[发明专利]多跨梁多功能受力变形演示仪

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明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。

本发明的有益效果是：