CN107271271A - 一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置，包括有起支撑作用的基座，基座的顶部两侧设有工字型导轨，导轨上方内侧左右对称安装有荷载施加机构、中侧左右对称设有杆件夹持机构、外部左右对称设有竖向挠度测量系统；荷载施加机构和杆件夹持机构均可沿导轨左右滑动。优点在于：1)可夹持长度不同，截面高度不同杆件，能研究不同长度，不同截面高度的小型杆件受弯性能，且在杆件两端形成理想的固定端约束；2)可沿杆件轴线方向在杆件上端面任意位置上对受弯杆件同时施加多个大小可调节的集中荷载；3)可沿杆件轴线方向在杆件上端面任意位置上通过竖向挠度测量装置同时测量多点的竖向挠度。

Description

一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置

技术领域

本发明涉及力学性能研究领域，尤其是一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置。

背景技术

自2005年全国结构设计大赛开办以来，结构中小型杆件的构成材料在选择范围上从初始的纸质材料，到后来的竹材，木材以及混凝土等逐步扩大。杆件内部的构造形式也愈发繁多。但结构设计大赛中组成结构杆件的受弯性能未进行系统性的研究。因此模型的设计缺乏理论依据。

现有研究装置大部分只局限于大型杆件在简支情况下的受弯性能研究。在研究杆件的受弯性能时，先将所需研究的杆件两端搭在支座上，作为简支约束。然后通过液压系统进行施加荷载。并配有对应的位移测量系统测量挠度。

在小型杆件受弯性能研究方面，由于杆件所需施加荷载较小，且无对应的位移测量系统，故小型杆件受弯性能实验研究进行较少。而现有研究装置由于自身的局限性无法对小型杆件的受弯性能进行研究，因而提出了该小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置。

本发明的专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置，包括基座、并行设置在所述基座顶部两侧的两个工字型导轨、安装在所述导轨上的两个杆件夹持机构、安装在导轨上并位于所述两个杆件夹持机构之间的荷载施加机构、固定在基座上并位于杆件夹持机构和荷载施加机构上方的竖向挠度测量系统；所述荷载施加机构和杆件夹持机构均能够沿导轨滑动。

进一步的，本发明装置中，基座为框架结构，其中设有给荷载施加机构提供空间的上下贯通的通道；所述基座的上设置有位于导轨外侧用于读取移动距离的刻度线。

进一步的，本发明装置中，杆件夹持机构包括安装在导轨上的夹持基座、竖直设置在所述夹持基座上的后板、上下对应并分别安装在所述后板上下端的夹持板和底板、设置在所述夹持板和底板之间并能够在后板中上下滑动的夹持滑板、穿过所述夹持基座和底板与夹持滑板连接的螺丝杆；所述夹持基座上设有螺栓孔，能够通过螺栓固定于所述导轨上等间距设置的螺栓孔洞中。

进一步的，本发明装置中，荷载施加机构包括安装在导轨上的框架，位于所述框架中能上下滑动的荷载施加板、设置在所述荷载施加板上用以施加荷载力的砝码；所述框架包括安装在导轨上的荷载基座、设置在所述荷载基座两侧的立柱，所述荷载施加板设置于立柱之间并能上下滑动；所述荷载施加板的顶部设有两条平行的凹槽，所述砝码通过荷载绳与凹槽的配合悬挂在荷载施加板上，荷载基座上设置有上下贯通的供砝码穿过的通道。

进一步的，本发明装置中，竖向挠度测量系统包括设置于基座上的两个立架、连接所述两个立架顶部的横梁、设置在所述横梁上的滑槽、通过所述滑槽安装在横梁上的百分表夹持装置、安装在所述百分表夹持装置上的百分表。

进一步的，本发明装置中，百分表夹持装置包括T型的夹持装置底座、设置在所述夹持装置底座后部的百分表插槽、穿过夹持装置底座中部螺纹孔的夹持装置锁紧螺栓、固定在所述夹持装置锁紧螺栓底部的夹持装置夹持板。

本发明的专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置的使用方法，包括以下步骤：

1)根据所研究受弯杆件的长度，沿着工字型导轨调节杆件夹持机构的夹持基座位置，并通过螺栓将杆件夹持机构固定于导轨上，然后将杆件放置于两侧的夹持滑板上方，通过旋转手柄带动螺丝杆转动，进而调整夹持滑板的高度，使杆件夹持于夹持板和夹持滑板之间，在受弯杆件两端形成固定端约束；

2)沿着工字钢导轨调节荷载施加机构的荷载基座，将其移动到受弯杆件所需施加荷载的位置，并通过螺栓进行固定；

3)通过竖向挠度测量系统在横梁上的滑动，将百分表调节到受弯杆件所需测量竖向挠度的位置；然后通过百分表夹持装置固定百分表，百分表端部应与受弯杆件的上端面接触，且有一定的位移余度，保证百分表对受弯杆件的竖向挠度测量；

4)在荷载施加机构上的立柱之间放置荷载施加板，荷载施加板的下表面与杆件上端面接触，荷载绳套于凹槽并穿过基座中部的空腔，通过挂钩连接施加荷载的砝码，通过改变砝码的数量以改变施加在受弯杆件上的荷载值，待百分表读数稳定后记录百分表相应的读数，以此记录受弯杆件在相应荷载下的竖向挠度值。

本发明提出了能研究不同长度，不同截面高度且不同内部构造形式的小型杆件受弯性能研究的辅助实验装置，来更好地开展结构模型杆件力学性能试验研究，为模型的设计提供理论依据。

本发明和现有技术相比，其优点在于：

1)在研究大型杆件受弯性能时，由于杆件自重较大，在实验过程中杆件本身不易被扰动，因此可以采取简支约束来研究杆件的受弯性能。但小型杆件由于自重较小，在实验过程中易受扰动，不宜再采用传统的简支约束形式，而应该采用固定端约束形式来进行实验，该装置能可夹持长度不同，截面高度不同的杆件，且在杆件两端形成固定端约束。这种约束方式能更好地固定小型杆件的位置，保证其不受扰动，方便试验研究；

2)由于小型杆件所需施加的荷载较小，现有加载装置无法满足其加载要求，故该发明中荷载施加机构为原创型装置。荷载施加机构在通过荷载施加板向杆件施加荷载时，由于工字型荷载板与竖向滑道相切合，荷载施加板平面与水平面平行，保证了在施加荷载时荷载施加板的下端面与杆件的上端面切合，有利于荷载均匀地施加在杆件上端面上。且荷载的位置和大小不仅都可以方便地调节，荷载施加机构还能进行牢固的固定，保证试验不受扰动。该装置可沿杆件轴线方向在杆件上端面任意位置上对受弯杆件同时施加多个大小可调节的集中荷载；

3)传统百分表的使用为通过百分表架与磁性表座的组合来进行位移的测量，在位移测量前，需要花费一定的时间通过百分表架调整百分表的位置。另外，本试验中要求百分表处于尽量铅锤位置以保证位移测量数据的准确。因而传统的百分表固定方式在本实验中耗时较多且并不可取，所以发明了针对杆件竖向挠度测量的竖向挠度测量系统，该测量系统能保证位移表始终处于铅锤方向同时，还能很简便地调节位移表沿杆件轴线方向的位置并进行固定，来实现沿杆件轴线方向在杆件上端面任意位置上同时测量多点的竖向挠度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的基座结构示意图；

图3为本发明的杆件夹持部结构示意图；

图4为本发明的荷载施加机构结构示意图；

图5为本发明的竖向挠度测量系统结构示意图；

图6为本发明的竖向挠度测量系统结构示意图；

图中有：基座1；导轨2；杆件夹持机构3；荷载施加机构4；竖向挠度测量系统5；导轨槽11；刻度线12；夹持基座31；底板32；后板33；夹持板34；夹持滑板35；螺丝杆36；手柄37；荷载基座41；立柱42；荷载施加板43；凹槽44；荷载绳45；砝码46；框架47；立架51；横梁52；滑槽53；百分表夹持装置54；百分表55；夹持装置底座541；夹持装置夹持板542；夹持装置锁紧螺栓543；百分表插槽544。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的部或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置，主要包括四部分：基座1，杆件夹持机构3，荷载施加机构4，竖向挠度测量系统5。其构成材料均为钢材，且在实验过程中视作刚体处理，即忽略实验装置本身变形对小型杆件受弯性能实验的影响。基座1的顶部两侧设有工字型导轨2，导轨2上方内侧左右对称安装有荷载施加机构4、中侧左右对称设有杆件夹持机构3、外部左右对称设有竖向挠度测量系统5；荷载施加机构4和杆件夹持机构3均可沿导轨2左右滑动。另外，可以根据实际所需要测量的要求，竖向挠度测量系统的个数可以设置更多。

基座1整体呈回字形框架结构，中部设有给荷载施加机构4提供空间的空腔；基座1的上表面内侧设有用于安装导轨2的导轨槽11，导轨槽11的外侧设有用于便于读取荷载施加机构4和杆件夹持机构3移动距离的刻度线12。

导轨2焊接式固定于基座1的顶部两侧的导轨槽11中，导轨2腹部开设有等间距的螺栓孔洞，以实现杆件夹持机构3和荷载施加机构4的滑动及固定。

杆件夹持机构3包括有固定于后板33同一侧上下两端的夹持板34和底板32；夹持板34和底板32之间设有沿后板33上下滑动的夹持滑板35；底板32的两侧设有夹持基座31；夹持基座31横跨于导轨2上，中部开设有螺栓孔，通过螺栓固定于导轨2的螺栓孔洞中；底板32的中部设有螺纹孔，螺纹孔中螺旋设有螺丝杆36，螺丝杆36的上端顶在夹持滑板35的下部；螺丝杆36的下端设有便于调节夹持板34和夹持滑板35间距的手柄37。

杆件夹持机构3主要分为夹持基座31，夹持滑板35和夹持板34三部分，杆件通过夹持夹持滑板35和夹持板34进行夹持。夹持基座31上设有横跨于导轨2上的固定凹槽，以保持杆件夹持部3在导轨2上横向滑动时的方向。夹持基座31上设有螺纹孔，通过螺栓固定于导轨2的螺栓孔洞中，实现杆件夹持部3位置的固定。通过旋转螺丝杆36可以上下调整夹持滑板35和夹持板34的间距，实现不同截面高度杆件的夹持，并在杆件两端形成理想的固定端约束。

荷载施加机构4包括有荷载施加机构框架，位于荷载施加机构框架中间可上下滑动的荷载施加板43、以及连接于荷载施加板43并向荷载施加板43施加荷载力的荷载施加机构；荷载施加机构框架包括有左右两侧带有T型槽横跨于导轨2上的荷载基座41，荷载基座41的左右两侧分别设有呈对立设置的立柱42；荷载施加板43设置于立柱42之间并可上下滑动；荷载基座41的中部开设有设有给荷载施加机构提供空间的空腔；荷载施加板43的左右两侧顶部设有两条平行的用于固定荷载绳45位置的凹槽44，凹槽44上套有荷载绳45，荷载绳45穿过荷载基座41中部的空腔，悬挂有用于施加荷载的砝码46。

荷载施加机构4主要包括荷载施加机构框架，荷载施加板43和荷载基座41。荷载施加机构4可沿杆件轴线方向在杆件上端面任意位置上同时施加多个大小可调节的集中荷载，通过滑块在工字钢导轨2上的横向滑动及固定，及荷载施加板43上吊放的砝码重量的改变，来实现沿杆轴线方向在杆件上端面任意位置上同时施加多个大小可调节的集中荷载。

荷载施加机构框架与滑块相连。荷载施加板平面呈工字型，其下端面与加载杆件的上端面相接触，其与荷载施加机构框架上的竖向滑道相互切合，保证荷载施加板在竖向滑动的稳定。且荷载施加板上具有放置荷载绳的凹槽，以固定荷载绳的位置。通过滑块在工字钢导轨2上的横向滑动及固定，和荷载施加钢板上吊放的砝码重量的改变，来实现沿杆轴线方向在杆件上端面任意位置上同时施加多个大小可调节的集中荷载。

竖向挠度测量系统5，竖向挠度测量系统5包括有焊接于基座1左右两侧的立架51，立架51的顶部之间设有横梁52，横梁52的中部开有呈矩形的滑槽53，百分表夹持装置54经由滑槽53固定于横梁52上；百分表夹持装置54上夹持有百分表55。

竖向挠度测量系统5主要分为：竖向挠度测量系统5框架，百分表夹持装置，百分表，可沿杆件轴线方向在杆件上端面任意位置上同时测量多点的竖向挠度，竖向挠度测量系统5框架应焊接在基座1上，保证该装置不受扰动。其具有矩形滑道。

百分表夹持装置5呈T型的夹持装置底座541，夹持装置底座541的后部设有用于夹持有百分表55的百分表插槽544；夹持装置底座541的中部设有螺纹孔；螺纹孔中螺旋设有夹持装置锁紧螺栓543，夹持装置锁紧螺栓543的底部固定有夹持装置夹持板542；夹持装置底座541位于横梁52的顶部、夹持装置夹持板542位于横梁52的底部，螺旋夹持装置锁紧螺栓543使百分表夹持装置5紧固于横梁52上。

百分表夹持装置基座1上有与百分表对应的百分表插槽，在该插槽插入百分表后通过百分表固定螺栓的拧紧可进行百分表的固定。

夹持板内部设与夹持装置固定螺栓所对应的螺栓孔，通过夹持板和夹持装置固定螺栓的拧紧将百分表夹持装置固定在竖向挠度测量系统5框架上。

本发明的专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置的使用方法，包括有以下步骤：

1)根据所研究受弯杆件的长度，沿着工字型导轨2调节杆件夹持机构3的夹持基座31距离，并通过螺栓将杆件夹持机构3固定于导轨2上；固定好杆件夹持机构3后，将杆件放置于两侧的夹持滑板35上方，通过旋转手柄37带动螺丝杆36转动，进而调整夹持滑板35的高度，使杆件夹持于夹持板34和夹持滑板35之间，在受弯杆件两端形成理想的固定端约束；

2)沿着工字钢导轨2调节荷载施加机构4的荷载基座41，将其移动到受弯杆件所需施加荷载的位置，并通过螺栓进行固定；

3)通过竖向挠度测量系统5在横梁52上的滑动，将百分表55调节到受弯杆件所需测量竖向挠度的位置；然后通过百分表夹持装置5固定百分表55，百分表55端部应与受弯杆件的上端面接触，且有一定的位移余度，保证百分表55对受弯杆件的竖向挠度测量；

4)在荷载施加机构4上的立柱42之间放置荷载施加板43，荷载施加板43的下表面与杆件上端面接触，荷载绳45套于凹槽44并穿过基座1中部的空腔，通过挂钩连接施加荷载的砝码46，通过改变砝码46的数量以改变施加在受弯杆件上的荷载值，待百分表55读数稳定后记录百分表55相应的读数，以此记录受弯杆件在相应荷载下的竖向挠度值。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置，其特征在于，该装置包括基座(1)、并行设置在所述基座(1)顶部两侧的两个工字型导轨(2)、安装在所述导轨(2)上的两个杆件夹持机构(3)、安装在导轨(2)上并位于所述两个杆件夹持机构(3)之间的荷载施加机构(4)、固定在基座(1)上并位于杆件夹持机构(3)和荷载施加机构(4)上方的竖向挠度测量系统(5)；所述荷载施加机构(4)和杆件夹持机构(3)均能够沿导轨(2)滑动。

2.根据权利要求1所述的一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置，其特征在于，所述基座(1)为框架结构，其中设有给荷载施加机构(4)提供空间的上下贯通的通道；所述基座(1)的上设置有位于导轨(2)外侧用于读取移动距离的刻度线(12)。

3.根据权利要求1所述的一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置，其特征在于，所述杆件夹持机构(3)包括安装在导轨(2)上的夹持基座(31)、竖直设置在所述夹持基座(31)上的后板(33)、上下对应并分别安装在所述后板(33)上下端的夹持板(34)和底板(32)、设置在所述夹持板(34)和底板(32)之间并能够在后板(33)中上下滑动的夹持滑板(35)、穿过所述夹持基座(31)和底板(32)与夹持滑板(35)连接的螺丝杆(36)；所述夹持基座(31)上设有螺栓孔，能够通过螺栓固定于所述导轨(2)上等间距设置的螺栓孔洞中。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置，其特征在于，所述荷载施加机构(4)包括安装在导轨(2)上的框架(47)，位于所述框架(47)中能上下滑动的荷载施加板(43)、设置在所述荷载施加板(43)上用以施加荷载力的砝码(46)；所述框架(47)包括安装在导轨(2)上的荷载基座(41)、设置在所述荷载基座(41)两侧的立柱(42)，所述荷载施加板(43)设置于立柱(42)之间并能上下滑动；所述荷载施加板(43)的顶部设有两条平行的凹槽(44)，所述砝码(46)通过荷载绳(45)与凹槽(44)的配合悬挂在荷载施加板(43)上，荷载基座(41)上设置有上下贯通的供砝码(46)穿过的通道。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置，其特征在于，所述竖向挠度测量系统(5)包括设置于基座(1)上的两个立架(51)、连接所述两个立架(51)顶部的横梁(52)、设置在所述横梁(52)上的滑槽(53)、通过所述滑槽(53)安装在横梁(52)上的百分表夹持装置(54)、安装在所述百分表夹持装置(54)上的百分表(55)。

6.根据权利要求5所述的一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置，其特征在于，所述百分表夹持装置(54)包括T型的夹持装置底座(541)、设置在所述夹持装置底座(541)后部的百分表插槽(544)、穿过夹持装置底座(541)中部螺纹孔的夹持装置锁紧螺栓(543)、固定在所述夹持装置锁紧螺栓(543)底部的夹持装置夹持板(542)。

7.一种专用于小型杆件受弯性能研究的辅助试验装置的使用方法，包括有以下步骤：

1)根据所研究受弯杆件的长度，沿着工字型导轨(2)调节杆件夹持机构(3)的夹持基座(31)位置，并通过螺栓将杆件夹持机构(3)固定于导轨(2)上，然后将杆件放置于两侧的夹持滑板(35)上方，通过旋转手柄(37)带动螺丝杆(36)转动，进而调整夹持滑板(35)的高度，使杆件夹持于夹持板(34)和夹持滑板(35)之间，在受弯杆件两端形成固定端约束；

2)沿着工字钢导轨(2)调节荷载施加机构(4)的荷载基座(41)，将其移动到受弯杆件所需施加荷载的位置，并通过螺栓进行固定；

3)通过竖向挠度测量系统(5)在横梁(52)上的滑动，将百分表(55)调节到受弯杆件所需测量竖向挠度的位置；然后通过百分表夹持装置(54)固定百分表(55)，百分表(55)端部应与受弯杆件的上端面接触，且有一定的位移余度，保证百分表(55)对受弯杆件的竖向挠度测量；

4)在荷载施加机构(4)上的立柱(42)之间放置荷载施加板(43)，荷载施加板(43)的下表面与杆件上端面接触，荷载绳(45)套于凹槽(44)并穿过基座(1)中部的空腔，通过挂钩连接施加荷载的砝码(46)，通过改变砝码(46)的数量以改变施加在受弯杆件上的荷载值，待百分表(55)读数稳定后记录百分表(55)相应的读数，以此记录受弯杆件在相应荷载下的竖向挠度值。