一种预应力认知实验装置的制作方法

1.本实用新型属于教学实训装置技术领域，涉及一种预应力领域的教学实训装置，特别涉及一种预应力认知实验装置。


背景技术：

2.预应力广泛应用于交通设施、房屋建筑等国民经济建设的各方面，在现代桥梁中，绝大多数的混凝土简支梁桥、连续梁桥、t形刚构桥、连续刚构桥均采用预应力，因此，预应力是一种应用广泛的、重要的技术及施工工艺。
3.在预应力认知教学或实验教学中，预应力的概念、预应力的原理及作用均需要讲解或实验，目前采用的教学方法为板书、多媒体投影、视频教学，没有可以动手操作的可组装、可量测的认知实验教学装置，学生或培训学员没有实物进行认知和实验操作的机会，无法实验获得不同数据的比对，难以理解透彻。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种预应力认知实验装置，该装置在进行预应力认知教学时，学员可在教师的指导下认知预应力，并进行荷载施加、预应力施加、挠度量测与比对等实验作业，易于掌握预应力的原理、布置及作用，有效的解决了现有技术存在的问题。
5.本实用新型为实现上述目的采用的技术方案是：一种预应力认知实验装置，包括用于模拟梁体的轻钢构件和若干根用于模拟预应力拉索的弹簧钢丝，所述轻钢构件为薄钢板制作而成的空心箱形体，轻钢构件内设有与弹簧钢丝数量一致的预留空心孔道，所述弹簧钢丝穿过对应的预留空心孔道，并通过螺母锁紧弹簧钢丝两端使得弹簧钢丝对轻钢构件产生预应力；还包括支撑架和测力计，所述支撑架包括底座、量测板和连接在底座两侧的支撑板，所述支撑板上端面向下凹陷设有用于定位轻钢构件的凹槽，所述轻钢构件两端分别定位在对应支撑板的凹槽中；所述量测板连接在底座上端面并位于支撑板后侧，且量测板前端面还设有挠度读数；所述轻钢构件中部沿垂直方向设有供测力计穿过的施力孔，测力计上端连接有测力计受力板，测力计下端穿过施力孔并延伸至轻钢构件下方，所述测力计受力板抵在轻钢构件上端面，通过测力计可模拟向轻钢构件施加载荷。
6.本实用新型进一步的技术方案是：所述弹簧钢丝包括至少两根第一预应力弹簧钢丝和至少两根根第二预应力弹簧钢丝，所述预留空心孔道包括与第一预应力弹簧钢丝数量一致的第一预留空心孔道以及与第二预应力弹簧钢丝数量一致的第二预留空心孔道，所述第一预留空心孔道水平设置在轻钢构件的左右腹板之间，所述第二预留空心孔道呈两端高中间低的悬链线形设置在轻钢构件的左右腹板之间，且第二预留空心孔道位于第一预留空心孔道下侧。
7.本实用新型进一步的技术方案是：所述第一预应力弹簧钢丝和第二预应力弹簧钢丝结构相同，均包括强力弹簧以及分别连接在强力弹簧两端的锚紧部，所述锚紧部的中段部位设有夹具槽，夹具槽与强力弹簧之间的锚紧部外侧设有外螺纹；第一预应力弹簧钢丝
和第二预应力弹簧钢丝分别穿入对应的预留空心孔道中，且第一预应力弹簧钢丝和第二预应力弹簧钢丝两端的锚紧部分别延伸至轻钢构件的左右腹板外侧，将强力弹簧拉伸后通过螺母与锚紧部的外螺纹配合从而将第一预应力弹簧钢丝和第二预应力弹簧钢丝两端分别锚固在轻钢构件的两端，使得第一预应力弹簧钢丝和第二预应力弹簧钢丝对轻钢构件产生预应力。
8.本实用新型进一步的技术方案是：所述测力计为数字式推拉力测力计，其最大负荷为500n，分度值为0.1n。
9.本实用新型一种预应力认知实验装置由于采用上述方案，具有如下有益效果：
10.1.本实用新型一种预应力认知实验装置，包括支撑架、轻钢构件、测力计、弹簧钢丝、螺母等，按一定的尺寸，制作成预应力认知实验结构体，本装置所用的材料均为耐用品，可反复安装与拆卸，能让每一个学生或培训学员有充分的条件进行学习、实验，并且安装、拆卸操作简便，通俗易懂；
11.2.本实用新型能在不同荷载（不同测力计读数）状态下，试验获取比对无预应力、只施加上部预应力、只施加下部预应力、同时施加上下部预应力情况下，轻钢构件的挠度变化值，在使用本装置进行预应力认知教学时，学生或培训学员可在教师的指导下认知预应力，进行荷载施加、预应力施加、挠度量测与比对等实验作业，易于掌握预应力的原理、布置及作用，能加快学生或培训学员对预应力的认知理解，强化学生或培训学员的动手操作能力，全面理解预应力的布置，制作成本较低，教学效果好；
12.3.本实用新型可在教室或实训室内进行教学，不会因天气因素影响教学或培训进行安排；另外，本实用新型还可应用于相关工程结构图识图。
13.下面结合附图和实施例对本实用新型一种预应力认知实验装置作进一步的说明。
附图说明
14.图1是本实用新型一种预应力认知实验装置的立体结构示意图；
15.图2是本实用新型的主视图；
16.图3是本实用新型省略弹簧钢丝和测力计的结构示意图；
17.图4是本实用新型支撑架的结构示意图；
18.图5是本实用新型第一预应力弹簧钢丝的结构示意图；
19.附图标号说明：1-轻钢构件，2-支撑架，21-底座，22-支撑板，221-凹槽，23-量测板，231-挠度读数，3-测力计，31-测力计受力板，41-第一预留空心孔道，42-第二预留空心孔道，51-第一预应力弹簧钢丝，501-强力弹簧，502-锚紧部，5021-夹具槽，5022-外螺纹，52-第二预应力弹簧钢丝，6-螺母。
具体实施方式
20.如图1至图5所示，本实用新型一种预应力认知实验装置，包括用于模拟梁体的轻钢构件1、用于支撑定位轻钢构件1的支撑架2、若干根用于模拟预应力拉索的弹簧钢丝和用于对轻钢构件1施加载荷的测力计3。
21.所述轻钢构件1为薄钢板制作而成的空心箱形体，轻钢构件1内设有与弹簧钢丝数量一致的预留空心孔道，所述弹簧钢丝穿过对应的预留空心孔道，并通过螺母6锁紧弹簧钢
丝两端使得弹簧钢丝对轻钢构件1产生预应力。
22.如图4所示，所述支撑架2包括底座21、量测板23和连接在底座21两侧的支撑板22，所述支撑板22上端面向下凹陷设有用于定位轻钢构件1的凹槽221，所述轻钢构件1两端分别定位在对应支撑板22的凹槽221中；所述量测板23连接在底座21上端面并位于支撑板22后侧，且量测板23前端面还设有挠度读数231。
23.所述轻钢构件1中部沿垂直方向设有供测力计3穿过的施力孔11，测力计3上端连接有测力计受力板31，测力计3下端穿过施力孔11并延伸至轻钢构件1下方，所述测力计受力板31抵在轻钢构件1上端面，通过测力计3可模拟向轻钢构件1施加载荷。在本实施例中，测力计3采用数字式推拉力测力计，克市场化采购，其最大负荷为500n，分度值为0.1n。
24.另外，本实用新型的弹簧钢丝包括至少两根第一预应力弹簧钢丝51和至少两根根第二预应力弹簧钢丝52，所述预留空心孔道包括与第一预应力弹簧钢丝51数量一致的第一预留空心孔道41以及与第二预应力弹簧钢丝52数量一致的第二预留空心孔道42，所述第一预留空心孔道41水平设置在轻钢构件1的左右腹板之间，所述第二预留空心孔道42呈两端高中间低的悬链线形设置在轻钢构件1的左右腹板之间，且第二预留空心孔道42位于第一预留空心孔道41下侧。
25.本实用新型的第一预应力弹簧钢丝51和第二预应力弹簧钢丝52结构相同，如图5所示，第一预应力弹簧钢丝51和第二预应力弹簧钢丝52均包括强力弹簧501以及分别连接在强力弹簧501两端的锚紧部502，所述锚紧部502的中段部位设有夹具槽5021，夹具槽5021与强力弹簧501之间的锚紧部502外侧设有外螺纹5022；第一预应力弹簧钢丝51和第二预应力弹簧钢丝52分别穿入对应的预留空心孔道中，且第一预应力弹簧钢丝51和第二预应力弹簧钢丝52两端的锚紧部502分别延伸至轻钢构件1的左右腹板外侧，将强力弹簧501拉伸后通过螺母6与锚紧部502的外螺纹5022配合从而将第一预应力弹簧钢丝51和第二预应力弹簧钢丝52两端分别锚固在轻钢构件1的两端，使得第一预应力弹簧钢丝51和第二预应力弹簧钢丝52对轻钢构件1产生预应力。
26.另外，本实用新型还提供一种预应力认知实验装置的使用方法，包括以下步骤：
27.s1、将支撑架2平稳的固定放置在试验平台上；
28.s2、将用于模拟梁体的轻钢构件1放置在支撑架2的支撑板22上，轻钢构件1的两端分别定位在对应支撑板22的凹槽221中；
29.s3、将测力计3上端与测力计受力板31连接，测力计3下端穿过轻钢构件1中部的施力孔11并延伸至轻钢构件1下方，使得测力计受力板31抵在轻钢构件1上端面；
30.s4、在无预应力状态下，测量轻钢构件1在不同荷载工况的挠度变化值，具体操作如下：向下拉动测力计3模拟对轻钢构件1施加载荷，在测力计3读数分别为50n、100n、200n、300n的工况下，观察支撑架2的量测板23上的挠度读数231，直接读取轻钢构件1的挠度变化值并记录；
31.s5、通过第一预应力弹簧钢丝51和第二预应力弹簧钢丝52对轻钢构件1施加预应力后，测量轻钢构件1在不同荷载工况的挠度变化值，具体操作如下：向下拉动测力计3模拟对轻钢构件1施加载荷，在测力计3读数分别为50n、100n、200n、300n的工况下，观察支撑架2的量测板23上的挠度读数231，直接读取轻钢构件1的挠度变化值并记录；
32.s6、使用专用拉伸夹具将第一预应力弹簧钢丝51和第二预应力弹簧钢丝52从对应
的预留空心孔道中拆卸，并将轻钢构件1从支撑架2上取出，将实训装置复原。
33.在步骤s5中，轻钢构件1在不同荷载工况的挠度变化值的量测的操作步骤为：
34.p1、通过第一预应力弹簧钢丝51仅对轻钢构件1上部施加预应力后，向下拉动测力计3模拟对轻钢构件1施加载荷，在测力计3读数分别为50n、100n、200n、300n的工况下，观察支撑架2的量测板23上的挠度读数231，直接读取轻钢构件1在仅施加上部预应力时各荷载工况下的挠度变化值并记录；
35.p2、在步骤p1的基础上，再通过第二预应力弹簧钢丝52对轻钢构件1下部施加预应力后，此时轻钢构件1同时承受上、下部的预应力；向下拉动测力计3模拟对轻钢构件1施加载荷，在测力计3读数分别为50n、100n、200n、300n的工况下，观察支撑架2的量测板23上的挠度读数231，直接读取轻钢构件1在同时承受上、下部的预应力时各荷载工况下的挠度变化值并记录；
36.p3、在步骤p2的基础上，将第一预应力弹簧钢丝51从轻钢构件1中拆卸，使轻钢构件1仅承受第二预应力弹簧钢丝52对其下部施加的预应力；向下拉动测力计3模拟对轻钢构件1施加载荷，在测力计3读数分别为50n、100n、200n、300n的工况下，观察支撑架2的量测板23上的挠度读数231，直接读取轻钢构件1在仅施加下部预应力时各荷载工况下的挠度变化值并记录。
37.在上述p1、p2步骤中，第一预应力弹簧钢丝51和第二预应力弹簧钢丝52的伸长状态（预应力值大小）、测力计3读数可根据试验需要组合出多种状态进行试验；通过上述操作，在同等荷载（测力计3读数相同）状态下，可获取比对无预应力、只施加上部预应力、只施加下部预应力、同时施加上下部预应力情况下，轻钢构件1的挠度变化值，能加快学生或培训学员对预应力的认知理解，强化学生或培训学员的动手操作能力。
38.在步骤p1、p2中，通过弹簧钢丝对轻钢构件1施加预应力的操作步骤为：
39.t1、学员配合将第一预应力弹簧钢丝51或第二预应力弹簧钢丝52从对应的预留空心孔道的一端穿入并由预留空心孔道的另一端穿出，完成预留空心孔道的弹簧钢丝穿束操作；
40.t2、将螺母6套入对应的弹簧钢丝两端的锚紧部502，使用专用拉伸夹具扣住弹簧钢丝两端的夹具槽5021，将弹簧钢丝两端同时向外拉伸后，将螺母6拧紧在轻钢构件1外侧；
41.t3、松开专用拉伸夹具，弹簧钢丝两端被锚固于轻钢构件1端部，弹簧钢丝回缩对轻钢构件1端部产生挤压应力，轻钢构件1内形成压应力。
42.在步骤s6和步骤p3中，拆卸弹簧钢丝的操作步骤为：使用专用拉伸夹具扣住弹簧钢丝两端的夹具槽5021，将弹簧钢丝两端同时向外拉伸后，逐步拧松螺母6并将螺母6退出弹簧钢丝两端，再将弹簧钢丝从对应的预留空心孔道一端抽出，完成弹簧钢丝的拆卸操作。
43.以上实施例仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的结构并不限于上述实施例列举的形式，例如：弹簧钢丝的数量可多设置几根，能进行更多组合的实验操作；或者可在轻钢构件1两端配备弹簧钢丝拉伸机器，使用机器进行拉伸后人工进行螺母拧紧操作；或者可在弹簧钢丝上增设数字式弹簧推拉力计，可直观获取预应力数值的大小；再或者轻钢构件1侧面可增设间断的窗口，用于观察内部构造及变化，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。