CN111524443A - 一种模块化结构力学实验平台背景墙装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化结构力学实验平台背景墙装置，背景墙面板包括若干模块面板，若干模块面板沿横向依次拼接，相邻模块面板的一侧边拼接构成一整体面板；模块面板设有若干个等间距分布的螺栓孔，且螺栓孔之间的间距遵循模数要求，用于固定符合模块化设计的标准杆件的任何节点支座；背景墙面板设置于钢框架上，钢框架包括方钢管和柱脚连接件，方钢管沿横向和竖向相交连接组成支撑框架，柱脚连接件设置于支撑框架的竖向布置的方钢管底部；钢框架通过柱脚连接件固定于底座上，底座通过锚栓固定于实验场地的反力槽上。本发明用于固定杆件结构支座，为模数化实验设计和操作提供平台，便于拆装和可拼接拓展，实现多组实验教学同时开展。

Description

一种模块化结构力学实验平台背景墙装置

技术领域

本发明涉及土木工程专业的教学和科研实验装置领域，具体地，涉及一种模块化结构力学实验平台背景墙装置。

背景技术

《结构力学》作为土木工程专业的核心课程，在整个专业知识体系当中起到承上启下的作用。经过多年的发展，结构力学的知识已形成了完备的理论体系。随着国家对高等教育重视程度的提高，少数高校尝试了将实践课程引入到结构力学课程的教育中来，这主要通过开展实验教学来实现。然而，这些实验教学通常基于两种形式的实验设备：一是基于材料力学实验设备，二是搭建了结构力学实验教学平台。在采用材料力学实验设备的条件下，实验教学项目通常局限于对单根杆件的实施。然而，结构力学的研究范畴囊括了杆系结构，因此仅基于材料力学实验设备的教学显然是不满足且不合适的。

一些高校尝试开发了结构力学实验教学平台，然而当前应用的实验平台通常存在着结构对象单一、实验功能局限、可操作性差等缺点。经检索发现，公告号为CN 102394020B的中国专利，提出了一种积木式平面结构力学性能万能实验台架，实验模型采用模块化设计，由于其横梁上设置了水平滑槽，所以杆件结构支座是通过螺栓固定于水平滑槽，有发生水平滑移的可能性，固定效果不宜得到保证；公告号为CN 104751704 B的中国专利针对平面杆系结构，提出了一种组合式多功能结构力学实验台架，然而其无法实现在任意节点设置结构支座；公告号为CN 104332086 B的中国专利提出了一种结构力学实验平台，可实现对空间三维杆系结构的实验研究，然而未涉及实验结构的模块化设计和拼装，也无法实现在任意节点设置结构支座；公告号为CN 101303813 A的中国专利提出了一种结构力学组合实验装置，但其只能在某些特定节点设置结构支座；公告号为103761910 B的中国专利提出了一种结构力学位移法实验装置，但只是针对特定的结构形式，然而未涉及实验结构的模块化设计和拼装，也无法实现在任意节点设置结构支座。

值得注意的是，相比于空间结构实验，平面结构实验更利于初学者对理论原理的学习和理解，并且结构力学课程以平面杆系结构作为重点介绍对象，因此，开展平面结构实验更易达到实验教学目的。

因此，针对平面杆件体系结构，设计一种构造简单、功能全面、模块化、可进行拓展拼接的结构力学实验背景墙装置，对于提高土木工程专业实践教育质量和推广模数化设计的概念具有重要的教育价值和较强的现实意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种模块化结构力学实验平台背景墙装置。

根据本发明提供一种模块化结构力学实验平台背景墙装置，包括：

背景墙面板，所述背景墙面板包括若干模块面板，若干所述模块面板沿横向依次拼接，相邻所述模块面板的一侧边拼接构成一整体面板；所述模块面板上设有若干个等间距分布的第一螺栓孔，且所述第一螺栓孔之间的间距遵循模数要求，用于固定符合模块化设计的标准杆件的任何节点支座；

钢框架，所述钢框架用于支撑所述背景墙面板；所述钢框架包括多个方钢管和多个柱脚连接件，多个所述方钢管沿横向和竖向相交连接组成支撑框架，所述柱脚连接件设置于所述支撑框架的竖向布置的所述方钢管底部；

底座，所述底座用于支撑所述钢框架，所述钢框架通过所述柱脚连接件固定于所述底座上，所述底座通过锚栓固定于实验场地的反力槽上，以防止整个装置的移动或侧翻。

优选地，所述方钢管上设有若干个第二螺栓孔，用于固定所述背景墙面板。

优选地，所述背景墙面板的数量为两面，两面所述背景墙面板分别设置于所述钢框架的两侧，两面所述背景墙面板分别通过螺栓与所述钢框架连接，能同时提供多组实验。

优选地，所述底座包括底板和钢梁，所述底板设置于所述钢梁的上方，所述底板与所述钢梁之间通过螺栓连接；

所述底板上设有若干个等间距分布的第三螺栓孔，且所述第三螺栓孔之间的间距遵循模数要求，为实验所需支座提供固定。

优选地，所述钢梁包括两块钢板，两块所述钢板通过两根间隔距离的短梁连接，所述短梁的顶端与其中一块所述钢板的下表面连接，所述短梁的底端与另一块所述钢板的上表面连接，所述短梁沿所述钢板的长度方向分布，且与所述钢板垂直。

优选地，所述柱脚连接件包括四个加劲肋和垫板，四个所述加劲肋均匀分布在所述垫板上，每个所述加劲肋的水平边与所述垫板焊接，所述加劲肋的垂直边与所述方钢管的下端的外壁焊接，在所述方钢管下端与所述垫板连接处形成四个均匀分布的肋板；所述垫板通过螺栓与所述底板连接，使所述钢框架与所述底座连接。

优选地，所述背景墙面板采用钢材制成。

与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：

1)本发明上述装置中，本模块化实验平台背景墙，以背景墙面板、钢架和底座组成实验操作平台，具有较高的刚度为实验结构提供可靠支撑，有助于提高实验结果的精确性；背景墙面板采用模块化、可拼装设计，可以根据要求装拆和拓展背景墙面板，可以根据场地和实验需求自行装卸背景墙面板，可以在平台两面同时进行多组实验，提高实验教学效率，同时满足大型结构实验的需求；在背景墙面板的若干模块面板上设置固定模数的分布式螺栓孔，可用于固定符合模块化设计的标准杆件的任何节点支座，从而解决了现有技术无法在任意节点设置结构支座的问题。

2)在上述基本功能得以实现的基础上，背景墙面板和底板上设置的螺栓孔均遵循一定的模数设计，可以在教学的同时培养模数化设计的概念和思维；同时可展开结构力学试验的自主式教学，即学生可自主进行实验方案的制定，教学过程不仅能够使学生深入理解结构力学理论教学相关内容，同时有利于培养学生的创新能力和科研能力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a为本发明一优选实施例的模块化结构力学实验平台背景墙装置的结构示意图；

图1b为图1a的俯视图；

图1c为图1a的侧视图；

图2为本发明一优选实施例的背景墙面板的结构示意图；

图3为本发明一优选实施例的背景墙拓展性示意图；

图4为本发明一优选实施例的钢框架的结构示意图；

图5a为本发明一优选实施例的柱脚连接件的结构示意图；

图5b为图5a的侧视图；

图5c为5a的俯视图；

图6为本发明一优选实施例的底板的结构示意图；

图7a为本发明一优选实施例的钢梁的俯视图；

图7b为图7a的侧视图；

图中标记分别表示为：背景墙面板1、第一螺栓孔2、方钢管3、加劲肋4、垫板5、底板6、钢梁7、第三螺栓孔8、第二螺栓孔9。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照图1a为本发明一实施例的模块化结构力学实验平台背景墙装置的结构示意图，结合图1b及图1c所示，图中包括背景墙面板1、钢框架和底座，其中背景墙面板1支撑在钢框架上，钢框架设置在底座上方。

背景墙面板1包括若干模块面板，若干模块面板沿横向依次拼接，相邻模块面板的一侧边拼接构成一整体面板。背景墙面板1为模块化、可拼接面板。参照图2所示，模块面板可以采用钢材制成，在模块面板上设有若干个等间距分布的第一螺栓孔2，且第一螺栓孔2之间的间距遵循模数要求，用于固定符合模块化设计的任何节点支座，从而实现实验结构的灵活布置。背景墙面板1上的第一螺栓孔2除了为实验体系提供连接之外，还可用于背景墙面板1与钢框架的栓接。该背景墙面板1可拼接、可拆卸、可拓展，可以根据需求自行拓展多块模块面板。

背景墙面板1安装在钢框架上，钢框架包括多个方钢管3和多个柱脚连接件，钢框架通过柱脚连接固定在底座上；多个方钢管3沿横向和竖向相交连接组成支撑框架，柱脚连接件设置于支撑框架的竖向布置的方钢管3底部，钢框架具有较大的平面内和平面外刚度，为实验的安全性和精确性提供保障。方钢管3上设有若干个第二螺栓孔9，用于固定背景墙面板1。参照图4所示，该钢框架包括三个竖向布置的方钢管3和十个横向布置的方钢管3，在相邻两个竖向布置的方钢管3之间布置五个间隔均匀的方钢管3，竖向的方钢管3与横向的方钢管3通过螺栓连接，多个方钢管3拼装后组成矩形支撑框架。参照图3所示，该钢框架还可以包括n个竖向布置的方钢管3和n个横向布置的方钢管3，横向布置的方钢管3的数量多于竖向布置的方钢管3，在相邻两个竖向布置的方钢管3之间布置多个间隔均匀布置的方钢管3，从而可拓展n块模块面板。

参照图1a所示，钢框架垂直设置于底座上，钢框架通过柱脚连接件固定于底座上，底座通过锚栓固定于实验场地的反力槽上，以防止整个装置(实验系统)的移动或侧翻。该底座的构造应具有足够的抗弯刚度和抗扭刚度，以保证实验过程的安全性和结果的精确性。

在其他部分优选实施例中，模块化结构力学实验平台背景墙装置包括两面背景墙面板1，两面背景墙面板1分别设置于钢框架的两侧，在钢框架的两面均有背景墙面板1，因此背景墙面板1与钢框架无法采用焊接固定，为保证连接的强度，两面背景墙面板1分别通过螺栓与钢框架进行连接。可同时提供多组实验。

在其他部分优选实施例中，结合图1a、图1c、图7a和图7b所示，底座包括底板6和钢梁7，钢梁7可以采用Π型钢梁。底板6设置于钢梁7的上方，底板6与钢梁7之间通过螺栓连接。

参照图6所示，底板6可以为长方形钢板。在底板6上设有若干个等间距分布的第三螺栓孔8，且第三螺栓孔8之间的间距遵循模数要求，为实验所需支座提供固定。

在其他部分优选实施例中，结合图1a、图5a、图5b及图5c所示，柱脚连接件包括四个加劲肋4和垫板5，四个加劲肋4均匀分布在垫板5上，加劲肋4的水平边与垫板5焊接，加劲肋4的垂直边与方钢管3的下端的外壁焊接。在方钢管3下端与垫板5连接处形成四个均匀分布的肋板。垫板5可以为正方形钢板。在垫板5的四个角上分布设有螺栓孔，将垫板5通过螺栓与底板6连接。

在其他部分优选实施例中，参照图7a、图7b所示，钢梁7包括两块钢板，两块钢板通过两根间隔距离的短梁连接，短梁的顶端与其中一块钢板的下表面连接，短梁的底端与另一块钢板的上表面连接，短梁沿钢板的长度方向分布，且与钢板垂直。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种模块化结构力学实验平台背景墙装置，其特征在于：包括：

背景墙面板，所述背景墙面板包括若干模块面板，若干所述模块面板沿横向依次拼接，相邻所述模块面板的一侧边拼接构成一整体面板；所述模块面板上设有若干个等间距分布的第一螺栓孔，且所述第一螺栓孔之间的间距遵循模数要求，用于固定符合模块化设计的标准杆件的任何节点支座；

钢框架，所述钢框架用于支撑所述背景墙面板；所述钢框架包括多个方钢管和多个柱脚连接件，多个所述方钢管沿横向和竖向相交连接组成支撑框架，所述柱脚连接件设置于所述支撑框架的竖向布置的所述方钢管底部；

底座，所述底座用于支撑所述钢框架，所述钢框架通过所述柱脚连接件固定于所述底座上，所述底座通过锚栓固定于实验场地的反力槽上，以防止整个装置的移动或侧翻。

2.根据权利要求1所述的一种模块化结构力学实验平台背景墙装置，其特征在于：所述方钢管上设有若干个第二螺栓孔，用于固定所述背景墙面板。

3.根据权利要求1所述的一种模块化结构力学实验平台背景墙装置，其特征在于：所述背景墙面板的数量为两面，两面所述背景墙面板分别设置于所述钢框架的两侧，两面所述背景墙面板分别通过螺栓与所述钢框架连接，能同时提供多组实验。

4.根据权利要求1所述的一种模块化结构力学实验平台背景墙装置，其特征在于：所述底座包括底板和钢梁，所述底板设置于所述钢梁的上方，所述底板与所述钢梁之间通过螺栓连接；

所述底板上设有若干个等间距分布的第三螺栓孔，且所述第三螺栓孔之间的间距遵循模数要求，为实验所需支座提供固定。

5.根据权利要求4所述的一种模块化结构力学实验平台背景墙装置，其特征在于：所述钢梁包括两块钢板，两块所述钢板通过两根间隔距离的短梁连接，所述短梁的顶端与其中一块所述钢板的下表面连接，所述短梁的底端与另一块所述钢板的上表面连接，所述短梁沿所述钢板的长度方向分布，且与所述钢板垂直。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种模块化结构力学实验平台背景墙装置，其特征在于：所述柱脚连接件包括四个加劲肋和垫板，四个所述加劲肋均匀分布在所述垫板上，每个所述加劲肋的水平边与所述垫板焊接，所述加劲肋的垂直边与所述方钢管的下端的外壁焊接，在所述方钢管下端与所述垫板连接处形成四个均匀分布的肋板；所述垫板通过螺栓与所述底板连接，使所述钢框架与所述底座连接。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种模块化结构力学实验平台背景墙装置，其特征在于：所述背景墙面板采用钢材制成。

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