CN101408537A - 墙、柱、框架节点结构抗火通用试验装置 - Google Patents
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Abstract
墙、柱、框架节点结构抗火通用试验装置，它涉及一种抗火通用试验装置。利用本发明方便的研究高温下墙、柱、框架节点在高温下的抗火性能及破坏机理，指导建筑结构的设计，提高建筑结构的抗火能力。三个固定面与一个活动面围成四棱柱炉体；千斤顶安装在中间横梁的下端面上，炉体设置在由四个反力立柱、两个加载梁、两个边横梁、中间横梁形成的架体内，架体可以给墙、柱、框架节点施加荷载和约束，每个固定面和活动面的中部开有炉壁预留孔，在两个相对的固定面上由下至上设置若干个一体式燃烧器，油路管道分别与各个一体式燃烧器连接，在炉体的底部设置有排烟道。本发明具有易于制作、经济性好、通用性强等特点，适用于建筑结构在高温下抗火性能的研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗火通用试验装置。
背景技术
现行建筑结构设计规范的编写是建立在正常使用温度的基础之上，建筑火灾的考虑，只是根据构件的耐火极限采取一些防火保护措施，而这些措施在发生建筑火灾时常常又表现的过于保守或者根本不够，造成很大浪费或者产生巨大的危害。其根本原因就是确定构件耐火极限时，构件的边界条件与实际结构构件不相符合。建筑结构构件在服役过程中承受一定的荷载，构件之间相互连接并互相约束，当建筑物某一区域发生火灾(或者温度升高)，该区域的构件截面温度升高，承载力降低，同时与之相连的构件会对其提供复杂的约束。而确定构件耐火极限的标准耐火试验不考虑构件之间的约束以及构件在火灾过程中的抗火性能降低程度，主要关注构件的耐火极限，这就造成与实际情况不相符合。现有的试验技术或装置多为耐火试验技术。
随着高层建筑和大体量建筑的增多，建筑火灾频繁发生，对人们的生命和财产造成巨大威胁，现行规范在火灾面前表现出来的不适用现象越加引起了广大科学工作者的极大关注。为了减小火灾时结构倒塌造成的生命伤亡，必须研究清楚建筑结构、构件或构件连接部分在高温下的“抗火”性能及破坏机理，在进行建筑结构设计时考虑这些因素，使得建筑结构本身具有较强的抗火能力。这就需要改进现有耐火试验技术的不足，采用符合实际建筑结构构件的抗火试验装置。本发明墙、柱、框架节点结构抗火通用试验装置拟补了现有标准耐火试验技术的不足，能够很好的对建筑结构构件进行抗火性能和破坏机理的试验研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种符合建筑结构构件实际情况的墙、柱、框架节点结构抗火通用试验装置，利用这种装置可以方便的研究高温下墙、柱、框架节点在高温下的抗火性能及破坏机理，指导建筑结构的设计，提高建筑结构的抗火能力。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：本发明所述墙、柱、框架节点结构抗火通用试验装置由炉体升温部分和施加反力约束部分组成，炉体升温部分包括炉体、若干个一体式燃烧器、油路管道和排烟道；施加反力约束部分由四个反力立柱、两个加载梁、两个边横梁、中间横梁和千斤顶组成；所述炉体由三个固定面和一个活动面构成，三个固定面连接在一起，三个固定面与一个活动面围成四棱柱炉体；所述两个加载梁相对设置在两个反力立柱之间的上方，每个加载梁的两端面均与相对应的反力立柱连接，两个边横梁分别垂直设置在两个加载梁的下方的两侧，每个边横梁的两端分别与对应的加载梁的下端面连接，中间横梁平行设置在两个边横梁之间，中间横梁的两端与对应的加载梁的下端面连接，千斤顶安装在中间横梁的下端面上，炉体设置在由四个反力立柱、两个加载梁、两个边横梁、中间横梁形成的架体内，每个固定面和活动面的中部开有炉壁预留孔，在两个相对的固定面上由下至上设置有若干个一体式燃烧器，油路管道分别与各个一体式燃烧器连接，在炉体的底部设置有排烟道。
本发明具有以下有益效果：利用本发明可以给墙、柱、框架节点施加荷载和约束，方便的研究高温下墙、柱、框架节点在高温下的抗火性能及破坏机理，指导建筑结构的设计，提高建筑结构的抗火能力，并对消防工作具有重要指导意义；本发明装置具有易于制作、经济性好、通用性强等特点；本发明的具体优点体现在以下几个方面：1、改进了现有耐火试验技术与实际建筑结构构件约束不相符合的缺点，试验结果准确性高；2、可以灵活实现对墙、柱、框架节点结构构件抗火性能和破坏机理的研究，通用性强；3、本发明可利用控制软件通过电伺服阀可以实现多种升温曲线，自动控制性强；4、可以测量整个试验过程中构件变形、力、温度等性能参数；5、炉体尺寸可以灵活确定，炉体耐火材料可以根据实际情况选择，经济性高。
附图说明
图1是本发明俯视图，图2是图1的A-A部面图。
具体实施方式
如图1～2所示，本实施方式所述墙、柱、框架节点结构抗火通用试验装置由炉体升温部分和施加反力约束部分组成，炉体升温部分包括炉体20、若干个一体式燃烧器5、油路管道7和排烟道8；施加反力约束部分由四个反力立柱1、两个加载梁2、两个边横梁12、中间横梁11和千斤顶9组成；所述炉体20由三个固定面3和一个活动面6构成，三个固定面3连接在一起，三个固定面3与一个活动面6围成四棱柱炉体；所述两个加载梁2相对设置在两个反力立柱1之间的上方，每个加载梁2的两端面均与相对应的反力立柱1连接，两个边横梁12分别垂直设置在两个加载梁2的下方的两侧，每个边横梁12的两端分别与对应的加载梁2的下端面连接，中间横梁11平行设置在两个边横梁12之间，中间横梁11的两端与对应的加载梁2的下端面连接，千斤顶9安装在中间横梁11的下端面上，炉体20设置在由四个反力立柱1、两个加载梁2、两个边横梁12、中间横梁11形成的架体内，每个固定面3和活动面6的中部开有炉壁预留孔4，在两个相对的固定面3上由下至上均匀设置若干个一体式燃烧器5，油路管道7分别与各个一体式燃烧器5连接，在炉体20的底部设置有排烟道8。
本实施方式所述炉体升温部分还包括冷却水箱21冷却水管10，冷却水箱21通过冷却水管10与排烟道8连通。
所述本实施方式在一体式燃烧器以及冷却水管上都安装电子伺服阀，电子伺服阀通过电缆与计算机连接。
实施例：根据将要进行抗火性能试验的构件尺寸：柱高(H＝3.3m)和框架节点的尺寸(与节点相连的柱高H＝3.0m，与节点相连的梁长L＝1.35m，试验墙尺寸长×高＝3.3m×3.0m，最后确定炉体尺寸为：高×宽×厚＝3.3m×3.0m×2.0m。炉体四个侧面中间都设置了400mm×600mm的孔，炉壁四周设工字钢20做骨架，内壁采用200mm含锆耐火纤维棉。立柱采用500mm×500mm的H型钢，横梁采用钢板焊接而成高800mm的横梁。当进行墙体抗火性能试验时，移开炉体活动面6，在活动面6位置安装试验墙体，并与固定面3通过连接件连接可靠，在墙体顶部安装加载分配梁，调节边横梁12的位置，通过与中间横梁11、边横梁12相连的千斤顶给试验墙体顶部的加载分配梁施加荷载和约束，模拟建筑物墙体的受力状态，之后升温进行抗火性能试验研究。当进行柱的抗火性能研究时，炉体活动面(活动面6)与固定部分(固定面3)通过连接件可靠连接，调节约束横梁的高度，通过与中间横梁11相连的千斤顶9给柱子施加荷载和约束，模拟结构中柱的实际情况，炉体四面预留的孔可以用耐火材料封闭。当进行框架节点抗火性能研究时，首先移开炉体活动面6，把构件吊装就位，与节点相连的梁从炉壁矩形孔4伸出，把活动面6与固定面3可靠连接，安装中间横梁11、两个边横梁12，和千斤顶，通过千斤顶给框架柱和与框架节点相连的梁施加力和约束。在试验过程中，均在构件中部和顶部安装了位移传感器和热电偶，实时测量了构件在火灾中的性能变化，得到了大量可靠的数据。
工作原理：
炉体四面中部留有炉壁预留孔4(矩形孔)，框架节点梁可以从孔伸出，炉体可根据经济情况选择合适的耐火材料。炉体固定部分中的两个对立面上从下而上各均匀布置四个一体式燃烧器，油路管道与一体式燃烧器连接，燃烧器安装电子伺服阀通过电缆与计算机相连。排烟道位于炉体底部并通向实验室外，冷却水在炉体外面与烟道相连，冷却水管安装电子伺服阀，通过电缆与计算机相连。自行编制控制软件，通过计算机控制燃烧器的燃烧和冷却水的流通。在炉体四个角离开一定距离安装四个反力立柱，在两个方向均有加载横梁与之相连，中间横梁下连接千斤顶，通过千斤顶和横梁可以对结构构件施加符合实际情况的力和约束。
以上所述施加力和约束是这样实现的：当对墙进行抗火性能试验时(在墙体的上端面沿墙的方向安装加载梁)，移开炉体活动面，把试验墙体安装于炉体活动面位置与炉体固定部分上的连接件可靠连接，在墙体上部安装加载横梁和千斤顶，与建筑物中墙体所受的荷载和约束吻合。当进行柱的抗火性能研究时，炉体活动面与固定部分连接可靠，在柱顶部安装约束横梁和千斤顶，模拟结构中柱的实际情况，炉体四面预留的空可以用耐火材料封闭。当进行框架节点抗火性能研究时，首先移开炉体活动面，把构件吊装就位，与节点相连的梁从炉壁矩形孔伸出，把活动面与固定面可靠连接，安装约束横梁和千斤顶，在框架柱顶和与框架节点相连的梁施加力和约束。
当构件安装就位，施加完约束和力之后，在炉体内通过燃烧器燃烧燃料升温，这个过程可以利用自己编制的软件通过计算机自动控制。在试验过程中，为了实时的研究构件在不同的温度下的抗火性能，可以通过矩形孔以及特定位置预留的孔安装位移传感器和热电偶，测量构件的变形和温度。
Claims (3)
1、一种墙、柱、框架节点结构抗火通用试验装置，所述试验装置由炉体升温部分和施加反力约束部分组成，其特征在于：炉体升温部分包括炉体20、若干个一体式燃烧器(5)、油路管道(7)和排烟道(8)；施加反力约束部分由四个反力立柱(1)、两个加载梁(2)、两个边横梁(12)、中间横梁(11)和千斤顶(9)组成；所述炉体(20)由三个固定面(3)和一个活动面(6)构成，三个固定面(3)连接在一起，三个固定面(3)与一个活动面(6)围成四棱柱炉体；所述两个加载梁(2)相对设置在两个反力立柱(1)之间的上方，每个加载梁(2)的两端面均与相对应的反力立柱(1)连接，两个边横梁(12)分别垂直设置在两个加载梁(2)的下方的两侧，每个边横梁(12)的两端分别与对应的加载梁(2)的下端面连接，中间横梁(11)平行设置在两个边横梁(12)之间，中间横梁(11)的两端与对应的加载梁(2)的下端面连接，千斤顶(9)安装在中间横梁(11)的下端面上，炉体(20)设置在由四个反力立柱(1)、两个加载梁(2)、两个边横梁(12)、中间横梁(11)形成的架体内，每个固定面(3)和活动面(6)的中部开有炉壁预留孔(4)，在两个相对的固定面(3)上由下至上设置有若干个一体式燃烧器(5)，油路管道(7)分别与各个一体式燃烧器(5)连接，在炉体(20)的底部设置有排烟道(8)。
2、根据权利要求1所述的墙、柱、框架节点结构抗火通用试验装置，其特征在于：所述炉体升温部分还包括冷却水箱(21)和冷却水管(10)，所述冷却水箱(21)通过冷却水管(10)与排烟道(8)连通。
3、根据权利要求1所述的墙、柱、框架节点结构抗火通用试验装置，其特征在于：所述一体式燃烧器以及冷却水管上都安装电子伺服阀，电子伺服阀通过电缆与计算机连接。
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