CN114414181A - 一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，包括实验工作台、试验结构模块和数据采集分析***，试验结构模块通过球型支座安装于实验工作台上，实验工作台上设有震动装置，震动装置可拆卸连接于试验结构模块，实验工作台上放置有试验小车，试验小车的上端开设有载物槽，实验工作台上设有可驱动试验小车左右移动的动力牵引机构，实验结构模块的下端设有若干可移动的挂钩，实验工作台和试验结构模块上均安装有各种检测元件，检测元件均电连于数据采集分析***。本发明可对试验结构模块进行结构静力加载试验、动力加载试验、桥面横向系数测试和移动荷载测试，满足不同要求的模拟实验，适用性强。

Description

一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置

技术领域

本发明涉及建筑实验设备技术领域，特别涉及一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置。

背景技术

随着社会的进步，人们出行越来越便利，在为人们提供便利时，桥梁发挥着不可替代的作用。在桥梁结构设计完成后，需要制作模型来进行模拟实验，模拟在自然环境下，该结构对外加载荷的侵袭会产生怎样的变形和损伤，以此来评估该结构的承载能力和抗震效果，便于更好的优化和改进，而这也是学生们需要学习和实验的过程，但是现有的实验装置结构简单，不能针对不同的需求进行模拟实验，适用性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，可对试验结构模块进行结构静力加载试验、动力加载试验、桥面横向系数测试和移动荷载测试，满足不同要求的模拟实验，适用性强。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，包括实验工作台、试验结构模块和数据采集分析***，所述试验结构模块通过球型支座安装于所述实验工作台上，所述实验工作台上设有震动装置，所述震动装置可拆卸连接于所述试验结构模块，所述实验工作台上放置有试验小车，所述试验小车的上端开设有载物槽，所述实验工作台上设有可驱动所述试验小车左右移动的动力牵引机构，所述实验结构模块的下端设有若干可移动的挂钩，所述实验工作台和试验结构模块上均安装有各种检测元件，所述检测元件均电连于所述数据采集分析***。

本发明的进一步设置为：所述试验结构模块包括桥面和空间桁架，所述桥面设于所述空间桁架内，所述空间桁架包括两个平面桁架、若干支撑杆和若干加强杆，所述两个平面桁架对称设置，所述支撑杆设于所述两个平面桁架之间的下端，所述桥面设于所述支撑杆上，所述加强杆设于所述两个平面桁架之间，所述平面桁架的下端开设有左右朝向且呈倒“凸”字型的第一限位槽，所述挂钩包括第一限位块、第一螺杆、第一手柄和钩体，所述第一限位块设于所述第一限位槽内，所述第一限位块与第一限位槽滑动配合，所述第一螺杆竖直***所述第一限位槽内并连接于所述第一限位块，所述第一手柄螺纹连接于上所述第一螺杆，所述钩体连接于所述第一螺杆的下端。

本发明的进一步设置为：所述实验工作台包括支撑架、第一支撑板、第二支撑板、第一测量支座、第二测量支座、安装板和若干万向轮，所述支撑架近似呈“H”型，所述第一测量支座和第二测量支座分别设于所述支撑架上端的前后两侧，所述第一支撑板和第二支撑板相互平行且分别设于所述第一测量支座和第二测量支座之间，所述第一支撑板和第二支撑板的前后两端均分别滑动连接于所述第一测量支座和第二测量支座，所述第一支撑板和第二支撑板可左右滑动，所述第一测量支座和第二测量支座上均开设有第一滑槽，所述第一滑槽内设有两个分别连接于所述第一支撑板和第二支撑板的第一锁紧旋钮，所述第一支撑板和第二支撑板通过所述球型支座连接于所述试验结构模块，所述安装板设于所述第一支撑板的下方，所述安装板前后设置且两端滑动连接于所述支撑架，所述支撑架上设有第二滑槽，所述第二滑槽内设有连接于所述支撑架的第二锁紧旋钮，所述震动装置设于所述安装板上，所述万向轮设于所述支撑架的下端。

本发明的进一步设置为：所述支撑杆的下端开设有前后朝向且呈倒“凸”字型的第二限位槽，所述震动装置包括激振器、滑环、调节旋钮、第二螺杆、第二限位块和第二手柄，所述滑环设于所述激振器的下端，所述滑环与安装板滑动配合，所述调节旋钮设于所述滑环上，所述第二螺杆竖直连接于所述激振器的输出轴，所述第二螺杆的上端连接于所述第二限位块，所述第二限位块滑动连接于所述第二限位槽，所述第二手柄螺纹连接于所述第二螺杆。

本发明的进一步设置为：所述检测元件包括位移传感器、加速度传感器、速度传感器、应变片和红外线传感器，所述位移传感器、加速度传感器、速度传感器和应变片均设于所述试验结构模块上，所述红外线传感器可拆卸安装于所述第一测量支座和第二测量支座上。

本发明的进一步设置为：所述红外线传感器通过调节支架安装于所述第一测量支座和第二测量支座上，所述调节支架包括夹持件、立杆、伸缩杆和安装条，所述夹持件可夹持在第一测量支座和第二测量支座上，所述立杆竖直设于所述夹持件的上方，所述伸缩杆垂直连接于所述立杆的上端，所述伸缩杆的另一端朝向所述试验结构模块，所述安装条的一端转动连接于所述伸缩杆，所述红外线传感器滑动连接于所述安装条远离所述伸缩杆的一侧。

本发明的进一步设置为：所述动力牵引机构包括固定板、转动电机、滚筒、定滑轮、固定条和绳体，所述固定板和固定条设于所述支撑架的左右两端，所述固定条设于所述固定板的上方，所述转动电机设于所述支撑架上，所述滚筒连接于所述转动电机的输出轴，所述绳体的一端固定于所述滚筒，所述定滑轮设于所述固定条上，所述绳体的另一端穿过所述定滑轮后可拆卸连接于试验所述小车。

本发明的进一步设置为：所述桥面上铺设有可移动的减速垫。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

其一、本发明可对试验结构模块进行结构静力加载试验、动力加载试验、桥面横向系数测试和移动荷载测试，满足不同要求的模拟实验，适用性强。

其二、本发明中的震动装置可左右前后移动，以应对不同的结构试验结构模块，也能便于在试验结构模块的不同位置进行动力加载试验。

其三、本发明中的挂钩可左右移动好后固定，针对试验结构模块的不同位置进行静力加载实验，便于实验的进行。

其四、本发明中的第一支撑板和第二支撑板可左右滑动并通过第一锁紧旋钮固定，通过调节第一支撑板和第二支撑板的位置，可用于测试不同长度的试验结构模块。

其五、本发明中的调节支架可调节红外线传感器的位置，帮助红外线传感器伸入试验结构模块内，安装于试验小车的运动起点和终点，便于检测试验小车的运动状态。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明图1中A处的放大图；

图3是本发明中第一锁紧旋钮处的局部刨面图；

图4是本发明中第二限位槽处的局部剖面图；

图5是本发明中第二锁紧旋钮处的局部剖面图。

图中：1、实验工作台；11、支撑架；111、万向轮；112、安装板；12、第一支撑板；13、第二支撑板；14、第一测量支座；15、第二测量支座；16、第一滑槽；17、第一锁紧旋钮；18、第二滑槽；19、第二锁紧旋钮；2、试验结构模块；21、桥面；22、平面桁架；221、第一限位槽；23、支撑杆；231、第二限位槽；24、加强杆；3、球型支座；41、激振器；42、滑环；43、调节旋钮；44、第二螺杆；45、第二限位块；46、第二手柄；5、试验小车；61、固定板；62、转动电机；63、滚筒；64、定滑轮；65、固定条；66、绳体；7、挂钩；71、第一限位块；72、第一螺杆；73、第一手柄；74、钩体；8、红外线传感器；91、夹持件；92、立杆；93、伸缩杆；94、安装条；10、减速垫。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例，一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，如图1至图5所示，包括实验工作台1、试验结构模块2和数据采集分析***，试验结构模块2通过球型支座3安装于实验工作台1上，实验工作台1上设有震动装置，震动装置可拆卸连接于试验结构模块2，实验工作台1上放置有试验小车5，试验小车5的上端开设有载物槽，实验工作台1上设有可驱动试验小车5左右移动的动力牵引机构，实验结构模块的下端设有若干可移动的挂钩7，实验工作台1和试验结构模块2上均安装有各种检测元件，检测元件均电连于数据采集分析***。

详细的，试验结构模块2架设在实验工作台1上，通过球型支座3固定，确保试验结构模块2保持水平状态，而震动装置震动试验结构模块2可以根据实验需要做动力加载试验，对试验结构模型进行基本动力参数测试和损伤识别；在试验小车5内的载物槽放置不同的砝码，通过动力牵引机构试验小车5前进和后退，可对试验结构模型进行桥面21横向系数测试和移动荷载测试；在试验结构模块2上不同位置的挂钩7上悬挂砝码，便于对试验结构模块2进行静力加载实验，而实验时，试验结构模块2所产生的形变和损伤、试验小车5在试验结构模块2上的运动状态均可通过检测元件检测到，并将其转化为数据传输到数据采集分析***内，便于后期的实验结果分析和结构模型优化。

优选的，试验结构模块2包括桥面21和空间桁架，桥面21设于空间桁架内，空间桁架包括两个平面桁架22、若干支撑杆23和若干加强杆24，两个平面桁架22对称设置，支撑杆23设于两个平面桁架22之间的下端，桥面21设于支撑杆23上，加强杆24设于两个平面桁架22之间，平面桁架22的下端开设有左右朝向且呈倒“凸”字型的第一限位槽221，挂钩7包括第一限位块71、第一螺杆72、第一手柄73和钩体74，第一限位块71设于第一限位槽221内，第一限位块71与第一限位槽221滑动配合，第一螺杆72竖直***第一限位槽221内并连接于第一限位块71，第一手柄73螺纹连接于上第一螺杆72，钩体74连接于第一螺杆72的下端。

详细的，试验结构模块2为桁架结构，挂钩7在移动时，可通过第一限位块71在第一限位槽221内左右移动，当移动到试验位置时，可通过转动第一手柄73，将挂钩7固定，再将砝码或重物挂在钩体74上，进行静力加载试验，当然也可以将单个平面桁架22拿出来做静力加载试验，简单的实验结构便于学生学习和理解。

优选的，实验工作台1包括支撑架11、第一支撑板12、第二支撑板13、第一测量支座14、第二测量支座15、安装板112和若干万向轮111，支撑架11近似呈“H”型，第一测量支座14和第二测量支座15分别设于支撑架11上端的前后两侧，第一支撑板12和第二支撑板13相互平行且分别设于第一测量支座14和第二测量支座15之间，第一支撑板12和第二支撑板13的前后两端均分别滑动连接于第一测量支座14和第二测量支座15，第一支撑板12和第二支撑板13可左右滑动，第一测量支座14和第二测量支座15上均开设有第一滑槽16，第一滑槽16内设有两个分别连接于第一支撑板12和第二支撑板13的第一锁紧旋钮17，第一支撑板12和第二支撑板13通过球型支座3连接于试验结构模块2，安装板112设于第一支撑板12的下方，安装板112前后设置且两端滑动连接于支撑架11，支撑架11上设有第二滑槽18，第二滑槽18内设有连接于支撑架11的第二锁紧旋钮19，震动装置设于安装板112上，万向轮111设于支撑架11的下端。

详细的，第一支撑板12和第二支撑板13可左右滑动并通过第一锁紧旋钮17固定，通过调节第一支撑板12和第二支撑板13的位置，可用于测试不同长度的试验结构模块2；安装板112可左右滑动并通过第二锁紧旋钮19固定，通过调节安装板112的位置，可根据试验结构模块2的位置来左右调节震动装置的位置，便于进行动力加载试验；而万向轮111便于本装置移动。

优选的，支撑杆23的下端开设有前后朝向且呈倒“凸”字型的第二限位槽231，震动装置包括激振器41、滑环42、调节旋钮43、第二螺杆44、第二限位块45和第二手柄46，滑环42设于激振器41的下端，滑环42与安装板112滑动配合，调节旋钮43设于滑环42上，第二螺杆44竖直连接于激振器41的输出轴，第二螺杆44的上端连接于第二限位块45，第二限位块45滑动连接于第二限位槽231，第二手柄46螺纹连接于第二螺杆44。

详细的，滑环42可前后滑动并通过调节旋钮43固定，而激振器41通过第二螺杆44、第二限位块45与第二手柄46连接于第二限位块45，便于前后调节激振器41的位置，对试验结构模块2不同的位置进行震动，便于进行动力加载试验。

还需要说明的是，第一限位槽221、第二限位槽231和第一限位块71和第二限位块45可以相互配合使用，便于在试验结构模块2的不同位置进行静力加载试验和动力加载试验。

优选的，检测元件包括位移传感器、加速度传感器、速度传感器、应变片和红外线传感器8，位移传感器、加速度传感器、速度传感器和应变片均设于试验结构模块2上，红外线传感器8可拆卸安装于第一测量支座14和第二测量支座15上。

详细的，位移传感器、加速度传感器、速度传感器分别用于检测试验结构模块2的动态响应，而应变片用于检测试验结构模块2的局部形变，红外线传感器8用于检测试验小车5的运动状态，当然，还可以根据需要增加其他种类的检测元件。

优选的，红外线传感器8通过调节支架安装于第一测量支座14和第二测量支座15上，调节支架包括夹持件91、立杆92、伸缩杆93和安装条94，夹持件91可夹持在第一测量支座14和第二测量支座15上，立杆92竖直设于夹持件91的上方，伸缩杆93垂直连接于立杆92的上端，伸缩杆93的另一端朝向试验结构模块2，安装条94的一端转动连接于伸缩杆93，红外线传感器8滑动连接于安装条94远离伸缩杆93的一侧。

详细的，调节支架可调节红外线传感器8的位置，帮助红外线传感器8伸入试验结构模块2内，防止试验结构模块2遮挡而影响红外线传感器8工作，将红外线传感器8安装于试验小车5的运动起点和终点，便于检测试验小车5的运动状态。

优选的，动力牵引机构包括固定板61、转动电机62、滚筒63、定滑轮64、固定条65和绳体66，固定板61和固定条65设于支撑架11的左右两端，固定条65设于固定板61的上方，转动电机62设于支撑架11上，滚筒63连接于转动电机62的输出轴，绳体66的一端固定于滚筒63，定滑轮64设于固定条65上，绳体66的另一端穿过定滑轮64后可拆卸连接于试验小车5。

详细的，转动电机62带动滚筒63转动，将绳体66卷在滚筒63上，将试验小车5向转动电机62的方向牵引，本实施例中的动力牵引机构分别设于支撑架11的左右两端，可将试验小车5向两个方向牵引，转动电机62、滚筒63、定滑轮64和绳体66的数量在本实施例中只有一个，当然，也可以是两个或三个，均不影响本发明的保护范围，数量越多，牵引的试验小车5也就越多，可模拟多个试验小车5同向或对向行驶。

优选的，桥面21上铺设有可移动的减速垫10。具体来说，当转动电机62停止转动时，试验小车5会继续运动，而减速垫10可给试验小车5减速，一是防止试验小车5掉下桥面21；二是防止过多的绳体66不能卷在滚筒63上，造成绳体66混乱。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，包括实验工作台(1)、试验结构模块(2)和数据采集分析***，其特征在于：所述试验结构模块(2)通过球型支座(3)安装于所述实验工作台(1)上，所述实验工作台(1)上设有震动装置，所述震动装置可拆卸连接于所述试验结构模块(2)，所述实验工作台(1)上放置有试验小车(5)，所述试验小车(5)的上端开设有载物槽，所述实验工作台(1)上设有可驱动所述试验小车(5)左右移动的动力牵引机构，所述实验结构模块的下端设有若干可移动的挂钩(7)，所述实验工作台(1)和试验结构模块(2)上均安装有各种检测元件，所述检测元件均电连于所述数据采集分析***。

2.根据权利要求1所述的一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，其特征在于：所述试验结构模块(2)包括桥面(21)和空间桁架，所述桥面(21)设于所述空间桁架内，所述空间桁架包括两个平面桁架(22)、若干支撑杆(23)和若干加强杆(24)，所述两个平面桁架(22)对称设置，所述支撑杆(23)设于所述两个平面桁架(22)之间的下端，所述桥面(21)设于所述支撑杆(23)上，所述加强杆(24)设于所述两个平面桁架(22)之间，所述平面桁架(22)的下端开设有左右朝向且呈倒“凸”字型的第一限位槽(221)，所述挂钩(7)包括第一限位块(71)、第一螺杆(72)、第一手柄(73)和钩体(74)，所述第一限位块(71)设于所述第一限位槽(221)内，所述第一限位块(71)与第一限位槽(221)滑动配合，所述第一螺杆(72)竖直***所述第一限位槽(221)内并连接于所述第一限位块(71)，所述第一手柄(73)螺纹连接于上所述第一螺杆(72)，所述钩体(74)连接于所述第一螺杆(72)的下端。

3.根据权利要求2所述的一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，其特征在于：所述实验工作台(1)包括支撑架(11)、第一支撑板(12)、第二支撑板(13)、第一测量支座(14)、第二测量支座(15)、安装板(112)和若干万向轮(111)，所述支撑架(11)近似呈“H”型，所述第一测量支座(14)和第二测量支座(15)分别设于所述支撑架(11)上端的前后两侧，所述第一支撑板(12)和第二支撑板(13)相互平行且分别设于所述第一测量支座(14)和第二测量支座(15)之间，所述第一支撑板(12)和第二支撑板(13)的前后两端均分别滑动连接于所述第一测量支座(14)和第二测量支座(15)，所述第一支撑板(12)和第二支撑板(13)可左右滑动，所述第一测量支座(14)和第二测量支座(15)上均开设有第一滑槽(16)，所述第一滑槽(16)内设有两个分别连接于所述第一支撑板(12)和第二支撑板(13)的第一锁紧旋钮(17)，所述第一支撑板(12)和第二支撑板(13)通过所述球型支座(3)连接于所述试验结构模块(2)，所述安装板(112)设于所述第一支撑板(12)的下方，所述安装板(112)前后设置且两端滑动连接于所述支撑架(11)，所述支撑架(11)上设有第二滑槽(18)，所述第二滑槽(18)内设有连接于所述支撑架(11)的第二锁紧旋钮(19)，所述震动装置设于所述安装板(112)上，所述万向轮(111)设于所述支撑架(11)的下端。

4.根据权利要求3所述的一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，其特征在于：所述支撑杆(23)的下端开设有前后朝向且呈倒“凸”字型的第二限位槽(231)，所述震动装置包括激振器(41)、滑环(42)、调节旋钮(43)、第二螺杆(44)、第二限位块(45)和第二手柄(46)，所述滑环(42)设于所述激振器(41)的下端，所述滑环(42)与安装板(112)滑动配合，所述调节旋钮(43)设于所述滑环(42)上，所述第二螺杆(44)竖直连接于所述激振器(41)的输出轴，所述第二螺杆(44)的上端连接于所述第二限位块(45)，所述第二限位块(45)滑动连接于所述第二限位槽(231)，所述第二手柄(46)螺纹连接于所述第二螺杆(44)。

5.根据权利要求3所述的一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，其特征在于：所述检测元件包括位移传感器、加速度传感器、速度传感器、应变片和红外线传感器(8)，所述位移传感器、加速度传感器、速度传感器和应变片均设于所述试验结构模块(2)上，所述红外线传感器(8)可拆卸安装于所述第一测量支座(14)和第二测量支座(15)上。

6.根据权利要求5所述的一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，其特征在于：所述红外线传感器(8)通过调节支架安装于所述第一测量支座(14)和第二测量支座(15)上，所述调节支架包括夹持件(91)、立杆(92)、伸缩杆(93)和安装条(94)，所述夹持件(91)可夹持在第一测量支座(14)和第二测量支座(15)上，所述立杆(92)竖直设于所述夹持件(91)的上方，所述伸缩杆(93)垂直连接于所述立杆(92)的上端，所述伸缩杆(93)的另一端朝向所述试验结构模块(2)，所述安装条(94)的一端转动连接于所述伸缩杆(93)，所述红外线传感器(8)滑动连接于所述安装条(94)远离所述伸缩杆(93)的一侧。

7.根据权利要求3所述的一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，其特征在于：所述动力牵引机构包括固定板(61)、转动电机(62)、滚筒(63)、定滑轮(64)、固定条(65)和绳体(66)，所述固定板(61)和固定条(65)设于所述支撑架(11)的左右两端，所述固定条(65)设于所述固定板(61)的上方，所述转动电机(62)设于所述支撑架(11)上，所述滚筒(63)连接于所述转动电机(62)的输出轴，所述绳体(66)的一端固定于所述滚筒(63)，所述定滑轮(64)设于所述固定条(65)上，所述绳体(66)的另一端穿过所述定滑轮(64)后可拆卸连接于试验所述小车。

8.根据权利要求2所述的一种用于土木工程结构动静态测试的模块化实验装置，其特征在于：所述桥面(21)上铺设有可移动的减速垫(10)。

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