一种小型装配式结构动力学教学实验台的制作方法

本实用新型涉及教学用具技术领域，特别是指一种小型装配式结构动力学教学实验台。

背景技术：

一直以来，结构动力学都是土木工程领域中一门重要的专业基础课程，具有较强的理论性，部分理论十分抽象，晦涩难懂，以致学生理解困难，目前，许多高校虽然开设有力学实验课程，但多以材料力学和理论力学实验设备为主，结构动力学相关的实验设备相对要匮乏，传统的结构动力学实验设备是以大型设备为主，此类型的设备对科研研究具有重要的意义，但是难以服务于课堂教学，因而研发一种以教学为主，同时满足科研研究要求的小型结构动力学实验设备是一个亟待解决的问题。针对这一问题，本实用新型提出一种小型装配式结构动力学教学实验台，该实验台采用装配的理念，将多个实验台的功能集于一体，能够迅速进行多种类型的结构动力学实验，一定程度上解决了结构动力学实验设备匮乏的难题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种小型装配式结构动力学教学实验台。

该实验台包括实验台底座、激振系统、振动台、多层框架结构、反力墙、桁架结构、支撑柱、梁、简支梁约束装置和悬臂梁约束装置，该实验台通过装配不同的上述配件，分别构成模拟地震振动实验台、框架结构强迫振动实验台、桁架结构强迫振动实验台、简支梁强迫振动实验台和悬臂梁强迫振动实验台。

其中，模拟地震振动实验台包括实验台底座、激振系统、振动台和多层框架结构，其中实验台底座位于模拟地震振动实验台的底部，激振器支座、振动台和多层框架结构通过定位孔A固定在实验台底座上方，激振器支座位于实验台底座的端部，振动台通过连接轴与激振器相连，支架固定在实验台底座上，多层框架结构通过定位孔B固定在振动台的台面上。

框架结构强迫振动实验台包括实验台底座、激振系统、反力墙和多层框架结构，其中实验台底座位于框架结构强迫振动实验台的底部，反力墙和多层框架结构通过定位孔A固定在实验台底座上，反力墙固定在实验台底座的端部，反力墙墙体与实验台底座垂直且与实验台底座短边平行，激振器支座安装在反力墙墙体正面上，多层框架结构侧向通过连接轴与水平向的激振器相连。

桁架结构强迫振动实验台包括实验台底座、激振系统、支撑柱和桁架结构，其中实验台底座位于桁架结构强迫振动实验台的底部，激振系统和支撑柱通过定位孔A固定在实验台底座上，桁架结构位于两侧支撑柱的顶端，桁架结构的外伸板固定在支撑柱顶端，激振系统位于两根支撑柱之间，两根支撑柱之间的间距与桁架结构的长度相同，激振器通过连接轴与桁架结构底部相连。

简支梁强迫振动实验台包括实验台底座、激振系统、梁、简支梁约束装置、支撑柱，其中实验台底座位于简支梁强迫振动实验台的底部，支撑柱和激振系统通过定位孔A固定在实验台底座上，两根支撑柱分别位于实验台底座的两侧，两根支撑柱之间的距离和梁的长度相同，简支梁约束装置固定于支撑柱顶部，梁通过简支梁约束装置搭建在两根支撑柱上，梁、简支梁约束装置和支撑柱构成简支梁系统，激振系统位于两支撑柱之间，激振器通过连接轴与梁底部相连。

悬臂梁强迫振动实验台包括实验台底座、激振系统、支撑柱、梁、悬臂梁约束装置，其中实验台底座位于悬臂梁强迫振动实验台的底部，支撑柱和激振系统通过定位孔A固定在实验台底座上，梁的端部通过悬臂梁约束装置固定在支撑柱顶端，梁、悬臂梁约束装置、支撑柱构成悬臂梁系统，激振系统位于梁另一端部的下方，激振器通过连接轴与梁底部相连。

该实验台的实验台底座、反力墙及振动台上均加工有定位孔，激振系统、多层框架结构、桁架结构、支撑柱、梁上加工有与之配套的定位螺栓孔。

该实验台的实验台底座包括调平支座和定位孔A，定位孔A在实验台底座上均匀分布，调平支座分布在实验台底座的四个角下方；激振系统包括激振器支座、激振器和连接轴，激振器轴向与激振器支座平面呈0～180°；简支梁约束装置包括U型螺栓、弧形凸起结构、螺栓A、台阶和连接底板A，连接底板A位于简支梁约束装置底部，连接底板A长度大于支撑柱截面长度，弧形凸起结构位于连接底板A上方中央，弧形凸起结构长度与梁宽度相同，弧形凸起结构两侧加工有台阶，台阶高度为梁高度的1/5～1/2，连接底板A通过螺栓A与其他配件进行固定，U型螺栓位于台阶外侧，U型螺栓与弧形凸起结构共同夹住梁；悬臂梁约束装置包括压板、连接底板B、卡槽、沉头螺栓和螺栓B，压板通过螺栓B固定在连接底板B上方，压板和连接底板B之间的空隙形成卡槽，沉头螺栓位于卡槽中并穿过连接底板B，连接底板B上的沉头螺栓孔的沉头深度大于螺栓B的螺栓头的高度，连接底板B和压板共同夹紧梁；桁架结构两端延伸出外伸板；振动台包括滑条、定位孔B、支架、把手和台面，台面通过滑条与支架连接，把手位于支架两侧，定位孔B均匀分布于台面上；反力墙呈“L”型，反力墙包括加强肋和反力墙墙体，加强肋位于反力墙墙体的侧面。

该实验台的装配方法包括：

S1：初次调平，将实验台底座安放到实验场地上，并通过调平支座对实验台底座进行初步调平；

S2：组装实验台，根据不同的实验需求，选择相应的实验台配件，组装成模拟地震振动实验台或框架结构强迫振动实验台或桁架结构强迫振动实验台或简支梁强迫振动实验台或悬臂梁强迫振动实验台；

S3：二次调平，S1、S2两步完成以后，再次通过调平支座对实验台进行调平。

该实验台底座和振动台的台面能够安装建筑物模型。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

1、该实验台的实验台底座、反力墙、振动台上均有定位孔，具有迅速组装和拆卸的优点，操作简单；

2、该实验台将多个实验台的功能集于一体，具有多功能、多用途的优点；

3、该实验台体积小，采用装配的形式，多种实验共用一个实验台底座和激振系统，较大程度的节约实验室空间，降低了实验设备费用。

附图说明

图1为本实用新型小型装配式结构动力学教学实验台的主配件示意图；

图2为本实用新型的模拟地震振动实验台的结构示意图；

图3为本实用新型的框架结构强迫振动实验台的结构示意图；

图4为本实用新型的桁架结构强迫振动实验台的结构示意图；

图5为本实用新型的简支梁强迫振动实验台的结构示意图；

图6为本实用新型的简支梁约束装置的结构示意图

图7为本实用新型的悬臂梁强迫振动实验台的结构示意图；

图8为本实用新型的悬臂梁约束装置的结构示意图。

其中：1-实验台底座，2-激振系统，3-简支梁约束装置，4-悬臂梁约束装置，5-桁架结构，6-振动台，7-反力墙，8-多层框架结构，9-支撑柱，10-梁，101-调平支座，102-定位孔A，201-激振器支座，202-激振器，203-连接轴，301-U型螺栓，302-弧形凸起结构，303-螺栓A，304-台阶，305-连接底板A，401-压板，402-连接底板B，403-卡槽，404-沉头螺栓，405-螺栓B，501-外伸板，601-滑条，602-定位孔B，603-支架，604-把手，605-台面，701-加强肋，702-反力墙墙体。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种小型装配式结构动力学教学实验台。

如图1所示，该实验台包括实验台底座1、激振系统2、振动台6、多层框架结构8、反力墙7、桁架结构5、支撑柱9、梁10、简支梁约束装置3和悬臂梁约束装置4，该实验台通过装配不同的上述配件，分别构成模拟地震振动实验台、框架结构强迫振动实验台、桁架结构强迫振动实验台、简支梁强迫振动实验台和悬臂梁强迫振动实验台。

其中，如图2所示，模拟地震振动实验台包括实验台底座1、激振系统2、振动台6和多层框架结构8，其中实验台底座1位于模拟地震振动实验台的底部，激振器支座201、振动台6和多层框架结构8通过定位孔A102固定在实验台底座1上方，激振器支座201位于在实验台底座1的端部，振动台6通过连接轴203与激振器202相连，支架603固定在实验台底座上，多层框架结构8通过定位孔B602固定在地震振动台6的台面605上。

如图3所示，框架结构强迫振动实验台包括实验台底座1、激振系统2、反力墙7和多层框架结构8，其中实验台底座1位于框架结构强迫振动实验台的底部，反力墙7和多层框架结构8通过定位孔A102固定在实验台底座1上，反力墙7固定在实验台底座1的端部，反力墙墙体702与实验台底座1垂直且与实验台底座1短边平行，激振器支座201安装在反力墙墙体702正面上，多层框架结构8侧向通过连接轴203与水平向的激振器202相连。

如图4所示，桁架结构强迫振动实验台包括实验台底座1、激振系统2、支撑柱9和桁架结构5，其中实验台底座1位于桁架结构强迫振动实验台的底部，激振系统2和支撑柱9通过定位孔A102固定在实验台底座1上，桁架结构5位于两侧支撑柱9的顶端，桁架结构5的外伸板501固定在支撑柱顶端，激振系统2位于两根支撑柱9之间，两根支撑柱9之间的间距与桁架结构5相同，激振器202通过连接轴203与桁架结构5底部相连。

如图5所示，简支梁强迫振动实验台包括实验台底座1、激振系统2、梁10、简支梁约束装置3、支撑柱9，其中实验台底座1位于简支梁强迫振动实验台的底部，支撑柱9和激振系统2通过定位孔A102固定在实验台底座1上，两根支撑柱9分别位于实验台底座1的两侧，两根支撑柱9之间的距离和梁10的长度相同，简支梁约束装置3固定于支撑柱9顶部，梁10通过简支梁约束装置3搭建在两根支撑柱9上，梁10、简支梁约束装置3和支撑柱9构成简支梁系统，激振系统2位于两支撑柱9之间，激振器202通过连接轴203与梁10底部相连。

如图7所示，悬臂梁强迫振动实验台包括实验台底座1、激振系统2、支撑柱9、梁10、悬臂梁约束装置4，其中实验台底座1位于悬臂梁强迫振动实验台的底部，支撑柱9和激振系统2通过定位孔A102固定在实验台底座1上，梁10的端部通过悬臂梁约束装置4固定在支撑柱9顶端，梁10、悬臂梁约束装置4、支撑柱9构成悬臂梁系统，激振系统2位于梁10另一端部的下方，激振器202通过连接轴203与梁10底部相连。

该实验台的实验台底座1、反力墙7及振动台6上均加工有定位孔，激振系统2、多层框架结构8、桁架结构5、支撑柱9、梁10上加工有与定位孔相配套的定位螺栓孔。

该实验台的实验台底座1包括调平支座101和定位孔A102，定位孔A102在实验台底座1上均匀分布，调平支座101分布在实验台底座1的四个角下方；激振系统2包括激振器支座201、激振器202和连接轴203，激振器202轴向与激振器支座201平面呈0～180°；如图6所示，简支梁约束装置3包括U型螺栓301、弧形凸起结构302、螺栓A303、台阶304和连接底板A305，连接底板A305位于简支梁约束装置3底部，连接底板A305长度大于支撑柱9截面长度，弧形凸起结构302位于连接底板A305上方中央，弧形凸起结构302长度与梁10宽度相同，弧形凸起结构302两侧加工有台阶304，台阶304高度为梁10高度的1/5～1/2，连接底板A305通过螺栓A303与其他配件进行固定，U型螺栓301位于台阶304外侧，U型螺栓301与弧形凸起结构302共同夹住梁10；如图8所示，悬臂梁约束装置4包括压板401、连接底板B402、卡槽403、沉头螺栓404和螺栓B405，压板401通过螺栓B405固定在连接底板B402上方，压板401和连接底板B402之间的空隙形成卡槽403，沉头螺栓404位于卡槽403中并穿过连接底板B402，连接底板B402上的沉头螺栓孔的沉头深度大于螺栓B405的螺栓头的高度，连接底板B402和压板401共同作用夹紧梁10；桁架结构5的两个延伸出外伸板501；振动台6包括滑条601、定位孔B602、支架603、把手604和台面605，台面605通过滑条601与支架603连接，把手604位于支架603两侧，定位孔B602均匀分布于台面605上；反力墙7呈“L”型，反力墙7包括加强肋701和反力墙墙体702，加强肋701位于反力墙墙体702的侧面。

该实验台的装配方法包括：

S1：初次调平，将实验台底座1安放到实验场地上，并通过调平支座101对实验台底座1进行初步调平；

S2：组装实验台，根据不同的实验需求，选择相应的实验台配件，组装成模拟地震振动实验台或框架结构强迫振动实验台或桁架结构强迫振动实验台或简支梁强迫振动实验台或悬臂梁强迫振动实验台；

S3：二次调平，S1、S2两步完成以后，再次通过调平支座101对实验台进行调平。

该实验台的具体安装方式如下：

1、首先将实验台底座1安置在合适的位置，并通过调平支座101将实验台底座1调整为完全水平。

2、模拟地震振动实验台、框架结构强迫振动实验台、桁架结构强迫振动实验台、简支梁强迫振动实验台和悬臂梁强迫振动实验台的装配方式：

2.1、模拟地震实验台的装配，如图2所示，首先将激振器支座201安装在实验台底座1上，并将激振器202转至与实验台底座1面平行并固定，再通过把手604将振动台6抬至实验台底座1上，并用螺栓将支架603固定在实验台底座1上，在滑条601的作用下推动台面605到便于安装连接轴203的位置，完成连接后，将多层框架结构8放置台面605中央，并使多层框架结构8底板的螺栓孔与台面605上的定位孔B602相对应，最后将多层框架结构8固定。

2.2、框架结构强迫振动实验台的装配，如图3所示，首先将反力墙7安装到实验台底座1上，然后将激振系统2安装到反力墙7正面，反力墙7的安装高度根据多层框架结构8确定，并调整激振器202的位置，使激振器202轴向与实验台底座1平行，然后将多层框架结构8放置实验台底座1上，使多层框架结构8底板上的螺栓孔与实验台底座1上的定位孔A102相对应，并用螺栓紧固，最后通过连接轴将203将激振器202与多层框架结构8连接起来。

2.3、桁架结构强迫振动实验台的装配，如图4所示，首先将两根支撑柱9安装到实验台底座1上，两根支撑柱9之间的安装间距与桁架结构5的长度相同，然后将桁架结构5通过两端的外伸板501搭接在两根支撑柱9的顶端，并用螺栓紧固，激振系统2安装在两根支撑柱9之间，并将激振器202调整为竖向，然后通过连接轴203与桁架结构5底部相连。

2.4、简支梁强迫振动实验台的装配，如图5所示，首先将两根支撑柱9安装到实验台底座1上，两根支撑柱9之间的安装间距与梁10的长度相同，然后将图6所示两个简支梁约束装置3的连接底板305通过螺栓A303分别固定到支撑柱9顶端，再将梁10搭在两个弧形凸起结构302上，弧形凸起结构302两侧有台阶304刚好将梁10卡住，再用U型螺栓301穿过底板的圆孔将梁10箍住并紧固，激振系统2安装在两支撑柱9之间，将激振器202调整为竖直向上并固定，最后用连接轴203将激振器202与梁10底部相连。

2.5、悬臂梁强迫振动实验台的装配，如图7所示，首先将支撑柱9安装在实验台底座1的一端，再将图8所示悬臂梁约束装置4的连接底板B402通过沉头螺栓404固定到支撑柱9顶端，通过压板401的卡槽403卡住梁10，并用螺栓B405将其紧固，然后再将激振系统2安装在梁10的另一端下方，使激振器202竖直向上并固定，最后通过连接轴203与梁10底部相连。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。