一种开洞梁的受力教学演示装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钢筋混凝土结构课程的教学演示装置，特别涉及一种开洞梁的受力教学演示装置，属于教学辅助设备技术领域。
【背景技术】
[0002]在高层结构设计中，通过在梁上开洞，让各种管道设施(电气、给排水，暖通等)从洞口中穿过，可以减少这些管道设施对建筑空间的占用，降低层高，从而降低工程造价，获得较好的经济效益。但梁在开洞以后，洞口处内力变化复杂，洞口处截面变为三次超静定，洞口左截面和右截面应变也不再是平截面，而是略微呈S形。因此梁开洞后洞口处的变形和传力机制是钢筋混凝土结构及钢结构课程教学中的核心内容和学习难点。
[0003]在过去的教学中，由于钢筋混凝土或钢结构构件的加工和制作成本高，没有设置开洞梁洞口处变形的演示实验，教师只能根据教科书上的部分内容对洞口区域的变形进行讲解，学生缺乏直观的认识，而且很难理解开洞后梁为什么会出现超静定的复杂内力，从而影响学生对梁开洞受力原理的深入学习和正确应用。
【发明内容】
[0004]本实用新型针对现有钢筋混凝土结构及钢结构教学上存在的问题和不足，提供了一种开洞梁的受力教学演示装置。通过该装置对开洞梁的演示，可以帮助学生直观地观察开洞梁受力变形后洞口的形状和梁体刻度线的变化，正确理解和掌握开洞梁的变形特点。
[0005]本实用新型技术方案是:一种开洞梁的受力教学演示装置，包括开洞梁1、砝码2、支座3和刻画线4;所述开洞梁I放置在支座3上，通过砝码2进行加载、减载来实现开洞梁I的受力教学演示，通过加、减支座3的数量用于模拟单跨简支开洞梁和多跨连续开洞梁;所述开洞梁I的梁体上刻有刻画线4。
[0006]所述开洞梁I由塑料或橡胶制成。
[0007]所述支座3为木板。
[0008]所述刻画线4刻画在开洞梁I的梁体上，刻画成大小不同的正交网格，且洞口周边的网格要密集，离洞口越远则越稀疏。
[0009]本实用新型的工作过程是:本实用新型在使用时，根据所要演示的是为开洞梁还是多跨连续开洞梁的变形特点，选择不同数量的支座3，把开洞梁I放置在支座3上，通过在开洞梁I上加载、减载来实现开洞梁I的受力教学演示，可以显示出开洞梁整体变形后的特点，其中变形后的特点包括:开洞梁洞口区域变形后的特点有哪些，开洞后洞口区域正交刻度线的变形规律有哪些，开洞梁整体变形后的特点有哪些。
[0010]本实用新型中选用两个支座3时，可以反映简支梁的情况，设置三个支座则可以反映连续梁的情况；
[0011]根据砝码2数量的不同，可以反映不同的荷载作用情况，比如:放置一个砝码2，可模拟单个集中荷载情况，放置多个砝码2，可以模拟多点集中荷载情况。
[0012]图2表示开洞梁的剪力图以及洞口处的次弯矩，从图2中可以看出:在开洞梁的洞口区域出现了次弯矩，而次弯矩是由洞口处的剪力产生的;其中，WO为洞口宽度，ho为洞口高度，P为荷载，Vl、Vr分别为洞口左端、洞口右端的剪力，MS为由洞口区剪力产生的次弯矩。
[0013]图3表示开洞梁的弯矩图以及洞口处的主弯矩，从图3中可以看出:开洞梁洞口区域的主弯矩由洞口上部、下部的轴力产生，洞口上部为轴向压力，下部为轴向拉力;其中，WO为洞口宽度，ho为洞口高度，P为荷载，Nt、Nb分别为洞口上部、洞口下部的轴力，MnS由洞口区轴力产生的主弯矩。
[0014]图4为开洞单跨梁在荷载作用下的整体变形图，从图中可以看出开洞单跨梁的变形特点，变形后的洞口形状近似于平行四边形，洞口处的竖向变形明显，挠度最大值出现在洞口右侧;变形前的竖直线变形后是斜直线，洞口截面不再是平截面。
[0015]图6为开洞两跨连续梁的整体变形图，该图可以很好的反映开洞连续梁的变形特点，带洞跨的梁发生了明显的剪切变形，无洞跨则为弯曲变形;洞口处的挠度增加明显。
[0016]本实用新型的有益效果是:此装置能帮助学生直观地观察开洞梁受力变形后洞口的形状和梁体刻度线的变化，正确理解和掌握开洞梁的变形特点。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型开洞梁的平面示意图；
[0018]图2是本实用新型开洞梁的剪力图及洞口处的次弯矩；
[0019]图3是本实用新型开洞梁的弯矩图及洞口处的主弯矩；
[0020]图4是本实用新型开洞梁整体变形示意图；
[0021 ]图5是本实用新型开洞两跨连续梁的平面示意图；
[0022]图6是本实用新型开洞连续梁整体变形示意图。
[0023]图1-6中各标号:1_开洞梁(塑料或橡胶)，2_砝码，3-支座(木板)，4_刻画线。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
[0025]实施例1:如图1-6所示，一种开洞梁的受力教学演示装置，包括开洞梁1、砝码2、支座3和刻画线4;所述开洞梁I放置在支座3上，通过砝码2进行加载、减载来实现开洞梁I的受力教学演示，通过加、减支座3的数量用于模拟单跨简支开洞梁和多跨连续开洞梁;所述开洞梁I的梁体上刻有刻画线4。
[0026]所述开洞梁I由塑料或橡胶制成。
[0027]所述支座3为木板。
[0028]所述刻画线4刻画在开洞梁I的梁体上，刻画成大小不同的正交网格，且洞口周边的网格要密集，离洞口越远则越稀疏。
[0029]变形后的特点:
[0030]洞口区域小方格网的变形与远离洞口区域大方格网的变形有明显的不同。从小方格网区域中可看到以下几个特点:
[0031](I)洞口左截面和右截面不再是平截面，变形前的竖直线变形后是斜直线；小梁的轴线左半部分向上弯曲，右半部分向下弯曲，反弯点大约在小梁中点，反弯点弯曲为零，而弯曲最大部分在小梁根部，此处的两竖直线呈扇形，从小梁轴线的弯曲方向和大小可得到小梁弯矩分布信息，即左半部为正弯矩，右半部为负弯矩，且根部弯矩最大，反弯点为零。
[0032]实施例2:如图1-6所示，一种开洞梁的受力教学演示装置，包括开洞梁1、砝码2、支座3和刻画线4;所述开洞梁I放置在支座3上，通过砝码2进行加载、减载来实现开洞梁I的受力教学演示，通过加、减支座3的数量用于模拟单跨简支开洞梁和多跨连续开洞梁;所述开洞梁I的梁体上刻有刻画线4。
[0033]所述开洞梁I由塑料或橡胶制成。
[0034]所述支座3为木板。
[0035]所述刻画线4刻画在开洞梁I的梁体上，刻画成大小不同的正交网格，且洞口周边的网格要密集，离洞口越远则越稀疏。
[0036]变形后的特点:
[0037]变形后的洞口形状近似于平行四边形，洞口段的竖向变形明显而突出，最大挠度不在跨中，而在洞口右侧。远离洞口区域大方格网在变形前和变形后都保持是直线，平截面假定成立，属于弯曲变形。
[0038]上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.一种开洞梁的受力教学演示装置，其特征在于:包括开洞梁(I)、砝码(2)、支座(3)和刻画线(4);所述开洞梁(I)放置在支座(3)上，通过砝码(2)进行加载、减载来实现开洞梁(I)的受力教学演示，通过加、减支座(3)的数量用于模拟单跨简支开洞梁和多跨连续开洞梁;所述开洞梁(I)的梁体上刻有刻画线(4)。2.根据权利要求1所述的开洞梁的受力教学演示装置，其特征在于:所述开洞梁(I)由塑料或橡胶制成。3.根据权利要求1所述的开洞梁的受力教学演示装置，其特征在于:所述支座(3)为木板。4.根据权利要求1所述的开洞梁的受力教学演示装置，其特征在于:所述刻画线(4)刻画在开洞梁(I)的梁体上，刻画成大小不同的正交网格，且洞口周边的网格要密集，离洞口越远则越稀疏。
【专利摘要】本实用新型涉及一种开洞梁的受力教学演示装置，属于教学辅助设备技术领域。本实用新型包括开洞梁、砝码、支座和刻画线；所述开洞梁放置在支座上，通过砝码进行加载、减载来实现开洞梁的受力教学演示，通过加、减支座的数量用于模拟单跨简支开洞梁和多跨连续开洞梁；所述开洞梁的梁体上刻有刻画线。本实用新型能帮助学生直观地观察开洞梁受力变形后洞口的形状和梁体刻度线的变化，正确理解和掌握开洞梁的变形特点。
【IPC分类】G09B25/04
【公开号】CN205230485
【申请号】CN201520848509
【发明人】廖文远, 周东华
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年10月30日