專利名稱：直接與間接荷載下簡支梁彎矩影響線演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及教學(xué)演示儀器，尤其涉及一種直接與間接荷載作用下簡支 梁彎矩影響線的教學(xué)演示儀器。
背景技術(shù)：
簡支梁是工程中最常用的梁式結(jié)構(gòu)之一，簡支梁的主要內(nèi)力是彎矩。在移 動荷載(如車輛荷載)作用下，簡支梁的最大彎矩必需利用彎矩影響線這個有 力的工具才能最終確定。所謂彎矩影響線是指在單位移動荷載作用下，梁某一 截面彎矩隨移動荷載位置變化的圖線。如果荷載是直接作用在簡支梁上的，則 其彎矩影響線的形狀較為簡單，是一個以梁軸為基線的三角形形狀。但是實際 工程中簡支梁上的荷載常常是間接作用的，即荷載通過縱梁傳至橫梁，再由橫 梁傳到簡支主梁的各個節(jié)點上，最終作用到主梁上的荷載表現(xiàn)為節(jié)點集中荷載。 間接荷載作用下簡支梁的彎矩影響線是一個多邊形，形狀相對復(fù)雜。采用純理 論教學(xué)時，學(xué)生往往將間接作用的影響線與直接作用相混淆，或者在圖形轉(zhuǎn)折 處出錯。因此，迫切需要一種簡便、直觀的輔助教學(xué)方法和演示儀器能夠?qū)⒂?響線圖形及其原理直接地展現(xiàn)出來，以達(dá)到簡單、易懂，加深學(xué)生對概念、方 法理解的目的。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種直接與間接荷載下簡 支梁彎矩影響線演示儀。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的 一種直接與間接荷載下 簡支梁彎矩影響線演示儀，包括左梁片、右梁片、鉸鏈、鉸扣、工字形橫梁、縱梁片和臺階支座；所述左梁片和右梁片通過鉸鏈連接，擱置在臺階支座上，左梁片和右梁片的上表面的格構(gòu)式聯(lián)結(jié)部位上放置工字形橫梁，工字形橫梁上放置分離式縱梁片；鉸扣鎖定絞鏈。進(jìn)一步地，所述鉸鏈由右梁片端部的鉸鏈插銷軸插入左梁片端部的鉸鏈插 銷筒組成。本實用新型的優(yōu)點是.-1) 本實用新型為裝配式結(jié)構(gòu)，可即時拆卸和拼裝，構(gòu)造簡單，攜帶方便， 適于不同場合的操作、演示。2) 主梁片采用格構(gòu)式的巧妙設(shè)計，避免了梁體發(fā)生機(jī)構(gòu)運動后主梁片對縱 梁片的阻擋。3) 小型工字鋼橫梁的磁化設(shè)計既保證了縱梁、橫梁與主梁間簡支支承的構(gòu) 造要求，又能避免梁體發(fā)生機(jī)構(gòu)運動后的滑落現(xiàn)象。


圖1是本實用新型直接與間接荷載下簡支梁彎矩影響線演示儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是左、右梁片及端部鉸鏈俯視圖；圖3 (a)、 (b)、 (c)分別是鉸扣的正視圖、俯視圖和側(cè)視圖； 圖中，1、左梁片，2、右梁片，3、鉸鏈，4、鉸扣，5、工字形橫梁，6、 縱梁片，7、臺階支座，8、鉸鏈插銷筒，9、鉸鏈插銷軸。
具體實施方式
本實用新型的直接與間接荷載下簡支梁彎矩影響線演示儀，它包括格構(gòu)式 主梁片、工字形橫梁和分離式縱梁片。主梁片由格構(gòu)式左梁片和右梁片通過鉸 鏈和鉸扣連接而成；工字形橫梁擱置在主梁片的格構(gòu)式聯(lián)結(jié)部位，而分離式縱 梁擱置在相鄰兩工字形橫梁之間。工字形橫梁經(jīng)磁化處理，保證了主梁片與橫 梁之間、橫梁與縱梁片之間具有吸附作用。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明，本實用新型的目的和 效果將變得更加明顯。如圖1所示，本實用新型的直接與間接荷載下簡支梁彎矩影響線演示儀， 包括左梁片l、右梁片2、鉸鏈3、鉸扣4、工字形橫梁5、縱梁片6、臺階支座 7。左梁片1和右梁片2通過鉸鏈3連接，擱置在臺階支座7上，左梁片1和右 梁片2的上表面的格構(gòu)式聯(lián)結(jié)部位上放置經(jīng)磁化的小型工字形橫梁5，工字形橫 梁5上放置分離式縱梁片6。鉸扣4鎖定鉸鏈3。如圖2所示，鉸鏈3由右梁片2端部的鉸鏈插銷軸9插入左梁片1端部的 鉸鏈插銷筒8組成。如圖1和3所示，鉸鏈3可用鉸扣4鎖定，以使左右梁片l、 2不能發(fā)生相 對轉(zhuǎn)動；解除鉸扣4時，左右梁片可發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。左梁片l、右梁片2、工字形橫梁5和縱梁片6均用鋼材制作。正常狀態(tài)下，鉸鏈3用鉸扣鎖定，保證左右梁片l、 2為一整體，并擱置在 臺階支座7上。演示開始時，撤除鉸扣4，使左右梁片1、 2相對鉸鏈1發(fā)生轉(zhuǎn) 動，借助臺階支座7，便可獲得機(jī)構(gòu)運動后的主梁片形狀和縱梁片形狀。根據(jù)虛 功原理，他們的形狀分別就是直接和間fe荷載作用下該簡支梁位于鉸鏈處截面 的彎矩影響線形狀。在圖1和圖2中，將右梁片2端部的鉸鏈插銷軸插入左梁片1端部的鉸鏈插 銷筒8，再用鉸扣4扣入梁體中，將鉸鏈3鎖定，由此拼裝成了一個幾何不變的 主梁梁體。將主梁擱置在臺階支座7上，在主梁的格構(gòu)式聯(lián)結(jié)部位之上放置經(jīng) 磁化的小型工字形橫梁5，橫梁上放置分離式縱梁片6。1) 演示間接荷載作用下主梁的彎矩影響線形狀撤除鉸扣4，使左右梁片l、 2相對鉸鏈3發(fā)生轉(zhuǎn)動，并將轉(zhuǎn)動后的主梁左 右端擱置在臺階支座7的臺階角部，這樣就得到了左右梁片發(fā)生機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動后的 主梁形狀，擱置在主梁和橫梁上的縱梁隨著主梁的運動也同時發(fā)生運動(見圖1 虛線所示)。根據(jù)虛功原理，發(fā)生運動后縱梁的位移形狀就是間接荷載作用下簡 支主梁位于鉸鏈處截面的彎矩影響線形狀。2) 演示直接荷載作用下主梁的彎矩影響線形狀撤去所有的橫梁和縱梁，^l剩下擱置在支座上的主梁梁片。撤除主梁鉸扣， 使左右梁片l、 2相對鉸鏈3發(fā)生轉(zhuǎn)動，并將轉(zhuǎn)動后的主梁左右端擱置在臺階支 座7的臺階角部，這樣就得到了左右梁片l、 2發(fā)生機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動后的主梁形狀，該 形狀就是直接荷載作用下簡支主梁位于鉸鏈處截面彎矩的影響線形狀。本實用新型的工作原理基于虛位移原理(虛功原理的一種)。為了求作簡支 梁在單位移動荷載尸=1作用下某一截面尺的彎矩M^隨荷載作用位置變化的圖 線，即M^的影響線，首先去除與彎矩MK相對應(yīng)的約束，即將截面K由剛接改 為鉸接，并以一對大小為^^的力偶代替原有約束的作用。然后，令截面X左右 兩側(cè)的梁段沿M^的正方向發(fā)生虛位移，既沿截面〖發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，設(shè)左右梁段 的轉(zhuǎn)角分別為a和"。于是，根據(jù)虛位移原理，可寫出虛功方程為式中&為荷載作用點沿作用方向的虛位移。在給定虛位移a和y5的情況下，Cd^是不變的，但&卻隨荷載戶=1的位置不 同而變化，因此A的變化規(guī)律就恰好反映了i^l移動時彎矩MK的變化規(guī)律，即 M《的影響線。因尸=1一般以向下為正，而^的正方向與尸=1 一致，故上式中的 負(fù)號表示，當(dāng)位移向上時，A&影響線為正。由此可見，簡支梁截面K的彎矩A4的影響線形狀，就等同于將截面K由 剛接改為鉸接，并使所得機(jī)構(gòu)沿^^正方向發(fā)生相對轉(zhuǎn)角位移后得到的荷載作用 點的位移圖線形狀。本實用新型根據(jù)該工作原理直觀、方便地展現(xiàn)出了簡支梁截面X的彎矩影 響線圖形形狀。當(dāng)移動荷載直接作用于主梁上時，該影響線形狀就是主梁本身發(fā)生機(jī)構(gòu)運動后的位移形狀；當(dāng)荷載間接作用時，即荷載作用于縱梁之上，該 影響線形狀就是機(jī)構(gòu)運動后縱梁的位移形狀。
權(quán)利要求1.一種直接與間接荷載下簡支梁彎矩影響線演示儀，其特征在于，包括左梁片(1)、右梁片(2)、鉸鏈(3)、鉸扣(4)、工字形橫梁(5)、縱梁片(6)和臺階支座(7)；所述左梁片(1)和右梁片(2)通過鉸鏈(3)連接，擱置在臺階支座(7)上，左梁片(1)和右梁片(2)的上表面的格構(gòu)式聯(lián)結(jié)部位上放置工字形橫梁(5)，工字形橫梁(5)上放置分離式縱梁片(6)；鉸扣(4)鎖定鉸鏈(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接與間接荷載下簡支梁彎矩影響線演示儀，其特征在 于，所述鉸鏈(3)由右梁片(2)端部的鉸鏈插銷軸(9)插入左梁片(1)端 部的鉸鏈插銷筒(8)組成。
專利摘要本實用新型公開了一種直接與間接荷載下簡支梁彎矩影響線演示儀，它包括格構(gòu)式主梁片、工字形橫梁和分離式縱梁片。主梁片由格構(gòu)式左梁片和右梁片通過鉸鏈和鉸扣連接而成；工字形橫梁擱置在主梁片的格構(gòu)式聯(lián)結(jié)部位，而分離式縱梁擱置在相鄰兩橫梁之間。工字形橫梁經(jīng)磁化處理，保證了主梁片與橫梁之間、橫梁與縱梁片之間具有吸附作用。本實用新型能直觀演示簡支梁在直接和間接荷載作用下的彎矩影響線的形狀，具有構(gòu)造簡單，操作方便，易于拆裝等特點，適于不同場合的操作和演示。
文檔編號G09B25/00GK201327689SQ20082016997
公開日2009年10月14日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者林炎飛, 陳水福 申請人:廣廈建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司;浙江大學(xué)