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结构工程梁柱教学试验系统
一、简介：
300kN构工程梁柱教学试验系统主要用于力学加载试验和土木工程相关专业科研试验，可方便对墙体、混凝土梁，钢结构桁架等构件进行力学性能试验，也可进行柱类、梁类、桁架类、框架类、节点类试验。普遍应用于构件的静态力学性能试验，包括拉伸、压缩、弯曲、低周疲劳等试验。采用自平衡设计理念，安装时无需反力地槽。
可检测试验内容：
u 混凝土受弯构件正截面承载力试验
u 混凝土受弯构件斜截面承载力试验
u 混凝土轴压构件承载力试验
u 混凝土偏压构件承载力试验
u 砖砌体轴压承载力试验
u 砖砌体受剪承载力试验
u 钢结构受弯构件整体失稳试验
u 钢结构受弯构件局部失稳试验
u 钢结构偏压构件平面内及平面外失稳试验
u 桁架承载力试验
u 纯弯梁试验
二、 方案描述
300kN结构力学教学装置主要由自平衡门式反力架、手动加压泵站、分离式千斤顶、压力传感器、位移传感器、角钢焊接钢桁架、分载粱、关节支座、万向球铰、力值显示器、高压油管、20通道数据采集仪等其它必要的附件等组成。
（一）自平衡反力架
1. 反力架主体采用装配钢构形式，材料选用Q345结构钢。
2. 采用自平衡设计理念，无需反力地槽。可灵活安装于普通混凝土地面，
3. 龙门架纵横梁上布置有对称吊耳；升降调整采用起重机吊装方式调整；
4. 活动梁采用铰制螺栓固定式结构（立柱孔配铰），保证纵横梁的水平精度及试验过程中横梁保持锁止不动；龙门框架安装在地面，采用膨胀螺栓固定。
5. 负荷传感器安装在油缸下端面，用于测量试验负荷。负荷传感器采用高精度柱式拉压力传感器。
6. 设计推力300kN，过载能力130%；
7. 各连接面进行精密机械加工，反力架整体进行退火处理，消除残余应力；
8. 主要安装面预留安装接口及功能扩展接口。
9. 主跨大梁采用箱型截面设计，跨中承载力300kN，挠度<l/1500；
10. 所有钢构件均采用Q345B 结构钢，符合国标检测标准，各连接面均进行机加工。
11. 采用E5003～E5016 系列焊条焊接。
12. 立柱，大梁焊接角度尺寸公差±35′，焊接件线度尺寸公差±4.5mm(L<4m)，±8.0mm(L>4m)。
13. 各钢构件外表面进行喷砂除锈处理后，并立即喷涂环氧富锌底漆二遍，面漆二遍。
14. 立柱及所有梁上按模数设置的孔均采用模钻或数控加工的方式，孔间距误差不大于0.2mm。
15. 标配短柱承台2个，承台高度500mm，承台下端板预留与基座连接接口，承台上端板预留与关节支座类试验装置标准接口。
16. 反力架净高度2.4m，立柱净间距2m；加载横梁与基座设计承载力大于300kN；横梁截面高度不小于300mm，均布竖肋；基座顶部预留两排安装孔；钢构表面涂刷防锈漆；
17. 设备总重量约3吨。
18. 为保证试验加载的稳定性，特对横梁进行了有限分析，模拟承载300KN的承载力。
19.如果后期试验室建设了反力地槽，可将底部横梁拆除，与反力地槽连接，将获得更大的加载范围，效果图如下：
（二）、桁架
n 单榀角钢焊接钢桁架
n 桁架由角钢焊接组成的具有三角形单元的立体空间结构，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。
1、材料选用Q235B，手工焊接采用E43系列焊条;
2、简支跨度2000mm，跨中施加集中荷载时设计最大承载力为4吨；
3、钢桁架所有杆件均采用双40*40角钢焊接
4、预留与简支梁铰支座的连接；
5、钢构表面涂刷防锈漆。
6、严格按照国家相关标准设计和制造，满足科研院校的教学使用。
图例：单榀角钢焊接钢桁架
（三）分载粱
Ø 分载梁可将承载力分布在不同的作用点上，可分布两点加载或多点加载。两点加载时，与试样之间连接铰支座，确保载荷的均布施加。该件主要承受弯矩和剪力。
Ø 1.5m梁 截面尺寸不小于200mm*200mm，采用H型钢焊接，并焊接加强肋板。承载力300kN,分配梁两端含专用固定关节支座和滚动关节支座；
图例：分载梁
（四）关节支座
关节支座是将构件连接在支承座上的装置，对构件形成一种约束，可沿一定的方向运动或转动或滑动。在实验中不会背离构件，使构件按预计的方向运动。
n 300kN简支梁梁端关节支座
1、标配固定端关节支座1个，滑动端关节支座1个；
2、关节支座受压承载力300kN;
图例：梁端关节支座
（五）千斤顶
n 300kN分离式液压千斤顶
是动力装置和支撑装置分离的千斤顶，采用液压方式，用于起重、支撑等工作。300kN加载油缸使用进口密封件，可水平使用，也可以垂直使用。油缸尾部法兰，活塞杆端配活动关节连接形式，拉压力万向加载，拉压力无间隙；
1、压力300kN，行程200mm；
2、活塞杆端预留与力传感器连接的接口；
3、标配千斤顶与反力架的连接装置；
图例：分离式液压千斤顶
n 手动液压泵站
手动液压泵站，是将手动的机械能转换为液体的压力能的一种小型液压泵站。在配套的油缸使用下，可以进行各类动力作业，可对试样施加试验力。
1、最大供油压力70MPa；
2、双级泵双作用；
3、与分离式液压千斤顶配合使用；
4、泵站配超高压快速插拔接头，可实现与千斤顶之间的快速分离与连接；
图例：手动液压泵站和高压油管
n 超高压油管
超高压油管是高压油路的组成部分，要求油管需要承受一定的油压而且有一定的疲劳强度，保证管路的密封要求
1、70Mpa，长度9m；
2、长度可定制，带快速插拔接头；
3、为泵站和千斤顶之间提供超高压液压油的传输通道。
（六）、压力传感器
压力传感器由电阻应变片和集体材料组成。电阻应变片是压力传感器的主要组成部分之一。其工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，然后通过阻值的变化转换成力值KN的变化。
1、额定承载力300kN；
2、安全过载：150% F.S
3、预留与千斤顶活塞杆、球铰和关节支座的连接。
图例：压力传感器
（七）位移计
位移计又称为位移传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量，通过显示仪表告知人们被测物体的变形量。
1、量程50mm，分辨率0.001mm；
2、与静态、动态电阻应变数据采集仪匹配良好。
图例：位移传感器
（八）万向球铰
球铰是一种的空间连接铰，它有两个部件组成，球与球壳。该铰允许两部件绕公共的球心相对转动，为试件提供端部多向位移约束，释放旋转约束。球铰常用于千斤顶加载端，也可以用于提供梁、柱等试验加载使用。
300kN万向受压球铰
1、承载力300kN；
2、预留与压力传感器、被加载试件连接端口。
三、20通道数据采集仪
1、 概述
20通道数据采集仪是特地为学生实验设计的静态应变测试系统，每台包括20个测量通道，每个测量通道都可以测力、位移或应变。测量时，通过安卓手机或电脑与设备进行通讯，实现采样控制和数据的分析等功能。
1.1 20通道数据采集仪:
1.2采样频率2Hz/通道。
1.3测量应变范围：±30000με，分辨率：0.5με。
1.4仪器可直接显示数据，也可通过网线连接电脑,通过wifi连接电脑或安卓手机客户端，所有参数设置、平衡、采样和存储均可在手机上完成，同时显示所有测点数据；数据可存储至手机中，也可与电脑相连，将数据存储至控制电脑内。
2 、应用范围
2.1可完成全桥、半桥、1／4桥（120Ω三线制）和1/4桥（两线制公共补偿）状态的应力应变的测试和分析；
2.2 配合各种桥式传感器，实现力、荷重、位移等物理量的测量；
3 、特点
3.1 实现多通道并行高速长时间连续采样；
3.2 高度集成：模块化设计的硬件，每个模块20通道机箱形式；
3.3 每台计算机可控制多台采集仪进行采样，满足多通道、高精度的测量需求；
3.4 运行于Win2000/XP/7/8操作系统，用户界面友好、操作简便灵活；
3.5 计算机通过WiFi或以太网与仪器通讯，对采集器进行参数设置（量程、传感器灵敏度等）、清零、采样、停止等操作，并实时传送采样数据。
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