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結(jié)構(gòu)工程梁柱教學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)
一、簡(jiǎn)介：
300kN構(gòu)工程梁柱教學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)主要用于力學(xué)加載試驗(yàn)和土木工程相關(guān)專(zhuān)業(yè)科研試驗(yàn)，可方便對(duì)墻體、混凝土梁，鋼結(jié)構(gòu)桁架等構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，也可進(jìn)行柱類(lèi)、梁類(lèi)、桁架類(lèi)、框架類(lèi)、節(jié)點(diǎn)類(lèi)試驗(yàn)。普遍應(yīng)用于構(gòu)件的靜態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)，包括拉伸、壓縮、彎曲、低周疲勞等試驗(yàn)。采用自平衡設(shè)計(jì)理念，安裝時(shí)無(wú)需反力地槽。
可檢測(cè)試驗(yàn)內(nèi)容：
u 混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力試驗(yàn)
u 混凝土受彎構(gòu)件斜截面承載力試驗(yàn)
u 混凝土軸壓構(gòu)件承載力試驗(yàn)
u 混凝土偏壓構(gòu)件承載力試驗(yàn)
u 磚砌體軸壓承載力試驗(yàn)
u 磚砌體受剪承載力試驗(yàn)
u 鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件整體失穩(wěn)試驗(yàn)
u 鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件局部失穩(wěn)試驗(yàn)
u 鋼結(jié)構(gòu)偏壓構(gòu)件平面內(nèi)及平面外失穩(wěn)試驗(yàn)
u 桁架承載力試驗(yàn)
u 純彎梁試驗(yàn)
二、 方案描述
300kN結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)裝置主要由自平衡門(mén)式反力架、手動(dòng)加壓泵站、分離式千斤頂、壓力傳感器、位移傳感器、角鋼焊接鋼桁架、分載粱、關(guān)節(jié)支座、萬(wàn)向球鉸、力值顯示器、高壓油管、20通道數(shù)據(jù)采集儀等其它必要的附件等組成。
（一）自平衡反力架
1. 反力架主體采用裝配鋼構(gòu)形式，材料選用Q345結(jié)構(gòu)鋼。
2. 采用自平衡設(shè)計(jì)理念，無(wú)需反力地槽�？伸`活安裝于普通混凝土地面，
3. 龍門(mén)架縱橫梁上布置有對(duì)稱(chēng)吊耳；升降調(diào)整采用起重機(jī)吊裝方式調(diào)整；
4. 活動(dòng)梁采用鉸制螺栓固定式結(jié)構(gòu)（立柱孔配鉸），保證縱橫梁的水平精度及試驗(yàn)過(guò)程中橫梁保持鎖止不動(dòng)；龍門(mén)框架安裝在地面，采用膨脹螺栓固定。
5. 負(fù)荷傳感器安裝在油缸下端面，用于測(cè)量試驗(yàn)負(fù)荷。負(fù)荷傳感器采用高精度柱式拉壓力傳感器。
6. 設(shè)計(jì)推力300kN，過(guò)載能力130%；
7. 各連接面進(jìn)行精密機(jī)械加工，反力架整體進(jìn)行退火處理，消除殘余應(yīng)力；
8. 主要安裝面預(yù)留安裝接口及功能擴(kuò)展接口。
9. 主跨大梁采用箱型截面設(shè)計(jì)，跨中承載力300kN，撓度<l/1500；
10. 所有鋼構(gòu)件均采用Q345B 結(jié)構(gòu)鋼，符合國(guó)標(biāo)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，各連接面均進(jìn)行機(jī)加工。
11. 采用E5003～E5016 系列焊條焊接。
12. 立柱，大梁焊接角度尺寸公差±35′，焊接件線度尺寸公差±4.5mm(L<4m)，±8.0mm(L>4m)。
13. 各鋼構(gòu)件外表面進(jìn)行噴砂除銹處理后，并立即噴涂環(huán)氧富鋅底漆二遍，面漆二遍。
14. 立柱及所有梁上按模數(shù)設(shè)置的孔均采用模鉆或數(shù)控加工的方式，孔間距誤差不大于0.2mm。
15. 標(biāo)配短柱承臺(tái)2個(gè)，承臺(tái)高度500mm，承臺(tái)下端板預(yù)留與基座連接接口，承臺(tái)上端板預(yù)留與關(guān)節(jié)支座類(lèi)試驗(yàn)裝置標(biāo)準(zhǔn)接口。
16. 反力架凈高度2.4m，立柱凈間距2m；加載橫梁與基座設(shè)計(jì)承載力大于300kN；橫梁截面高度不小于300mm，均布豎肋；基座頂部預(yù)留兩排安裝孔；鋼構(gòu)表面涂刷防銹漆；
17. 設(shè)備總重量約3噸。
18. 為保證試驗(yàn)加載的穩(wěn)定性，特對(duì)橫梁進(jìn)行了有限分析，模擬承載300KN的承載力。
19.如果后期試驗(yàn)室建設(shè)了反力地槽，可將底部橫梁拆除，與反力地槽連接，將獲得更大的加載范圍，效果圖如下：
（二）、桁架
n 單榀角鋼焊接鋼桁架
n 桁架由角鋼焊接組成的具有三角形單元的立體空間結(jié)構(gòu)，桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強(qiáng)度，在跨度較大時(shí)可比實(shí)腹梁節(jié)省材料，減輕自重和增大剛度。
1、材料選用Q235B，手工焊接采用E43系列焊條;
2、簡(jiǎn)支跨度2000mm，跨中施加集中荷載時(shí)設(shè)計(jì)最大承載力為4噸；
3、鋼桁架所有桿件均采用雙40*40角鋼焊接
4、預(yù)留與簡(jiǎn)支梁鉸支座的連接；
5、鋼構(gòu)表面涂刷防銹漆。
6、嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造，滿(mǎn)足科研院校的教學(xué)使用。
圖例：?jiǎn)伍卿摵附愉撹旒?b>
（三）分載粱
Ø 分載梁可將承載力分布在不同的作用點(diǎn)上，可分布兩點(diǎn)加載或多點(diǎn)加載。兩點(diǎn)加載時(shí)，與試樣之間連接鉸支座，確保載荷的均布施加。該件主要承受彎矩和剪力。
Ø 1.5m梁 截面尺寸不小于200mm*200mm，采用H型鋼焊接，并焊接加強(qiáng)肋板。承載力300kN,分配梁兩端含專(zhuān)用固定關(guān)節(jié)支座和滾動(dòng)關(guān)節(jié)支座；
圖例：分載梁
（四）關(guān)節(jié)支座
關(guān)節(jié)支座是將構(gòu)件連接在支承座上的裝置，對(duì)構(gòu)件形成一種約束，可沿一定的方向運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)中不會(huì)背離構(gòu)件，使構(gòu)件按預(yù)計(jì)的方向運(yùn)動(dòng)。
n 300kN簡(jiǎn)支梁梁端關(guān)節(jié)支座
1、標(biāo)配固定端關(guān)節(jié)支座1個(gè)，滑動(dòng)端關(guān)節(jié)支座1個(gè)；
2、關(guān)節(jié)支座受壓承載力300kN;
圖例：梁端關(guān)節(jié)支座
（五）千斤頂
n 300kN分離式液壓千斤頂
是動(dòng)力裝置和支撐裝置分離的千斤頂，采用液壓方式，用于起重、支撐等工作。300kN加載油缸使用進(jìn)口密封件，可水平使用，也可以垂直使用。油缸尾部法蘭，活塞桿端配活動(dòng)關(guān)節(jié)連接形式，拉壓力萬(wàn)向加載，拉壓力無(wú)間隙；
1、壓力300kN，行程200mm；
2、活塞桿端預(yù)留與力傳感器連接的接口；
3、標(biāo)配千斤頂與反力架的連接裝置；
圖例：分離式液壓千斤頂
n 手動(dòng)液壓泵站
手動(dòng)液壓泵站，是將手動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能的一種小型液壓泵站。在配套的油缸使用下，可以進(jìn)行各類(lèi)動(dòng)力作業(yè)，可對(duì)試樣施加試驗(yàn)力。
1、最大供油壓力70MPa；
2、雙級(jí)泵雙作用；
3、與分離式液壓千斤頂配合使用；
4、泵站配超高壓快速插拔接頭，可實(shí)現(xiàn)與千斤頂之間的快速分離與連接；
圖例：手動(dòng)液壓泵站和高壓油管
n 超高壓油管
超高壓油管是高壓油路的組成部分，要求油管需要承受一定的油壓而且有一定的疲勞強(qiáng)度，保證管路的密封要求
1、70Mpa，長(zhǎng)度9m；
2、長(zhǎng)度可定制，帶快速插拔接頭；
3、為泵站和千斤頂之間提供超高壓液壓油的傳輸通道。
（六）、壓力傳感器
壓力傳感器由電阻應(yīng)變片和集體材料組成。電阻應(yīng)變片是壓力傳感器的主要組成部分之一。其工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，然后通過(guò)阻值的變化轉(zhuǎn)換成力值KN的變化。
1、額定承載力300kN；
2、安全過(guò)載：150% F.S
3、預(yù)留與千斤頂活塞桿、球鉸和關(guān)節(jié)支座的連接。
圖例：壓力傳感器
（七）位移計(jì)
位移計(jì)又稱(chēng)為位移傳感器，是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，傳感器的作用是把各種被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量，通過(guò)顯示儀表告知人們被測(cè)物體的變形量。
1、量程50mm，分辨率0.001mm；
2、與靜態(tài)、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀匹配良好。
圖例：位移傳感器
（八）萬(wàn)向球鉸
球鉸是一種的空間連接鉸，它有兩個(gè)部件組成，球與球殼。該鉸允許兩部件繞公共的球心相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，為試件提供端部多向位移約束，釋放旋轉(zhuǎn)約束。球鉸常用于千斤頂加載端，也可以用于提供梁、柱等試驗(yàn)加載使用。
300kN萬(wàn)向受壓球鉸
1、承載力300kN；
2、預(yù)留與壓力傳感器、被加載試件連接端口。
三、20通道數(shù)據(jù)采集儀
1、 概述
20通道數(shù)據(jù)采集儀是特地為學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，每臺(tái)包括20個(gè)測(cè)量通道，每個(gè)測(cè)量通道都可以測(cè)力、位移或應(yīng)變。測(cè)量時(shí)，通過(guò)安卓手機(jī)或電腦與設(shè)備進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)采樣控制和數(shù)據(jù)的分析等功能。
1.1 20通道數(shù)據(jù)采集儀:
1.2采樣頻率2Hz/通道。
1.3測(cè)量應(yīng)變范圍：±30000με，分辨率：0.5με。
1.4儀器可直接顯示數(shù)據(jù)，也可通過(guò)網(wǎng)線連接電腦,通過(guò)wifi連接電腦或安卓手機(jī)客戶(hù)端，所有參數(shù)設(shè)置、平衡、采樣和存儲(chǔ)均可在手機(jī)上完成，同時(shí)顯示所有測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)至手機(jī)中，也可與電腦相連，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至控制電腦內(nèi)。
2 、應(yīng)用范圍
2.1可完成全橋、半橋、1／4橋（120Ω三線制）和1/4橋（兩線制公共補(bǔ)償）狀態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)試和分析；
2.2 配合各種橋式傳感器，實(shí)現(xiàn)力、荷重、位移等物理量的測(cè)量；
3 、特點(diǎn)
3.1 實(shí)現(xiàn)多通道并行高速長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)采樣；
3.2 高度集成：模塊化設(shè)計(jì)的硬件，每個(gè)模塊20通道機(jī)箱形式；
3.3 每臺(tái)計(jì)算機(jī)可控制多臺(tái)采集儀進(jìn)行采樣，滿(mǎn)足多通道、高精度的測(cè)量需求；
3.4 運(yùn)行于Win2000/XP/7/8操作系統(tǒng)，用戶(hù)界面友好、操作簡(jiǎn)便靈活；
3.5 計(jì)算機(jī)通過(guò)WiFi或以太網(wǎng)與儀器通訊，對(duì)采集器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置（量程、傳感器靈敏度等）、清零、采樣、停止等操作，并實(shí)時(shí)傳送采樣數(shù)據(jù)。
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