专利名称：一种门式刚架实验模型的制作方法
技术领域：
本实用新型属于结构工程模型设计，具体地说是涉及一种门式刚架实验模型。
背景技术：
门式刚架为一种传统的结构体系，该类结构具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。门式刚架是单层工业厂房的一种基本结构形式，由刚架柱和刚架横梁组成，承受竖向荷载和水平荷载。学习和掌握门式刚架设计方法是结构工程专业本科生的一项基本要求。 长期以来，门式刚架设计的教学方法注重理论教学，没有开设此类结构的实验项目，学生对此类结构在竖向荷载、水平荷载和支座位移等情况下的内力和变形规律没有感性认识，制约了对设计理论和设计方法的理解和掌握。
实用新型内容为了解决门式刚架教学中存在的不足，促进教学水平的提高，本实用新型提供了一种门式刚架实验模型，可以模拟水平荷载、竖向荷载和不同支座条件下门式刚架的内力和变形规律。一种门式刚架实验模型，所述门式刚架为单跨或多跨门式刚架，所述实验模型包括刚架柱、刚架横梁、柱脚支座和加载支架，刚架柱和刚架横梁之间采用刚性连接，刚架柱通过柱脚支座安装在加载支架上；刚架柱内侧对称设置牛腿，刚架横梁和牛腿上分别设有若干个竖向荷载加载点，刚架柱和柱脚支座上分别设有一个以上水平荷载加载点；刚架横梁的跨中以及刚架横梁、刚架柱连接节点处粘贴应变片并安装位移计。优选地，所述竖向荷载加载点下方悬挂砝码，水平荷载加载点通过定滑轮悬挂砝码。优选地，所述刚架柱上的水平荷载加载点通过第一定滑轮悬挂砝码，第一定滑轮安装在第一固定架上，第一固定架安装在加载支架上；柱脚支座上水平荷载加载点通过第二定滑轮悬挂砝码，第二定滑轮安装在第二固定架上，第二固定架安装在加载支架上并位于柱脚支座下方。优选地，所述柱脚支座采用以下五种组合中的任意一种两端为固定支座；一端为固定支座、另一端为固定铰支座；一端为固定支座、另一端为滑动铰支座；两端为固定铰支座；一端为固定铰支座、另一端为滑动固定铰支座。优选地，所述固定支座包括固定夹板、柱脚和支座板，柱脚固定安装在固定夹板内，固定夹板和支座板之间采用刚性连接，支座板固定在加载支架上。优选地，所述固定铰支座包括支座板、柱脚、轴和耳板，柱脚纵向中心位置开有与轴配套的圆孔，耳板上开有与轴相配的孔洞，柱脚通过轴与耳板相连，耳板固定在支座板上，支座板固定在加载支架上。优选地，所述滑动铰支座包括支座板、柱脚、轴和轴承，柱脚纵向中心位置开有与轴配套的圆孔，轴两端各安装一轴承，轴承放置在支座板上，支座板固定在加载支架上。优选地，所述刚架柱和刚架横梁之间采用焊接。优选地，所述牛腿采用焊接与刚架柱相连。优选地，所述加载支架由钢管焊接而成。本实用新型采用施加砝码的方法对模型施加水平荷载和竖向荷载，在刚架横梁的跨中和梁、柱连接节点处粘贴应变片并布置位移计，通过应变的测量结果得出刚架产生的应力，通过测量结果得出刚架发生的变形。本实用新型实现了从理论到实践的过渡，可以将门式刚架在水平荷载、竖向荷载和不同支座位移条件下的应力和变形很直观、客观地反映出来，使学生在此模型实验的基础上能够较好地理解和掌握设计理论和设计方法，促进理论教学水平和质量的提高。
图I是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型的侧面结构示意图。图3是本实用新型柱脚的正面及侧面结构示意图。图4是本实用新型固定支座分解的结构示意图。图5是本实用新型固定支座组装的结构示意图。图6是本实用新型固定铰支座分解的结构示意图。图7是本实用新型固定铰支座组装的结构示意图。图8是本实用新型滑动铰支座分解的结构示意图。图9是本实用新型滑动铰支座组装的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。实施例I参照图f 3，一种门式刚架实验模型，所述门式刚架为单跨门式刚架，该实验模型包括两个刚架柱I、一个刚架横梁2、柱脚支座和加载支架10，刚架柱I和刚架横梁2的横截面形状为矩形，材料为普通低碳钢，加载支架10由方钢管焊接而成。刚架柱I和刚架横梁2之间采用焊接固定，刚架柱I通过柱脚支座安装在加载支架10上；刚架柱I内侧对称设置两只牛腿5，牛腿5的截面尺寸和材料与刚架柱I相同，并且采用焊接与刚架柱I相连，在牛腿5的自由端钻有孔洞，用于悬挂砝码。刚架横梁2的跨中以及刚架横梁2与刚架柱I连接节点处粘贴应变片并安装位移计。柱脚支座均采用固定支座3，如图4、图5所示，其包括固定夹板17、柱脚12和支座板14，柱脚12与刚架柱I采用焊接方式连接，柱脚12插入固定夹板17内，固定夹板17焊接在支座板14上，支座板14用螺栓15固定在加载支架10上。[0032]刚架柱I上的水平荷载加载点6通过第一定滑轮7连接砝码9，第一定滑轮7安装在第一固定架8上，第一固定架8安装在加载支架10上；柱脚支座上水平荷载加载点通过第二定滑轮18连接砝码9，第二定滑轮18安装在第二固定架19上，第二固定架19安装在加载支架10上并位于柱脚支座下方。使用时，在两只牛腿5、第一定滑轮7、第二定滑轮18下方分别悬挂砝码9来施加重力，通过应变片测量应变值，并换算出测点处的应力值，门式刚架水平和竖向位移测量方法采用千分表读取测点位移值。实施例2参照图f 3，一种门式刚架实验模型，所述门式刚架为单跨门式刚架，该实验模型包括两个刚架柱I、一个刚架横梁2、柱脚支座和加载支架10，刚架柱I和刚架横梁2的横截面形状为矩形，材料为普通低碳钢，加载支架10由方钢管焊接而成。刚架柱I和刚架横梁2之间采用焊接固定，刚架柱I通过柱脚支座安装在加载支架10上；刚架柱I内侧对称设置两只牛腿5，牛腿5的截面尺寸和材料与刚架柱I相同，并且采用焊接与刚架柱I相连，在牛腿5的自由端钻有孔洞，用于悬挂砝码。刚架横梁2的跨中以及刚架横梁2与刚架柱I连接节点处粘贴应变片并安装位移计。一端柱脚支座采用固定支座3，如图4、图5所示；另一端采用固定铰支座，如图6、图7所示，固定铰支座包括支座板14、柱脚12、轴13和耳板16，柱脚12纵向中心位置开有与轴13配套的圆孔，耳板16上开有与轴13相配的孔洞，柱脚12通过轴13与耳板16相连，耳板16焊接在支座板14上，支座板14用螺栓15固定在加载支架10上。刚架柱I上的水平荷载加载点6通过第一定滑轮7连接砝码9，第一定滑轮7安装在第一固定架8上，第一固定架8安装在加载支架10上；柱脚支座上水平荷载加载点通过第二定滑轮18连接砝码9，第二定滑轮18安装在第二固定架19上，第二固定架19安装在加载支架10上并位于柱脚支座下方。使用时，在两只牛腿5、第一定滑轮7、第二定滑轮18下方分别悬挂砝码9来施加重力，通过应变片测量应变值，并换算出测点处的应力值，门式刚架水平和竖向位移测量方法采用千分表读取测点位移值。实施例3参照图f 3，一种门式刚架实验模型，所述门式刚架为单跨门式刚架，该实验模型包括两个刚架柱I、一个刚架横梁2、柱脚支座和加载支架10，刚架柱I和刚架横梁2的横截面形状为矩形，材料为普通低碳钢，加载支架10由方钢管焊接而成。刚架柱I和刚架横梁2之间采用焊接固定，刚架柱I通过柱脚支座安装在加载支架10上；刚架柱I内侧对称设置两只牛腿5，牛腿5的截面尺寸和材料与刚架柱I相同，并且采用焊接与刚架柱I相连，在牛腿5的自由端钻有孔洞，用于悬挂砝码。刚架横梁2的跨中以及刚架横梁2与刚架柱I连接节点处粘贴应变片并安装位移计。一端柱脚支座采用固定支座3，如图4、图5所示；另一端采用滑动铰支座4，如图
8、图9所示，滑动铰支座4包括支座板14、柱脚12、轴13和轴承11，柱脚12纵向中心位置开有与轴配套的圆孔，轴13两端各安装一轴承11，轴承11放置在支座板14上，支座板14用螺栓15固定在加载支架10上。刚架柱I上的水平荷载加载点6通过第一定滑轮7连接砝码9，第一定滑轮7安装在第一固定架8上，第一固定架8安装在加载支架10上；滑动铰支座4上水平荷载加载点通过第二定滑轮18连接砝码9，第二定滑轮18安装在第二固定架19上，第二固定架19安装在加载支架10上并位于滑动铰支座4下方。使用时，在两只牛腿5、第一定滑轮7、第二定滑轮18下方分别悬挂砝码9来施加重力，通过应变片测量应变值，并换算出测点处的应力值，门式刚架水平和竖向位移测量方法采用千分表读取测点位移值。实施例4参照图f 3，一种门式刚架实验模型，所述门式刚架为单跨门式刚架，该实验模型包括两个刚架柱I、一个刚架横梁2、柱脚支座和加载支架10，刚架柱I和刚架横梁2的横截面形状为矩形，材料为普通低碳钢，加载支架10由方钢管焊接而成。刚架柱I和刚架横 梁2之间采用焊接固定，刚架柱I通过柱脚支座安装在加载支架10上；刚架柱I内侧对称设置两只牛腿5，牛腿5的截面尺寸和材料与刚架柱I相同，并且采用焊接与刚架柱I相连，在牛腿5的自由端钻有孔洞，用于悬挂砝码。刚架横梁2的跨中以及刚架横梁2与刚架柱I连接节点处粘贴应变片并安装位移计。柱脚支座均采用固定铰支座，如图6、图7所示。刚架柱I上的水平荷载加载点6通过第一定滑轮7连接砝码9，第一定滑轮7安装在第一固定架8上，第一固定架8安装在加载支架10上；柱脚支座上水平荷载加载点通过第二定滑轮18连接砝码9，第二定滑轮18安装在第二固定架19上，第二固定架19安装在加载支架10上并位于柱脚支座下方。使用时，在两只牛腿5、第一定滑轮7、第二定滑轮18下方分别悬挂砝码9来施加重力，通过应变片测量应变值，并换算出测点处的应力值，门式刚架水平和竖向位移测量方法采用千分表读取测点位移值。实施例5参照图f 3，一种门式刚架实验模型，所述门式刚架为单跨门式刚架，该实验模型包括两个刚架柱I、一个刚架横梁2、柱脚支座和加载支架10，刚架柱I和刚架横梁2的横截面形状为矩形，材料为普通低碳钢，加载支架10由方钢管焊接而成。刚架柱I和刚架横梁2之间采用焊接固定，刚架柱I通过柱脚支座安装在加载支架10上；刚架柱I内侧对称设置两只牛腿5，牛腿5的截面尺寸和材料与刚架柱I相同，并且采用焊接与刚架柱I相连，在牛腿5的自由端钻有孔洞，用于悬挂砝码。刚架横梁2的跨中以及刚架横梁2与刚架柱I连接节点处粘贴应变片并安装位移计。一端柱脚支座采用固定铰支座，如图6、图7所示；另一端采用滑动铰支座，如图8、图9所示。刚架柱I上的水平荷载加载点6通过第一定滑轮7连接砝码9，第一定滑轮7安装在第一固定架8上，第一固定架8安装在加载支架10上；柱脚支座上水平荷载加载点通过第二定滑轮18连接砝码9，第二定滑轮18安装在第二固定架19上，第二固定架19安装在加载支架10上并位于柱脚支座下方。使用时，在两只牛腿5、第一定滑轮7、第二定滑轮18下方分别悬挂砝码9来施加重力，通过应变片测量应变值，并换算出测点处的应力值，门式刚架水平和竖向位移测量方法采用千分表读取测点位移值。本实用新型柱脚支座可以采用以下五种组合中的任意一种两端为固定支座；一端为固定支座、另一端为固定铰支座；一端为固定支座、另一端为滑动铰支座；两端为固定铰支座；一端为固定铰支座、另一端为滑动固定铰支座。可以模拟不同支座条件下的门式刚架的应力和变形规律。本实用新型采用施加砝码的方法对模型施加水平荷载和竖向荷载，在刚架横梁的跨中和梁、柱连接节点处粘贴应变片并布置位移计，通过应变的测量结果得出刚架产生的应力，通过测量结果得出刚架发生的变形。本实验模型的建立，实现了从理论到实践的过渡，可以将门式刚架在水平荷载、 竖向荷载和不同支座位移条件下的内力和变形很直观、客观地反映出来，使学生在此模型实验的基础上能够较好地理解和掌握设计理论和设计方法，促进理论教学水平和质量的提闻。
权利要求1.一种门式刚架实验模型，所述门式刚架为单跨或多跨门式刚架，其特征在于所述实验模型包括刚架柱、刚架横梁、柱脚支座和加载支架，刚架柱和刚架横梁之间采用刚性连接，刚架柱通过柱脚支座安装在加载支架上；刚架柱内侧对称设置牛腿，刚架横梁和牛腿上分别设有若干个竖向荷载加载点，刚架柱和柱脚支座上分别设有一个以上水平荷载加载点；刚架横梁的跨中以及刚架横梁、刚架柱连接节点处粘贴应变片并安装位移计。
2.根据权利要求I所述的门式刚架实验模型，其特征在于所述竖向荷载加载点下方悬挂砝码，水平荷载加载点通过定滑轮悬挂砝码。
3.根据权利要求2所述的门式刚架实验模型，其特征在于所述刚架柱上的水平荷载加载点通过第一定滑轮悬挂砝码，第一定滑轮安装在第一固定架上，第一固定架安装在加载支架上；柱脚支座上水平荷载加载点通过第二定滑轮悬挂砝码，第二定滑轮安装在第二固定架上，第二固定架安装在加载支架上并位于柱脚支座下方。
4.根据权利要求I所述的门式刚架实验模型，其特征在于所述柱脚支座采用以下五种组合中的任意一种两端为固定支座；一端为固定支座、另一端为固定铰支座；一端为固 定支座、另一端为滑动铰支座；两端为固定铰支座；一端为固定铰支座、另一端为滑动固定铰支座。
5.根据权利要求4所述的门式刚架实验模型，其特征在于所述固定支座包括固定夹板、柱脚和支座板，柱脚固定安装在固定夹板内，固定夹板和支座板之间采用刚性连接，支座板固定在加载支架上。
6.根据权利要求4所述的门式刚架实验模型，其特征在于所述固定铰支座包括支座板、柱脚、轴和耳板，柱脚纵向中心位置开有与轴配套的圆孔，耳板上开有与轴相配的孔洞，柱脚通过轴与耳板相连，耳板固定在支座板上，支座板固定在加载支架上。
7.根据权利要求4所述的门式刚架实验模型，其特征在于所述滑动铰支座包括支座板、柱脚、轴和轴承，柱脚纵向中心位置开有与轴配套的圆孔，轴两端各安装一轴承，轴承放置在支座板上，支座板固定在加载支架上。
8.根据权利要求I所述的门式刚架实验模型，其特征在于所述刚架柱和刚架横梁之间采用焊接。
9.根据权利要求I所述的门式刚架实验模型，其特征在于所述牛腿采用焊接与刚架柱相连。
10.根据权利要求I所述的门式刚架实验模型，其特征在于所述加载支架由钢管焊接。
专利摘要本实用新型涉及一种门式刚架实验模型，所述实验模型包括刚架柱、刚架横梁、柱脚支座和加载支架，刚架柱和刚架横梁之间采用刚性连接，刚架柱通过柱脚支座安装在加载支架上；刚架柱内侧对称设置牛腿，刚架横梁和牛腿上分别设有若干个竖向荷载加载点，刚架柱和柱脚支座上分别设有一个以上水平荷载加载点；刚架横梁的跨中以及刚架横梁、刚架柱连接节点处粘贴应变片并安装位移计。本实用新型实现了从理论到实践的过渡，可以将门式刚架在水平荷载、竖向荷载和不同支座位移条件下的应力和变形很直观、客观地反映出来，使学生在此模型实验的基础上能够较好地理解和掌握设计理论和设计方法，促进理论教学水平和质量的提高。
文档编号G09B25/04GK202650413SQ20122024647
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者文献民, 吕金炭, 刘大卫, 张云莲, 杨建辉, 程泽海 申请人:浙江科技学院, 福建荣盛钢结构实业有限公司