一種拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，屬于教學(xué)輔助設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]拱結(jié)構(gòu)是廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式之一。最理想的受力是讓拱處于軸心受壓狀態(tài)(內(nèi)無(wú)彎矩作用)，此時(shí)材料用量最省，并可用價(jià)格較便宜的石材建造。能否實(shí)現(xiàn)這一受力狀況取決于兩個(gè)因素，一是拱軸線形狀，二是拱上的荷載形式，當(dāng)拱軸為二次拋物線時(shí)，拱的荷載必須是滿跨均勻布置，任何其他的荷載形式，如半跨均布或局部均布或集中荷載都會(huì)在拱內(nèi)產(chǎn)生彎矩和拉應(yīng)力，而各拱節(jié)段相連的接觸面是不能承受拉應(yīng)力的，這樣就使得拱截面的受壓面積迅速減小，直至拱結(jié)構(gòu)破壞和喪失承載力。拱處于軸心受壓固然理想，但需滿跨均布荷載，而滿跨均布加載方式僅是眾多常見(jiàn)荷載形式之一，如何讓拱結(jié)構(gòu)也能承受其他形式的荷載而不破壞，這可通過(guò)選擇不同的荷載形式和施加的先后的順序來(lái)實(shí)現(xiàn)，即讓拱先承受滿跨均布荷載，使拱截面內(nèi)有足夠大的壓應(yīng)力存在，之后再施加其他荷載，讓其他荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力始終小于均布荷載的壓應(yīng)力，這樣拱就不會(huì)破壞。
[0003]在過(guò)去的教學(xué)中，由于實(shí)際拱的加工和制作成本高，沒(méi)有受力特點(diǎn)的演示實(shí)驗(yàn)，教師只能根據(jù)教科書上的部分圖形對(duì)復(fù)雜的受力進(jìn)行講解，學(xué)生缺乏直觀的感性認(rèn)識(shí)，特別是很難得到非滿跨均布荷載受力特性的直觀認(rèn)識(shí)，從而影響學(xué)生對(duì)拱的受力特性進(jìn)行深入全面學(xué)習(xí)和正確應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題及不足，本實(shí)用新型提供一種拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，用于解決實(shí)際拱的加工和制作成本高的問(wèn)題，沒(méi)有受力特點(diǎn)的問(wèn)題，從而使學(xué)生缺乏直觀的感性認(rèn)識(shí)。
[0005]本實(shí)用新型技術(shù)方案是:一種拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，包括支座塊1、拱2、拉桿3、錨固螺栓4、套環(huán)5、加載砝碼6 ;所述拱2由數(shù)塊拱節(jié)段相拼而成，各拱節(jié)段拱成的拱型的兩端均與兩塊支座塊I連接，拉桿3穿過(guò)支座塊1，并用兩個(gè)錨固螺栓4將拉桿3的兩端旋緊于支座塊I上，使支座塊I在拱2的水平推力作用下沒(méi)有水平位移，拱節(jié)段下面設(shè)有套環(huán)5，套環(huán)5上掛有加載砝碼6。
[0006]所述當(dāng)拉桿3的兩端旋緊于支座塊I上的錨固螺栓4放松時(shí)，拉桿3在拱2水平推力作用下發(fā)生水平位移，錨固螺栓4的旋緊與放松用于演示拱2結(jié)構(gòu)幾何不變或可變的情況。
[0007]所述拱2的形狀為二次拋物線。
[0008]所述套環(huán)5上僅有一部分套環(huán)5或僅一個(gè)套環(huán)5上掛有加載砝碼6。
[0009]本實(shí)用新型的工作原理是:
[0010]通過(guò)該裝置可演示拱在以下3種不同荷載作用下的受力特點(diǎn):
[0011]1.均布滿載:均布滿載使得拱2僅受壓和不受彎，另外拱腳處的外推力可由水平拉桿承擔(dān)，拱不會(huì)倒塌，能承受荷載。
[0012]2.集中荷載:集中荷載將在拱內(nèi)產(chǎn)生彎矩和彎曲拉應(yīng)力，由于各拱節(jié)段間不能承受拉應(yīng)力，拱將倒塌和喪失承載能力。
[0013]3.先均布滿載后加集中荷載:先施加的均布滿載使得拱內(nèi)產(chǎn)生均勻的壓應(yīng)力，后施加的集中荷載使得拱內(nèi)產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力，只要均布滿載產(chǎn)生的壓應(yīng)力大于集中荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，拱就不會(huì)倒塌，能承受均布和集中荷載。
[0014]通過(guò)以上演示可以幫助學(xué)生直觀地觀察拱在不同荷載作用下的受力特征，由此可更好地正確掌握拱-拉桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法。
[0015]所述支座1、拱2的材質(zhì)為硬質(zhì)抗壓材料。
[0016]所述拉桿3、錨固螺栓4、套環(huán)5和加載砝碼6均可為鋼質(zhì)材料。
[0017]所述拱的形狀為二次拋物線，所對(duì)應(yīng)的理想荷載為均布荷載，均布荷載可近似由施加等間距和等重的砝碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0018]本實(shí)用新型的工作過(guò)程是:
[0019]1、將支座塊I與拉桿3用錨固螺栓4連接好后，將拱2置放于支座塊I上，這時(shí)并可進(jìn)行不同加載方式的演示；
[0020]2、滿跨加載:將每個(gè)套環(huán)5上均掛上一個(gè)加載砝碼6，以實(shí)現(xiàn)拱2的軸心受壓狀態(tài)；
[0021]3、單個(gè)集中荷載:在任意一個(gè)套環(huán)5上掛上一個(gè)加載砝碼66，可實(shí)現(xiàn)拱2發(fā)生破壞的偏心受壓狀態(tài)；
[0022]4、先均布滿跨加載后再加一個(gè)集中荷載:按2和3的加載順序加載，可實(shí)現(xiàn)拱不破壞的偏心受壓狀態(tài)。
[0023]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示，可以幫助學(xué)生直觀地觀察看到拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力特征，如拱的理想受力狀態(tài)(拱內(nèi)無(wú)彎矩)不僅與拱的形狀有關(guān)，還與荷載類型(均布、梯形、集中力)及荷載作用范圍(滿跨、半跨、局部)有關(guān)，以便正確掌握拱-拉桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型拱-拉桿結(jié)構(gòu)未加載的示意圖；
[0025]圖2是本實(shí)用新型拱-拉桿結(jié)構(gòu)施加滿跨均布加載的示意圖；
[0026]圖3是本實(shí)用新型拱-拉桿結(jié)構(gòu)施加一個(gè)集中荷載的示意圖；
[0027]圖4是本實(shí)用新型拱-拉桿結(jié)構(gòu)先滿跨均布加載和后施加一個(gè)集中荷載的示意圖。
[0028]圖1-4中各標(biāo)號(hào):1-支座塊，2-拱，3-拉桿，4-銷固螺栓，5-套環(huán)，6-加載砝碼。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]實(shí)施例1:如圖1-4所示，一種拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，包括支座塊1、拱2、拉桿3、錨固螺栓4、套環(huán)5、加載砝碼6 ;所述拱2由數(shù)塊拱節(jié)段相拼而成，各拱節(jié)段拱成的拱型的兩端均與兩塊支座塊I連接，拉桿3穿過(guò)支座塊1，并用兩個(gè)錨固螺栓4將拉桿3的兩端旋緊于支座塊I上，使支座塊I在拱2的水平推力作用下沒(méi)有水平位移，拱節(jié)段下面設(shè)有套環(huán)5，套環(huán)5上掛有加載砝碼6。
[0031]實(shí)施例2:如圖1-4所示，一種拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，包括支座塊1、拱2、拉桿3、錨固螺栓4、套環(huán)5、加載砝碼6 ;所述拱2由數(shù)塊拱節(jié)段相拼而成，各拱節(jié)段拱成的拱型的兩端均與兩塊支座塊I連接，拉桿3穿過(guò)支座塊1，并用兩個(gè)錨固螺栓4將拉桿3的兩端旋緊于支座塊I上，使支座塊I在拱2的水平推力作用下沒(méi)有水平位移，拱節(jié)段下面設(shè)有套環(huán)5，套環(huán)5上掛有加載砝碼6。
[0032]所述當(dāng)拉桿3的兩端旋緊于支座塊I上的錨固螺栓4放松時(shí)，拉桿3在拱2水平推力作用下發(fā)生水平位移，錨固螺栓4的旋緊與放松用于演示拱2結(jié)構(gòu)幾何不變或可變的情況。
[0033]實(shí)施例3:如圖1-4所示，一種拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，包括支座塊1、拱2、拉桿3、錨固螺栓4、套環(huán)5、加載砝碼6 ;所述拱2由數(shù)塊拱節(jié)段相拼而成，各拱節(jié)段拱成的拱型的兩端均與兩塊支座塊I連接，拉桿3穿過(guò)支座塊1，并用兩個(gè)錨固螺栓4將拉桿3的兩端旋緊于支座塊I上，使支座塊I在拱2的水平推力作用下沒(méi)有水平位移，拱節(jié)段下面設(shè)有套環(huán)5，套環(huán)5上掛有加載砝碼6。
[0034]所述當(dāng)拉桿3的兩端旋緊于支座塊I上的錨固螺栓4放松時(shí)，拉桿3在拱2水平推力作用下發(fā)生水平位移，錨固螺栓4的旋緊與放松用于演示拱2結(jié)構(gòu)幾何不變或可變的情況。
[0035]所述套環(huán)5上均掛有加載砝碼6，實(shí)現(xiàn)均布全跨加載的情況。
[0036]實(shí)施例4:如圖1-4所示，一種拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，包括支座塊1、拱2、拉桿3、錨固螺栓4、套環(huán)5、加載砝碼6 ;所述拱2由數(shù)塊拱節(jié)段相拼而成，各拱節(jié)段拱成的拱型的兩端均與兩塊支座塊I連接，拉桿3穿過(guò)支座塊1，并用兩個(gè)錨固螺栓4將拉桿3的兩端旋緊于支座塊I上，使支座塊I在拱2的水平推力作用下沒(méi)有水平位移，拱節(jié)段下面設(shè)有套環(huán)5，套環(huán)5上掛有加載砝碼6。
[0037]所述當(dāng)拉桿3的兩端旋緊于支座塊I上的錨固螺栓4放松時(shí)，拉桿3在拱2水平推力作用下發(fā)生水平位移，錨固螺栓4的旋緊與放松用于演示拱2結(jié)構(gòu)幾何不變或可變的情況。
[0038]所述套環(huán)5上僅有一部分套環(huán)5或僅一個(gè)套環(huán)5上掛有加載砝碼6，實(shí)現(xiàn)半跨均布、局部均布或集中荷載的情況。
[0039]實(shí)施例5:如圖1-4所示，一種拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，包括支座塊1、拱2、拉桿3、錨固螺栓4、套環(huán)5、加載砝碼6 ;所述拱2由數(shù)塊拱節(jié)段相拼而成，各拱節(jié)段拱成的拱型的兩端均與兩塊支座塊I連接，拉桿3穿過(guò)支座塊1，并用兩個(gè)錨固螺栓4將拉桿3的兩端旋緊于支座塊I上，使支座塊I在拱2的水平推力作用下沒(méi)有水平位移，拱節(jié)段下面設(shè)有套環(huán)5，套環(huán)5上掛有加載砝碼6。
[0040]所述當(dāng)拉桿3的兩端旋緊于支座塊I上的錨固螺栓4放松時(shí)，拉桿3在拱2水平推力作用下發(fā)生水平位移，錨固螺栓4的旋緊與放松用于演示拱2結(jié)構(gòu)幾何不變或可變的情況。
[0041 ] 所述拱2的形狀為二次拋物線。
[0042]所述套環(huán)5上僅有一部分套環(huán)5或僅一個(gè)套環(huán)5上掛有加載砝碼6。
[0043]上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，其特征在于:包括支座塊(I)、拱(2)、拉桿(3)、錨固螺栓(4)、套環(huán)(5)、加載砝碼(6);所述拱(2)由數(shù)塊拱節(jié)段相拼而成，各拱節(jié)段拱成的拱型的兩端均與兩塊支座塊(I)連接，拉桿(3)穿過(guò)支座塊(1)，并用兩個(gè)錨固螺栓(4)將拉桿(3 )的兩端旋緊于支座塊(I)上，使支座塊(I)在拱(2 )的水平推力作用下沒(méi)有水平位移，拱節(jié)段下面設(shè)有套環(huán)(5 )，套環(huán)(5 )上掛有加載砝碼(6 )。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，其特征在于:所述當(dāng)拉桿(3 )的兩端旋緊于支座塊(I)上的錨固螺栓(4 )放松時(shí)，拉桿(3 )在拱(2 )水平推力作用下發(fā)生水平位移，錨固螺栓(4)的旋緊與放松用于演示拱(2)結(jié)構(gòu)幾何不變或可變的情況。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，其特征在于:所述拱(2)的形狀為二次拋物線。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，其特征在于:所述套環(huán)(5)上僅有一部分套環(huán)(5)或僅一個(gè)套環(huán)(5)上掛有加載砝碼(6)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示裝置，屬于教學(xué)輔助設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括支座塊、拱、拉桿、錨固螺栓、套環(huán)、加載砝碼；所述拱由數(shù)塊拱節(jié)段相拼而成，各拱節(jié)段拱成的拱型的兩端均與兩塊支座塊連接，拉桿穿過(guò)支座塊，并用兩個(gè)錨固螺栓將拉桿的兩端旋緊于支座塊上，使支座塊在拱的水平推力作用下沒(méi)有水平位移，拱節(jié)段下面設(shè)有套環(huán)，套環(huán)上掛有加載砝碼。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力教學(xué)演示，可以幫助學(xué)生直觀地觀察看到拱-拉桿結(jié)構(gòu)的受力特征，以便正確掌握拱-拉桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法。
【IPC分類】G09B23/10, G09B25/04
【公開(kāi)號(hào)】CN204833829
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520480815
【發(fā)明人】韓春秀, 周東華, 陳旭
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月7日