本發(fā)明屬于土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐領(lǐng)域，涉及靜定、超靜定裝配梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置以及應(yīng)用該裝置進(jìn)行的結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。

技術(shù)背景

結(jié)構(gòu)力學(xué)是高等院校土木工程專業(yè)必修學(xué)科，主要以梁、拱、桁架、剛架等桿件結(jié)構(gòu)為主要研究對象，根據(jù)力學(xué)原理研究外力和其他外界因素作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和動力反應(yīng)，以及結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律和受力性能。

目前高等院校結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)方法主要是理論教學(xué)，缺少對相關(guān)力學(xué)原理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，導(dǎo)致部分同學(xué)對相關(guān)理論理解不夠深入，甚至對相關(guān)理論產(chǎn)生質(zhì)疑。因此，在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中引入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是其教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。

本發(fā)明多跨梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械姆戳蚣?第一種蝸輪蝸桿的加載方式與本課題組已經(jīng)公開的中國專利(2015107123346一種將力法直觀化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置；2015107079593一種將位移法直觀化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置)中的內(nèi)容相似，也是只起到支撐提供導(dǎo)軌和加載的作用，不為本發(fā)明的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)各個(gè)章節(jié)中，均以梁式結(jié)構(gòu)為最基本研究對象，所以發(fā)明一種裝配梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置用以研究結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)理論，尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為改變目前結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中缺乏相關(guān)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，發(fā)明一種裝配梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、可重復(fù)利用、測量結(jié)果準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)中靜定和超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布實(shí)驗(yàn)、位移互等定理和力法等教學(xué)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)化。通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生們更加準(zhǔn)確理解結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)理論和假設(shè)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種裝配梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶ㄑb配梁結(jié)構(gòu)、蝸輪蝸桿加載裝置、轉(zhuǎn)角約束及加載裝置、支承及約束裝置和測量設(shè)備。

所述裝配梁結(jié)構(gòu)分為靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)兩種基本結(jié)構(gòu)，兩種基本結(jié)構(gòu)均通過桿件和結(jié)點(diǎn)連接而成。

所述的靜定結(jié)構(gòu)包括矩形薄壁桿件1c、1d、變剛度桿件1b和三種結(jié)點(diǎn)夾具；所述的變剛度桿件1b根據(jù)剛度不同有空心方桿、實(shí)心方桿和實(shí)心矩形桿三種不同形式。所述的變剛度桿件1b一端通過螺絲與鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a相連，鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a通過銷栓2f與鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b相連，鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b通過螺絲與支座3連接，形成固定鉸支座；變剛度桿件1b另一端通過螺絲與剛結(jié)點(diǎn)夾具C2c連接，剛結(jié)點(diǎn)夾具C2c另一端通過螺絲與矩形薄壁桿件1c一端相連，實(shí)現(xiàn)變剛度桿件1b和矩形薄壁桿件1c之間的固接；剛結(jié)點(diǎn)夾具C2c中部通過銷栓2f與鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b相連，鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b通過螺絲與支座3相連，形成活動鉸支座。所述的矩形薄壁桿件1c另一端通過螺絲與鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b連接，鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b再通過銷栓2f與鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a連接，鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a通過螺絲與矩形薄壁桿件1d一端連接，實(shí)現(xiàn)矩形薄壁桿件1c和矩形薄壁桿件1d之間鉸接；所述的矩形薄壁桿件1d的另一端通過螺絲與鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a連接，鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a通過銷栓2f與鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b連接，鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b通過螺絲與支座3相連，形成活動鉸支座。

所述的超靜定結(jié)構(gòu)包括矩形薄壁桿件1a、變剛度桿件1b和四種結(jié)點(diǎn)夾具2a、2b、2c、2d。所述的變剛度桿件1b一端、剛結(jié)點(diǎn)夾具D2d和支座3依次通過螺絲固定連接，實(shí)現(xiàn)固定支座；所述的變剛度桿件1b的另一端通過剛結(jié)點(diǎn)夾具C2c與矩形薄壁桿件1a的一端固定連接，剛結(jié)點(diǎn)夾具C2c中部通過銷栓2f與鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b相連，鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b通過螺絲安裝在支座3上部，實(shí)現(xiàn)活動鉸支座。所述的矩形薄壁桿件1a另一端通過螺絲與鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a連接，鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a通過銷栓2f與鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b連接，鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b通過螺絲安裝在另一個(gè)支座3上，實(shí)現(xiàn)活動鉸支座。所述的鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a、鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b具有與矩形薄壁桿件1a、1c、1d相同的剛度，剛結(jié)點(diǎn)夾具C2c、剛結(jié)點(diǎn)夾具D2d具有與變剛度桿件1b中實(shí)心矩形桿相同的剛度。

所述的蝸輪蝸桿加載裝置有兩種，蝸輪蝸桿加載裝置能夠手動控制施加拉力和壓力，實(shí)現(xiàn)加載與卸載，并通過力傳感器5在計(jì)算機(jī)上顯示所加荷載大小。

第一種蝸輪蝸桿加載裝置用于對桿件進(jìn)行加載或卸載，包括蝸輪蝸桿升降機(jī)4、力傳感器5、球鉸6、加載桿7和桿件夾具A8。蝸輪蝸桿升降機(jī)4一端安裝在小車平臺10上，小車平臺10通過底部的四塊滑塊安裝到反力框架11導(dǎo)軌上，小車平臺10能夠沿反力框架11導(dǎo)軌水平移動。所述的蝸輪蝸桿升降機(jī)4另一端、力傳感器5、球鉸6、加載桿7和桿件夾具A8的一端依次通過螺紋連接，蝸輪蝸桿升降機(jī)4通過旋轉(zhuǎn)手輪對裝配梁結(jié)構(gòu)施加荷載，球鉸6通過其自身的自由轉(zhuǎn)動避免加載裝置對剛架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩的影響，桿件夾具A8用于將桿件夾持固定，桿件夾具A8另一端與矩形薄壁桿件1a、1c、1d或變剛度桿件1b連接，實(shí)現(xiàn)對桿件的加載與卸載，同時(shí)桿件夾具A8的插銷連接方式避免彎矩傳遞。

所述的桿件夾具A8包括連接件A8a、圓柱形插銷8b、H形桿件夾片8c和矩形桿件夾片8d；連接件A8a一端通過螺紋與加載桿6相連，另一端通過銷孔與圓柱形插銷8b相連；圓柱形插銷8b再與帶有銷孔的H形桿件夾片8c一端相連；H形桿件夾片8c另一端通過螺絲與矩形桿件夾片8d相連，用于將桿件夾持固定。

第二種蝸輪蝸桿加載裝置用于對結(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行加載或卸載，包括蝸輪蝸桿升降機(jī)4、力傳感器5、球鉸6、加載桿7和桿件夾具B9；所述的蝸輪蝸桿升降機(jī)4、力傳感器5、球鉸6以及加載桿7依次相連。桿件夾具B9一端通過螺紋與加載桿7相連，另一端通過螺絲與鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b相連，鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b通過銷栓2f能夠與不同結(jié)點(diǎn)相連。

所述的轉(zhuǎn)角約束及加載裝置12包括絲杠升降機(jī)12a、扭矩傳感器12b、隨動圓盤12c和連接件B12d。所述的絲杠升降機(jī)12a底部通過螺絲固定在矩形空心墊塊12e上，矩形空心墊塊12e通過螺絲固定在小車平臺10上，矩形空心墊塊12e保證絲杠升降機(jī)12a和桿件1a、1b、1c、1d高度一致，實(shí)現(xiàn)固定絲杠升降機(jī)12a的位置的作用。所述的扭矩傳感器12b一端通過螺絲固定隨動圓盤12c，另一端將其軸承插入絲杠升降機(jī)12a中。所述的連接件B12d一端通過其自身花鍵與隨動圓盤12c相連；中間部分插入剛結(jié)點(diǎn)夾具E2e的鋸齒狀孔中，中間部分同時(shí)插入鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b的圓孔中；另一端通過螺紋連接轉(zhuǎn)角傳感器，用于測量轉(zhuǎn)角大小。所述的轉(zhuǎn)角約束及加載裝置12能夠用于約束裝配梁結(jié)點(diǎn)處的轉(zhuǎn)動，通過扭矩傳感器12b測出結(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生的彎矩；所述的轉(zhuǎn)角約束及加載裝置12還能夠通過對結(jié)點(diǎn)施加彎矩，使結(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生角位移，通過轉(zhuǎn)角傳感器可測出角位移數(shù)值。

所述的支承及約束裝置包括反力框架11和裝配梁結(jié)構(gòu)的約束支承。所述反力框架11為門形剛架形式，包括反力架11a和兩個(gè)底座11b，底座11b用于支撐整個(gè)裝置。所述的反力架11a包括內(nèi)置導(dǎo)軌的上下兩個(gè)橫梁和內(nèi)置導(dǎo)軌的左右兩個(gè)立柱，上橫梁導(dǎo)軌安裝小車平臺10，小車平臺10通過螺絲連接蝸輪蝸桿加載裝置，下橫梁導(dǎo)軌固定小車平臺10，小車平臺10通過螺栓固定矩形方墩13。所述的矩形方墩13上方通過螺絲固定圓柱體墊塊14或固定滑道15，當(dāng)矩形方墩13上方固定圓柱體墊塊14時(shí)，圓柱體墊塊14上方通過螺絲連接支座3，支座3上方連接鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b或剛結(jié)點(diǎn)夾具D2d，實(shí)現(xiàn)固定鉸支座或固定支座；當(dāng)矩形方墩13上方固定滑道15時(shí)，滑道15上方通過螺絲連接鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b，實(shí)現(xiàn)活動鉸支座；上述固定支座、固定鉸支座和活動鉸支座構(gòu)成支承結(jié)構(gòu)。

所述的測量設(shè)備包括力傳感器5、應(yīng)變片、轉(zhuǎn)角傳感器12b和百分表。所述的應(yīng)變片粘貼在矩形薄片桿件1a、1c和1d和變剛度桿件1b上、下兩側(cè)不同位置，通過所測應(yīng)變值計(jì)算桿件內(nèi)力大小和支座反力；所述的力傳感器5測量外力對裝配梁結(jié)構(gòu)所施加的荷載值；所述的轉(zhuǎn)角傳感器12b通過螺栓固定于連接件B12d上，用于測得結(jié)點(diǎn)處轉(zhuǎn)角；以上測量設(shè)備通過數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和測量；所述的百分表通過磁性表座固定在反力框架11上，用于測量矩形薄片桿件1a、1c和1d和變剛度桿件1b不同位置的位移。

上述裝配梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蛴糜诙喾N力學(xué)實(shí)驗(yàn)，具體如下：

1.當(dāng)靜定裝配梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀糜陟o定多跨梁內(nèi)力分布實(shí)驗(yàn)

第一步，組裝靜定裝配梁結(jié)構(gòu)，并確定各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置，變剛度桿件(1b)從左到右依次為A、E、B，其中最左端標(biāo)注A、右端和矩形薄壁桿件(1c)相連的位置標(biāo)注B；矩形薄壁桿件(1c)再從左到右再依次為F、C，其中C在最右側(cè)；矩形薄壁桿件(1d)再從左到右再依次為G、D，其中D在最右側(cè)。測量各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)之間的距離，即AE、EB、BF、FC、CG、GD之間的距離；桿件(1b、1c、1d)貼有應(yīng)變片，測量各應(yīng)變片的位置；

第二步，將安裝第一種蝸輪蝸桿加載裝置的小車平臺(10)水平移動到實(shí)驗(yàn)點(diǎn)E；

第三步，對靜定多跨梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)加載，并平衡力傳感器；

第四步，采用分級加載方式在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置施加豎向荷載F_p，同時(shí)測量桿件上各點(diǎn)應(yīng)變片的數(shù)值，計(jì)算出各點(diǎn)彎矩；

第五步，重復(fù)第四步實(shí)驗(yàn)至少三次，求出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置在F_p作用下各應(yīng)變片處的彎矩平均值；繪制F_p作用在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置時(shí)的多跨梁結(jié)構(gòu)彎矩圖；

第六步，改變變剛度桿件(1b)，變換其剛度，重復(fù)重復(fù)第二步到第五步，比較變剛度桿件(1b)改變剛度時(shí)，靜定多跨梁彎矩圖的變化。

2.當(dāng)靜定裝配梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀糜陟o定多跨梁主從結(jié)構(gòu)判定實(shí)驗(yàn)

第一步，組裝靜定裝配梁結(jié)構(gòu)，并確定各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置，矩形薄壁桿件(1a)從左到右依次為A、E、B，其中最左端標(biāo)注A、右端和矩形薄壁桿件(1c)相連的位置標(biāo)注B；矩形薄壁桿件(1c)再從左到右再依次為F、C，其中C在最右側(cè)；矩形薄壁桿件(1d)再從左到右再依次為G、D，其中D在最右側(cè)。測量各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)之間的距離，即AE、EB、BF、FC、CG、GD之間的距離；桿件(1a、1c、1d)貼有應(yīng)變片，測量各應(yīng)變片的位置；

第二步到第五步，同靜定多跨梁內(nèi)力分布實(shí)驗(yàn)第二步到第五步

第六步，將安裝第一種電動伺服加載裝置的小車平臺(10)水平移動到實(shí)驗(yàn)點(diǎn)F，重復(fù)第三步到第五步；

第七步，將安裝第一種電動伺服加載裝置的小車平臺(10)水平移動到實(shí)驗(yàn)點(diǎn)G，重復(fù)第三步到第五步；

第八步，分析荷載作用點(diǎn)不同時(shí)靜定多跨梁結(jié)構(gòu)彎矩圖的變化情況，分析主體部分和附屬部分。

3.當(dāng)超靜定裝配梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀糜诔o定多跨梁內(nèi)力分布實(shí)驗(yàn)

組裝超靜定裝配梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?shí)驗(yàn)方法同靜定多跨梁內(nèi)力分布實(shí)驗(yàn)。

4.當(dāng)超靜定裝配梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀糜谖灰苹サ榷ɡ韺?shí)驗(yàn)

第一步，連接位移互等定理荷載作用實(shí)驗(yàn)裝置，并確定各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置，左側(cè)矩形薄壁桿件(1a)兩端為A和B，中間部位標(biāo)注D，右側(cè)矩形薄壁桿件(1a)右端標(biāo)注C，測量AD、DB、BC的長度；在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)D布置百分表測量D點(diǎn)位移，在B點(diǎn)布置轉(zhuǎn)角傳感器，測量B點(diǎn)轉(zhuǎn)角；

第二步，將安裝第一種蝸輪蝸桿加載裝置的小車平臺(10)水平移動到實(shí)驗(yàn)點(diǎn)D；

第三步，對超定多跨梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)加載，并平衡力傳感器；

第四步，采用分級加載方式在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置施加豎向荷載F_D，同時(shí)測量D點(diǎn)豎向位移Δ_DD和B點(diǎn)轉(zhuǎn)角θ_BD；

第五步，重復(fù)第四步實(shí)驗(yàn)至少三次；

第六步，拆卸第一種蝸輪蝸桿加載裝置，并在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)B安裝轉(zhuǎn)角約束及加載裝置(12)，組成位移互等定理結(jié)點(diǎn)彎矩作用試驗(yàn)裝置；

第七步，轉(zhuǎn)動絲杠升降機(jī)(12a)的手輪，對超定多跨梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)加載，并扭矩傳感器(12b)；

第八步，采用分級加載方式在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置施加彎矩M_B，同時(shí)測量D點(diǎn)豎向位移Δ_DB和B點(diǎn)轉(zhuǎn)角θ_BB；

第九步，重復(fù)第七步實(shí)驗(yàn)至少三次；

第十步，根據(jù)位移互等定理得到F_DΔ_DB＝M_Bθ_BD，進(jìn)而得到δ_DB＝δ_BD。

5.當(dāng)超靜定裝配梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀糜诔o定梁力法實(shí)驗(yàn)

第一步，連接超靜定梁力法實(shí)驗(yàn)裝置，并確定各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置，矩形薄壁桿件(1a)兩端為A和B，中間部位標(biāo)注C，測量AC、CB的長度；在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)B布置百分表測量B點(diǎn)豎向位移；矩形薄壁桿件(1a)上、下表面貼有應(yīng)變片，測量應(yīng)變片位置；

第二步，將安裝第一種蝸輪蝸桿加載裝置的小車平臺(10)水平移動到實(shí)驗(yàn)點(diǎn)C；

第三步，對超靜定多跨梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)加載，并平衡力傳感器；

第四步，采用分級加載方式在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置施加豎向荷載F_p，同時(shí)測量桿件上各點(diǎn)應(yīng)變片的數(shù)值，計(jì)算出各點(diǎn)彎矩；

第五步，重復(fù)第四步實(shí)驗(yàn)至少三次，求出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置在F_p作用下各應(yīng)變片處的彎矩平均值；繪制F_p作用在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置時(shí)的超靜定多跨梁原結(jié)構(gòu)彎矩圖；

第六步，卸除實(shí)驗(yàn)點(diǎn)B處支座(3)；實(shí)驗(yàn)點(diǎn)C進(jìn)行預(yù)加載，并平衡力傳感器；采用分級加載方式在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置施加豎向荷載F_p，測量B點(diǎn)豎向位移Δ_B，同時(shí)測量桿件上各點(diǎn)應(yīng)變片的數(shù)值，計(jì)算出各點(diǎn)彎矩，繪制F_p作用在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置時(shí)的超靜定多跨梁基本結(jié)構(gòu)彎矩圖；

第七步，重復(fù)第六步實(shí)驗(yàn)至少三次；

第八步，卸除第一種蝸輪蝸桿加載裝置，然后安裝第二種蝸輪蝸桿加載裝置于實(shí)驗(yàn)點(diǎn)B，預(yù)加載，并平衡力傳感器；采用分級加載方式在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)B點(diǎn)產(chǎn)生豎向位移-Δ_B使所施加豎向荷載F_B，同時(shí)測量桿件上各點(diǎn)應(yīng)變片的數(shù)值，計(jì)算出各點(diǎn)彎矩，繪制未知力F_B作用在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置時(shí)的超靜定多跨梁基本結(jié)構(gòu)彎矩圖；

第九步，重復(fù)第八步實(shí)驗(yàn)至少三次；

第十步，求出未知力F_B，并將第六步和第八步所得彎矩圖疊加與第五步的彎矩圖比較，分析誤差。

本發(fā)明的有益效果是：可以利用該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。該裝置集結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、加載裝置和測量裝置于一體，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的需要能夠在桿件的不同位置粘貼應(yīng)變片，在桿件的不同位置加載，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ挽`活可變。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本實(shí)驗(yàn)裝置所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算所得理論值相比誤差很小，適合高校開展相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)及進(jìn)一步設(shè)計(jì)拓展。

附圖說明

圖1為連接件A詳圖。

圖2為轉(zhuǎn)角約束及加載裝置側(cè)視詳圖。

圖3為鉸結(jié)點(diǎn)夾具A詳圖。

圖4為鉸結(jié)點(diǎn)夾具B詳圖。

圖5為剛結(jié)點(diǎn)夾具C詳圖。

圖6為剛結(jié)點(diǎn)夾具D詳圖。

圖7為剛結(jié)點(diǎn)夾具E詳圖。

圖8為靜定多跨梁內(nèi)力分布實(shí)驗(yàn)裝置圖。

圖9為靜定多跨梁主從結(jié)構(gòu)判定實(shí)驗(yàn)裝置圖。

圖10為超靜定多跨梁內(nèi)力分布實(shí)驗(yàn)裝置圖。

圖11為位移互等定理荷載作用實(shí)驗(yàn)裝置圖。

圖12為位移互等定理結(jié)點(diǎn)彎矩作用實(shí)驗(yàn)裝置圖。

圖13為超靜定梁力法實(shí)驗(yàn)原結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置圖。

圖14為超靜定梁力法實(shí)驗(yàn)基本結(jié)構(gòu)荷載作用實(shí)驗(yàn)裝置圖。

圖15為超靜定梁力法實(shí)驗(yàn)基本結(jié)構(gòu)未知力作用實(shí)驗(yàn)裝置圖。

圖中：1a矩形薄壁桿件；1b變剛度桿件；1c矩形薄壁桿件；1d矩形薄壁桿件；2a鉸結(jié)點(diǎn)夾具A；2b鉸結(jié)點(diǎn)夾具B；2c剛結(jié)點(diǎn)夾具C；2d剛結(jié)點(diǎn)夾具D；2e剛結(jié)點(diǎn)夾具E；2f銷栓；3支座；4蝸輪蝸桿升降機(jī)；5力傳感器；6球鉸；7加載桿；8桿件夾具A；8a連接件A；8b圓柱形插銷；8c H形桿件夾片；8d矩形桿件夾片；9桿件夾具B；10小車平臺；11反力框架；11a反力架；11b底座；12轉(zhuǎn)角約束及加載裝置；12a絲杠升降機(jī)；12b扭矩傳感器；12c隨動圓盤；12d連接件B；12e矩形空心墊塊；13矩形方墩；14圓柱體墊塊；15滑道。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明裝置可以進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，包括靜定多跨梁內(nèi)力分布；靜定多跨梁主從結(jié)構(gòu)判定；超靜定多跨梁內(nèi)力分布；位移互等定理；超靜定梁力法實(shí)驗(yàn)等。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步說明。

裝配梁結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置包括裝配梁結(jié)構(gòu)、蝸輪蝸桿加載裝置、轉(zhuǎn)角約束及加載裝置、支承及約束裝置和測量設(shè)備；所述的裝配梁結(jié)構(gòu)分為靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)兩種基本結(jié)構(gòu)，兩種基本結(jié)構(gòu)均通過桿件和結(jié)點(diǎn)連接而成；所述的蝸輪蝸桿加載裝置有兩種，蝸輪蝸桿加載裝置手動控制施加拉力和壓力，并通過力傳感器5在計(jì)算機(jī)上顯示所加荷載大小；所述的轉(zhuǎn)角約束及加載裝置12包括絲杠升降機(jī)12a、扭矩傳感器12b、隨動圓盤12c和連接件B12d；所述的支承及約束裝置包括反力框架11和裝配梁結(jié)構(gòu)的約束支承；所述的測量設(shè)備包括力傳感器5、應(yīng)變片、轉(zhuǎn)角傳感器12b和百分表。

實(shí)驗(yàn)裝置的具體安裝和實(shí)施方式如下：

實(shí)施例1：靜定多跨梁內(nèi)力分布

圖8為靜定多跨梁內(nèi)力分布實(shí)驗(yàn)裝置圖。

所述靜定結(jié)構(gòu)包括矩形薄壁桿件1c、1d、變剛度桿件1b和各種結(jié)點(diǎn)夾具2a、2b、2c。變剛度桿件1b一端通過鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a和鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b與支座3連接，實(shí)現(xiàn)固定鉸支座；另一端通過剛結(jié)點(diǎn)夾具C2c與矩形薄壁桿件1c相連，實(shí)現(xiàn)變剛度桿件1b和矩形薄壁桿件1c之間的固接；剛結(jié)點(diǎn)夾具C2c中間部分通過鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b與支座3相連，實(shí)現(xiàn)活動鉸支座。矩形薄壁桿件1c另一端通過鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b和鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a與矩形薄壁桿件1d連接，實(shí)現(xiàn)矩形薄壁桿件1c和矩形薄壁桿件1d之間鉸接。矩形薄壁桿件1d另一端通過鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a和鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b與支座3相連，實(shí)現(xiàn)活動鉸支座。

蝸輪蝸桿加載裝置由蝸輪蝸桿升降機(jī)4、力傳感器5、球鉸6、加載桿7和桿件夾具A8，依次首尾通過螺紋連接而成。桿件夾具A8能夠與矩形薄壁桿件1c、1d、變剛度桿件1b連接，實(shí)現(xiàn)對靜定多跨梁結(jié)構(gòu)施加荷載。

應(yīng)變片粘貼在矩形薄壁桿件1c、1d和變剛度桿件1b上、下兩側(cè)不同位置，通過所測應(yīng)變值計(jì)算桿件各點(diǎn)內(nèi)力大小和支座反力大??；力傳感器5測得對靜定多跨梁結(jié)構(gòu)所施加的荷載值；以上測量設(shè)備均連接于計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和測量。

蝸輪蝸桿加載裝置連接小車平臺10水平移動，改變加載點(diǎn)的位置，使加載點(diǎn)作用在矩形薄壁桿件1c、1d和變剛度桿件1b的不同位置；通過改變剛度桿件1b的桿件形式，測得不同剛度情況下桿件各點(diǎn)內(nèi)力大小，分析剛度改變對靜定多跨梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響。

實(shí)施例2：靜定多跨梁主從結(jié)構(gòu)判定

圖9為靜定多跨梁主從結(jié)構(gòu)判定實(shí)驗(yàn)裝置圖。與圖8相比，將變剛度桿件1b換為矩形薄壁桿件1a，其他零件位置和連接方式不變。

蝸輪蝸桿加載裝置連接小車平臺10水平移動，改變加載點(diǎn)的位置，使加載點(diǎn)作用在矩形薄壁桿件1a、1c和1d的不同位置；通過比較不同荷載作用位置下的桿件內(nèi)力分布形式，判斷圖9中結(jié)構(gòu)的主體部分和附屬部分。

實(shí)施例3：超靜定多跨梁內(nèi)力分布

圖10為超靜定多跨梁內(nèi)力分布實(shí)驗(yàn)裝置圖。

所述超靜定結(jié)構(gòu)包括矩形薄壁桿件1a、變剛度桿件1b和各種結(jié)點(diǎn)夾具2a、2b、2c、2d。所述變剛度桿件1b一端通過剛結(jié)點(diǎn)夾具D2d與支座3連接，實(shí)現(xiàn)固定支座；另一端通過剛結(jié)點(diǎn)夾具C2c與矩形薄壁桿件1a相連，實(shí)現(xiàn)變剛度桿件1b和矩形薄壁桿件1a之間的固接；剛結(jié)點(diǎn)夾具C2c中間部分通過鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b與支座3相連，實(shí)現(xiàn)活動鉸支座。矩形薄壁桿件1a另一端通過鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a和鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b與支座3相連，實(shí)現(xiàn)活動鉸支座。

蝸輪蝸桿加載裝置由蝸輪蝸桿升降機(jī)4、力傳感器5、球鉸6、加載桿7和桿件夾具A8，依次首尾通過螺紋連接而成。桿件夾具A8能夠與矩形薄壁桿件1a和變剛度桿件1b連接，實(shí)現(xiàn)對超靜定多跨梁結(jié)構(gòu)施加荷載。

應(yīng)變片粘貼在矩形薄壁桿件1a和變剛度桿件1b上、下兩側(cè)不同位置，通過所測應(yīng)變值計(jì)算桿件各點(diǎn)內(nèi)力大小和支座反力大?。涣鞲衅?測得對靜定多跨梁結(jié)構(gòu)所施加的荷載值；以上測量設(shè)備均連接于計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和測量。

蝸輪蝸桿加載裝置連接小車平臺10水平移動，改變加載點(diǎn)的位置，使加載點(diǎn)作用在矩形薄壁桿件1a和變剛度桿件1b的不同位置；通過改變剛度桿件1b的桿件形式，測得不同剛度情況下桿件各點(diǎn)內(nèi)力大小，分析剛度改變對超靜定多跨梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響。

實(shí)施例4：位移互等定理

圖11為位移互等定理荷載作用實(shí)驗(yàn)裝置圖。與圖10相比，將變剛度桿件1b換為矩形薄壁桿件1a，將兩桿之間剛結(jié)點(diǎn)夾具C2c換為剛結(jié)點(diǎn)夾具E2e，其他零件位置和連接方式不變。

在矩形薄壁桿件1a中間位置進(jìn)行加載，通過力傳感器5測量荷載大小；通過百分表測量加載點(diǎn)位置位移，百分表通過磁性表座固定在反力框架11上；通過連接件B12d連接的轉(zhuǎn)角傳感器測量結(jié)點(diǎn)處轉(zhuǎn)角，此時(shí)連接件B12d不與隨動圓盤12c相連。

圖12為位移互等定理結(jié)點(diǎn)彎矩作用實(shí)驗(yàn)裝置圖。與圖11相比，將蝸輪蝸桿加載裝置去掉，在剛結(jié)點(diǎn)夾具E2e位置增加轉(zhuǎn)角約束及加載裝置12。

通過轉(zhuǎn)角約束及加載裝置12的絲杠升降機(jī)12a對結(jié)點(diǎn)處施加彎矩；通過扭矩傳感器12b測量施加結(jié)點(diǎn)彎矩值；并通過連接件B12d連接的轉(zhuǎn)角傳感器測量結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角；通過百分表測量與圖11中荷載作用相同的位置處的豎向位移。

實(shí)施例5：超靜定梁力法實(shí)驗(yàn)

圖13為超靜定梁力法實(shí)驗(yàn)原結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置圖。

超靜定梁力法實(shí)驗(yàn)原結(jié)構(gòu)由矩形薄壁桿件1a和結(jié)點(diǎn)夾具2a、2b、2d構(gòu)成。矩形薄壁桿件1a一端通過剛結(jié)點(diǎn)夾具D2d與支座3相連，實(shí)現(xiàn)固定支座；另一端通過鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a和鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b與支座3相連，實(shí)現(xiàn)活動鉸支座。

蝸輪蝸桿加載裝置由蝸輪蝸桿升降機(jī)4、力傳感器5、球鉸6、加載桿7和桿件夾具A8，依次首尾通過螺紋連接而成。桿件夾具A8與矩形薄壁桿件1a連接，實(shí)現(xiàn)對超靜定多跨梁結(jié)構(gòu)施加荷載。

應(yīng)變片粘貼在矩形薄壁桿件1a上、下兩側(cè)不同位置，通過所測應(yīng)變值計(jì)算桿件各點(diǎn)內(nèi)力大小和支座反力大?。涣鞲衅?測得對靜定多跨梁結(jié)構(gòu)所施加的荷載值；以上測量設(shè)備均連接于計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和測量。

圖14為超靜定梁力法實(shí)驗(yàn)基本結(jié)構(gòu)荷載作用實(shí)驗(yàn)裝置圖。與圖13相比，去掉鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b和支座3。

應(yīng)變片粘貼在矩形薄壁桿件1a上、下兩側(cè)不同位置，通過所測應(yīng)變值計(jì)算桿件各點(diǎn)內(nèi)力大??；力傳感器5測得對基本結(jié)構(gòu)所施加的荷載值；以上測量設(shè)備均連接于計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和測量；通過百分表測得鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a結(jié)點(diǎn)位置豎向位移，其中百分表通過磁性表座連接在反力框架11上。

圖15為超靜定梁力法實(shí)驗(yàn)基本結(jié)構(gòu)未知力作用實(shí)驗(yàn)裝置圖。

超靜定梁力法實(shí)驗(yàn)基本結(jié)構(gòu)由矩形薄壁桿件1a和結(jié)點(diǎn)夾具2a、2b、2d構(gòu)成。矩形薄壁桿件1a一端通過剛結(jié)點(diǎn)夾具D2d與支座3相連，實(shí)現(xiàn)固定支座；另一端通過鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a和鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b與蝸輪蝸桿加載裝置相連，實(shí)現(xiàn)加載。

蝸輪蝸桿加載裝置由蝸輪蝸桿升降機(jī)4、力傳感器5、球鉸6、加載桿7和桿件夾具B9，依次首尾通過螺紋連接而成。桿件夾具B9通過鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a和鉸結(jié)點(diǎn)夾具B2b與矩形薄壁桿件1a連接，實(shí)現(xiàn)對基本結(jié)構(gòu)施加荷載。

應(yīng)變片粘貼在矩形薄壁桿件1a上、下兩側(cè)不同位置，通過所測應(yīng)變值計(jì)算桿件各點(diǎn)內(nèi)力大??；力傳感器5測得對基本結(jié)構(gòu)所施加的荷載值；以上測量設(shè)備均連接于計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和測量；通過百分表測得鉸結(jié)點(diǎn)夾具A2a結(jié)點(diǎn)位置豎向位移，其中百分表通過磁性表座連接在反力框架11上。