CN101216360B - 杆系结构构件温度轴力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明杆系结构构件温度轴力测量装置，包括压力试验机，压力试验机设有压力传感器、构件就位装置、加载油缸及其控制系统、加热控温装置和一约束梁系统，约束梁系统安装在加载油缸的一侧，构件位于构件就位装置上并置于加热控温装置中，约束梁跨中中点、加载油缸、构件以及压力传感器安装在同一水平轴线上。本发明杆系结构构件温度轴力测量装置的优点是：可直接测量构件的温度轴力，包涵了构件的材料非线性、温度非线性和几何非线性等因素，测量结果准确。以试验数据建立构件的温度轴力与其承载水平、构件的长细比、约束梁的刚度和温度之间的关系，并确定构件的总约束刚度后，很容易计算构件的温度轴力，提高了建筑结构耐火设计与评估的计算精度。

Description

杆系结构构件温度轴力测量装置

技术领域

本发明涉及测量装置，具体说，涉及一种杆系结构构件温度轴力测量装置。

背景技术

通常，建筑结构体系是由多个构件组成的，而结构往往为超静定结构。超静定结构各杆件在受到不均匀温度作用下将产生不均匀膨胀，但由于存在多余约束，膨胀较大的构件受到与之相连的构件的约束，该构件将会产生温度内力，而在其截面上会产生温度应力。建筑结构处于可靠状态的前提是结构在其他荷载和温度(内力)共同作用下的作用效应不超过结构的抗力。所以，温度效应(内力，包括温度轴力和弯矩)的准确评估或测量，对结构安全尤其是结构在火灾中的安全设计与评估意义重大。

目前，人们确定温度内力的方法是由力学模型进行计算，但由于材料非线性、温度非线性和几何非线性等问题，当温度较高时计算结果很不准确。尽管可以在构件某些部位粘贴高温应变片，测定该部位材料应变，然后把应变换算成温度应力，但由于高温应变片价值昂贵，不能重复使用，还必须依赖较准确的材料模型。上述方法的缺点是：不能直接测量温度内力，必需依赖较准确的材料和温度计算模型。

发明内容

本发明的目的是克服已知技术的各种缺陷，提供一种直接、准确测量受热杆系结构构件温度轴力的杆系结构构件温度轴力测量装置。

本发明杆系结构构件温度轴力测量装置，包括压力试验机，所述压力试验机设有压力传感器、构件就位装置、加载油缸及其控制系统和加热控温装置，构件位于所述构件就位装置上并置于所述加热控温装置中，所述压力试验机还包括一约束梁系统和由左横梁、右横梁和四立柱构成的反力架，所述约束梁系统安装在所述加载油缸的一侧，所述约束梁系统包括与构件相互垂直的约束梁及其就位支座和约束梁反力支座，所述就位支座放置在所述反力架框内的地面上，所述约束梁反力支座简支在所述左横梁上，所述就位支座和约束梁反力支座分别设有高度调节装置，所述约束梁反力支座设有跨度调节装置，所述约束梁的两侧设有与其连成一体的线加载压头并通过所述线加载压头将所述加载油缸和所述构件安装在同一水平轴线上，所述压力传感器安装在所述右横梁的中心，所述约束梁的跨中中点、加载油缸、构件以及所述压力传感器安装在同一水平轴线上。

本发明杆系结构构件温度轴力测量装置，其中所述高度调节装置为一丝扣连接的伸缩杆，所述跨度调节装置设有一对相互配合的滑轨和滑槽，所述滑轨设在所述约束梁反力支座的端部，所述滑槽设在所述左横梁的内侧面上。

本发明杆系结构构件温度轴力测量装置，其中所述加热控温装置包括对开式电炉及其控温系统。

本发明杆系结构构件温度轴力测量装置，其中所述构件就位装置为一安装有轮子的小车，所述小车上安装有用于承载所述构件的构件支座和用于承载所述电炉的轨道。

本发明杆系结构构件温度轴力测量装置，其中所述约束梁用弹簧钢制造。

本发明杆系结构构件温度轴力测量装置，其中所述压力试验机包括计算机控制系统，所述压力传感器、加载油缸和加热控温装置与所述计算机控制系统相连接。

本发明杆系结构构件温度轴力测量装置由于设计了约束梁系统，可以直接测量构件的温度轴力，试验包涵了构件的材料非线性、温度非线性和几何非线性等因素，测量结果准确。如果以试验数据建立构件的温度轴力与其承载水平(构件试验荷载目标值p与构件的设计荷载之比)、构件的长细比、约束梁的刚度K和温度值T之间的关系，则在实际结构中以结构力学确定所研究构件的总约束刚度后，很容易计算构件的温度轴力，大幅度提高了建筑结构耐火设计与评估的计算精度。

下面结合实施例参照附图进行详细说明，以求对本发明的目的、特征和优点得到更深入的理解。

附图说明

图1是本发明杆系结构构件温度轴力测量装置的主视图；

图2是本发明杆系结构构件温度轴力测量装置的俯视图。

具体实施方式

下面详细说明本发明杆系结构构件温度轴力测量装置的实施例。

参见图1和图2，本发明杆系结构构件温度轴力测量装置包括一个微机控制电液伺服压力试验机、加热控温系统、约束梁系统、压力传感器8和构件就位装置16。

微机控制电液伺服压力试验机由反力架、加载油缸及其控制系统等组成。反力架由左横梁3、右横梁4和立柱1组成，构成刚性框架，为安装构件提供空间位置并平衡试验过程中所施加和产生的各种力。加载油缸5安装在反力架左横梁3中心，为构件提供荷载。加载油缸5输出的力以集中力的方式施加在约束梁6的跨中中点。压力传感器8、加载油缸5和加热控温装置与计算机控制系统相连接，控制系统通过计算机控制加载油缸5施加的荷载值，结合构件的端部变形，实现对力、变形的闭环控制，并对各类数据进行采集与储存。反力架按刚性试验机设计，以保证足够的刚度。反力架应采用四个立柱，以利于构件安装。

其中，加热控温系统由电炉9及控温装置组成。电炉9提供热能使构件按规定条件升温。控温系统使炉内温度均匀，并按一定曲线升温或恒温。电炉9采用对开式，设有轨道2，以便于安装构件10。电炉9的炉体具有足够绝热能力，防止炉体外表面温度过高而不安全。炉腔内布置一定数量的温度传感器并与控温系统相连，以实现温度控制。

约束梁系统由约束梁6、约束梁就位支座15和约束梁反力支座7组成。约束梁就位支座15放置在反力架框内的地面上，约束梁反力支座7简支在左横梁3上。约束梁6用弹簧钢制造，由一组尺寸不同的梁构成约束梁系列，可提供不同的约束力。约束梁6在空间以水平放置在约束梁就位的支座15上。约束梁的两侧设有与其连成一体的线加载压头14并通过线加载压头14将加载油缸5和构件10安装在同一水平轴线上。约束梁6与构件10相互垂直，使构件10以集中力的形式在约束梁6的右侧实现跨中接触。约束梁6的左侧以集中力的形式在跨中接受油缸5的加载。约束梁就位支座15和约束梁反力支座7分别设有高度调节装置，约束梁反力支座设有跨度调节装置。其中高度调节装置为一丝扣连接的伸缩杆。跨度调节装置设有一对相互配合的滑轨和滑槽，滑轨设在约束梁反力支座7的端部，滑槽设在左横梁3的内侧面上。本发明跨度调节采用了燕尾槽装置，即左横梁3与约束梁反力支座7通过燕尾槽相配合。

压力传感器8安装在反力架的右横梁4的中心，其数据线接入计算机，进行数据采集和储存。

构件就位装置16为一带轮子13的小车11，承载构件10和电炉9的自重。小车11的平台上设两个可调节高度的构件就位支座12，以利构件10就位和在高度上对中。小车11的平台上设置轨道2，可使对开式电炉9沿轨道2推开以安装构件10。在地面设置轨道，可使小车11移动，从而对构件10在平面上对中。

下面说明本发明杆系结构构件温度轴力测量装置的使用和工作过程。

本试验装置在使用时，先把小车平台轨道上的对开式电炉9沿轨道2向两边推开，将构件10放置在平台上的构件支座12上，调整构件支座12的高度，使构件处于水平状态。关闭对开式电炉9，推动小车11使构件10对加载油缸5和压力传感器8对中后固定。

然后，选择具有所需刚度(设其刚度为K)的约束梁6，使其在约束梁就位支座15上水平就位。由试验机控制软件控制油缸5通过线加载压头14对约束梁6中心加载，达到所选择的试验荷载目标值p。此后对试验机实施力闭环控制，即在整个试验中油缸5保持输出力为常数p。

此时，因构件10产生轴向压缩变形而约束梁反力支座7悬空，调整约束梁反力支座7的高度，使其与约束梁6刚好接触(但支座反力为0)，加载油缸5的输出力读数p恰好与压力传感器8的读数p1相等。启动电炉9及控温系统，对构件10加热到所选目标温度值T并恒温。恒温的目的是使构件10内部温度均匀。由于构件10温度升高产生热膨胀，约束梁6以简支梁形式对构件10产生轴向约束力，该力即为受热构件10在约束梁6的约束下达到温度值T时的温度轴力，其值为压力传感器8的读数p1与油缸5(保持为常数的)输出力p之差。

在试验中，改变约束梁6的截面尺寸及跨度即约束梁的约束刚度K、温度值T和试验荷载目标值p，重复试验，即可得到构件10在不同情况下的温度轴力。对构件10进行台阶式升温和相应的恒温，一次试验可得到构件10在不同温度水平下的温度轴力。

取下约束梁6，直接使油缸5对构件10加载，对试验机选择力闭环控制，试验可得到最小温度轴力0(即约束梁的刚度K＝0时的温度轴力)。

取下约束梁6，直接使油缸5对构件10加载，对试验机实施变形闭环控制，即保持构件10端部变形为常数Δ(油缸5达到试验荷载目标值p时的构件变形)，试验可得到最大温度轴力(即约束梁的刚度K＝∝时的温度轴力)。

在试验中，如果不对油缸5输出的力实施闭环控制，而以低速加载，也可得到变载条件下的温度轴力，其值仍为压力传感器8的读数p1与油缸5输出力p之差。

本试验装置可直接测量构件的温度轴力，试验已包涵了构件的材料非线性、温度非线性和几何非线性等因素，测量结果准确。如果以试验数据建立了构件的温度轴力与其承载水平(构件试验荷载目标值p与构件的设计荷载之比)、构件的长细比、约束梁的刚度K和温度值T之间的关系，在实际结构中以结构力学确定所研究构件的总约束刚度后，很容易计算构件的温度轴力，大幅度提高建筑结构耐火设计与评估的计算精度。

Claims (6)

1.一种杆系结构构件温度轴力测量装置，包括压力试验机，所述压力试验机设有压力传感器(8)、构件就位装置(16)、加载油缸(5)及其控制系统和加热控温装置，构件(10)位于所述构件就位装置(16)上并置于所述加热控温装置中，其特征在于：所述压力试验机还包括一约束梁系统和由左横梁(3)、右横梁(4)和四立柱(1)构成的反力架，所述约束梁系统安装在所述加载油缸(5)的一侧，所述约束梁系统包括与所述构件(10)相互垂直的约束梁(6)及其就位支座(15)和约束梁反力支座(7)，所述就位支座(15)放置在所述反力架框内的地面上，所述约束梁反力支座(7)简支在所述左横梁(3)上，所述就位支座(15)和约束梁反力支座(7)分别设有高度调节装置，所述约束梁反力支座(7)设有跨度调节装置，所述约束梁(6)的两侧设有与其连成一体的线加载压头(14)并通过所述线加载压头(14)将所述加载油缸(5)和所述构件(10)安装在同一水平轴线上，所述压力传感器(8)安装在所述右横梁(4)的中心，所述约束梁的跨中中点、加载油缸(5)、构件(10)以及所述压力传感器(8)安装在同一水平轴线上。

2.根据权利要求1所述的杆系结构构件温度轴力测量装置，其特征在于：其中所述高度调节装置为一丝扣连接的伸缩杆，所述跨度调节装置设有一对相互配合的滑轨和滑槽，所述滑轨设在所述约束梁反力支座(7)的端部，所述滑槽设在所述左横梁(3)的内侧面上。

3.根据权利要求1或2所述的杆系结构构件温度轴力测量装置，其特征在于：其中所述加热控温装置包括对开式电炉(9)及其控温系统。

4.根据权利要求3所述的杆系结构构件温度轴力测量装置，其特征在于：其中所述构件就位装置(16)为一安装有轮子(13)的小车(11)，所述小车(11)上安装有用于承载所述构件(10)的构件支座(12)和用于移动所述电炉(9)的轨道(2)。

5.根据权利要求4所述的杆系结构构件温度轴力测量装置，其特征在于：其中所述约束梁(6)用弹簧钢制造。

6.根据权利要求5所述的杆系结构构件温度轴力测量装置，其特征在于：其中所述压力试验机包括一计算机控制系统，所述压力传感器(8)、加载油缸(5)和加热控温装置与所述计算机控制系统相连接。

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