技术领域
[0001] 本
发明属于钢结构教学用具技术领域，具体的说是涉及一种普通钢屋架节点的三维教学模型，它适合各级各类学校涉及钢屋架结构的课堂教学和实验教学应用。
背景技术
[0002] 普通钢屋架是钢结构设计中比较重要的一部分，常作为一些大学、大专等钢结构课程设计或考核中的重点，普通钢屋架一般由
角钢组成的T形截面杆件和节点板
焊接而成，其中钢屋架节点包括腹杆角钢、节点板、上弦角钢、下弦角钢、拼接角钢、加劲肋、
螺栓及数条
焊缝，构造形式复杂。
[0003] 目前使用的钢结构教材中涉及到五种常见钢屋架节点，即钢屋架上弦节点、钢屋架下弦节点、钢屋架下弦拼接节点、钢屋架
屋脊节点和钢屋架支座节点，然而，教材只能给出节点的简单平面图，无法直观表现出其空间构造，使学习者较难学习掌握。
发明内容
[0004] 根据上述不足之处，本发明的目的在于：提供一种既可以真实反映钢屋架节点的空间构造，又简单轻便的用于钢屋架节点教学的装置。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案在于：用于钢屋架节点教学的装置，包括角钢模型、螺栓模型、钢板板
块以及用于固定角钢模型和钢板板块的连接板块；钢板板块包括节点板板块或加劲肋板块；角钢模型、螺栓模型、钢板板块和连接板块拼接成与实物钢屋架上弦节点、钢屋架下弦节点、钢屋架下弦拼接节点、钢屋架屋脊节点和钢屋架支座节点相对应的钢屋架上弦节点模型、钢屋架下弦节点模型、钢屋架下弦拼接节点模型、钢屋架屋脊节点模型和钢屋架支座节点模型。
[0006] 优选的是：所述的钢屋架下弦拼接节点模型包括四块下弦角钢模型、两块拼接角钢模型、一块节点板板块、六块腹杆角钢模型、若干块螺栓模型和若干块连接板块；所述的下弦角钢模型和拼接角钢模型的侧边上设有与螺栓模型相对应的通孔；所述的下弦角钢模型、拼接角钢模型、节点板板块、腹杆角钢模型上设有与连接板块相配合的通孔；所述的下弦角钢模型两两通过拼接角钢模型相连接，并通过螺栓模型将拼接角钢模型与下弦角钢模型相连接，两两相连的下弦角钢模型的侧边合并，合并的下弦角钢模型中间设有节点板板块，所述节点板板块的一侧通过连接板块与节点板板块两侧的下弦角钢模型和拼接角钢模型相连接，所述节点板板块的另一侧通过连接板块与腹杆角钢模型相连接。
[0007] 优选的是：所述的钢屋架屋脊节点模型包括四块上弦角钢模型、两块V型拼接角钢模型、一块节点板板块、六块腹杆角钢模型、若干块螺栓模型和若干块连接板块，所述的上弦角钢模型和V型拼接角钢模型的侧边上设有与螺栓模型相对应的通孔；所述的上弦角钢模型、V型拼接角钢模型、节点板板块、腹杆角钢模型上设有与连接板块相配合的通孔，所述节点板板块的一侧设有与V型拼接角钢模型的角度相配合的角；所述的四块上弦角钢模型两两通过V型拼接角钢模型相连接，并通过连接板块将V型拼接角钢模型与上弦角钢模型相连接，两两相连的上弦角钢模型的侧边合并，合并的上弦角钢模型中间设有节点板板块，所述节点板板块的带角的一侧通过螺栓模型与节点板板块两侧的上弦角钢模型和V型拼接角钢模型相连接，所述节点板板块的另一侧通过连接板块与腹杆角钢模型相连接。
[0008] 优选的是：所述的钢屋架下弦节点模型包括两块下弦角钢模型、一块节点板板块、六块腹杆角钢模型和若干块连接板块，所述的下弦角钢模型、节点板板块、腹杆角钢模型上设有与连接板块相配合的通孔；所述的两块下弦角钢模型侧边合并，合并的下弦角钢模型中间设有节点板板块，所述节点板板块的一侧通过连接板块与节点板板块两侧的下弦角钢模型相连接，所述节点板板块的另一侧通过连接板块与腹杆角钢模型相连接。
[0009] 优选的是：所述的钢屋架上弦节点模型包括两块上弦角钢模型、一块节点板板块、四块腹杆角钢模型和若干块连接板块；所述的上弦角钢模型、节点板板块、腹杆角钢模型上设有与连接板块相配合的通孔；所述的两块上弦角钢模型侧边合并，合并的上弦角钢模型中间设有节点板板块，所述节点板板块的一侧通过连接板块与节点板板块两侧的上弦角钢模型相连接，所述节点板板块的另一侧通过连接板块与腹杆角钢模型相连接。
[0010] 优选的是：所述的钢屋架支座节点模型包括一块底座板块、三块加劲肋板块、一块节点板板块、四块腹杆角钢模型、两块下弦角钢模型和若干块连接板块；其中，节点板板块、腹杆角钢模型和下弦角钢模型设有与连接板块相配合的通孔，节点板板块的一侧设有插接端,所述的底座板块的中间
位置上设有与节点板板块的插接端相配合的插接孔，节点板板块上还设有与加劲肋板块相配合的插接孔；节点板板块插接在在底座板块上，三块加劲肋板块按照钢屋架支座节点插接在节点板板块上，四块腹杆角钢模型两两侧边合并，且分别以竖直及斜向方向通过连接板块设置在节点板板块的两侧，两块下弦角钢模型侧边合并，且以
水平的方向通过连接板块设置在节点板板块的两侧。
[0011] 优选的是：所述的连接板块为片状板块。
[0012] 优选的是：所述的螺栓模型为U型板块两两插接而成。
[0013] 本发明的有益效果在于：
[0014] 1、通过插接的形式将用于组合钢屋架节点模型的各种板块组合成三维模型，可以非常形象的用于钢屋架节点的教学，便于学生对于钢屋架节点知识点的理解和掌握；
[0015] 2、本三维模型无需使用胶水等工具，组装拆卸方便，且可重复组装，制作简单，使用方便，便于携带，非常利于钢屋架支座节点的教学工作。
附图说明
[0016] 图1是本发明的钢屋架下弦拼接节点模型的结构示意图一；
[0017] 图2是本发明的钢屋架下弦拼接节点模型的结构示意图二；
[0018] 图3是本发明的钢屋架下弦拼接节点模型的平面图板示意图；
[0019] 图4是本发明的钢屋架下弦拼接节点模型的组装示意图；
[0020] 图5是本发明的钢屋架屋脊节点模型的结构示意图一；
[0021] 图6是本发明的钢屋架屋脊节点模型的结构示意图二；
[0022] 图7是本发明的钢屋架屋脊节点模型的平面图板示意图；
[0023] 图8是本发明的钢屋架屋脊节点模型的V型拼接角钢板块的拼接示意图；
[0024] 图9是本发明的钢屋架下弦节点模型的结构示意图一；
[0025] 图10是本发明的钢屋架下弦节点模型的结构示意图二；
[0026] 图11是本发明的钢屋架下弦节点模型的平面图板示意图；
[0027] 图12是本发明的钢屋架上弦节点模型的结构示意图一；
[0028] 图13是本发明的钢屋架上弦节点模型的结构示意图二；
[0029] 图14是本发明的钢屋架上弦节点模型的平面图板示意图；
[0030] 图15是本发明的钢屋架支座节点模型的结构示意图一；
[0031] 图16是本发明的钢屋架支座节点模型的结构示意图二；
[0032] 图17是本发明的钢屋架支座节点模型的平面图板示意图；
[0033] 图18是本发明各个钢屋架节点在钢屋架中的位置关系图。
[0034] 图中，1-下弦角钢模型；2-节点板板块；3-腹杆角钢模型；4-连接板块；5-拼接角钢模型；6-V型拼接角钢模型；7-加劲肋板块；8-底座板块；9-上弦角钢模型；10-U型板块；11-螺栓模型；A-钢屋架上弦节点；B-钢屋架屋脊节点；C-钢屋架支座节点；D-钢屋架下弦拼接节点；E-钢屋架下弦节点。
具体实施方式
[0035] 下面结合具体
实施例对本发明做进一步说明。
[0036] 本发明是用于钢屋架节点教学的装置，包括角钢模型、螺栓模型、钢板板块以及用于固定角钢模型和钢板板块的连接板块4；钢板板块包括节点板板块2或加劲肋板块7；角钢模型、螺栓模型、钢板板块和连接板块4拼接成与实物钢屋架上弦节点A、钢屋架下弦节点E、钢屋架下弦拼接节点D、钢屋架屋脊节点B和钢屋架支座节点C相对应的钢屋架上弦节点模型、钢屋架下弦节点模型、钢屋架下弦拼接节点模型、钢屋架屋脊节点模型和钢屋架支座节点模型。
[0037] 为了便于课堂教学的形象和深刻，采用插接的方式将各个板块组合成与实物钢屋架上弦节点、钢屋架下弦节点、钢屋架下弦拼接节点、钢屋架屋脊节点和钢屋架支座节点相对应的钢屋架上弦节点模型、钢屋架下弦节点模型、钢屋架下弦拼接节点模型、钢屋架屋脊节点模型和钢屋架支座节点模型。
[0038] 进一步的，可以将每个模型所需要用到的各个板块制作成平面图板，作为教科书的一部分附于书本之中，也可以作为教学用具单独设立。采用虚刻的方式将各个板块先行刻制，使用时将板块从平面图板中取出，角钢板块经过简单的折叠形成角钢模型，同角钢模型和钢板板块以及连接板块之间的插接，便可以组合成钢屋架节点的模型。
[0039] 下面从普通钢屋架的五种节点模型，即钢屋架上弦节点模型、钢屋架下弦节点模型、钢屋架下弦拼接节点模型、钢屋架屋脊节点模型和钢屋架支座节点模型进行详细说明。
[0040] 1、钢屋架下弦拼接节点模型
[0041] 如图1-图4所示的钢屋架下弦拼接节点模型，它包括四块下弦角钢模型1、两块拼接角钢模型5、一块节点板板块2、六块腹杆角钢模型3、若干块螺栓模型11和若干块连接板块4。其中，下弦角钢模型1和拼接角钢模型5的侧边上设有与螺栓模型11相对应的通孔；下弦角钢模型1、拼接角钢模型5、节点板板块2、腹杆角钢模型3上设有与连接板块4相配合的通孔；四块下弦角钢模型1两两通过拼接角钢模型5相连接，并通过螺栓模型11将拼接角钢模型5与下弦角钢模型1相连接，两两相连的下弦角钢模型1的侧边合并，合并的下弦角钢模型1中间设有节点板板块2，节点板板块2的一侧通过连接板块4与节点板板块2两侧的下弦角钢模型1和拼接角钢模型5相连接，节点板板块2的另一侧通过连接板块4与腹杆角钢模型3相连接。
[0042] 为了便于承载用于组装上述模型的各个板块及角钢模型，角钢模型可以以角钢板块的形式与其他板块一起设置在平面图板中，成为一个平面板块，再将各个板块取出后，将角钢板块经过简单折叠，使之成为角钢模型。此思路适用于以下其他模型。
[0043] 从图3的钢屋架下弦拼接节点模型的平面图板示意图可知，各个板块预先与平面图板的
框架刻断或各个板块与平面图板的框架之间仅存在若干个点连接，便于使用时将各个板块从平面图板的框架抠出，各个板块抠出之后，将角钢板块沿虚线进行折叠，成为角钢模型。其中，螺栓模型11为U型板块10两两插接而成，也就是说U型板块10为螺栓模型11拆分后的板块，两个U型板块10十字交叉对插，组合成一个螺栓模型。各个板块根据插接的需要，在合适的位置设置通孔，使用时把通孔内的
支撑板块抠出丢弃即可进行插接。
[0044] 从图4的钢屋架下弦拼接节点模型的组装示意图可知，钢屋架下弦拼接节点模型的组装过程如下：将平面图板中的各个板块沿实线抠出，将各个角钢板块沿虚线折叠成角钢模型(包括下弦角钢板块、两块拼接角钢板块和腹杆角钢板块)，将U型板块10两两插接组合成螺栓模型11；然后，将腹杆角钢模型3按照实物钢屋架下弦拼接节点的形态通过连接板块4固定在节点板板块2上。从图3中可知，节点板板块2为长方形，其下端横向设置两个通孔(以节点板板块中
心轴线对称设置)，其上端中间位置平行设有两个竖向通孔(以节点板板块中心轴线对称设置)，这两个竖向通孔的外侧分别设有斜向通孔(从下往上以远离竖向通孔的方向设置)。两个竖向通孔分别用于固定竖向设置在节点板板块2两侧的腹杆角钢模型3，此处两个腹杆角钢模型3为对角设置成“十字型”在节点板板块2的两侧。两个斜向通孔分别用于固定斜向设置在节点板板块2两侧的腹杆角钢模型3，此处两个腹杆角钢模型3为同侧边合并设置。实际操作过程中，为了符合“为了避免偏心作用对节点产生附加弯矩，各个腹杆角钢的形心线交汇于节点中心”这一理论，各个角钢模型的形心线交汇于一点。另一方面，两块下弦角钢模型1通过拼接角钢模型5首尾连接，并利用连接板块4固定在节点板板块
2的一侧；同理，在节点板板块2的另一侧也拼接上通过拼接角钢模型连接的两块下弦角钢模型1。最后，将两两U型板块10组合成的螺栓模型插入拼接角钢模型5与下弦角钢板块模型
1所对应的十字型通孔中，钢屋架下弦拼接节点的三维模型组装完毕。
[0045] 通过模型组装的过程，可以非常形象的对于钢屋架下弦拼接节点的知识点进行讲解。另一方面，由于本模型中所涉及的各个板块之间是插接的方式进行组合，等到讲解完毕，还可以进行拆卸，进行重复讲解，且便于携带。
[0046] 再者，本发明中各个板块设置在平面图板的框架之中，不会将各个板块弄丢或弄乱。当然，也可以不设置平面图板的框架，仅提供独立的各个板块也可。
[0047] 另外，关于材质，可以采用硬纸板、薄木板或薄塑料板等均可。
[0048] 当各个板块厚度设为δmm，若n个板块需要通过螺栓模型板块进行组装时，螺栓模型板块长度为(nδ+x)mm，即U型板块的长度为(nδ+x)mm，此x mm优选为3-6mm，这是为了保证螺栓模型的固定效果，也就说是为了保证螺栓模型能很好的将n个叠合的板块进行固定，也为了便于拆卸，螺栓模型两端稍超出叠合板块的两侧一定的距离。同理，若n个板块通过连接板块进行组装时，连接板块长度为(nδ+y)mm，此y mm优选为2-3mm。
[0049] 2、钢屋架屋脊节点模型
[0050] 如图5-图8所示的钢屋架屋脊节点模型，它包括四块上弦角钢模型9、两块V型拼接角钢模型6、一块节点板板块2、六块腹杆角钢模型3、若干块螺栓模型11和若干块连接板块4。其中，上弦角钢模型9和V型拼接角钢模型6的侧边上设有与螺栓模型11相对应的通孔；上弦角钢模型9、V型拼接角钢模型6、节点板板块2、腹杆角钢模型3上设有与连接板块4相配合的通孔，节点板板块2的一侧设有与V型拼接角钢模型6的角度相配合的角；四块上弦角钢模型9两两通过V型拼接角钢模型6相连接，并通过连接板块4将V型拼接角钢模型6与上弦角钢模型9相连接，两两相连的上弦角钢模型9的侧边合并，合并的上弦角钢模型9中间设有节点板板块2，节点板板块2的带角的一侧通过螺栓模型11与节点板板块2两侧的上弦角钢模模型9和V型拼接角钢模型6相连接，节点板板块2的另一侧通过连接板块4与腹杆角钢模型3相连接。
[0051] 从图7的钢屋架屋脊节点模型的平面图板示意图可知，其各个板块的设置与钢屋架下弦拼接节点模型的平面图板相似，不同的是，本模型中采用了V型拼接角钢模型，即在V型拼接角钢板块的上沿的中间位置设有V型缺口，拼装时将V型缺口的支撑板块去除，再将V型拼接角钢板块沿虚线折叠，再将V型缺口处的两边合并，使得V型拼接角钢模型6形成一个V型。再者，与钢屋架下弦拼接节点模型的平面图板不同的是，本模型中的节点板板块与钢屋架下弦拼接节点模型中的节点板板块的形状不同，本模型中的节点板板块一端设有与V型拼接角钢模型6相配合的角，角的两边对称设有十字形通孔，用于通过螺栓模型。
[0052] 钢屋架屋脊节点模型的组装过程与钢屋架下弦拼接节点模型的组装过程相同。只不过本模型中螺栓模型用于固定V型拼接角钢模型6、上弦角钢模型9和节点板板块2，而V型拼接角钢模型6和上弦角钢模型9之间通过连接板块4相连。
[0053] 3、钢屋架下弦节点模型
[0054] 图9-图11所示的钢屋架下弦节点模型，包括两块下弦角钢模型1、一块节点板板块2、六块腹杆角钢模型3和若干块连接板块4。其中，下弦角钢模型1、节点板板块2、腹杆角钢模型3上设有与连接板块4相配合的通孔；两块下弦角钢模型1侧边合并，合并的下弦角钢模型1中间设有节点板板块2，节点板板块2的一侧通过连接板块4与节点板板块2两侧的下弦角钢模型1相连接，节点板板块2的另一侧通过连接板块4与腹杆角钢模型3相连接。
[0055] 从图11的钢屋架下弦节点模型的平面图板示意图可知，其各个板块的设置与钢屋架下弦拼接节点模型的平面图板相似，其中，本模型中角钢模型不需要进行拼接，因此没有拼接角钢板块；本模型中没有螺栓模型，因此也没有U型连接板块。且本模型的节点板板块下端仅在中间位置设置一个横向通孔，用于将节点板板块与下弦角钢模型相连接，节点板板块的上端仅有中间位置设置一个竖向通孔，因为此模型中竖向设置的腹杆角钢模型为同侧边进行合并，而不是对角设置，因此仅需要一个竖向通孔即可。
[0056] 钢屋架下弦节点模型的拼接过程与钢屋架下弦拼接节点模型的组装过程类似，不同的是，本模型省略了下弦角钢的拼接步骤和拼接角钢与下弦角钢采用螺栓模型固定的步骤。
[0057] 4、钢屋架上弦节点模型
[0058] 如12-图14所示的钢屋架上弦节点模型包括两块上弦角钢模型9、一块节点板板块2、四块腹杆角钢模型3和若干块连接板块4。上弦角钢模型9、节点板板块2、腹杆角钢模型3上设有与连接板块4相配合的通孔；两块上弦角钢模型9侧边合并，合并的上弦角钢模型9中间设有节点板板块2，节点板板块2的一侧通过连接板块4与节点板板块2两侧的上弦角钢模型9相连接，节点板板块2的另一侧通过连接板块4与腹杆角钢模型3相连接。
[0059] 如图13所示的钢屋架上弦节点模型的平面图板示意图可知，其仅比钢屋架下弦节点模型少了两个腹杆角钢模型，且本模型中的节点板板块上端缺少一个竖向通孔。虽然从外观来说钢屋架上弦节点模型与钢屋架下弦节点模型非常相似，但是由于两者在钢屋架上的位置不同，因此展示时，两者的方向不同，也就说，本模型中包含了两块上弦角钢模型9，而钢屋架下弦节点模型中是两块下弦角钢模型1。
[0060] 钢屋架上弦节点模型的拼接过程与钢屋架下弦节点模型类似，不同的是，本模型的拼接省却了垂直的腹杆角钢板块的组装步骤。
[0061] 5、钢屋架支座节点模型
[0062] 如15-图17所示的钢屋架支座节点模型包括一块底座板块8、三块加劲肋板块7、一块节点板板块2、四块腹杆角钢模型3、两块下弦角钢模型1和若干块连接板块4；其中，节点板板块2、腹杆角钢模型3和下弦角钢模型1设有与连接板块4相配合的通孔，节点板板块2的一侧设有插接端，所述的底座板块8的中间位置上设有与节点板板块2的插接端相配合的插接孔，节点板板块2上还设有与加劲肋板块7相配合的插接孔；节点板板块2插接在在底座板块8上，三块加劲肋板块按照钢屋架支座节点插接在节点板板块2上，四块腹杆角钢模型3两两侧边合并，且分别以竖直及斜向方向通过连接板块4设置在节点板板块2的两侧，两块下弦角钢模型1侧边合并，且以水平的方向通过连接板块设置在节点板板块2的两侧。
[0063] 如图16所示的钢屋架支座节点模型的平面图板示意图可知，将其各个板块抠出后进行组合。具体的说是，三块加劲肋板块、一块节点板板块与底座板块按照钢屋架支座节点的形态进行拼接，六块角钢模型两两进行侧边合并分别以竖向、水平和斜向三种方式设置在钢板板块的两侧，并通过连接板块进行固定。其中，竖向设置的角钢模型为竖腹杆角钢模型，斜向设置的是斜腹杆角钢模型，水平设置的是下弦角钢模型
[0064] 进一步的，连接板块为片状板块。
[0065] 使用时，将各个板块从平面图板的框架中取出，根据钢屋架节点的理论形态，将各个板块进行插接，边插接可以边进行讲解，利于学生对于钢屋架节点结构的理解和掌握，且教学过程中可以重复拆卸和组装，并且可以传递，实用性极强。
