CN101413938A - 约束柱抗火试验装置 - Google Patents
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Abstract
约束柱抗火试验装置，它涉及一种抗火试验装置。利用本发明通过在柱两端连接不同支座形式可以研究端部受到不同约束的柱子在火灾中的抗火性能、破坏形式，测量柱子在火灾中的膨胀变形量、膨胀变形受到的限制而产生的膨胀力。千斤顶安装在反力架顶梁上，约束梁设置在加载反力架内且与反力架顶梁平行，柱顶约束梁的两侧端面与加载反力架的两侧立柱分别留有空隙，反力架顶梁和柱顶约束梁通过两个约束杆连接，炉体设置在柱顶约束梁的下方，试验约束柱设置在炉体内。本发明能准确模拟梁柱不同的连接构造，通过试验炉升温，能够方便的研究端部受到约束的柱在火灾中的抗火性能和破坏形式，为结构抗火设计和消防工作提供了大量的可靠试验数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗火试验装置。
背景技术
柱是建筑结构中重要的竖向承重构件，承受并可靠传递竖向荷载，如果柱子在火灾中倒塌，将引起整个建筑物的整体破坏，造成不可估量的损失，所以研究建筑结构中柱子在火灾中的抗火性能，进行合理的抗火设计，具有重要的意义。现行建筑规范是这样考虑的：首先根据建筑物的重要性，确定柱子的耐火等级，根据耐火等级确定耐火极限，由耐火极限采取适当的构造措施。这种设计程序存在两方面的不足：一、柱子的耐火极限是由标准火实验得到的，在实验中没有考虑柱子的端部约束情况，柱子可以自由的膨胀变形，实际结构中柱子的膨胀变形是受到约束的，而且不同的梁柱连接形式，梁对柱的约束刚度也是不同的；二、仅根据构件的耐火极限采取被动的防火保护措施，没有考虑柱子在结构中的抗火性能，并在设计时进行考虑。大量的火灾事实证明，这种设计方法在实际工程中造成的后果是要么防火保护措施不足，要么造成大量浪费，所以研究端部受约束的柱子在火灾中的抗火性能和破坏形式，具有非常重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种约束柱抗火试验装置，利用这种装置可以研究端部受到不同约束的柱子在火灾中的抗火性能、破坏形式，测量柱子在火灾中的膨胀变形量、膨胀变形受到的限制而产生的膨胀力大小等。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明所述约束柱抗火试验装置包括加载反力架和千斤顶，所述试验装置还包括柱顶约束梁、两个约束杆、上支座、下支座、炉体和至少两个位移传感器，所述千斤顶安装在加载反力架的反力架顶梁上，柱顶约束梁水平设置在加载反力架内且与加载反力架的反力架顶梁平行，千斤顶位于反力架顶梁和柱顶约束梁之间，柱顶约束梁的两侧端面与加载反力架的两侧立柱分别留有空隙，反力架顶梁和柱顶约束梁通过两个约束杆连接，炉体设置在柱顶约束梁的下方，试验约束柱设置在炉体内，试验约束柱的上端穿出炉体的上壁，上支座位于柱顶约束梁与试验约束柱的上端面之间并与二者连接，下支座位于试验约束柱与地面之间，试验约束柱的下端面与地面通过下支座连接；所述至少两个位移传感器安装在上支座上。
本发明的有益效果是：本发明装置具有易于制作、经济性好、可操作性强、灵活性强等特点；炉体利用普通耐高温材料制作，造价低；本发明能够通过在柱两端连接不同支座形式而研究各种不同梁柱连接情况下柱的抗火性能，效果显著。本发明试验装置能够准确模拟梁柱不同的连接构造，通过试验炉升温，方便地研究端部受到约束的柱在火灾中的抗火性能和破坏形式，为结构抗火设计和消防工作提供了大量的可靠试验数据，适用于端部受到不同约束的柱在火灾下的抗火性能及破坏机理的研究工作，研究成果可以指导建筑结构的设计，提高建筑结构主动抗火能力，给建筑结构抗火设计提供建议，并对消防工作具有重要指导意义。
附图说明
图1为本发明的主视图，图2是图1的A-A剖视图，图3是图1的B-B剖视图，图4是图1的C部放大图，图5是柱端固接端板的结构示意图，图6为试验约束柱的热膨胀变形量图，图7为试验约束柱由于约束受限制而产生的热膨胀力图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～5所示，本实施方式所述约束柱抗火试验装置包括加载反力架1和千斤顶2，所述试验装置还包括柱顶约束梁3、两个约束杆4、上支座5、下支座6、炉体7和至少两个位移传感器8，所述千斤顶2安装在加载反力架1的反力架顶梁1-1上，柱顶约束梁3水平设置在加载反力架1内且与加载反力架1的反力架顶梁1-1平行，千斤顶2位于反力架顶梁1-1和柱顶约束梁3之间，柱顶约束梁3的两侧端面与加载反力架1的两侧立柱1-2分别留有空隙，反力架顶梁1-1和柱顶约束梁3通过两个约束杆4连接，炉体7设置在柱顶约束梁3的下方，试验约束柱10设置在炉体7内，试验约束柱10的上端穿出炉体7的上壁，上支座5位于柱顶约束梁3与试验约束柱10的上端面之间并与二者连接，下支座6位于试验约束柱10与地面之间，试验约束柱10的下端面与地面通过下支座6连接；所述至少两个位移传感器8安装在上支座5上。炉体7利用普通耐高温材料制作。所述加载反力架1由反力架顶梁1-1和两个立柱1-2组成，两个立柱1-2垂直设置，反力架顶梁1-1位于两个立柱1-2之间的上部，反力架顶梁1-1的两端与两上立柱1-2内侧壁分别固接。所述两个约束杆4均由上部螺杆4-1、下部螺杆4-3、若干个螺母4-2和力传感器9组成。所述若干个螺母4-2拧在上部螺杆4-1和下部螺杆4-3上，上部螺杆4-1通过力传感器9与下部螺杆4-3连接。当两个约束杆4外于松弛状态时，柱顶约束梁3处于自由活动状态，可以通过固定在支座上的位移传感器8测量柱在火灾中的膨胀变形。紧固两个约束杆4上的螺母，使柱顶约束梁3的位置固定不动，可以通过固定在柱顶约束梁的力传感器9测量由于热膨胀变形受到限制而产生的膨胀力，测量出试验约束柱10的膨胀力。
炉体7尺寸可以根据实验室条件和柱子尺寸确定，具有很大的灵活性；根据传热学原理选择燃烧器型号和数量，布置排烟系统，使炉内升温曲线满足设定升温曲线。柱端可以采取铰接、刚接等不同的支座形式，柱端、支座与约束梁通过螺栓可靠连接，以实现不同的梁柱连接形式。柱端连接铰接支座时，不紧固约束螺杆上的螺母，使约束梁处于自由活动状态，可以通过固定在柱顶支座上的位移传感器测量柱在火灾中的膨胀变形。紧固约束螺杆上的螺母，使约束梁的位置固定不动，可以通过固定在约束梁顶的力传感器测量由于热膨胀变形受到限制而产生的膨胀力。本发明在柱端连接不同的支座形式，通过是否紧固约束螺杆上的螺母可以限制约束梁的位置是否固定，达到给柱端施加不同约束的目的，让试验炉升温，从而研究端部受到不同约束的柱在火灾中抗火性能和破坏形式。
具体实施方式二：如图1～5所示，本实施方式所述试验装置还包括柱上端板15和柱下端板16，所述上支座5、下支座6分别可为刀口铰接支座，刀口铰接支座通过柱上端板15与试验约束柱10的上端面连接，刀口铰接支座通过柱下端板16与试验约束柱10的下端面连接。
具体实施方式三：如图1～5所示，本实施方式上支座5、下支座6均可为柱端固接端板。
具体实施方式四：如图1～5所示，本实施方式所述试验装置还包括柱上端板15，上支座5可为刀口铰接支座，下支座6可为柱端固接端板；刀口铰接支座通过柱上端板15与试验约束柱10的上端面连接。
具体实施方式五：结合附图1～7，对本发明的具体实施方式进一步说明：
1、本发明按以下步骤实施：(1)、根据实验室条件和拟研究柱尺寸按装置系统示意图安装。(2)、根据拟开展的试验目的具体情况，选择合适的柱端约束支座。(3)、根据具体情况，选择力、位移传感器并与约束螺杆等连接可靠。(4)、根据试验构件尺寸，构筑炉体，开展约束柱抗火试验研究。
2、具体操作如下：(1)、结合实验室内地面静力台座，按图1、图2装置系统图安装装置系统。(2)、根据将要进行试验的柱高(H＝3.3m)，以及在试验过程中柱端约束不允许破坏，所以不受火，我们设计了高X长X宽＝3.3mX1.5mX1.5m的炉体。由于预先估算了热膨胀力和热变形量，选择100T的拉压传感器和量程200mm的位移传感器，并按图1连接。(3)、根据实验目的，设计了图3刀口铰接支座和图4端板固接支座，进行了10个H型约束钢柱的试验研究，试验效果达到预期目标。(4)、图6为某次试验热膨胀变形量图，图7为某次试验由于约束而产生的热膨胀力。
工作原理：
安装加载反力架，把千斤顶和反力架顶梁可靠连接，通过两根约束杆4把柱顶约束梁与反力架顶梁连接，约束梁两端与反力架不连接(留有间隙)，并留有适当空隙保证约束梁可以自由活动，每根约束螺杆由两段组成，每段螺杆端部有螺纹，通过力传感器连接起来，力传感器放置于约束梁的顶部，根据实验室条件和研究构件尺寸确定炉体尺寸，用耐火材料构筑柱耐火炉体，并根据传热学原理选择燃烧器的数量，设置排烟道，使炉内升温曲线满足国际标准升温曲线。
本发明柱端部约束主要通过两种方式实现，即在柱端连接铰接支座和刚接支座：(1)柱两端连接铰接支座，支座与约束梁可靠连接，通过千斤顶给约束梁施加设计荷载，放松约束螺杆的螺母，让试验炉升温，可以测量柱的膨胀变形；如紧固约束螺杆的螺母，让试验炉升温，可以测量柱的约束热膨胀力。(2)柱两端连接固接支座，支座与约束梁可靠连接，通过千斤顶给约束梁施加设计荷载后，紧固约束螺杆的螺母，让试验炉升温，可以测量柱的约束热膨胀力。(3)柱一端连接固接支座，一端连接铰接支座，通过是否紧固约束螺杆的螺母，可以分别测量约束柱在火灾下的热膨胀变形和约束热膨胀力。
Claims (6)
1、一种约束柱抗火试验装置，所述试验装置包括加载反力架(1)和千斤顶(2)，其特征在于：所述试验装置还包括柱顶约束梁(3)、两个约束杆(4)、上支座(5)、下支座(6)、炉体(7)和至少两个位移传感器(8)，所述千斤顶(2)安装在加载反力架(1)的反力架顶梁(1-1)上，柱顶约束梁(3)水平设置在加载反力架(1)内且与加载反力架(1)的反力架顶梁(1-1)平行，千斤顶(2)位于反力架顶梁(1-1)和柱顶约束梁(3)之间，柱顶约束梁(3)的两侧端面与加载反力架(1)的两侧立柱(1-2)分别留有空隙，反力架顶梁(1-1)和柱顶约束梁(3)通过两个约束杆(4)连接，炉体(7)设置在柱顶约束梁(3)的下方，试验约束柱(10)设置在炉体(7)内，试验约束柱(10)的上端穿出炉体(7)的上壁，上支座(5)位于柱顶约束梁(3)与试验约束柱(10)的上端面之间并与二者连接，下支座(6)位于试验约束柱(10)与地面之间，试验约束柱(10)的下端面与地面通过下支座(6)连接；所述至少两个位移传感器(8)安装在上支座(5)上。
2、根据权利要求1所述的约束柱抗火试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括柱上端板(15)和柱下端板(16)，所述上支座(5)、下支座(6)分别可为刀口铰接支座，刀口铰接支座通过柱上端板(15)与试验约束柱(10)的上端面连接，刀口铰接支座通过柱下端板(16)与试验约束柱(10)的下端面连接。
3、根据权利要求1所述的约束柱抗火试验装置，其特征在于：所述上支座(5)、下支座(6)均可为柱端固接端板。
4、根据权利要求1所述的约束柱抗火试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括柱上端板(15)，上支座(5)可为刀口铰接支座，下支座(6)可为柱端固接端板；刀口铰接支座通过柱上端板(15)与试验约束柱(10)的上端面连接。
5、根据权利要求1所述的约束柱抗火试验装置，其特征在于：所述加载反力架(1)由反力架顶梁(1-1)和两个立柱(1-2)组成，两个立柱(1-2)垂直设置，反力架顶梁(1-1)位于两个立柱(1-2)之间的上部，反力架顶梁(1-1)的两端与两上立柱(1-2)内侧壁分别固接。
6、根据权利要求1所述的约束柱抗火试验装置，其特征在于：所述两个约束杆(4)均由上部螺杆(4-1)、下部螺杆(4-3)、若干个螺母(4-2)和力传感器(9)组成，所述若干个螺母(4-2)拧在上部螺杆(4-1)和下部螺杆(4-3)上，上部螺杆(4-1)通过力传感器(9)与下部螺杆(4-3)连接。
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