实验模型由杆件、结点以及支承与约束装置组成。支承与约束装置是为受试构件提供合适的大小、高度和反力的一类通用型构件和定制构件,主要包括各式滑动、随动小车,支墩、支座、转接板、分配梁等。
1)杆件的结构形式
大部分实验模型杆件采用薄壁方管,如图1-5所示,管两端有安装用的定位孔。杆件有定长杆件与可调杆件两种,杆件上粘贴电阻应变片,并装有接线插座,以方便应变测试及快速接线。
图1-5 实验模型杆件
电阻应变片的粘贴采用多点对称粘贴的方式,在杆件的中间部位及两端分别对称粘贴电阻应变片,以测量杆件的轴力以及不同位置的弯矩。同一截面处对称应变片的平均值由轴力引起,应变片的差值由弯矩引起。安装时需注意杆件应变片与结构平面的位置关系,尤其是当实验中有不可忽略的弯矩时,应确保应变片能够测得最大应变。
2)结点的形式
结点是指杆件连接区的简化,理想的结点有铰结点和刚结点两种。铰结点的特点是能传递轴力但不能传递力矩,刚结点的特点是既可传递轴力也能传递力矩。由于结点是对杆件连接区的简化,而简化后的结点是没有大小的,因此导致在对结构结点简化的过程中,不可避免地对杆件进行有误差的简化,即忽略了杆件端部与中间的不同,将它简化为等EI、等EA的直杆,杆件的计算长度也是从结点到结点的距离。
从结点性质的定义可以看出,现实结构中不存在理想的铰结点,但对于较简单的结构存在近似的铰结点,对于多杆相交的结点要实现较理想铰接就变得非常困难了,而且现实中的铰接或多或少地存在刚度,这些都会对实验结果产生较大误差。实际结构中存在理想的刚结点,例如:我们可以把一个杆件简化成中间刚接的两根直杆。
由于理想的铰结点是不存在的,这对我们进行桁架结构的内力传递特点测试带来很大的不便,或者会带来很大的误差。但是结构力学多数情况下是研究杆件小转角情形下结构的力学特性,根据铰结点的定义,若一个机构在微小的转角下只传递了很小的弯矩,但能传递很大的轴力,那么由它与对应杆件组成的结构特性就接近桁架结构的力学特性。
结点采用上、下剖分式的圆盘结构,称为结点盘,上盘为通孔,下盘为螺纹孔。安装时,杆件两端的调整螺栓安装在上、下结点盘的圆槽内,并通过螺栓定位、夹紧。结点盘上与杆件连接的部分称为结点单元,结点单元按功能分为铰结点单元和固结点单元两种。铰结点单元的杆件通过弱连接与结点相连,利用弱连接具有可传递较大轴力但只能传递很小弯矩的力学特性,得到较为理想的铰结点。固结点单元的杆件直接与刚性的结点刚接,既可以传递较大的轴力也可以传递较大的弯矩。结点盘按照结点单元的不同组成类型可分为铰结点盘、固结点盘及组合结点盘。各种结点盘结构如图1-6、图1-7、图1-8所示。
图1-6 铰结点盘
图1-7 固结点盘
图1-8 组合结点盘
3)支座的结构形式(www.xing528.com)
支座安装在通用滑动小车上,可沿周边滑动轨道灵活滑动,通过随车锁紧装置实现滑动与固定转换,支座与模型之间通过支座结点盘相连接,支座结点盘的性质决定支座的固接与铰接。如图1-9所示为固定支座的一种实现方式,加载小车的固定与否取决于支座的滑动与固定。图1-10为支座与加载小车的连接。
图1-9 支座固结点连接示意图
图1-10 支座与加载小车连接示意图
这样就可方便得到可动铰支座、固定铰支座、定向支座、固定支座等不同类型的支座,且可方便转换。可完成的支座种类如图1-11所示。
图1-11 各种支座形式的理论简化模型
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