一種用于模擬地震實(shí)驗(yàn)的建筑結(jié)構(gòu)模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種建筑結(jié)構(gòu)模型，特別是涉及一種用于模擬地震實(shí)驗(yàn)的建筑結(jié) 構(gòu)模型。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震是人類遭遇的主要自然災(zāi)害之一，其對(duì)建筑物的破壞對(duì)人類的生命安全造成 極大危害并造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。人類需要對(duì)地震災(zāi)害進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究，以尋求更好 的防御地震的方法。無(wú)論是科學(xué)研究還是教學(xué)實(shí)驗(yàn)，在進(jìn)行地震模擬實(shí)驗(yàn)中都需要建設(shè)物 的結(jié)構(gòu)模型。目前，一些科研單位的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室可以直觀的了解各種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)劣，但是 這種結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室造價(jià)昂貴，運(yùn)行成本極高，不利于推廣應(yīng)用和教學(xué)實(shí)驗(yàn)。因此，需要一種制 造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的模擬建筑物結(jié)構(gòu)的模型，以用于模擬地震的實(shí)驗(yàn)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種制造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的用于模擬地震 實(shí)驗(yàn)的建筑結(jié)構(gòu)模型。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0005] -種用于模擬地震實(shí)驗(yàn)的建筑結(jié)構(gòu)模型，所述建筑結(jié)構(gòu)模型采用四肢格構(gòu)柱結(jié) 構(gòu)，其中，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的承重柱采用正方形截面空心桿件，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的 橫梁采用長(zhǎng)方形截面空心桿件，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的綴板和受拉桿件采用實(shí)心桿件，所 述綴板通過所述受拉桿件連接所述橫梁或所述綴板。
[0006] 優(yōu)選的，在所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的側(cè)面上，所述受拉桿件交叉連接所述橫梁與綴 板的對(duì)角端或所述綴板與綴板的對(duì)角端。
[0007] 優(yōu)選的，在所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的側(cè)面上，所述受拉桿件構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)，依次連 接承重柱、綴板中央、相鄰承重柱、相鄰的綴板中央或橫梁中央。
[0008] 優(yōu)選的，在所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的側(cè)面上，所述綴板的數(shù)量為3個(gè)。
[0009] 優(yōu)選的，在所述側(cè)面上，所述受拉桿件的數(shù)量為3個(gè)，所述綴板通過所述受拉桿件 對(duì)角線連接上部相鄰的綴板或橫梁，且相鄰的受拉桿件首尾連接。
[0010] 優(yōu)選的，在所述側(cè)面上，所述受拉桿件的數(shù)量為3個(gè)，所述綴板通過所述受拉桿件 對(duì)角線連接上部相鄰的綴板或橫梁，且相鄰的受拉桿件彼此不連接。
[0011] 優(yōu)選的，在所述側(cè)面上，所述受拉桿件的數(shù)量為6個(gè)，所述綴板的兩端通過所述受 拉桿件連接上部相鄰的綴板中央或橫梁中央。
[0012] 優(yōu)選的，所述橫梁的長(zhǎng)度小于所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)底部的邊長(zhǎng)。
[0013] 優(yōu)選的，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)采用桐木材料。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的用于模擬地震實(shí)驗(yàn)的建筑結(jié)構(gòu)模型，采用四肢格 構(gòu)柱結(jié)構(gòu)模擬建筑結(jié)構(gòu)，通過頂部的豎向載荷模擬建筑結(jié)構(gòu)自身的靜載荷，通過側(cè)向均布 靜載荷分析建筑結(jié)構(gòu)的水平活動(dòng)載荷，通過有阻尼振動(dòng)的殘余位移分析建筑結(jié)構(gòu)受到地震 的振動(dòng)，以此模擬建筑結(jié)構(gòu)在地震中受到的破壞，采用這種制作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的建筑結(jié)構(gòu) 模型，有利于推廣應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例中所述建筑結(jié)構(gòu)模型的正視示意圖；
[0016] 圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例中所述建筑結(jié)構(gòu)模型的正視示意圖；
[0017] 圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例中所述建筑結(jié)構(gòu)模型的正視示意圖；
[0018] 圖4是本實(shí)用新型一實(shí)施例中所述建筑結(jié)構(gòu)模型的正視示意圖；
[0019] 圖5是本實(shí)用新型一實(shí)施例中所述建筑結(jié)構(gòu)模型的正視示意圖；
[0020] 圖6是本實(shí)用新型一實(shí)施例中所述承重柱的尺寸示意圖；
[0021] 圖7是本實(shí)用新型一實(shí)施例中所述橫梁的尺寸示意圖；
[0022] 圖8是本實(shí)用新型一實(shí)施例中所述綴板和受拉桿件的尺寸示意圖；
[0023] 圖9是本實(shí)用新型一實(shí)施例中所述建筑結(jié)構(gòu)模型的附加內(nèi)力試驗(yàn)示意圖。
[0024] 圖中所示：10、承重柱；20、橫梁；30、綴板；40、受拉桿件。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)描述：
[0026] 如圖1至圖5所示，本實(shí)用新型的用于模擬地震實(shí)驗(yàn)的建筑結(jié)構(gòu)模型，所述建筑結(jié) 構(gòu)模型采用四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)，其中，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的承重柱10采用正方形截面空心 桿件，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的橫梁20采用長(zhǎng)方形截面空心桿件，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的綴 板30和受拉桿件40采用實(shí)心桿件，所述綴板30通過所述受拉桿件40連接所述橫梁20或 所述綴板30。
[0027] 優(yōu)選的，參照?qǐng)D6至圖8所示，承重柱10采用正方形截面空心桿件，截面面積為 16. 00mm2,橫梁20采用長(zhǎng)方形截面空心桿件，截面面積為10. 00mm2,綴板30和受拉桿件40 采用實(shí)心桿件，截面面積為3. 00_2。
[0028] 優(yōu)選的，參照?qǐng)D1所示，在所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的側(cè)面上，所述受拉桿件40交叉連 接所述橫梁20與綴板30的對(duì)角端或所述綴板30與綴板30的對(duì)角端。
[0029] 優(yōu)選的，在所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的側(cè)面上，所述受拉桿件40構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)，依 次連接承重柱10、綴板30中央、相鄰承重柱10、相鄰的綴板30中央或橫梁20中央。
[0030] 優(yōu)選的，在所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的側(cè)面上，所述綴板30的數(shù)量為3個(gè)。所述橫梁 20的長(zhǎng)度小于所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)底部的邊長(zhǎng)。
[0031] 其中，參照?qǐng)D3所示，在所述側(cè)面上，所述受拉桿件40的數(shù)量為3個(gè)，所述綴板30 通過所述受拉桿件40對(duì)角線連接上部相鄰的綴板30或橫梁20,且相鄰的受拉桿件40首尾 連接。
[0032] 其中，參照?qǐng)D4所示，在所述側(cè)面上，所述受拉桿件40的數(shù)量為3個(gè)，所述綴板30 通過所述受拉桿件40對(duì)角線連接上部相鄰的綴板30或橫梁20,且相鄰的受拉桿件40彼此 不連接。
[0033] 其中，參照?qǐng)D5所示，在所述側(cè)面上，所述受拉桿件40的數(shù)量為6個(gè)，所述綴板30 的兩端通過所述受拉桿件40連接上部相鄰的綴板30中央或橫梁20中央。
[0034] 優(yōu)選的，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)采用桐木材料。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)而得，桐木各方面的加載 表現(xiàn)更接近鋼材，更適合制作建筑模型。
[0035] 以圖2所示建筑結(jié)構(gòu)模型為例，進(jìn)行所述建筑結(jié)構(gòu)模型的側(cè)向剛度分析：
[0036] 為求解其側(cè)向剛度，需使用位移法典型方程，其求解公式如下：
[0037] r11Z1+r12Z2+......+r lnZn+Rlp= 0
[0038] r^Zi+r^Z^......+r2nZn+R2p= 0
[0039] ......
[0040] r^Zi+r^Z^......+rnnZn+Rnp= 0
[0041]由于該結(jié)構(gòu)為高階超靜定結(jié)構(gòu)，手算求解極其復(fù)雜，所以側(cè)向剛度求解采用電算 方式。依據(jù)圖6至圖8給出的截面性質(zhì)，輸入電算求解可得在頂端發(fā)生5_位移時(shí)結(jié)構(gòu)整 體內(nèi)力情況如圖9和表1所示。
[0042] 表1電算輸出桿件在頂端發(fā)生位移時(shí)各桿件附加內(nèi)力情況
[0043]
[0044] 對(duì)數(shù)值進(jìn)行分析可知，5mm的位移附加作用在結(jié)構(gòu)上的內(nèi)力是極其小的，最大的 附加內(nèi)力也僅僅為1. 4N左右，結(jié)構(gòu)完全足以承受該荷載，對(duì)于構(gòu)件強(qiáng)度的影響可以忽略不 計(jì)。基于此，可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)在隨后的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)階段將不會(huì)存在強(qiáng)度破壞的可能性。所述建 筑結(jié)構(gòu)模型的指標(biāo)與現(xiàn)在常規(guī)樓房相近，基本滿足加載實(shí)驗(yàn)的要求。采用圖6至圖8所示 的結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到與鋼材相近的受力表現(xiàn)，同時(shí)可以有效減少扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的負(fù)面影響。
[0045] 所述建筑結(jié)構(gòu)模型，采用四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)模擬建筑結(jié)構(gòu)，通過頂部的豎向載荷模 擬建筑結(jié)構(gòu)自身的靜載荷，通過側(cè)向均布靜載荷分析建筑結(jié)構(gòu)的水平活動(dòng)載荷，通過有阻 尼振動(dòng)的殘余位移分析建筑結(jié)構(gòu)受到地震的振動(dòng)，以此模擬建筑結(jié)構(gòu)在地震中受到的破 壞，采用這種制作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的建筑結(jié)構(gòu)模型，有利于推廣應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于模擬地震實(shí)驗(yàn)的建筑結(jié)構(gòu)模型，其特征在于，所述建筑結(jié)構(gòu)模型采用四肢 格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)，其中，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的承重柱采用正方形截面空心桿件，所述四肢格構(gòu) 柱結(jié)構(gòu)的橫梁采用長(zhǎng)方形截面空心桿件，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的綴板和受拉桿件采用實(shí)心 桿件，所述綴板通過所述受拉桿件連接所述橫梁或所述綴板。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑結(jié)構(gòu)模型，其特征在于，在所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的側(cè)面 上，所述受拉桿件交叉連接所述橫梁與綴板的對(duì)角端或所述綴板與綴板的對(duì)角端。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑結(jié)構(gòu)模型，其特征在于，在所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的側(cè)面 上，所述受拉桿件構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)，依次連接承重柱、綴板中央、相鄰承重柱、相鄰的綴板中 央或橫梁中央。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑結(jié)構(gòu)模型，其特征在于，在所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的側(cè)面 上，所述綴板的數(shù)量為3個(gè)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的建筑結(jié)構(gòu)模型，其特征在于，在所述側(cè)面上，所述受拉桿件的 數(shù)量為3個(gè)，所述綴板通過所述受拉桿件對(duì)角線連接上部相鄰的綴板或橫梁，且相鄰的受 拉桿件首尾連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的建筑結(jié)構(gòu)模型，其特征在于，在所述側(cè)面上，所述受拉桿件的 數(shù)量為3個(gè)，所述綴板通過所述受拉桿件對(duì)角線連接上部相鄰的綴板或橫梁，且相鄰的受 拉桿件彼此不連接。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的建筑結(jié)構(gòu)模型，其特征在于，在所述側(cè)面上，所述受拉桿件的 數(shù)量為6個(gè)，所述綴板的兩端通過所述受拉桿件連接上部相鄰的綴板中央或橫梁中央。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑結(jié)構(gòu)模型，其特征在于，所述橫梁的長(zhǎng)度小于所述四肢 格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)底部的邊長(zhǎng)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑結(jié)構(gòu)模型，其特征在于，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)采用桐木 材料。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于模擬地震實(shí)驗(yàn)的建筑結(jié)構(gòu)模型，所述建筑結(jié)構(gòu)模型采用四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)，其中，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的承重柱采用正方形截面空心桿件，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的橫梁采用長(zhǎng)方形截面空心桿件，所述四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的綴板和受拉桿件采用實(shí)心桿件，所述綴板通過所述受拉桿件連接所述橫梁或所述綴板。所述建筑結(jié)構(gòu)模型，采用四肢格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)模擬建筑結(jié)構(gòu)，通過頂部的豎向載荷模擬建筑結(jié)構(gòu)自身的靜載荷，通過側(cè)向均布靜載荷分析建筑結(jié)構(gòu)的水平活動(dòng)載荷，通過有阻尼振動(dòng)的殘余位移分析建筑結(jié)構(gòu)受到地震的振動(dòng)，以此模擬建筑結(jié)構(gòu)在地震中受到的破壞，采用這種制作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的建筑結(jié)構(gòu)模型，有利于推廣應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
【IPC分類】G09B25/04
【公開號(hào)】CN205104149
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520862422
【發(fā)明人】王奕曾, 朱宇宸, 熊啟鵬
【申請(qǐng)人】王奕曾, 朱宇宸, 熊啟鵬
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月2日