投影儀連接攝像機和數(shù)據(jù)采集與 處理系統(tǒng)，采用切換方式，將試驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)處理結(jié)果實時投影在熒幕上。
采用上述試驗系統(tǒng)，可以在普通教室中多次重復(fù)進行混凝土結(jié)構(gòu)基本原理 教學(xué)試驗，改善了教學(xué)場地條件，便于學(xué)生參與試驗操作。采用攝像和投影系 統(tǒng)可以實時攝像細(xì)微的混凝土裂縫過程并在教室前方的熒幕上顯示，便于學(xué)生 觀察、討論和分析試驗現(xiàn)象，提高了教學(xué)效果。此外，此試驗系統(tǒng)還可進行其 他科學(xué)研究試驗。
在圖1中，自平衡反力加載試驗裝置1位于試驗教室前方，在其上進行梁 或柱試驗，自平衡反力加載試驗裝置1前方設(shè)有教學(xué)座椅8，其后方分別設(shè)有教 學(xué)用黑板7和電動熒幕6。旁邊設(shè)有千斤頂加壓泵3，攝像機4攝制試驗現(xiàn)象并 將其實時傳輸至投影儀5，投影儀5將該現(xiàn)象以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)2的信息 投影至電動熒幕6上。
在圖2和圖3 (包括圖4的節(jié)點大樣)所示實例中，自平衡反力加載試驗裝 置由豎向支柱9、上橫梁IO、下橫梁11和電葫蘆13組成。安裝千斤頂12后， 采用加壓泵3加壓，荷載通過分配梁14分配后，借助梁支座的支撐15或柱支 座的支撐16，設(shè)計相應(yīng)的試驗方案后，可進行梁17和柱18試驗。進行梁和柱 (或其他試件)的試驗存在試件本身、試驗裝置、和加載制度等方面不同，這 些均反應(yīng)在試驗方案中。比如，設(shè)計適筋梁、少筋梁和超筋梁正截面受彎破壞 試驗，可研究不同配筋率的鋼筋混凝土梁正截面不同的破壞情況，包括混凝土 和鋼筋應(yīng)力發(fā)展不同，裂縫發(fā)展和分布不同，破壞形式不同等。設(shè)計梁斜截面 剪壓、斜壓和斜拉破壞試驗，可研究不同剪跨不和配箍形式的鋼筋混凝土梁斜 截面不同的破壞情況，包括裂縫發(fā)展和分布不同，破壞形式不同等。設(shè)計大偏 心和小偏心受壓柱破壞試驗?？裳芯坎煌木嗪涂v筋配筋量的鋼筋混凝土柱 偏心受壓破壞情況，包括混凝土和鋼筋應(yīng)力發(fā)展不同，裂縫出現(xiàn)時間和分布不 同，破壞形式不同等。
上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用 本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改， 并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此， 本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明 做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種混凝土結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)試驗演示的方法，其特征在于采用自平衡試驗加載系統(tǒng)，使得施加在構(gòu)件上的力不會傳至地面，而是在試驗裝置內(nèi)部得以平衡；采用攝像和投影系統(tǒng)攝制混凝土構(gòu)件裂縫發(fā)展、構(gòu)件變形過程，將該過程和數(shù)據(jù)處理結(jié)果實時投影到熒幕上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)試驗演示的方法，其特 征在于在一般教室試驗演示。
3、 實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的系統(tǒng)，包括試驗加載系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和處 理系統(tǒng)，試驗現(xiàn)象與試驗數(shù)據(jù)處理的演示系統(tǒng)，其特征在于該試驗加載系統(tǒng)是 自平衡反力加載試驗裝置系統(tǒng)，該演示系統(tǒng)包括對試驗現(xiàn)象進行攝像的攝像系統(tǒng) 和將該試驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)處理結(jié)果加以顯示的投影系統(tǒng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于該自平衡反力加載試驗裝置 系統(tǒng)設(shè)有豎向支柱，在兩根豎向支柱中間有可移動式的上橫梁、下橫梁，上橫梁 下表面安裝有千斤頂、上橫梁上表面安裝有電葫蘆，另外還設(shè)有對千斤頂施加壓 力的加壓泵。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)處理結(jié)果通過數(shù)據(jù)處理 和采集系統(tǒng)得到，該系統(tǒng)包括工控機、通訊卡、顯示屏、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理 軟件。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于該攝像系統(tǒng)包括攝像機及移 動三腳架，投影系統(tǒng)包括投影儀和電動熒幕。
7、 權(quán)利要求l至6中任一所述的方法/系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于包括適筋 梁正截面受彎破壞試驗、少筋梁正截面受彎破壞試驗、超筋梁正截面受彎破壞試 驗、梁斜截面剪壓破壞試驗、梁斜截面斜壓破壞試驗、梁斜截面斜拉破壞試驗、 柱大偏心受壓破壞試驗、柱小偏心受壓破壞試驗。
全文摘要
一種可用于混凝土結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)試驗演示的方法，采用自平衡試驗加載系統(tǒng)，使得施加在構(gòu)件上的力不會傳至地面，而是在試驗裝置內(nèi)部得以平衡；另外，攝制混凝土構(gòu)件裂縫發(fā)展、構(gòu)件變形過程，將該過程和數(shù)據(jù)處理結(jié)果實時投影到熒幕上。其實現(xiàn)系統(tǒng)，包括自平衡反力加載試驗裝置系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，以及攝像和投影系統(tǒng)。本發(fā)明使得試驗不需要在專門的試驗場地，而可在一般教室中多次重復(fù)進行，改善了教學(xué)環(huán)境；又可在熒幕上實時顯示混凝土裂縫發(fā)展過程、試驗數(shù)據(jù)采集與初步處理結(jié)果，便于學(xué)生觀察、討論、分析試驗現(xiàn)象，掌握構(gòu)件受力機制。除用于教學(xué)目的外，系統(tǒng)同時也可進行其他合適的科學(xué)試驗。
文檔編號G09B23/00GK101430840SQ20071004803
公開日2009年5月13日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者峰 林, 偉 王, 顧祥林 申請人:同濟大學(xué)