多跨梁多功能受力变形演示仪制造技术

本发明专利技术公开了一种多跨梁多功能受力变形演示仪，它由多段带有梁中铰结点、梁端凹凸型铰结点与凹凸型刚臂的薄壁梁片，以及支承梁片的固定铰支座和可动铰支座用圆柱形细杆插销穿入插销孔连接而成。通过锁定或放松刚臂的相对运动，可组装成多种多样的多跨静定梁、超静定梁或几何可变的梁机构；通过外挂砝码，或迫使刚臂发生相对转动，或使支座结点上、下移动，可展示各种多跨梁结构在竖向外力、结点外力矩、支座位移等外部作用下的受力变形图线，以及多跨梁在单位移动荷载作用下的截面弯矩、支座反力的影响线的轮廓线。本发明专利技术构造简单，拆装与操作方便，功能多样。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多功能的教学演示仪器，尤其是能直观展示多跨静定梁和连续梁在固定荷载和支座位移作用下的变形曲线，以及单位移动荷载作用下的支座反力和内力影 响线轮廓的教学仪器。
技术介绍
多跨静定梁和连续梁是工程中最常用的结构形式之一，掌握它们在固定荷载及移 动荷载作用下的受力和变形特性是相关行业工程技术人员的基本素质之一。然而，多跨静 定梁和连续梁的受力变形特性较为复杂，所涉及的概念、原理及分析方法较多，且比较抽 象。例如对多跨静定梁进行内力分析，首先应分析其几何构造，将其各部分分为基本部分、 附属部分和次附属部分(若有的话)等；在外荷载作用下，由于传力路径是从次附属部分 到附属部分，最后到基本部分，故作用在基本部分上的荷载对附属部分将不产生影响，但反 过来则有影响，因此内力分析时必须按照上述传力路径的顺序进行分析。在单位移动荷载 作用下，多跨静定梁的支座反力及内力影响线均由直线段组成，利用静力法和机动法均可 获得，但通常利用机动法更为方便；机动法的实质是将影响线比拟为解除了一个与所求反 力或内力相对应的约束后的梁机构的变形图线。连续梁为超静定结构，作用在某一跨内的 荷载一般对其他跨都有影响，因此相对多跨静定梁其内力分布更趋均匀。连续梁的内力可 采用力法、位移法、力矩分配法等方法进行分析。在单位移动荷载作用下，连续梁的支座反 力及内力的影响线均为曲线，通常采用与挠度曲线间的比拟法(相当于前述的机动法)更 为方便。对于初学者，如果仅靠理论手段，则需要经过较长一段时间的学习、训练、摸索和总 结，才能较好地掌握多跨静定梁和连续梁的受力变形特点以及相关的概念、原理和分析方 法。总体而言，对多跨静定梁和连续梁的学习，理论教学虽然必不可少，但是光靠理论手段 收效较慢。如果在理论教学的基础上能够结合一些直观、形象的实验演示教学，则可进一步 加快、加深对相关概念、方法的理解，从而达到提高教学效率，改善教学效果的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种多跨梁多功能受力变形演示仪， 本专利技术能够直接演示多跨静定梁和连续梁在固定荷载作用下的挠曲变形曲线以及在单位 移动荷载作用下的支座反力和内力(主要是弯矩)影响线轮廓。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的本专利技术由多段带有梁中铰结点、梁 端凹凸型铰结点与凹凸型刚臂的薄壁梁片，以及支承梁片的固定铰支座和可动铰支座组 成；梁片与梁片之间、梁片与支座之间用圆柱形细杆插销(轴承)穿入结点中和支座中的圆 柱形插销孔连接而成。梁中铰结点由梁片底面向下突出，中间有一圆柱形插销孔；梁端凹凸 型铰结点一个为凹型、一个为凸型，由梁片端部底面向下突出，中间有一圆柱形插销孔；梁 端凹凸型刚臂由梁片端部顶面向上伸出，刚臂顶部有一圆柱形插销孔。固定铰支座和可动 铰支座均设计为Y型构造，Y型开口的宽度略大于梁片的宽度，Y型的两条伸臂上设置有上下两排插销孔，上排为正常孔、下排为预留孔；固定铰支座的插销孔为圆形，其大小与梁中 铰结点及梁端铰结点的插销孔大小相同；可动铰支座的插销孔为两端呈半圆的跑道形，半 圆的直径与梁中及梁端铰结点的插销孔的直径相同。薄壁梁片、铰结点、刚臂、支座、插销等 均用钢材制作。 用插销直接穿入梁中铰结点与铰支座中的插销孔，可将该结点与支座直接相连； 用插销插入梁端凹型与凸型铰结点的插销孔，可将两根梁片相连，组成一个梁端铰结点；若 上述插销同时穿入铰支座的插销孔，则组成一个支座铰结点。如果将这种结点上部的凹型 与凸型刚臂的插销孔也用插销相连，则将阻止梁端凹凸型刚臂的相对转动，即刚臂处于锁 定状态，此时梁端铰结点就转化为一个没有相对转角的刚结点。 将各段梁片的凹凸型铰结点相连，再与支座连接，通过锁定或放松梁端凹凸型刚 臂，可组成梁端结点均为刚接结点的连续梁、部分刚接部分铰接的超静定多跨梁、不同形式 的静定多跨梁以及具有刚体位移自由度的几何可变梁机构。通过在梁片上悬挂砝码或其他 重物，或迫使梁端凹凸型刚臂发生相对转动，或将一个或几个支座处的铰结点由上排插销 孔(正常孔)移至下排插销孔(预留孔)，因梁片厚度较小，故各梁片将发生挠曲变形或相 对机构运动(仅当梁片组成几何可变的机构时)，这样就可获得施加外荷载、铰结点发生相 对转动(相当于施加一对外力偶)、支座发生竖向移动时的变形曲线，以及单位移动荷载下 的弯矩影响线、支座反力影响线的轮廓线。 本专利技术的有益效果是 1)演示装置为装配式结构，可即时拼装或拆卸，构造简单，携带方便，适用于不同 场合的操作、演示。 2)凹凸型刚臂的巧妙设计，不仅使结构形式变化自如，而且可模拟铰结点两侧施 加外力矩或铰结点两侧发生相对转动的情况。 3)功能丰富多样。通过锁定或放松刚臂的相对运动，通过变换支座结点的位置，可 组装成多种多样的静定或超静定多跨梁结构或几何可变的梁机构；通过外挂砝码，或迫使 刚臂发生相对转动，或使支座结点上、下移动，可模拟施加竖向外力、结点外力矩，或施加支 座位移等不同类型的外部作用；通过放松刚臂的约束，并使其发生相对转动，或使支座结点 上、下移动，可模拟单位移动荷载作用下的弯矩及支座反力沿梁轴的变化情况(即影响线的分布情况)。 附图说明 图1是本专利技术演示仪的结构示意图； 图2中，(a) 、 (b) 、 (c) 、 (d)分别是第一梁片、第二梁片、第三梁片和第四梁片的主 视图和俯视图； 图3中，(a) 、 (b) 、 (c)分别是固定铰支座的正视图、可动铰支座的正视图、两种支 座的侧视图； 图4是第一个实施例的计算简图； 图5是第二个实施例的计算简图； 图6是第三个实施例的计算简图； 图7是第四个实施例的计算简 图中，1、第一梁片，2、第二梁片，3、第三梁片，4、第四梁片，5、固定铰支座，6、可动 铰支座，7、梁端凹凸型铰结点，8、梁端凹凸型刚臂，9、带挂线的砝码盘和砝码，10、梁中铰结 点，11、梁端凹型铰结点(带插销孔)，12、梁端凹型刚臂(带插销孔)，13、梁端凸型铰结点 (带插销孔)，14、梁端凸型刚臂(带插销孔)，15、支座上排圆柱形插销孔(正常孔)，16、支 座下排圆柱形插销孔(预留孔)，17、支座的底座，18、支座上排跑道形插销孔(正常孔)， 19、支座下排跑道形插销孔(预留孔)，20、第一个实施例的变形图线，21、第二个实施例的 变形图线，22、第三个实施例的变形图线，23、第四个实施例的变形图线。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的目的和效果将变得更加 明显。 如图2和图3所示，用圆柱形插销同时穿入固定铰支座5的上排插销孔15与第一 梁片1的梁中铰结点10的插销孔，用同样方法将第三梁片3和第四片梁4的梁中铰结点10 分别与一个可动铰支座6的上排插销孔18相连；再用插销将第一梁片1与第二梁片2、第 二梁片2与第三梁片3、第三梁片3与第四梁片4的凹凸型铰结点11、13相连，其中第一梁 片1与第二梁片2的结点还同时与可动铰支座6的上排插销孔18相连；最后将第一梁片1 与第二梁片2的凹凸型刚臂12、14的插销孔用插销相连，即锁定该结点处的刚臂。这样就 得到了图1所示的多跨梁结构，该结构的计算简图如图4的实线部分所示。 在图4所示的实施例中，因第一梁片1和第二梁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多跨静定梁和连续梁的多功能受力变形演示仪，其特征在于，它由多段带有梁中铰结点、梁端凹凸型铰结点与凹凸型刚臂的薄壁梁片，以及支承梁片的固定铰支座和可动铰支座组成。梁片与梁片之间、梁片与支座之间用圆柱形细杆插销穿入结点中和支座中的圆柱形插销孔连接而成。

【技术特征摘要】
一种多跨静定梁和连续梁的多功能受力变形演示仪，其特征在于，它由多段带有梁中铰结点、梁端凹凸型铰结点与凹凸型刚臂的薄壁梁片，以及支承梁片的固定铰支座和可动铰支座组成。梁片与梁片之间、梁片与支座之间用圆柱形细杆插销穿入结点中和支座中的圆柱形插销孔连接而成。2. 根据权利要求1所述的多跨静定梁和连续梁的多功能受力变形演示仪，其特征在 于，所述梁中铰结点由梁片底面向下突出，中间有一圆柱形插销？L。梁端凹凸型铰...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈水福，杨骊先，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]