CN110853485A - 一种轻便式受弯构件实验教学装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻便式受弯构件实验教学装置，包括底座、行走机构、立柱、试件支座、横梁和加载机构，所述行走机构设置在底座的下方，所述立柱固定设置在底座上，所述横梁横跨在立柱上方并与立柱形成一个门式框架，所述试件支座可移动地设置在立柱上，将试件固定在门式框架中，所述加载机构设置在试件上方，位于横梁下方向试件施加载荷力。本发明的实验装置解决该试验需要专门的试验台座或结构试验室的问题，使不具备试验台座或专门结构试验室教学部门也能开展同类实验教学活动，解决了很多教学机构由于没有结构试验室而无法开展相关教学实验的问题。

Description

一种轻便式受弯构件实验教学装置

技术领域

本发明涉及土木工程、桥梁工程、水利工程专业开展结构受弯构件实验装置技术领域，特别涉及一种轻便式受弯构件实验教学装置。

背景技术

受弯构件是土木工程、桥梁工程、水利工程在结构方面的基本构件之一，如常见的钢梁、钢筋混凝土梁及钢桁架等，是非常重要的基本受力构件，在教学过程中为了使学生对课程有深刻的了解，并初步掌握一定的科研技能，除进行理论教学外，还要进行相应的实验教学，让学生更加深刻领会受弯构件的受力机理，建立牢固的理论基础。

土木工程、桥梁工程、水利工程专业开展结构受弯构件实验是必须进行的，这个实验教学项目的特点是：实验教学以班为单位分组进行，因而需要多台套的设备同时开展试验，试验模型基本固定，试验加载能力要求不高，功能要求不多，单位造价不能太高，操作要简单，占用场地空间不能太大。

现有结构受弯构件实验装置基本上由反力设施、加载设备、试件支承装置组合而成。反力设施有反力架和试验台座，反力架安装在试验台座上，加载设备一般安装在反力架上，试件安装于试验台座，加载设备对试件施加的力一方面通过试件的支承装置直接传递给试验台座，同时试件也给加载设备(如千斤顶)施加一反作用力，这个力通过反力架传递给试验台座，从而达到力的平衡。试验台座一般建于专门结构试验室下陷的空间内，以钢筋混凝土结构为主，不能移动，是结构试验室的主要试验平台，承载力大，设计复杂，投资大，一次性投资超百万以上，一般以满足科研要求为主，以教学为主的单位一般没有建设这一平台；反力架一般由钢结构制作而成，不同的试验可以有不同形式，一般做成可以移动式，也可以是固定式，但均需安装于试验台座上，移动时需要起重设备，所以建设结构试验室时一般要象工厂那样安装起重机(如桥式起重机)。现有设备的基本特点是：(1)需要专门的试验台座或场地来固定反架和支承装置，并传递试验反力，一般适于科研活动，对不具备试验台座的实验室不适用；(2)试验装置重量较大，移动不便；(3)没有行走机构，不能自行移动或不便于移动，如需移动时需要起重设备；(4)装置生产较复杂，成本较高，一次性投资大；(5)占用实验室空间大，不宜同时开展多台套的试验；(6)实验操作较复杂，不适应于实验教学的特点，多数以科研项目为目的。所以，需要寻找一种能够解决上述问题的受弯构件实验教学装置。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种轻便式受弯构件实验教学装置，该实验装置解决该试验需要专门的试验台座或结构试验室的问题，使不具备试验台座或专门结构试验室教学部门也能开展同类实验教学活动，解决了很多教学机构由于没有结构试验室而无法开展相关教学实验的问题，而且操作简单、移动方便、满足多台套同时开展实验教学。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种轻便式受弯构件实验教学装置，包括底座、行走机构、立柱、试件支座、横梁和加载机构，所述行走机构设置在底座的下方，所述立柱固定设置在底座上，所述横梁横跨在立柱上方并与立柱形成一个门式框架，所述试件支座可移动地设置在立柱上，将试件的两侧固定在试件支座上并位于门式框架中，所述加载机构设置在试件上方，位于横梁下方向试件施加载荷力。

进一步地，所述底座水平设置，该底座有两个，分别设置在门式框架底部的两侧。

进一步地，所述行走机构为万向轮，该万向轮共有4个并通过螺栓固定设置在底座的底部形成带动整个装置的行走机构。

进一步地，所述立柱有两个并分别竖直焊接在底座的上方，所述横梁的两端横跨焊接在立柱的顶端。

进一步地，所述加载机构包括压力传感器、液压千斤顶、分配梁和分配支座，所述压力传感器安装在横梁下方并位于横梁中间，所述液压千斤顶安装在压力传感器的下方，所述分配梁位于液压千斤顶的下方，所述分配支座安装在试件上并固定在分配梁的下方。

进一步地，所述分配梁为横截面为工字形的钢件，所述液压千斤顶位于分配梁上的中间，以对试件施加均匀载荷。

进一步地，所述分配支座包括第一定位螺栓、第一定位耳板、第一滚轴和第一底座，所述第一定位耳板有两块并平行固定在第一底座上方，所述第一滚轴固定在两块第一定位耳板的中间，并通过在第一定位耳板上设置螺孔与第一定位螺栓配合将第一定位耳板和第一滚轴固定。

进一步地，所述试件支座包括第二定位螺栓、第二定位耳板、第二滚轴、支撑板、肋板和连接板，所述连接板竖直设置在试件支座的侧边与立柱固定连接，所述支撑板水平焊接在连接板侧面上，所述肋板同时垂直支撑板和连接板焊接在支撑板的下方对支撑板其支撑作用，所述第二定位耳板平行设置在支撑板上，所述第二滚轴设置在第二定位耳板之间，并通过在第二定位耳板上设置螺孔与第二定位螺栓配合固定。

进一步地，所述试件支座通过在立柱上设置螺孔与螺丝配合拧进固定。

进一步地，所述立柱的内侧设置有若干排固定螺孔，并通过将试件支座固定在不同的螺孔上来确定试件的位置。

本发明通过使用上述技术方案的到的有益效果是：

1、使用本发明的实验装置不需要专门的试验场地或试验台座，本试验装置是自平衡受力体系，其试验时的力能通过自身的结构自相平衡，不需要将试验时施加的力传递给其他物体(或设施)，不具备试验台座或专门结构试验室的教学部门也能开展同类实验教学活动；

2、本发明的实验装置对试验场地要求低，不需要专门试验台座，不需要固定于地面，只需有一平整的场地放置即可开展试验，也可在室外进行试验，特别适合于没有专门结构试验室的学校开展相关实验教学，如高职高专院校；

3、本发明的实验装置重量较轻便，一套装置自重不超过400kg，一个人可以在平整的场地上任意方向移动，不像现有技术中需要专门起重设备才能移动；

4、该装置占用空间小，每台占用面积约为2.5m²，远小于现有技术设备(约10m²)，可多台套开展分组实验教学，试验后可移动一起存放，释放试验场地空间；

5、存放条件要求低，主体结构是钢结构，经合理防腐处理后，可存在于室外，可不需要专门室内存在场地；

6、该装置功能较多，可根据不同实验要求，可进行钢筋混凝土梁试验和钢桁架试验，也可进行单点加载或两点加载，也可以根据不同试件高度，上下移动端部支座安装高度来适应试验要求，可任意方向移动，行走滚轮采用万向滚轮；

7、试验加载工作量小，采用手动小型千斤顶即可实现加载，一般一个实验人员就可完成加载操作；

8、试验精度较高，采用千斤顶配合压力传感器的加载装置，加载精度可达0.5％，远高于现有技术仅用千斤顶加载的5％精度；

9、满足现有实验教学要求，本装置主要是针对受弯构件的实验教学，因此，最大加载能力设计为100～300kN；

10、成本较低，横梁、立柱、底座由普通工字形型钢制作，制作简单，按现有市场价成本大约为1万元一台套。

附图说明

图1是本发明的实验装置的结构示意图；

图2是本发明中实验装置分配支座的结构示意图；

图3是本发明中实验装置试件支座的结构示意图；

在附图中，底座1、行走机构2、立柱3、固定螺孔31、试件支座4、第二定位螺栓41、第二定位耳板42、第二滚轴43、支撑板44、肋板45、连接板46、横梁5、加载机构6、压力传感器61、液压千斤顶62、分配梁63、分配支座64、第一定位螺栓71、第一定位耳板72、第一滚轴73、第一底座74、试件7。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，提供这些实施方式只是为了使本发明更加透彻和完整，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1所示的一种轻便式受弯构件实验教学装置，包括底座1、行走机构2、立柱3、试件支座4、横梁5和加载机构6，所述行走机构2设置在底座1的下方，所述立柱3固定设置在底座1上，所述横梁5横跨在立柱3上方并与立柱3形成一个门式框架，所述试件支座4可移动地设置在立柱3上，将试件7固定在门式框架中，所述加载机构6设置在试件7上方，位于横梁5下方向试件施加载荷力。

底座1水平设置，该底座1有两个，分别设置在门式框架底部的两侧；行走机构2为万向轮，该万向轮共有4个并通过螺栓固定设置在底座的底部形成带动整个装置的行走机构；立柱3有两个并分别竖直焊接在底座1的上方，所述横梁5的两端横跨焊接在立柱3的顶端。

加载机构6包括压力传感器61、液压千斤顶62、分配梁63和分配支座64，所述压力传感器61安装在横梁5下方并位于横梁5中间，所述液压千斤顶62安装在压力传感器61的下方，所述分配梁63位于液压千斤顶的下方，所述分配支座64安装在试件7上并固定在分配梁63的下方；分配梁63为横截面为工字形的钢件，所述液压千斤62顶位于分配梁63上的中间，以对试件施加均匀载荷；

如图2所示，分配支座64包括第一定位螺栓71、第一定位耳板72、第一滚轴73和第一底座74，所述第一定位耳板72有两块并平行固定在第一底座74上方，所述第一滚轴73固定在两块第一定位耳板72的中间，并通过在第一定位耳板72上设置螺孔与第一定位螺栓71配合将第一定位耳板72和第一滚轴73固定。

如图3所示，试件支座4包括第二定位螺栓41、第二定位耳板42、第二滚轴43、支撑板44、肋板45和连接板46，所述连接板46竖直设置在试件支座4的侧边与立柱固定连接，所述支撑板44水平焊接在连接板46侧面上，所述肋板45同时垂直支撑板44和连接板46焊接在支撑板44的下方对支撑板44其支撑作用，所述第二定位耳板42平行设置在支撑板44上，所述第二滚轴43设置在第二定位耳板42之间，并通过在第二定位耳板42上设置螺孔与第二定位螺栓41配合固定。

试件支座4通过在立柱上设置螺孔与螺栓配合拧进固定；立柱3的内侧设置有若干排固定螺孔31，并通过将试件支座4固定在不同的螺孔上来确定试件的位置。

本实验装置试验时的作用力能通过自身的结构自相平衡，不需要将试验时施加的力传递给其他物体。试验时千斤顶向下正向施加作用力，或通过分配梁63正向作用于试件上，使试件正向向下受弯，力的大小通过千斤顶上部的压力传感器61测定，并将液压千斤顶62的反力传递给上部横梁5，横梁5将该力传递给两端立柱，使立柱3上端承受一向上的力，试件7受到千斤顶向下作用力时，将该力传递给两端的试件支座4，试件支座4传递给两端立柱3，使立柱3在试件支座4处承受一向下的作用力，根据力学关系，该力与立柱上端承受向上的力大小相等，方向相反，通过立柱受拉自相平衡，另外立柱3还承受一偏心力矩，该力矩可由立柱自身的抗弯能力平衡，因此，是一自平衡受力体系。

该实验装置的各部件中：

横梁5，用于承受试验液压千斤顶62的反力，并可安装液压千斤顶62，横梁位于试验装置的最上部，水平放置，由普通工字形截面型钢制作，两端与左右立柱上端焊接连接；

立柱3，用于传递横梁5承受的反力，由普通工字形截面型钢制作，左右立柱与横梁5两端下侧焊接连接，在立柱3中下部内侧工字形截面的翼缘布置两列螺孔，每列均匀布置7个螺孔，最下一排螺孔距底座250mm，用于安装试件支座4，使其能够沿立柱3上下移动，以便试件安装的位置沿高度可调；

压力传感器61，安装于液压千斤顶62与横梁5之间，用于测量千斤顶施加的力的大小，100-200kN，购自市场标准产品；

液压千斤顶62，安装于横梁5中间，用于对试件施加荷载，100-200kN，购自市场标准产品；

分配梁63，用于需要时将千斤顶施加的一个集中力分配成两个大小相同集中力施加于试件上，不需要时可不用，这时由千斤顶直接施加一个集中力于试件上，分配梁63由普通工字形截面型钢制作制作而成；

分配支座64，如图2所示，用于将分配梁63产生的两个集中力合理传递给试件7，直接放置在试件相应位置上，分配支座由第一定位螺栓71、第一定位耳板72、第一滚轴73、第一底座74组成。第一定位耳板共4个，焊接于第一底板74上，每个第一定位耳板72上开有螺孔，并配置一个第一定位螺栓71；第一滚轴73置于4个第一定位螺栓71之间，通过拧紧或松开第一定位螺栓71，可使第一滚轴73处于不能滚动或可滚动状态，从而能根据需要调节成固定铰支座和可动铰支座，以便符合受弯构件试验的力学要求。

试件支座4，如图3所示，用于将受弯构件两端的试件支座4反力传递给左右两侧立柱，其位置可以沿立柱3高度方向移动，以适应不同试件安装位置要求，试件支座4由第二定位螺栓41、第二定位耳板42、第二滚轴43、支撑板44、肋板45、连接板46等6部分组成。其中第二定位螺栓41、第二定位耳板42、第二滚轴43与分配支座64相同制作，但4个定位耳板焊接于支撑板44上，每个第二定位耳板42上开有螺孔，每个第二定位耳板42配一个第二定位螺栓41；支撑板44由厚10mm矩形钢板制作，水平放置，其上焊接4个定位耳板；肋板45由厚10mm梯形钢板制作，垂直放置，两直角边分别与支撑板44和连接板46焊接；连接板46由厚10mm梯形钢板制作，垂直放置，其中轴线处与支撑板44一垂直边焊接，对称于中轴线两侧各布置两个螺孔，螺孔上下间距160mm,左右间距80mm，试件支座4整体通过这4个螺孔与立柱内侧翼缘用4个螺栓连接。与分配支座相同原理，第二滚轴43置于4个第二定位螺栓之间，通过拧紧或松开第二定位螺栓固定第二滚轴43，可使第二滚轴43处于不能滚动或可滚动状态，从而能根据需要调节成固定铰支座和可动铰支座，以便符合受弯构件试验的力学要求。

底座1，用于保持试验装置处于竖向的工作状态，承受试验装置和试件以及千斤顶的重量，由普通工字形截面型钢制作，截面弱轴水平放置，底座1分别焊接连接于左右两立柱底部，工字底座腹板上开有两组螺孔，每组四个用于安装行走滚轮；

行走机构2，安装于底座底部，作为装置的行走机构2，行走滚轮采用万向滚轮，通过人力可在平整场地上任意方向移动，万向滚轮采用市场标准产品，用螺栓与底座连接，磨损时可随时更换。

本装置各部件的效果如下：

1、本装置的整体结构是一个门式钢架，由横梁、立柱、底座焊接连接的门式结构，横梁、立柱、底座由普通工字形型钢制作，制作简单，成本低，解决了现有技术的制作工艺复杂，成本高的问题；

2、装置的自平衡结构中，试验时加载的力通过结构自身平衡，不需要将试验时施加的力传递给其他物体(或设施)，因而不要求别外有试验台座。现有技术中加载的力需要传递给试验台座，因而要求有专门试验台座，不是自平衡结构；

3、左右立柱内侧各安装有一个试件支座，在立柱中下部内侧工字形截面的翼缘布置两列螺孔，试件支座通过螺栓与立柱内测连接，安装位置沿高度可调；

4、底座安装有行走机构，底座装有万向滚轮，可在地面上任意方向移动，不像现有技术方案中只能在一定范围内移动，比如只能在试验台座范围内移动；

5、依靠人力就可以在平整的场地上任意方向移动，不需起重设备移动，重量轻，按最大加载能力设计的装置自重不超过400kg，不像现有技术中需要专门起重设备才能移动；

6、分配梁63与试件7之间安装有分配支座64，当进行单点加载时不需要分配梁，也不要求分配支座64；分配支座64，分配支座64由第一定位螺栓71、第一定位耳板72、第一滚轴73、第一底座74组成。第一定位耳板共4个，焊接于底板上，每个第一定位耳板72上开有螺孔，并配置一个第一定位螺栓71；第一滚轴73置于4个第一定位螺栓之间，通过拧紧或松开定位螺栓，可使滚轴处于不能滚动或可滚动状态，从而能根据需要调节成固定铰支座和可动铰支座，以便符合受弯构件试验的力学要求，不像现有的支座技术，固定铰支座和可动铰支座不能互相调节通用；

7、试件支座4，安装高度可调，端部支座由分配支座64部分(不含底板)、支撑板44、肋板45、连接板46等部分组成，其中第二定位螺栓41、第二定位耳板42、第二滚轴43与分配支座64相同制作。但4个第二定位耳板焊接于支撑板44上，每个第二定位耳板42上开有螺孔，每个第二定位耳板42配一个第二定位螺栓41；支撑板44由厚10mm矩形钢板制作，水平放置，其上焊接4个第二定位耳板42；肋板45由厚10mm梯形钢板制作，垂直放置，两直角边分别与支撑板和连接板焊接；连接板46由厚10mm梯形钢板制作，垂直放置，其中轴线处与支撑板一垂直边焊接，对称于中轴线两侧各布置两个螺孔，螺孔上下间距160mm,左右间距80mm，支座整体通过这4个螺栓与立柱内侧翼缘连接，可拆卸。端部支座具有与分配支座64相同的调节成固定铰支座和可动铰支座功能；

8、在分配梁63与压力传感器61间有加载设备，加载设备为一体式手动液压千斤顶62，最大加载能力设计为100～300kN；在加载设备与横梁之间安装有压力传感器61，精度可达0.5％；每台占地面积约为2.5m2，占用空间远小于现有技术设备(约10m2以上)，可多台套开展分组实验教学，试验后可移动一起存放，释放试验场地空间；可进行钢筋混凝土梁、钢桁架试验，可进行单点加载和两点加载。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轻便式受弯构件实验教学装置，其特征在于：包括底座、行走机构、立柱、试件支座、横梁和加载机构，所述行走机构设置在底座的下方，所述立柱固定设置在底座上，所述横梁横跨在立柱上方并与立柱形成一个门式框架，所述试件支座可移动地设置在立柱上，将试件的两侧固定在试件支座上并位于门式框架中，所述加载机构设置在试件上方，位于横梁下方向试件施加载荷力。

2.根据权利要求1所述的一种轻便式受弯构件实验教学装置，其特征在于：所述底座水平设置，该底座有两个并分别设置在门式框架底部的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种轻便式受弯构件实验教学装置，其特征在于：所述行走机构为万向轮，该万向轮共有4个并通过螺栓固定设置在底座的底部形成带动整个装置的行走机构。

4.根据权利要求1所述的一种轻便式受弯构件实验教学装置，其特征在于：所述立柱有两个并分别竖直焊接在底座的上方，所述横梁的两端横跨焊接在立柱的顶端。

5.根据权利要求1所述的一种轻便式受弯构件实验教学装置，其特征在于：所述加载机构包括压力传感器、液压千斤顶、分配梁和分配支座，所述压力传感器安装在横梁下方并位于横梁中间，所述液压千斤顶安装在压力传感器的下方，所述分配梁位于液压千斤顶的下方，所述分配支座安装在试件上并固定在分配梁的下方。

6.根据权利要求5所述的一种轻便式受弯构件实验教学装置，其特征在于：所述分配梁为横截面为工字形的钢件，所述液压千斤顶位于分配梁上的中间，以对试件施加载荷。

7.根据权利要求1所述的一种轻便式受弯构件实验教学装置，其特征在于：所述分配支座包括第一定位螺栓、第一定位耳板、第一滚轴和第一底座，所述第一定位耳板有两块并平行固定在第一底座上方，所述第一滚轴固定在两块第一定位耳板的中间，并通过在第一定位耳板上设置螺孔与第一定位螺栓配合将第一定位耳板和第一滚轴固定。

8.根据权利要求1所述的一种轻便式受弯构件实验教学装置，其特征在于：所述试件支座包括第二定位螺栓、第二定位耳板、第二滚轴、支撑板、肋板和连接板，所述连接板竖直设置在试件支座的侧边与立柱固定连接，所述支撑板水平焊接在连接板侧面上，所述肋板同时垂直支撑板和连接板焊接在支撑板的下方对支撑板其支撑作用，所述第二定位耳板平行设置在支撑板上，所述第二滚轴设置在第二定位耳板之间，并通过在第二定位耳板上设置螺孔与第二定位螺栓配合固定。

9.根据权利要求8所述的一种轻便式受弯构件实验教学装置，其特征在于：所述试件支座通过在立柱上设置螺孔与螺丝配合拧进固定。

10.根据权利要求9所述的一种轻便式受弯构件实验教学装置，其特征在于：所述立柱的内侧设置有若干排固定螺孔，并通过将试件支座固定在不同的螺孔上来确定试件的位置。

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