一种平面刚架加载实验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种平面刚架加载实验装置，下横梁一侧安装了侧梁，在侧梁上安装横向加载装置，简捷方便；侧梁与下横梁之间安装了侧梁拉杆，增加了侧梁和下横梁左段的强度和刚度；横向加载测力示力装置由手摇柄、链轮轴、链轮座、链轮、链条、螺旋千斤顶、长度调节杆、长度调节杆座、横向测力传感器、传感器座、示力仪表组成，链轮座固定于侧梁的上端；刚架及支承组件由左竖杆、横杆、右竖杆、座叉、销轴、上垫板、下垫板、中间垫板、滚轴、垫板固定螺栓组成，左竖杆、横杆、右竖杆组成单跨或多跨刚架结构，换装刚架、改变加载和支承形式比较方便；侧向约束组件形成对刚架侧向移动的限制。
【专利说明】
一种平面刚架加载实验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及学校用结构力学实验设备，特别适用于工科高等学校土木工程、建筑工程类专业用的建筑结构教学实验的一种平面刚架实验加载装置。
【背景技术】
[0002]目前，在高等学校土木工程、建筑工程类专业教学中，为了有利于帮助学生验证学过的建筑结构理论知识，有利于培养学生的实测能力、综合运用能力和创新能力，开设了平面刚架实验项目。该实验项目，首先要解决对被测刚架进行加载问题。目前，多是临时采取措施解决对被测刚架的加载问题，也有在小型的结构力学力学综合实验台上进行实验。存在以下缺点:
[0003]1.临时采取措施解决对被测刚架进行加载，费时、费力、操作不便。
[0004]2.在小型的结构力学力学综合实验台上进行实验，对较大尺寸的刚架无法进行实验，换装刚架、改变加载和支承形式也比较麻烦。
【发明内容】
[0005]本实用新型旨在为了避免上述技术中存在的缺点和不足之处而提供的一种固定、完整、对任何尺寸的刚架均可进行实验的平面刚架实验加载装置。同时该实验装置换装刚架结构、改变加载和支承形式也非常方便。
[0006]为达到以上目的，通过以下技术方案实现的:
[0007]—种平面刚架加载实验装置，包括:框架、刚架及支承组件、侧向约束组件、竖向加载装置、竖向测力示力装置、竖向压头组件和横向加载测力示力装置；
[0008]框架包括:底座、下横梁、上横梁、左立柱、右立柱、侧梁和侧梁拉杆；
[0009]其中，下横梁、上横梁、左立柱和右立柱共同组成矩形框架结构，且下横梁两端均伸出于左立柱和右立柱外侧；
[0010]侧梁固定于下横梁其中一侧的伸出端；
[0011]侧梁拉杆倾斜固定于侧梁与下横梁上，其侧梁拉杆与侧梁与下横梁构成三角形斜拉结构；
[0012]刚架及支承组件包括:左竖杆、横杆、右竖杆、座叉、销轴、上垫板、下垫板、中间垫板、滚轴和垫板固定螺栓；
[0013]上垫板、下垫板和中间垫板预设对位螺栓装配孔；
[0014]其中，左竖杆、横杆和右竖杆形成单跨或者多跨刚架结构;座叉固定于下横梁联结左竖杆的位置，左竖杆下端插入座叉内，座叉预设有可穿两根销轴的两个孔，且左竖杆对应位置同样设置有两个与座叉上两个孔配合的通孔;当要实现对左竖杆实现固定铰支座支承时，用一根销轴将左竖杆与座叉联结起来，当要实现对左竖杆实现固定端支承时，用两根销轴将左竖杆与座叉联结起来；
[0015]其中，滚轴、上垫板、下垫板和中间垫板作为一套联结组件，且其套数与右竖杆的数目相等;上垫板固定于右竖杆的下端，下垫板固定于下横梁上与上垫板竖直对齐的位置，滚轴放置于上垫板和下垫板的中间；当要实现固定铰链支座支承时，上垫板和下垫板与滚轴接触的一面要制成与滚轴吻合的凹弧面；当要实现活动铰链支座支承时，上垫板和下垫板与滚轴接触的一面要制成平面;当要实现固定端约束时，取下滚轴，换上厚度合适的中间垫板，并用垫板固定螺栓将右竖杆的下端、上垫板、中间垫板、下垫板固定到下横梁上；
[0016]横向加载测力示力装置设置于侧梁上，横向作用于刚架结构；
[0017]竖向加载装置固定于上横梁下端，且位于刚架结构中心上方；
[0018]竖向压头组件固定于竖向加载装置纵向加载端，竖向测力示力装置安装于竖向压头组件与竖向加载装置纵向加载端之间用于显示加载力；
[0019]侧向约束组件包括:座梁、支杆座、支杆、轴承、轴承轴和手动螺钉;其中，座梁为2根，前后各一根水平固定于左立柱和右立柱框内侧靠近刚架结构上端的位置;其中，支杆座、支杆、轴承、轴承轴和手动螺钉多套，套数等于刚架结构所有竖杆数目的2倍，支杆座固定于座梁上，支杆分为两段，一段为较细的圆柱，一段为较粗的圆柱，较细一端圆柱的直径与支杆座上部预设圆孔的直径相同，插入支杆座上部的预设圆孔内，由径向伸入装配的手动螺钉锁紧固定，较粗的一段圆柱的端部加工有叉形口和与叉形口纵向对称面垂直的横向圆孔，轴承置于叉形口内，轴承轴穿过支杆的横向圆孔将轴承安装在支杆上，轴承要露出支杆的叉形口一些，形成刚架结构每根竖杆的两侧都有轴承顶住，刚架结构侧向移动的限位。
[0020]作为优选结构，横向加载测力示力装置包括:摇柄、链轮轴、链轮座、链轮、链条、螺旋千斤顶、长度调节杆、长度调节杆座、横向测力传感器、传感器座和示力仪表；
[0021]其中，链轮座固定于侧梁的上端，链轮轴转动装配于链轮座上，且两端伸出，两伸出端分别装有手摇柄和链轮，螺旋千斤顶的底座横向固定在侧梁朝向刚架结构一侧，螺旋千斤顶的输入轴上也装有一个链轮，链条将两链轮联结起来，横向测力传感器与传感器座相联，传感器座固定在刚架结构的横向受力部位，长度调节杆座固定于与侧梁对应侧立柱上，长度调节杆穿过长度调节杆座安装在横向测力传感器上，螺旋千斤顶、长度调节杆、横向测力传感器、刚架横向的受力部位四者中心线在同一水平线上。
[0022]作为优选结构，竖向加载装置的加载机构同样是由摇柄、链轮轴、链轮座、链轮、链条和螺旋千斤顶组成的由摇柄作为动力输入，再由链轮、链条以及螺旋千斤顶输入端传动，最终通过螺旋千斤顶纵向伸缩实现纵向加载的加载机构；
[0023]其中，螺旋千斤顶伸缩端部依次安装竖向测力示力装置和竖向压头组件。
[0024]本实用新型的原理和操作分述于下:将刚架结构的下端按实验要求的支承形式安装好支承，刚架要竖直放立，再将刚架的前后两侧安装好侧向支承;所安装的刚架跨数变化时，刚架左竖杆与螺旋千斤顶的距离也发生变化，就要安装合适长度的长度调节杆，以使螺旋千斤顶能够正常加载;安装好竖向和横向加载装置和测力示力装置，接通示力仪表电源；在测量刚架受力的同时，也要测量其变形和应变，测量其变形和应变的工作也要事先做好；手摇手摇柄，使加力压头靠向刚架的受力点，直至完全接触;继续摇转手摇柄加载，数显示力仪表显示出所加力值，同时测量变形和应变的仪器也显示出测点的变形值和应变值。
[0025]本实用新型在下横梁一侧安装了侧梁，在侧梁上安装横向加载装置，简捷方便;侧梁与下横梁之间安装了侧梁拉杆，增加了侧梁和下横梁左段的强度和刚度;横向测力传感器上安装了长度调节杆，就使得在安装不同跨度刚架时，螺旋千斤顶都能够正常加载;通过侧向约束组件，限制了刚架上端的侧向移动，保证了刚架的侧向稳固性；由座叉、销轴、上垫板、下垫板、中间垫板、滚轴、垫板固定螺栓组成的支承组件，可以方便地使刚架各竖杆的下端实现理想的支承形式。
[0026]综合以上所采取的技术措施，实现本实用新型的目的。
[0027]与现有技术相比，本实用新型具有设计合理，结构紧凑，体小重轻，造价低廉，操作安全，使用方便等优点。
[0028]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【附图说明】
[0029]本实用新型共3幅附图，其中:
[0030]图1为本实用新型的主视结构示意图。
[0031]图2为本实用新型的刚架及支承组件的装配示意图。
[0032]图3为本实用新型的侧向约束组件装配图的主视图。
[0033]图4为图3的左视图。
[0034]图中:1、框架，2、底座，3、下横梁，4、左立柱，5、侧梁，6、侧梁拉杆，7、横向加载测力示力装置，8、手摇柄，9、链轮轴，10、链轮座，11、链轮，12、链条，13、螺旋千斤顶，14、长度调节杆，15、长度调节杆座，16、横向测力传感器，17、示力仪表，18、传感器座，19、上横梁，20、右立柱，21、竖向加载装置，22、竖向测力示力装置，23、竖向压头组件，24、侧向约束组件，25、刚架及支承组件，26、座叉，27、销轴，28、左竖杆，29、横杆30、右竖杆，31、垫板固定螺栓，32、上垫板，33、中间垫板，34、下垫板，35、滚轴，36、座梁，37、支杆座，38、手动螺钉，39、轴承，40、轴承轴41、支杆。
【具体实施方式】
[0035]如图1、图2、图3和图4所示的一种平面刚架加载实验装置，包括:框架1、刚架及支承组件25、侧向约束组件24、竖向加载装置21、竖向测力示力装置22、竖向压头组件23和横向加载测力示力装置7;
[0036]框架I包括:底座2、下横梁3、上横梁19、左立柱4、右立柱20、侧梁5和侧梁拉杆6;
[0037]其中，下横梁3、上横梁19、左立柱4和右立柱20共同组成矩形框架结构，且下横梁3两端均伸出于左立柱4和右立柱20外侧；
[0038]侧梁5固定于下横梁3其中一侧的伸出端；
[0039]侧梁拉杆6倾斜固定于侧梁5与下横梁3上，其侧梁拉杆6与侧梁5与下横梁3构成三角形斜拉结构；
[0040]刚架及支承组件25包括:左竖杆28、横杆29、右竖杆30、座叉26、销轴27、上垫板32、下垫板34、中间垫板33、滚轴35和垫板固定螺栓31 ；
[0041 ]上垫板32、下垫板34和中间垫板33预设对位螺栓装配孔；
[0042]其中，左竖杆28、横杆29和右竖杆30形成单跨或者多跨刚架结构;座叉26固定于下横梁3联结左竖杆28的位置，左竖杆28下端插入座叉26内，座叉26预设有可穿两根销轴27的两个孔，且左竖杆28对应位置同样设置有两个与座叉26上两个孔配合的通孔；当要实现对左竖杆28实现固定铰支座支承时，用一根销轴27将左竖杆28与座叉26联结起来，当要实现对左竖杆28实现固定端支承时，用两根销轴27将左竖杆28与座叉26联结起来；
[0043]其中，滚轴35、上垫板32、下垫板34和中间垫板33作为一套联结组件，且其套数与右竖杆30的数目相等;上垫板32固定于右竖杆30的下端，下垫板34固定于下横梁3上与上垫板32竖直对齐的位置，滚轴35放置于上垫板32和下垫板34的中间；当要实现固定铰链支座支承时，上垫板32和下垫板34与滚轴35接触的一面要制成与滚轴35吻合的凹弧面；当要实现活动铰链支座支承时，上垫板32和下垫板34与滚轴35接触的一面要制成平面；当要实现固定端约束时，取下滚轴35，换上厚度合适的中间垫板33，并用垫板固定螺栓31将右竖杆30的下端、上垫板32、中间垫板33、下垫板34固定到下横梁3上；
[0044]横向加载测力示力装置7设置于侧梁5上，横向作用于刚架结构；
[0045]竖向加载装置21固定于上横梁19下端，且位于刚架结构中心上方；
[0046]竖向压头组件23固定于竖向加载装置21纵向加载端，竖向测力示力装置22安装于竖向压头组件23与竖向加载装置21纵向加载端之间用于显示加载力；
[0047]侧向约束组件24包括:座梁36、支杆座37、支杆41、轴承39、轴承轴40和手动螺钉38;其中，座梁36为2根，前后各一根水平固定于左立柱4和右立柱20框内侧靠近刚架结构上端的位置;其中，支杆座37、支杆41、轴承39、轴承轴40和手动螺钉38多套，套数等于刚架结构所有竖杆数目的2倍，支杆座37固定于座梁36上，支杆41分为两段，一段为较细的圆柱，一段为较粗的圆柱，较细一端圆柱的直径与支杆座37上部预设圆孔的直径相同，插入支杆座37上部的预设圆孔内，由径向伸入装配的手动螺钉38锁紧固定，较粗的一段圆柱的端部加工有叉形口和与叉形口纵向对称面垂直的横向圆孔，轴承39置于叉形口内，轴承轴40穿过支杆41的横向圆孔将轴承39安装在支杆41上，轴承39要露出支杆41的叉形口一些，形成刚架结构每根竖杆的两侧都有轴承39顶住，刚架结构侧向移动的限位。
[0048]作为优选结构，横向加载测力示力装置7包括:摇柄8、链轮轴9、链轮座10、链轮11、链条12、螺旋千斤顶13、长度调节杆14、长度调节杆座15、横向测力传感器16、传感器座18和示力仪表17;
[0049]其中，链轮座10固定于侧梁5的上端，链轮轴9转动装配于链轮座10上，且两端伸出，两伸出端分别装有手摇柄8和链轮11，螺旋千斤顶13的底座横向固定在侧梁5朝向刚架结构一侧，螺旋千斤顶13的输入轴上也装有一个链轮，链条12将两链轮联结起来，横向测力传感器16与传感器座18相联，传感器座18固定在刚架结构的横向受力部位，长度调节杆座15固定于与侧梁5对应侧立柱上，长度调节杆14穿过长度调节杆座15安装在横向测力传感器16上，螺旋千斤顶13、长度调节杆14、横向测力传感器16、刚架横向的受力部位四者中心线在同一水平线上。
[0050]作为优选结构，竖向加载装置21的加载机构同样是由摇柄、链轮轴、链轮座、链轮、链条和螺旋千斤顶组成的由摇柄作为动力输入，再由链轮、链条以及螺旋千斤顶输入端传动，最终通过螺旋千斤顶纵向伸缩实现纵向加载的加载机构；
[0051]其中，螺旋千斤顶伸缩端部依次安装竖向测力示力装置22和竖向压头组件23。
[0052]本实用新型的原理和操作分述于下:将刚架结构的下端按实验要求的支承形式安装好支承，刚架要竖直放立，再将刚架的前后两侧安装好侧向支承;所安装的刚架跨数变化时，刚架左竖杆与螺旋千斤顶的距离也发生变化，就要安装合适长度的长度调节杆，以使螺旋千斤顶能够正常加载;安装好竖向和横向加载装置和测力示力装置，接通示力仪表电源；在测量刚架受力的同时，也要测量其变形和应变，测量其变形和应变的工作也要事先做好；手摇手摇柄，使加力压头靠向刚架的受力点，直至完全接触;继续摇转手摇柄加载，数显示力仪表显示出所加力值，同时测量变形和应变的仪器也显示出测点的变形值和应变值。
[0053]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种平面刚架加载实验装置，包括:框架(I)、刚架及支承组件(25)、侧向约束组件(24)、竖向加载装置(21)、竖向测力示力装置(22)、竖向压头组件(23)和横向加载测力示力装置(7); 其特征在于: 所述框架(I)包括:底座(2)、下横梁(3)、上横梁(19)、左立柱(4)、右立柱(20)、侧梁(5)和侧梁拉杆(6)； 其中，下横梁(3)、上横梁(19)、左立柱(4)和右立柱(20)共同组成矩形框架结构，且下横梁(3)两端均伸出于左立柱(4)和右立柱(20)外侧； 所述侧梁(5)固定于下横梁(3)其中一侧的伸出端； 所述侧梁拉杆(6)倾斜固定于侧梁(5)与下横梁(3)上，其侧梁拉杆(6)与侧梁(5)与下横梁(3)构成三角形斜拉结构； 所述的刚架及支承组件(25)包括:左竖杆(28)、横杆(29)、右竖杆(30)、座叉(26)、销轴(27)、上垫板(32)、下垫板(34)、中间垫板(33)、滚轴(35)和垫板固定螺栓(31); 所述上垫板(32)、下垫板(34)和中间垫板(33)预设对位螺栓装配孔； 其中，左竖杆(28)、横杆(29)和右竖杆(30)形成单跨或者多跨刚架结构;所述座叉(26)固定于下横梁(3)联结左竖杆(28)的位置，左竖杆(28)下端插入座叉(26)内，座叉(26)预设有可穿两根销轴(27)的两个孔，且左竖杆(28)对应位置同样设置有两个与座叉(26)上两个孔配合的通孔；当要实现对左竖杆(28)实现固定铰支座支承时，用一根销轴(27)将左竖杆(28)与座叉(26)联结起来，当要实现对左竖杆(28)实现固定端支承时，用两根销轴(27)将左竖杆(28)与座叉(26)联结起来； 其中，滚轴(35)、上垫板(32)、下垫板(34)和中间垫板(33)作为一套联结组件，且其套数与右竖杆(30)的数目相等;所述上垫板(32)固定于右竖杆(30)的下端，下垫板(34)固定于下横梁(3)上与上垫板(32)竖直对齐的位置，滚轴(35)放置于上垫板(32)和下垫板(34)的中间；当要实现固定铰链支座支承时，上垫板(32)和下垫板(34)与滚轴(35)接触的一面要制成与滚轴(35)吻合的凹弧面；当要实现活动铰链支座支承时，上垫板(32)和下垫板(34)与滚轴(35)接触的一面要制成平面；当要实现固定端约束时，取下滚轴(35)，换上厚度合适的中间垫板(33)，并用垫板固定螺栓(31)将右竖杆(30)的下端、上垫板(32)、中间垫板(33)、下垫板(34)固定到下横梁(3)上； 所述横向加载测力示力装置(7)设置于侧梁(5)上，横向作用于刚架结构； 所述竖向加载装置(21)固定于上横梁(19)下端，且位于刚架结构中心上方； 所述竖向压头组件(23)固定于竖向加载装置(21)纵向加载端，竖向测力示力装置(22)安装于竖向压头组件(23)与竖向加载装置(21)纵向加载端之间用于显示加载力； 所述的侧向约束组件(24)包括:座梁(36)、支杆座(37)、支杆(41)、轴承(39)、轴承轴(40)和手动螺钉(38);其中，座梁(36)为2根，前后各一根水平固定于左立柱(4)和右立柱(20)框内侧靠近刚架结构上端的位置;其中，支杆座(37)、支杆(41)、轴承(39)、轴承轴(40)和手动螺钉(38)多套，套数等于刚架结构所有竖杆数目的2倍，支杆座(37)固定于座梁(36)上，支杆(41)分为两段，一段为较细的圆柱，一段为较粗的圆柱，较细一端圆柱的直径与支杆座(37)上部预设圆孔的直径相同，插入支杆座(37)上部的预设圆孔内，由径向伸入装配的手动螺钉(38)锁紧固定，较粗的一段圆柱的端部加工有叉形口和与叉形口纵向对称面垂直的横向圆孔，轴承(39)置于叉形口内，轴承轴(40)穿过支杆(41)的横向圆孔将轴承(39)安装在支杆(41)上，轴承(39)要露出支杆(41)的叉形口一些，形成刚架结构每根竖杆的两侧都有轴承(39)顶住，刚架结构侧向移动的限位。2.根据权利要求1所述的一种平面刚架加载实验装置，其特征在于: 所述横向加载测力示力装置(7)包括:摇柄(8)、链轮轴(9)、链轮座(10)、链轮(11)、链条(12)、螺旋千斤顶(13)、长度调节杆(14)、长度调节杆座(15)、横向测力传感器(16)、传感器座(18)和示力仪表(17); 其中，链轮座(I O)固定于侧梁(5)的上端，链轮轴(9)转动装配于链轮座(1)上，且两端伸出，两伸出端分别装有手摇柄(8)和链轮(11)，螺旋千斤顶(13)的底座横向固定在侧梁(5)朝向刚架结构一侧，螺旋千斤顶(13)的输入轴上也装有一个链轮，链条(12)将两链轮联结起来，横向测力传感器(16)与传感器座(I 8)相联，传感器座(I 8)固定在刚架结构的横向受力部位，长度调节杆座(15)固定于与侧梁(5)对应侧立柱上，长度调节杆(14)穿过长度调节杆座(15)安装在横向测力传感器(16)上，螺旋千斤顶(13)、长度调节杆(14)、横向测力传感器(16)、刚架横向的受力部位四者中心线在同一水平线上。3.根据权利要求1或2所述的一种平面刚架加载实验装置，其特征在于: 所述竖向加载装置(21)的加载机构同样是由摇柄、链轮轴、链轮座、链轮、链条和螺旋千斤顶组成的由摇柄作为动力输入，再由链轮、链条以及螺旋千斤顶输入端传动，最终通过螺旋千斤顶纵向伸缩实现纵向加载的加载机构； 其中，螺旋千斤顶伸缩端部依次安装竖向测力示力装置(22)和竖向压头组件(23)。
【文档编号】G01N3/02GK205562272SQ201620117879
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月5日
【发明人】高潮, 周永, 刘峰, 高少霞, 姚致国
【申请人】高潮, 周永, 姚致国