技术摘要：
本发明提供了一种模块化结构力学实验平台拓展式杆系结构，包括变截面标准杆件、节点连接和加固盖板，变截面标准杆件通过节点连接部件连接形成实验结构，可实现变截面标准杆件之间或变截面标准杆件与支座之间的铰接或刚接连接；变截面标准杆件的端部缩窄使杆端形成变截  全部
背景技术：
《结构力学》作为土木工程专业的核心课程，在整个专业知识体系当中起到承上启 下的作用。经过多年的发展，结构力学的知识已形成了完备的理论体系。随着国家对高等教 育重视程度的提高，少数高校尝试了将实践课程引入到结构力学课程的教育中来，这主要 通过开展实验教学来实现。然而，这些实验教学通常基于两种形式的实验设备：一是基于材 料力学实验设备，二是搭建了结构力学实验教学平台。在采用材料力学实验设备的条件下， 实验教学项目通常局限于对单根杆件的实施。然而，结构力学的研究范畴囊括了杆系结构， 因此仅基于材料力学实验设备的教学显然是不满足且不合适的。 一些高校尝试开发了结构力学实验教学平台，然而当前应用的实验平台通常存在 着结构对象单一、实验功能局限、可操作性差等缺点。经检索发现，公告号CN104751704B， CN104332086B，CN101303813A，103761910B的中国专利分别提出了结构力学实验装置，然而 未涉及实验结构的模块化设计和拼装，杆系结构不具备拓展性。公告号为CN104568601B的 中国专利，同样针对杆系结构提出了一种结构力学实验装置，其实验结构可实现模块化拼 装，杆系结构具有一定拓展性，然而该专利无法实现多跨多层杆系结构，而且其杆件连接件 为单侧设置，连接刚度不宜得到保证，也影响了截面的对称性。 因此，设计一种能够全面满足结构力学教学需要的杆系结构，实现结构力学中各 种杆系结构，包括多层杆系结构，对于满足结构力学实验教学要求和提高教学效果尤为重 要。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种模块化结构力学实验平台拓展 式杆系结构。 本发明提供一种模块化结构力学实验平台拓展式杆系结构，包括：变截面标准杆 件、节点连接部件和加固盖板； 其中，所述变截面标准杆件通过所述节点连接部件连接形成实验结构，能实现所 述变截面标准杆件之间或所述变截面标准杆件与支座之间的铰接或刚接连接； 所述变截面标准杆件的端部缩窄使杆端形成变截面，以保证与所述节点连接部件 相连时截面刚度的连续性； 所述加固盖板与所述节点连接部件连接，用于提升节点刚度。 优选地，所述变截面标准杆件两端沿长度方向由内到外分别设置第一螺栓孔、第 二螺栓孔； 所述节点连接部件上设有若干个第三螺栓孔，且所述第三螺栓孔的孔径与所述第 4 CN 111583764 A 说　明　书 2/6 页 一螺栓孔、所述第二螺栓孔相匹配； 所述节点连接部件上设有通孔，所述通孔的方向与所述第一螺栓孔、所述第二螺 栓孔的开孔方向相垂直，所述通孔用于连接所述加固盖板； 两片所述节点连接部件夹住所述变截面标准杆件的一端，实现所述变截面标准杆 件的端部与所述节点连接部件连接，通过第一连接部件插入所述第三螺栓孔和所述变截面 标准杆件的所述第一螺栓孔或所述第二螺栓孔形成能自由转动的连接点，即铰接节点，实 现所述变截面标准杆件端部与所述节点连接部件之间的铰接；通过两个带螺纹的第二连接 部件分别旋入所述第三螺栓孔和所述变截面标准杆件的所述第一螺栓孔、所述第二螺栓孔 形成完全固定的连接方式，即刚接节点，实现所述变截面标准杆件端部与所述节点连接部 件之间的刚接。 优选地，所述变截面标准杆件的截面变化处设有弧形结构，以实现铰接时所述变 截面标准杆件端部在实验允许的位移范围内能自由转动。 优选地，所述节点连接部件包括十字型节点连接部件、T字型节点连接部件和一字 型节点连接部件；其中， 所述十字型节点连接部件，用于上下左右四个方向上均有与之相连接所述变截面 标准杆件的节点连接； 所述T字型节点连接部件，用于互相垂直的两个方向上有与之相连接所述变截面 标准杆件的节点连接； 所述一字型节点连接部件，用于在一个方向上有两根与之相连接所述变截面标准 杆件的节点连接。 优选地，所述十字型节点连接部件四个方向的直线边尺寸一致； 每个方向的所述直线边至少设置三个均匀分布的所述第三螺栓孔，用于连接所述 变截面标准杆件和/或支座。 优选地，所述T字型节点连接部件两个方向的水平边和垂直边尺寸一致； 所述水平边、所述垂直边至少设置三个均匀分布的所述第三螺栓孔，用于连接所 述变截面标准杆件和/或支座。 优选地，所述一字型节点连接部件两端分别至少设置三个均匀分布的所述第三螺 栓孔，用于连接所述变截面标准杆件和/或支座。 优选地，模块化结构力学实验平台拓展式杆系结构具有以下一种或多种选择： -所述变截面标准杆件的截面形状为矩形，便于结构力学实验中荷载施加和物理 量测量装置的安装和精确工作； -所述变截面标准杆件上设有刻度，所述刻度作为实验加载过程中测量位点，用于 确定加载位置与截面上的应力分布；所述测量位点上粘贴应变片，用于测量截面的应力与 应变。 优选地，所述加固盖板包括直角方向加固盖板和直线方向加固盖板；所述加固盖 板上设有第四螺栓孔，用于连接所述节点连接部件。 优选地，模块化结构力学实验平台拓展式杆系结构包括以下一种或多种选择： -所述变截面标准杆件的长度能按模数设置为不同长度，用于不同的实验模型拼 接； 5 CN 111583764 A 说　明　书 3/6 页 -所述节点连接部件的尺寸能根据所述变截面标准杆件的尺寸变化而定； -根据所述变截面标准杆件两端不同的连接方式，能确定所述变截面标准杆件的 计算长度，用于理论计算；所述变截面标准杆件两端与所述节点连接部件刚接时，所述变截 面标准杆件计算长度为L1；所述变截面标准杆件两端与所述节点连接部件铰接时，所述变 截面标准杆件计算长度为L2；所述变截面标准杆件的一端与所述节点连接部件刚接时，另 一端与所述节点连接部件铰接时，所述变截面标准杆件计算长度为L3,所述变截面标准杆 件计算长度L1>L3>L2。 与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果： 1)目前，结构力学实验体系尚未形成统一的实验内容和实验方式，材料力学实验 如材料拉伸压缩等在高校中普遍开展，但结构力学相较于材料力学理论性更强、力学模型 更复杂，本结构实验体系结构力学实验中杆件是构成结构力学实验体系结构的主要部件， 也是主要的研究对象。设计中考虑杆件尺寸应与整体实验装置系统、各类支座及节点连接 系统(接口)的尺寸相协调。采用主体部分的截面形状为矩形的变截面标准杆件，易于分析， 同时便于荷载施加和物理量测量装置的安装和精确工作，经计算可合适荷载下产生合适的 应变及位移。同时考虑杆件刚度的连续性，杆件端部缩窄截面变化处设计为弧形，以便与节 点连接部件连接和铰接时的自由转动。 2)以往的设计在节点装置和节点、支座固定方面存在杆件计算长度不明确、节点 弯矩施加困难等不足。在上述基础上，节点连接的设计可完美实现杆件与节点的刚接与铰 接，同时根据杆件两端不同的连接方式，还能确定杆件的计算长度，更精确地进行理论计 算，有利于教学实验的理论分析。 附图说明 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显： 图1为本发明一优选实施例中模块化结构力学实验平台拓展式杆系结构的整体示 意图； 图2a为本发明一优选实施例中变截面标准杆件的正视图； 图2b为本发明一优选实施例中变截面标准杆件的侧视图； 图2c为本发明一优选实施例中变截面标准杆件的俯视图； 图3a为本发明一优选实施例十字型节点连接部件的正视图； 图3b为本发明一优选实施例十字型节点连接部件的侧视图； 图3c为本发明一优选实施例十字型节点连接部件的俯视图； 图4a为本发明一优选实施例T字型节点连接部件的正视图； 图4b为本发明一优选实施例T字型节点连接部件的侧视图； 图4c为本发明一优选实施例T字型节点连接部件的俯视图； 图5a为本发明一优选实施例一字型节点连接部件的正视图； 图5b为本发明一优选实施例一字型节点连接部件的侧视图； 图5c为本发明一优选实施例一字型节点连接部件的俯视图； 图6a为本发明一优选实施例直角方向加固盖板的正视图； 6 CN 111583764 A 说　明　书 4/6 页 图6b为本发明一优选实施例直角方向加固盖板的侧视图； 图6c为本发明一优选实施例直角方向加固盖板的俯视图； 图7a为本发明一优选实施例直线方向加固盖板的正视图； 图7b为本发明一优选实施例直线方向加固盖板的侧视图； 图7c为本发明一优选实施例直线方向加固盖板的俯视图； 图8为本发明一优选实施例中连续梁实验示意图； 图9为本发明一优选实施例中刚架实验示意图； 图中标记分别表示为：变截面标准杆件1、弧形2、刻度3、十字型节点连接部件4、T 字型节点连接部件5、一字型节点连接部件6、直角方向加固盖板7、直线方向加固盖板8、第 一螺栓孔9、第二螺栓孔10、第三螺栓孔11、第四螺栓孔12、通孔13。