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結構工程梁柱教學試驗系統
一、簡介：
300kN構工程梁柱教學試驗系統主要用于力學加載試驗和土木工程相關專業科研試驗，可方便對墻體、混凝土梁，鋼結構桁架等構件進行力學性能試驗，也可進行柱類、梁類、桁架類、框架類、節點類試驗。普遍應用于構件的靜態力學性能試驗，包括拉伸、壓縮、彎曲、低周疲勞等試驗。采用自平衡設計理念，安裝時無需反力地槽。
可檢測試驗內容：
u 混凝土受彎構件正截面承載力試驗
u 混凝土受彎構件斜截面承載力試驗
u 混凝土軸壓構件承載力試驗
u 混凝土偏壓構件承載力試驗
u 磚砌體軸壓承載力試驗
u 磚砌體受剪承載力試驗
u 鋼結構受彎構件整體失穩試驗
u 鋼結構受彎構件局部失穩試驗
u 鋼結構偏壓構件平面內及平面外失穩試驗
u 桁架承載力試驗
u 純彎梁試驗
二、 方案描述
300kN結構力學教學裝置主要由自平衡門式反力架、手動加壓泵站、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、關節支座、萬向球鉸、力值顯示器、高壓油管、20通道數據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形式，材料選用Q345結構鋼。
2. 采用自平衡設計理念，無需反力地槽。可靈活安裝于普通混凝土地面，
3. 龍門架縱橫梁上布置有對稱吊耳；升降調整采用起重機吊裝方式調整；
4. 活動梁采用鉸制螺栓固定式結構（立柱孔配鉸），保證縱橫梁的水平精度及試驗過程中橫梁保持鎖止不動；龍門框架安裝在地面，采用膨脹螺栓固定。
5. 負荷傳感器安裝在油缸下端面，用于測量試驗負荷。負荷傳感器采用高精度柱式拉壓力傳感器。
6. 設計推力300kN，過載能力130%；
7. 各連接面進行精密機械加工，反力架整體進行退火處理，消除殘余應力；
8. 主要安裝面預留安裝接口及功能擴展接口。
9. 主跨大梁采用箱型截面設計，跨中承載力300kN，撓度<l/1500；
10. 所有鋼構件均采用Q345B 結構鋼，符合國標檢測標準，各連接面均進行機加工。
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. 各鋼構件外表面進行噴砂除銹處理后，并立即噴涂環氧富鋅底漆二遍，面漆二遍。
14. 立柱及所有梁上按模數設置的孔均采用模鉆或數控加工的方式，孔間距誤差不大于0.2mm。
15. 標配短柱承臺2個，承臺高度500mm，承臺下端板預留與基座連接接口，承臺上端板預留與關節支座類試驗裝置標準接口。
16. 反力架凈高度2.4m，立柱凈間距2m；加載橫梁與基座設計承載力大于300kN；橫梁截面高度不小于300mm，均布豎肋；基座頂部預留兩排安裝孔；鋼構表面涂刷防銹漆；
17. 設備總重量約3噸。
18. 為保證試驗加載的穩定性，特對橫梁進行了有限分析，模擬承載300KN的承載力。
19.如果后期試驗室建設了反力地槽，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構，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度，在跨度較大時可比實腹梁節省材料，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、簡支跨度2000mm，跨中施加集中荷載時設計最大承載力為4噸；
3、鋼桁架所有桿件均采用雙40*40角鋼焊接
4、預留與簡支梁鉸支座的連接；
5、鋼構表面涂刷防銹漆。
6、嚴格按照國家相關標準設計和制造，滿足科研院校的教學使用。
圖例：單榀角鋼焊接鋼桁架
（三）分載粱
Ø 分載梁可將承載力分布在不同的作用點上，可分布兩點加載或多點加載。兩點加載時，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，并焊接加強肋板。承載力300kN,分配梁兩端含專用固定關節支座和滾動關節支座；
圖例：分載梁
（四）關節支座
關節支座是將構件連接在支承座上的裝置，對構件形成一種約束，可沿一定的方向運動或轉動或滑動。在實驗中不會背離構件，使構件按預計的方向運動。
n 300kN簡支梁梁端關節支座
1、標配固定端關節支座1個，滑動端關節支座1個；
2、關節支座受壓承載力300kN;
圖例：梁端關節支座
（五）千斤頂
n 300kN分離式液壓千斤頂
是動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，活塞桿端配活動關節連接形式，拉壓力萬向加載，拉壓力無間隙；
1、壓力300kN，行程200mm；
2、活塞桿端預留與力傳感器連接的接口；
3、標配千斤頂與反力架的連接裝置；
圖例：分離式液壓千斤頂
n 手動液壓泵站
手動液壓泵站，是將手動的機械能轉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，可以進行各類動力作業，可對試樣施加試驗力。
1、最大供油壓力70MPa；
2、雙級泵雙作用；
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，可實現與千斤頂之間的快速分離與連接；
圖例：手動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度，保證管路的密封要求
1、70Mpa，長度9m；
2、長度可定制，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變片和集體材料組成。電阻應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變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，然后通過阻值的變化轉換成力值KN的變化。
1、額定承載力300kN；
2、安全過載：150% F.S
3、預留與千斤頂活塞桿、球鉸和關節支座的連接。
圖例：壓力傳感器
（七）位移計
位移計又稱為位移傳感器，是一種屬于金屬感應的線性器件，傳感器的作用是把各種被測物理量轉換為電量，通過顯示儀表告知人們被測物體的變形量。
1、量程50mm，分辨率0.001mm；
2、與靜態、動態電阻應變數據采集儀匹配良好。
圖例：位移傳感器
（八）萬向球鉸
球鉸是一種的空間連接鉸，它有兩個部件組成，球與球殼。該鉸允許兩部件繞公共的球心相對轉動，為試件提供端部多向位移約束，釋放旋轉約束。球鉸常用于千斤頂加載端，也可以用于提供梁、柱等試驗加載使用。
300kN萬向受壓球鉸
1、承載力300kN；
2、預留與壓力傳感器、被加載試件連接端口。
三、20通道數據采集儀
1、 概述
20通道數據采集儀是特地為學生實驗設計的靜態應變測試系統，每臺包括20個測量通道，每個測量通道都可以測力、位移或應變。測量時，通過安卓手機或電腦與設備進行通訊，實現采樣控制和數據的分析等功能。
1.1 20通道數據采集儀:
1.2采樣頻率2Hz/通道。
1.3測量應變范圍：±30000με，分辨率：0.5με。
1.4儀器可直接顯示數據，也可通過網線連接電腦,通過wifi連接電腦或安卓手機客戶端，所有參數設置、平衡、采樣和存儲均可在手機上完成，同時顯示所有測點數據；數據可存儲至手機中，也可與電腦相連，將數據存儲至控制電腦內。
2 、應用范圍
2.1可完成全橋、半橋、1／4橋（120Ω三線制）和1/4橋（兩線制公共補償）狀態的應力應變的測試和分析；
2.2 配合各種橋式傳感器，實現力、荷重、位移等物理量的測量；
3 、特點
3.1 實現多通道并行高速長時間連續采樣；
3.2 高度集成：模塊化設計的硬件，每個模塊20通道機箱形式；
3.3 每臺計算機可控制多臺采集儀進行采樣，滿足多通道、高精度的測量需求；
3.4 運行于Win2000/XP/7/8操作系統，用戶界面友好、操作簡便靈活；
3.5 計算機通過WiFi或以太網與儀器通訊，對采集器進行參數設置（量程、傳感器靈敏度等）、清零、采樣、停止等操作，并實時傳送采樣數據。
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