一种机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置及方法，其包括支撑平台、固定端支座、铰支支座、弯剪支座、两根长直薄梁；所述弯剪支座由一对弯剪构件和弯剪底座组成；两根长直薄梁分别沿两侧从一个或多个铰支支座中穿过，一端与中间的弯剪支座相连，至少一根长直薄梁的另一端通过螺栓与固定端支座连接。本发明按原多跨梁的布置情况在要实现内力影响线的截面处将梁分成两段并通过弯剪支座连接；截面弯矩影响线和剪力影响线根据弯剪支座的不同组装方式实现，其变形即为其影响线。本发明构造简单、易于组合、功能多样，可使学生更好的理解结构力学课程机动法的基本概念和分析方法，增强学生理论联系实际和动手能力。
【专利说明】
一种机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及结构力学实验装置及方法，具体地说是一种机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置及方法。【背景技术】
[0002]结构力学是土木工程的专业基础课，在整个课程体系中处于核心地位，结构力学影响线对于桥梁专业及其重要，是进行结构设计的基础。实验教学是培养学生工程实践能力和创新意识的一种重要手段。然而，传统《结构力学》课程是没有实验内容的，这严重影响了学生对理论内容的理解和掌握。当梁上作用有与杆件主轴正交的、沿梁跨度移动的集中荷载时，用以表示确定的截面或位置上某一特定的受力效果(内力、位移或支座反力)的变化规律的函数图形(曲线)，称为该结构在荷载作用下某一截面特定受力效果的影响线，简称影响线。结构力学机动法做影响线分三步:1撤掉所求量相对应的约束，用正方向的量代替;2沿所求量正方向虚设单位位移并画出整个梁的变形图；3应用刚体体系的虚功原理建立虚功方程，并导出所求量与位移图之间的关系。迄今为止，还未见专用的机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置及方法的文献报道。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种构造简单、易于组合、功能多样，可使学生更好的理解结构力学课程机动法的基本概念和分析方法，增强学生理论联系实际和动手能力的机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置及方法。
[0004]本发明解决上述技术问题采用的技术方案是:一种机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置，其特征在于:其包括有支撑平台、长直薄梁、固定端支座、弯剪支座和若干个铰支支座，所述支撑平台上有若干等间距的滑槽，所述固定端支座、弯剪支座和若干个铰支支座通过螺栓固定在支撑平台的滑槽上;所述长直薄梁为两根，两根长直薄梁分别沿两侧从一个或多个铰支支座中穿过，一端与中间的弯剪支座相连，至少一根长直薄梁的另一端通过螺栓与固定端支座连接。
[0005]进一步，所述每一个铰支支座上设有滚轴、挡板、平台连接块，所述滚轴为一对，通过螺栓安装在平台连接块和挡板之间，滚轴中间夹持穿过的长直薄梁。
[0006]进一步，所述固定端支座上设有滚轴、挡板、平台连接块，所述滚轴通过螺栓安装在平台连接块和挡板之间，所述平台连接块的底部通过螺栓固定在支撑平台的滑槽上;一根所述的长直薄梁通过螺栓固定于滚轴与平台连接块之间。
[0007]进一步，所述弯剪支座由弯剪底座和弯剪构件组成，所述弯剪底座通过螺栓固定在支撑平台的滑槽上，其上部、中部和下部分别设有一组螺栓孔和圆弧滑槽;所述弯剪构件为一对，每一个弯剪构件上设有可与弯剪底座上的每一组螺栓孔和圆弧滑槽对应连接的两个螺栓连接孔，弯剪构件可分别安装在弯剪底座的上部、中部和下部，并以螺栓孔为圆心， 绕圆弧滑槽转动;弯剪构件上还设有固定长直薄梁的夹槽，夹槽侧面设有螺栓定位孔，长直薄梁通过螺栓安装固定在夹槽中。当两个弯剪构件分别对称安装在弯剪底座的上部和下部时，形成机动法做多跨梁支座间剪力影响线。当一个弯剪构件安装在弯剪底座的上部或下部，另一个弯剪构件安装在弯剪底座的中部时，形成机动法做多跨梁支座处剪力影响线。当两个弯剪构件同时安装在弯剪底座的上部或下部时，形成机动法做多跨梁支座间弯矩影响线。当两个弯剪构件同时安装在弯剪底座的中部时，形成机动法做多跨梁支座处弯矩影响线。
[0008]本发明解决上述技术问题采用的技术方案还是:一种机动法做多跨梁影响线的结构力学实验方法，其特征在于:首先在实现弯矩、剪力影响线的截面处将多跨梁分成两根长直薄梁;随后，在支撑平台上根据多跨梁的布置情况布置安装固定端支座、弯剪支座和若干个铰支支座，之后两根长直薄梁在截面处与弯剪支座连接，两根长直薄梁分别从一个或多个铰支支座中穿过，至少一根长直薄梁的另一端通过螺栓与固定端支座连接，则长直薄梁梁的变形即为多跨静定梁的弯矩、剪力影响线。
[0009]本发明实验装置模拟的是机动法做多跨梁弯矩影响线的实验装置，显示多跨连续梁的变形结构。本发明通过弯剪支座实现多跨连续梁的影响线，可以根据实验要求组合支座的数量和位置，通过长直薄梁的变形直观地显示出影响线。本发明使学生更好的理解结构力学理论课程机动法的基本概念和分析方法，启发学生理论联系实际和培养动手能力。 对照现有技术，本发明具有以下优点:通过长直薄梁的变形直观地展现出影响线;可以根据实验要求组合支座位置与数量;整套实验装置构造简单、易于组合、功能多样，不仅可以激发学生的学习热情，也能锻炼学生的实际操作能力。【附图说明】
[0010]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0011]图1是本发明在长直薄梁支座间剪力影响线的组成结构示意图。
[0012]图2是本发明在长直薄梁支座处剪力影响线的组成结构示意图。
[0013]图3是本发明在长直薄梁支座间弯矩影响线的组成结构示意图。
[0014]图4是本发明在长直薄梁支座处弯矩影响线的组成结构示意图。
[0015]图5是本发明中支撑平台的结构示意图。
[0016]图6是本发明中长直薄梁结构示意图。
[0017]图7是本发明中弯剪构件结构示意图。
[0018]图8是本发明中弯剪底座结构示意图。
[0019]图9是本发明中铰支支座结构示意图。
[0020]图10是本发明中固定端支座结构示意图。[0021 ]图11是本发明中弯剪支座处于支座间剪力状态下的示意图。
[0022]图12是本发明的弯剪支座处于支座处剪力状态下的示意图。
[0023]图13是本发明的弯剪支座在支座间弯矩状态下的示意图。
[0024]图14是本发明的弯剪支座在支座处弯矩状态下的示意图。
[0025]图中的标号是:1.支撑平台，1-1.水平滑槽，2.长直薄梁，2-1.螺栓孔，3.固定端支座，3-1.平台连接块，3-2.滚轴，3-3.螺栓孔，3-4.挡板，4.铰支支座，4-1.平台连接块， 4-2.滚轴，4-3.挡板，5.弯剪支座，5-1.弯剪构件，5-1-1.螺栓定位孔，5-1-2.螺栓连接孔，5-1-3.螺栓连接孔，5-2.弯剪底座，5-2-1.螺栓孔，5-2-2.圆弧滑槽，5-2-3.圆弧滑槽，5-2-4.螺栓孔，5-2-5.圆弧滑槽，5-2-6.螺栓孔，5-2-7.平台连接板。【具体实施方式】
[0026]从图1、图2、图3、图4中可以看出，一种机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置，其包括有支撑平台1、长直薄梁2、固定端支座3、弯剪支座5和若干个铰支支座4等。所述支撑平台1上有若干等间距的滑槽，所述固定端支座3、弯剪支座5和若干个铰支支座4通过螺栓固定在支撑平台1的滑槽上;所述长直薄梁2为两根，两根长直薄梁2分别沿两侧从铰支支座4穿过，一端与中间的弯剪支座5相连，并且至少一根长直薄梁的另一端通过螺栓与一侧的固定端支座3连接。
[0027]从图5中可以看出，本发明所述支撑平台1上设有若干条等间距的滑槽1-1;支撑平台1上通过该滑槽安装有固定端支座3、铰支支座4、弯剪支座5;滑槽1-1之间的间距相等。本发明所述支撑平台1上通过螺栓与各支座相连，以实现支座任意位置放置。
[0028]图6是本发明的长直薄梁示意图。长直薄梁2两端各有两个螺栓孔2-1，螺栓孔2-1 可与弯剪构件5-1的螺栓定位孔5-1-1或固定端支座3的螺栓孔3-3使用螺栓连接。所述长直薄梁通常为一根高宽比小于0.25、长度大于0.5m的直尺状构件。[〇〇29]图9是本发明的铰支支座4示意图。所述每一个铰支支座4上设有滚轴4-2、挡板4-3、平台连接块4-1等。铰支支座4底部通过螺栓固定在滑槽1-1上，可实现支座在支撑平台1 上的任意位置放置。所述滚轴4-2为一对，通过螺栓安装在平台连接块和挡板之间，滚轴中间夹持穿过的长直薄梁。滚轴4-2与挡板4-3通过螺栓连接，防止长直薄梁2脱离支座;2个滚轴4-2可以限制长直薄梁2的位移。铰支支座模拟了铰支约束。
[0030]图10是本发明的固定端支座示意图。所述固定端支座上设有滚轴3-2、挡板挡板3-4、平台连接块3-1等。固定端支座3底部通过螺栓固定在侧开口水平的滑槽1-1上，可实现支座在支撑平台1上的任意任意位置放置。所述滚轴通过螺栓安装在平台连接块和挡板之间， 固定端支座3通过螺栓孔与挡板3-4连接，通过挡板限制长直薄梁的远离支座的侧向位移。 所述长直薄梁通过螺栓固定于滚轴与平台连接块之间。固定端支座3的侧部通过2个螺栓孔 3-3插入螺栓与长直薄梁2的螺栓孔2-1连接，限制长直薄梁2的位移。
[0031]本发明所述弯剪支座由弯剪底座5-2和弯剪构件5-1组成，如图7、图8所示。
[0032]图8是本发明弯剪底座5-2的结构示意图。所述弯剪底座5-2通过螺栓固定在支撑平台1的滑槽1-1上，可实现支座在支撑平台上的任意位置放置。弯剪底座5-2其上部、中部和下部分别设有一组螺栓孔和圆弧滑槽。具体包括:上部的螺栓孔5-2-1、上部的圆弧滑槽 5-2-2、中部的圆弧滑槽5-2-3、中部的螺栓孔5-2-4、下部的圆弧滑槽5-2-5和下部的螺栓孔 5-2-6和平台连板5-2-7。所述上部的螺栓孔5-2-1位于上边缘中心位置，上部的圆弧滑槽5-2-2为以上部的螺栓孔5-2-1为圆心、弯剪构件5-1上的两个螺栓连接孔5-1-2和螺栓连接孔 5-1-3之间距离为半径的滑槽。所述弯剪底座5-2的上部的螺栓孔5-2-1、上部的圆弧滑槽5-2-2与下部的螺栓孔5-2-6、下部的圆弧滑槽5-2-5均以构件连板垂直于长边的中轴线对称。
[0033]图7是本发明的弯剪构件示意图。所述弯剪构件为一对，每一个弯剪构件5-1上设有可与弯剪底座5-2上的每一组螺栓孔和圆弧滑槽对应连接的两个螺栓连接孔5-1-2和螺栓连接孔5-1-3。弯剪构件可分别安装在弯剪底座的上部、中部和下部，并以螺栓孔为圆心，绕圆弧滑槽转动;弯剪构件上还设有固定长直薄梁的夹槽，夹槽侧面设有螺栓定位孔5-1-1，长直薄梁通过螺栓安装固定在夹槽中。
[0034]本发明安装和连接长直薄梁的弯剪构件5-1需要两个相配合。当两个弯剪构件5-1 分别对称安装在弯剪底座5-2的上部和下部时，如图1和图11所示，则形成机动法做多跨梁支座间剪力影响线。当一个弯剪构件5-1安装在弯剪底座5-2的上部或下部，另一个弯剪构件5-1安装在弯剪底座5-2的中部时，如图2和图12所示，形成机动法做多跨梁支座处剪力影响线。当两个弯剪构件5-1同时安装在弯剪底座5-2的上部或下部时，如图3和图13所示，形成机动法做多跨梁支座间弯矩影响线。当两个弯剪构件5-1同时安装在弯剪底座5-2的中部时，如图4和图14所示，形成机动法做多跨梁支座处弯矩影响线。[〇〇35]本发明一种机动法做多跨梁影响线的结构力学实验方法，首先在实现弯矩、剪力影响线的截面处将多跨梁分成两根长直薄梁；随后，在支撑平台上根据多跨梁的布置情况布置安装固定端支座、弯剪支座和若干个铰支支座，之后两根长直薄梁在截面处与弯剪支座连接，两根长直薄梁分别从一个或多个铰支支座中穿过，至少一根长直薄梁的另一端通过螺栓与固定端支座连接，则长直薄梁梁的变形即为多跨静定梁的弯矩、剪力影响线。
[0036]本发明实验装置模拟的是机动法做多跨梁弯矩影响线的实验装置，显示多跨连续梁的变形结构。本发明通过弯剪支座实现多跨连续梁的影响线，可以根据实验要求组合支座的数量和位置，通过长直薄梁的变形直观地显示出影响线。本发明使学生更好的理解结构力学理论课程机动法的基本概念和分析方法，启发学生理论联系实际和培养动手能力。
[0037]本发明具有以下优点:通过长直薄梁的变形直观地展现出影响线；可以根据实验要求组合支座位置与数量;整套实验装置构造简单、易于组合、功能多样，不仅可以激发学生的学习热情，也能锻炼学生的实际操作能力。
【主权项】
1.一种机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置，其特征在于:其包括有支撑平台、 长直薄梁、固定端支座、弯剪支座和若干个铰支支座，所述支撑平台上有若干等间距的滑 槽，所述固定端支座、弯剪支座和若干个铰支支座通过螺栓固定在支撑平台的滑槽上;所述 长直薄梁为两根，两根长直薄梁分别沿两侧从一个或多个铰支支座中穿过，一端与中间的 弯剪支座相连，至少一根长直薄梁的另一端通过螺栓与固定端支座连接。2.根据权利要求1所述的机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置，其特征在于:所 述每一个铰支支座上设有滚轴、挡板、平台连接块，所述滚轴为一对，通过螺栓安装在平台 连接块和挡板之间，滚轴中间夹持穿过的长直薄梁。3.根据权利要求1所述的机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置，其特征在于:所 述固定端支座上设有滚轴、挡板、平台连接块，所述滚轴通过螺栓安装在平台连接块和挡板 之间，所述平台连接块的底部通过螺栓固定在支撑平台的滑槽上;一根所述的长直薄梁通 过螺栓固定于滚轴与平台连接块之间。4.根据权利要求1所述的机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置，其特征在于:所 述弯剪支座由弯剪底座和弯剪构件组成，所述弯剪底座通过螺栓固定在支撑平台的滑槽 上，其上部、中部和下部分别设有一组螺栓孔和圆弧滑槽;所述弯剪构件为一对，每一个弯 剪构件上设有可与弯剪底座上的每一组螺栓孔和圆弧滑槽对应连接的两个螺栓连接孔，弯 剪构件可分别安装在弯剪底座的上部、中部和下部，并以螺栓孔为圆心，绕圆弧滑槽转动； 弯剪构件上还设有固定长直薄梁的夹槽，夹槽侧面设有螺栓定位孔，长直薄梁通过螺栓安 装固定在夹槽中。5.根据权利要求4所述的机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置，其特征在于:当 两个弯剪构件分别对称安装在弯剪底座的上部和下部时，形成机动法做多跨梁支座间剪力 影响线。6.根据权利要求4所述的机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置，其特征在于:当 一个弯剪构件安装在弯剪底座的上部或下部，另一个弯剪构件安装在弯剪底座的中部时， 形成机动法做多跨梁支座处剪力影响线。7.根据权利要求4所述的机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置，其特征在于:当 两个弯剪构件同时安装在弯剪底座的上部或下部时，形成机动法做多跨梁支座间弯矩影响线。8.根据权利要求4所述的机动法做多跨梁影响线的结构力学实验装置，其特征在于:当 两个弯剪构件同时安装在弯剪底座的中部时，形成机动法做多跨梁支座处弯矩影响线。9.一种机动法做多跨梁影响线的结构力学实验方法，其特征在于:首先在实现弯矩、剪 力影响线的截面处将多跨梁分成两根长直薄梁；随后，在支撑平台上根据多跨梁的布置情 况布置安装固定端支座、弯剪支座和若干个铰支支座，之后两根长直薄梁在截面处与弯剪 支座连接，两根长直薄梁分别沿两侧从一个或多个铰支支座中穿过，至少一根长直薄梁的 另一端通过螺栓与固定端支座连接，则长直薄梁梁的变形即为多跨静定梁的弯矩、剪力影 响线。
【文档编号】G09B23/10GK105957428SQ201610530751
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】陈再现, 邢文鹏, 赵佳利, 王焕定
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）