专利名称：一种结构动力特性演示模型的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑结构动力特性演示模型。
背景技术：
建筑结构动力特性决定了结构在外激励作用下的动力响应。建筑结构动力特性取决于结构的质量、刚度和阻尼，结构的这些参数的变化对结构动力特性起着关键的影响作用。但是，对一般的建筑物进行测量上述参数具有很大的难度，因此，如何通过试验直观演示质量、刚度、阻尼变化对结构动力特性的影响对教学和科研工作具有重要意义。目前我们结构试验中应用的试验模型都为振动台试验设计，大多比较笨重，而且变换模型的参数不太方便。构建一个能够连接不同的刚度元件、阻尼元件、质量元件的模型，还能够对该模型施加简谐、冲击、随机荷载等几种典型的激励荷载，从而解决了通过试验演示结构参数对结构动力特性的影响，以及测试出结构在几种典型外荷载激励下的响应情况。
发明内容
本发明的效果在于提供一种通过试验演示结构动力特性的结构试验模型，通过改变结构的刚度、质量、阻尼等参数来改变结构的动力特性，包括结构的周期、频率、结构阻尼比；通过对模型施加几种典型的激励荷载作用，演示其对结构的速度、加速度、位移反应的影响情况。
本发明的效果是通过下列方案实现的本发明的结构动力特性演示模型是由2根或2根以上的柱、梁及柱脚组成的，柱和梁之间通过螺栓连接，其特点是柱和梁的节点上连接有连接板，连接板上设有沉头螺纹及连接板预留连接孔；梁上设有楼板，楼板上设有楼板预留连接孔。
连接板通过螺栓连接到柱及梁的节点上，连接板上的沉头螺纹可连接刚度元件，连接板预留连接孔可连接阻尼元件。
楼板通过螺栓固定在梁上，楼板上的楼板预留连接孔可连接质量元件以及外界荷载激励元件。
刚度元件的两端各设有螺孔，刚度元件通过螺栓连接到沉头螺纹上。
阻尼元件的两端各设有螺孔，阻尼元件通过螺栓连接到连接板预留连接孔上，连接方式是沿梁、柱形成的矩形框的对角连接。
质量元件的下部焊接有螺栓，质量元件通过上述螺栓连接到楼板预留连接孔上。
通过上述刚度元件、阻尼元件和质量元件的连接来调节结构的质量、刚度和阻尼参数。
外界荷载激励元件是由偏心电机及电机底座组成，其上设有偏心质量连接孔，电机底座底部设有用于与楼板预留连接孔连接的固定螺栓。偏心电机的转速和偏心质量大小和偏心距可调，由此可以实现简谐激励的幅值、频率可调。
偏心质量连接孔上可连接偏心质量，偏心质量上设有用于固定螺栓，使之能与上述偏心质量连接孔连接。
结构的冲击荷载由锤击实现，随机荷载由安装于结构上的调速风扇实现。
本发明的优点是(1)可以方便的改变结构模型的质量、刚度和阻尼等参数，从而改变结构模型的动力特性，并且方便地演示结构动力特性受结构参数的影响。
(2)本模型用螺栓连接，方便拆卸和安装。
(3)本发明模型可以方便的布置几种典型的激励荷载，荷载方式可以有a冲击荷载b随机激励荷载c简谐激励荷载上述几种激励荷载的作用位置、荷载大小、荷载的频率均可调。
图1是本发明的结构系统示意图；图2为图1的俯视图；图3为刚度元件的结构示意图；图4为阻尼元件结构图；图5为质量元件的结构示意图；图6为外界荷载激励元件及偏心质量的结构示意图。
图中柱1、梁2、楼板3、连接板4、沉头螺纹5、连接板预留孔6、柱脚7、质量元件8、楼板预留连接孔9、刚度元件10、阻尼元件11、质量元件连接螺栓13、偏心电机14、外界荷载激励元件15、偏心质量连接孔16、电机底座17、电机固定螺栓18、偏心质量19，偏心质量固定螺栓20。
具体实施例方式
实施例1本发明的结构动力特性演示模型如图1、2所示，是由2根或2根以上的柱1、梁2及柱脚7组成，柱1和梁2之间通过螺栓连接，连接板4通过螺栓连接在梁2及柱1的节点上，连接板4上设有沉头螺纹5及连接板预留连接孔6，分别用于固定刚度元件10和阻尼元件11；楼板3的四周通过螺栓固定在梁2上，楼板3上设有楼板预留连接孔9，用于固定质量元件8以及固定外界荷载激励元件15。
本发明的各种元件如图3、4、5、6所示，刚度元件10是由扁钢制作成，两端各预留3个连接孔，做成多套不同刚度的刚度元件，每一端通过3个螺栓连接到连接板4上。阻尼元件11是由粘弹性材料制成，两端各留一个连接孔，做成多套不同阻尼的阻尼元件，两端通过螺栓连接到连接板预留孔6上，连接方式是沿梁、柱形成的矩形框的对角连接。质量元件8是多套不同质量的标准质量块，下部焊接螺栓13，通过螺栓13固定到楼板3的预留孔9上。荷载激励元件15由偏心电机及电机底座组成，其上设有偏心质量连接孔，电机底座底部设有用于与楼板预留连接孔连接的固定螺栓，转速、偏心质量和偏心距可调。
实施例2如图1、3所示，可以把每个柱1的两个方向都固定刚度元件10，就整体改变了结构的刚度参数，而结构的质量和阻尼不变；若只连接一个方向的刚度元件10则结构只有一个方向的刚度改变，另外一个方向改变很�。灰部梢匝≡衲巢懔痈斩仍�10，仅改变特定层的刚度。
实施例3如图1、4所示，可以将阻尼元件11通过两端的连接孔通过螺栓连接在连接板4上，连接方式是沿梁柱形成的矩形框的对角连接，这样可以改变结构的阻尼参数。可以选择结构中每个对角都连接阻尼元件11，也可以选择特定的层连接阻尼元件11。
实施例4如图1、5所示，可以改变固定在楼板3上固定的质量元件8的数量或质量大�。谋浣峁沟闹柿坎问�。改变形式可以每层都变，也可以只变化特定层的质量；或将固定质量偏向于结构的一侧，使结构产生偏心扭转，可以测试结构的扭转响应。
实施例5如图1、6所示可以对结构施加简谐荷载，简谐荷载通过连接于连接孔9的荷载激励元件15实现，并且简谐荷载的频率、幅值可以通过调节偏心电机14的转速和偏心质量19的大小可改变，偏心距可以通过选择连接不同的偏心质量连接孔16来改变；所施加荷载的位置也可以通过固定激励元件15的孔位9不同而改变。
实施例6可以对结构施加冲击荷载，通过敲击方式施加冲击荷载。
实施例7可以对结构施加随机荷载，通过可以调速的小风扇实现，将小风扇安装于连接孔9，施加风荷载时随机改变风速，实现随机荷载的加载。
权利要求
1.一种结构动力特性演示模型，是由2根或2根以上的柱(1)、梁(2)及柱脚(7)组成，柱(1)和梁(2)之间通过螺栓连接，其特征在于柱(1)与梁(2)的节点上连接有连接板(4)，所述连接板(4)上设有沉头螺纹(5)及连接板预留连接孔(6)；梁(2)上设有楼板(3)，所述楼板(3)上设有楼板预留连接孔(9)。
2.根据权利要求1所述的结构动力特性演示模型，其特征在于所述连接板(4)通过螺栓连接到柱(1)及梁(2)的节点上。
3.根据权利要求1或2所述的结构动力特性演示模型，其特征在于所述沉头螺纹(5)可连接刚度元件(10)，连接板预留连接孔(6)可连接阻尼元件(11)。
4.根据权利要求1所述的结构动力特性演示模型，其特征在于所述楼板(3)通过螺栓固定在梁(2)上。
5.根据权利要求1或4所述的结构动力特性演示模型，其特征在于所述楼板预留连接孔(9)可连接质量元件(8)以及外界荷载激励元件(15)。
6.根据权利要求3所述的结构动力特性演示模型，其特征在于所述刚度元件(10)的两端各设有用于连接在沉头螺纹(5)上的螺栓。
7.根据权利要求3所述的结构动力特性演示模型，其特征在于所述阻尼元件(11)的两端各设有用于连接在连接板预留连接孔(6)上的螺栓。
8.根据权利要求5所述的结构动力特性演示模型，其特征在于所述质量元件(8)的下部焊接有用于与楼板预留连接孔(9)连接的螺栓(13)。
9.根据权利要求5所述的结构动力特性演示模型，其特征在于所述外界荷载激励元件(15)是由偏心电机(14)及电机底座(17)组成，其上设有偏心质量连接孔(16)，电机底座(17)底部设有用于与楼板预留连接孔(9)连接的固定螺栓(18)。
10.根据权利要求9所述的结构动力特性演示模型，其特征在于所述偏心质量连接孔(16)上可连接偏心质量(19)，所述偏心质量(19)上设有用于与偏心质量连接孔(16)连接的固定螺栓(20)。
全文摘要
本发明涉及一种建筑结构动力特性演示模型。本发明的结构动力特性演示模型是由2根或2根以上的柱、梁及柱脚组成的，柱和梁之间通过螺栓连接，其特点是柱和梁的节点上连接有连接板，连接板上设有沉头螺纹及连接板预留连接孔；梁上设有楼板，楼板上设有楼板预留连接孔。可以方便的改变结构模型的质量、刚度和阻尼等参数，从而改变结构模型的动力特性，并且方便地演示结构动力特性受结构参数的影响。具有方便拆卸和安装等特点。
文档编号G01N19/00GK1746652SQ20041005139
公开日2006年3月15日 申请日期2004年9月8日 优先权日2004年9月8日
发明者孙作玉, 程树良 申请人:广州大学
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