武世杰　焦琳青　胡仕琪　趙鑫　沈韶華　施向東

【摘 要】桁架結(jié)構(gòu)實驗是很多院校開設(shè)的力學實驗，針對大部分桁架實驗為驗證性實驗，結(jié)合如今大學工科類的教育加強實踐內(nèi)容，在力學教學中尤其十分重視學生的實踐能力，本文主要介紹了一種基于研究性實驗開發(fā)的多功能組合式力學實驗裝置的設(shè)計，該裝置可以通過結(jié)構(gòu)形式的自主組合、支座形式的自主選擇以及多種加載方式實現(xiàn)多種靜定、超靜定桁架和剛架結(jié)構(gòu)的力學實驗，操作簡單，功能多樣，為學生自主設(shè)計綜合性、設(shè)計性實驗提供了一個平臺。

【關(guān)鍵詞】桁架結(jié)構(gòu)；實驗裝置；力學實驗

0 引言[1-5]

隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展和人們對于建筑審美要求，舞臺搭建速度的不斷提高，及大跨度和超高層建筑越來越多地涌現(xiàn)在城市建設(shè)中，成為現(xiàn)代化大都市的重要象征。人們對于高強度、簡易型桁架的需求也越來凸顯，特別是建筑用鋼-混凝土桁架的應(yīng)用尤為突出，這就需要專業(yè)設(shè)計人員在設(shè)計之初對桁架的承載能力進行實驗研究，探究桁架的承載能力，受力情況分析，以及桁架穩(wěn)定性。

通過本實驗裝置的研究為土木工程專業(yè)、機械專業(yè)提供可靠的實驗平臺，為設(shè)計人員提供便利，本實驗裝置可以更加準確測試桁架的承載能力，進而提高桁架的承載能力和設(shè)計出高強度、簡易型桁架。同時也可以為學生提供桁架實驗平臺，可以讓學生自主設(shè)計桁架模型進而分析桁架在不同受力情況下的變形情況，進而提高學生的動手實踐能力，分析能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。

國內(nèi)有許多針對桁架受力實驗裝置的研究都是以實際工程為基礎(chǔ)，設(shè)計出的實驗裝置，具有一定的局限性，且加載形式較單一。很多院校的桁架結(jié)構(gòu)實驗只是在已搭好的裝置上進行測試，而且加載位置也是固定的，因此只能稱為驗證性試驗。部分儀器也可以自由組合一些桁架，但測試范圍僅限于平面，不僅對測試的范圍有很大的局限性，而且大大增加了誤差。

1 設(shè)計過程

1.1 實驗裝置基本原理

桁架結(jié)構(gòu)搭接加載受力實驗裝置首先通過采用不同桿件搭接桁架模型，然后采用不同加載裝置在結(jié)構(gòu)不同作用點加載，實現(xiàn)多種不同形式的鋼架或桁架的內(nèi)力測定實驗，彈性模量和泊松比的測定實驗以及壓桿穩(wěn)定實驗。

1.2 實驗裝置基本組成結(jié)構(gòu)

力學實驗平臺，組合桿件，銷釘，砝碼，鋼絲繩，應(yīng)變片，力與應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀，計算機，工具箱，組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

即可知梁AB、CD能承受的最大載荷為16.45kN，而向桁架所能加載的最大載荷為2F ≤ 32.90kN

1.2.2 螺釘連接設(shè)計

1.2.5 傳動機構(gòu)設(shè)計

我們設(shè)計的傳動機構(gòu)包括蝸輪蝸桿，齒輪與齒條等構(gòu)件，通過蝸輪蝸桿傳動，蝸輪帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動齒條上下移動。

蝸桿傳動是由蝸桿和蝸輪組成的，用于傳遞空間交錯兩軸之間的運動和動力。

2 設(shè)計結(jié)果

綜合各個部位的設(shè)計計算可以得出：實驗裝置可加載0～7kN范圍內(nèi)的力。根據(jù)以上計算結(jié)果設(shè)計制作出來的桁架實驗裝置如圖11所示。

桁架結(jié)構(gòu)的靜力測試過程為：由學生自行設(shè)計各種加載方案。采用桁架實驗臺蝸輪蝸桿加載裝置進行逐步加載；利用力與變形測試儀測量桿件應(yīng)變，并計算軸力。分析內(nèi)力分布規(guī)律，及加載方案對內(nèi)力的影響，并與理論值對比，分析誤差。

3 總結(jié)

在科技飛速發(fā)展的今天，大學工科類的教育越來越需要更多的實踐內(nèi)容的融入，在力學教學中尤其十分重視學生的實踐能力，這樣的桁架結(jié)構(gòu)搭接加載受力實驗裝置的推廣順應(yīng)了目前科技發(fā)展的潮流，對工科類大學生的實踐能力，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)都有極大的積極意義。通過本文設(shè)計的實驗裝置，可以有效解決現(xiàn)有桁架實驗裝置中桁架固定、加載單一等局限問題，實現(xiàn)多種桁架模型搭接，多種加載方式加載載荷，具有一定的創(chuàng)新性和實用性。可以通過結(jié)構(gòu)形式的自主組合、支座形式的自主選擇以及多種加載方式實現(xiàn)多種靜定、超靜定桁架和剛架結(jié)構(gòu)的力學實驗，操作簡單，功能多樣，為學生自主設(shè)計綜合性、設(shè)計性實驗提供了一個平臺。這樣的桁架結(jié)構(gòu)搭接加載受力實驗裝置的推廣對工科類大學生的實踐能力，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)都有極大的積極意義。本實驗裝置參加首都高校第七屆機械創(chuàng)新設(shè)計大賽獲得二等獎。

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[責任編輯：楊玉潔]