一种变刚度节点可拼接框架实验模型

1.本实用新型属于结构力学实验教学技术领域，具体涉及一种变刚度节点可拼接框架实验模型。


背景技术：

2.框架结构是建筑结构中的常用的一种结构形式，框架结构的抗侧移刚度、弯矩分布与框架结构的结点刚度有关。结点刚度如何影响框架结构的弯矩分布和侧移刚度，是结构力学和建筑结构实验教学领域的重要内容。
3.现有的实验方法是制作几套结点刚度不同的框架模型进行对比，缺点有三个：(1)、需要制作多套成本高；(2)、不能剔除各套框架模型梁柱构件差别对弯矩分布和侧移刚度的影响；(3)、无法准确得到每套框架模型的结点刚度，只能定性说明结点刚度对框架结构弯矩分布和侧移刚度的影响。因为上术缺点，结点刚度对框架弯矩分布和侧移刚度的影响实验几乎不开展，只是在理论上说明其影响。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种变刚度节点可拼接框架实验模型，该实验模型结构设计科学合理，操作简单易上手，制作成本低廉，可定量演示节点刚度变化对框架结构弯矩分布和框架结构侧移刚度的影响，具有重大的教学研究意义。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种变刚度节点可拼接框架实验模型，其特征在于，包括底板和框架模型，所述框架模型包括两根下立柱、两根上立柱和两根横梁，两根所述上立柱分别连接在两根下立柱的上端且上立柱与下立柱的中心轴线重合，两根横梁垂直于上立柱且连接在两根上立柱的上下两端之间，上立柱、下立柱和横梁形成垂直在底板上的矩形框架，所述底板上开设t型滑槽，两根所述下立柱的下端设置基础铰接块，所述基础铰接块滑动配合连接在所述滑槽内，下立柱的上端设置第一框架铰接块，两根所述上立柱的两端均设置第二框架铰接块，两根横梁的两端均设置第三框架铰接块，位于框架模型中间位置的第一框架铰接块、第二框架铰接块和第三框架铰接块之间通过销钉连接，位于框架模型顶部的第二框架铰接块和第三框架铰接块也通过销钉连接，所述第三框架铰接块与第一框架铰接块之间、第三框架铰接块与第二框架铰接块之间，所述基础铰接块上也设置有销钉和u型弹簧，通过销钉能使相邻铰接块之间自由转动再通过u型弹簧限制其转动从而形成弹性节点，当u型弹簧收缩越紧时限制能力越强从而达到弹性节点的刚度可调的目的。
6.优选的，所述u型弹簧上设置用于限制u型弹簧防止u型弹簧松动脱落的压紧螺钉，所述基础铰接块两侧设置有顶紧螺钉用于顶紧基础铰接块和底板。
7.优选的，用于载荷试验时在销钉上施加载荷，采用加载支架将砝码连接在销钉上。
8.优选的，横梁与第三框架铰接块之间、下立柱与基础铰接块之间、下立柱与第一框
架铰接块之间、上立柱与第二框架铰接块之间均通过紧固螺栓连接。
9.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
10.1、本实用新型结构设计科学合理，操作简便，实用性强，制作成本低廉，可定量演示节点刚度变化对框架结构弯矩分布和框架结构侧移刚度的影响。
11.2、本实用新型利用u形弹簧和铰连接组合构成一种可调刚度结点，根据u形弹簧的插入深度计算得到结点的刚度，u形弹簧与铰接块为中心点接触消除了结点刚度偏心。不仅可以得到某一个结点的刚度变化如何影响框架的弯矩分布和侧移刚度，而且可以得到不同位置的结点刚度对框架弯矩和侧移刚度影响的差异性，还可以得到多个节点刚度同时变化如何影响框架弯矩分布和侧移刚度。
12.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
附图说明
13.图1是本实用新型的立体结构示意图。
14.图2是本实用新型的正视结构示意图。
15.图3是本实用新型中下立柱、上立柱和横梁连接处的结构示意图。
16.图4是本实用新型中横梁与上立柱连接处的结构示意图。
17.图5是本实用新型中基础铰接块与滑槽的连接结构示意图。
18.附图标记说明：
19.1—底板；
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2—下立柱；
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3—上立柱；
20.4—横梁；
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5—滑槽；
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6—基础铰接块；
21.7—第一框架铰接块；
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8—第二框架铰接块；
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9—第三框架铰接块；
22.10—销钉；
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11—u型弹簧；
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12—压紧螺钉；
23.13—紧固螺栓。
具体实施方式
24.如图1至图5所示，本实用新型包括底板1和框架模型，所述框架模型包括两根下立柱2、两根上立柱3和两根横梁4，两根所述上立柱3分别连接在两根下立柱2的上端且上立柱3与下立柱2的中心轴线重合，两根横梁4垂直于上立柱3且连接在两根上立柱3的上下两端之间，上立柱3、下立柱2和横梁4形成垂直在底板1上的矩形框架，所述底板1上开设t型滑槽5，两根所述下立柱2的下端设置基础铰接块6，所述基础铰接块6滑动配合连接在所述滑槽5内，下立柱2的上端设置第一框架铰接块7，两根所述上立柱3的两端均设置第二框架铰接块8，两根横梁4的两端均设置第三框架铰接块9，位于框架模型中间位置的第一框架铰接块7、第二框架铰接块8和第三框架铰接块9之间通过销钉10连接，位于框架模型顶部的第二框架铰接块8和第三框架铰接块9也通过销钉10连接，所述第三框架铰接块9与第一框架铰接块7之间、第三框架铰接块9与第二框架铰接块8之间设置有u型弹簧11，基础铰接块6上也设置有u型弹簧和销钉10，通过销钉10能使相邻铰接块之间自由转动再通过u型弹簧限制其转动从而形成弹性节点，当u型弹簧收缩越紧时限制能力越强从而达到弹性节点的刚度可调的目的。
25.本实施例中，所述u型弹簧11上设置用于限制u型弹簧11防止u型弹簧11松动脱落
的压紧螺钉12，所述基础铰接块6两侧设置有顶紧螺钉用于顶紧基础铰接块6和底板1。
26.本实施例中，现以第二框架铰接块8和第三框架铰接块9以及u形弹簧11说明铰接块与弹簧如何配合工作，第二框架铰接块8和第三框架铰接块9之间通过销钉10连接，所以铰接块8和9之间的转动刚度为0，可以相互自由转动，也就是说，第二框架铰接块8、第三框架铰接块9和销钉10组成了一个铰结点，把u形弹簧11的开口端两肢分别同时插入第二框架铰接块8和第三框架铰接块9内，第二框架铰接块8和第三框架铰接块9上开设有供u型弹簧11的两肢插入的弹簧孔，弹簧插入后旋转紧固螺钉12压紧u型弹簧11的两肢。第二框架铰接块8和第三框架铰接块9在u形弹簧11的弹性拉结下，不再是可相互自由转动的铰接点，而形成了具有有限弹性转动刚度的弹性节点。调节u型弹簧11的两肢插入深度越大，弹簧的工作部分越小，弹簧刚度则越大，第二框架铰接块8和第三框架铰接块9之间的拉结刚度越大，弹性结点的转动刚度越大。
27.本实施例中，用于载荷试验时在销钉10上施加载荷，采用加载支架将砝码连接在销钉10上。加载支架为底部可滑动连接在底板1上t型滑槽5内的钢制架体，砝码挂设在加载支架上且砝码通过连接绳与销钉10连接对弹性节点施加应力。
28.本实施例中，横梁4与第三框架铰接块9之间、下立柱2与基础铰接块6之间、下立柱2与第一框架铰接块7之间、上立柱3与第二框架铰接块8之间均通过紧固螺栓13连接。
29.本实施例中，基础铰接块6包括与t型滑槽滑动配合的下连接座和与下立柱通过紧固螺栓13连接的上连接座，下连接座和上连接座之间通过销钉10相对转动连接，下连接座和上连接座之间设置u型弹簧。
30.本实用新型的使用方法为：
31.s1、在下立柱2、上立柱3和横梁4的表面贴应变片，连接应变仪，便于实验得到应变数据可进一步得到相应位置处的弯矩；在弹性结点处即u型弹簧11处设置百分表，便于测得加载时结点位移可一步得到侧移刚度。
32.s2、设置各节点u形弹簧11插入深度并拧紧压紧螺钉12，通过加载支架连接砝码对弹性节点进行加载，记录各位置应变和结点位移，计算出各位置弯矩和侧移刚度，根据实验结果绘制出弯矩图。
33.s3、调整某一弹性结点处的u形弹簧11的插入深度即达到调整弹性结点刚度的目的，应变仪和百分表清零，用与s2同样的砝码加载，记录各位置处的应变和结点位移，计算出各位置弯矩和侧移刚度，根据实验结果绘制出弯矩图。
34.s4、按s3的办法对s3中调整刚度的弹性结点刚度再作多次调整，多次加载记录处理数据，即可探讨某一结点刚度变化对框架弯矩分布和侧移刚度的影响。
35.s5、按s3的办法对不同位置的弹性节点刚度作相同幅度，相同次数调整，相同次数加载记录处理数据，即可得到不同位置结点刚度变化对框架弯矩分布和侧移刚度的影响。还可比较不同位置结点刚度变化对框架弯矩分布和侧移刚度影响的差异性。
36.s6、卸去砝码，应变仪和百分表清零。同时调整多个弹性结点的刚度，加载记录处理数据。
37.s7、进行多次s6所述方式进行调整，得到多组弯矩分布和侧移刚度数据，即可探讨多个结点刚度变化对框架弯矩分布和侧移刚度的影响。
38.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。凡是根
据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。