CN102901648A - 一种用于柱抗火试验的约束装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于柱抗火试验的约束装置，包括加载反力架、千斤顶、负荷传感器、约束框架、升温炉、测柱产生约束力装置及若干个位移计，特点是约束框架包括两个相互呈十字交叉设置且通过螺栓副固定连接的矩形框架，矩形框架包括水平设置的上约束梁、下约束梁和约束柱，上约束梁位于钢梁下端，千斤顶和负荷传感器依次设置在钢梁与上约束梁之间，测柱产生约束力装置和升温炉依次设置在上约梁与下约束梁之间，升温炉内设置有试验柱，试验柱的上端穿出升温炉与测柱产生约束力装置连接，其下端穿出升温炉与下约束梁连接，优点是占地面积小，易于制作，使用方便灵活、可操作性强，安全可靠，同时可有效提供平面外刚度，实现偏心荷载作用下试验研究。

Description

一种用于柱抗火试验的约束装置

技术领域

本发明涉及一种用于柱抗火试验的约束装置。

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载荷，当建筑物遭遇火灾时，柱的抗火性能对结构整体安全性将起到至关重要的作用，承重柱的耐火极限对建筑结构整体的抗倒塌能力具有决定性影响。因此，研究火灾下柱的受力性能，提出合理的抗火设计方法，对保证火灾下结构的性能与整体安全具有重要意义。在实际结构当中，柱不可避免地与框架梁、楼板等构件相连，成为事实上的约束构件。由于柱端轴向约束与侧向约束的存在，将使柱在火灾升温和降温过程中，表现出与不受约束的独立构件完全不同的受力特点。然而现在大多数研究主要是对独立构件进行研究，主要存在以下方面的不足：在实验中的独立构件在升温过程中可以自由膨胀变形，未受到周围构件的约束，从而不产生温度应力，然而在实际建筑中，柱子的膨胀变形时受到周围构件的约束的，从而产生温度应力。抗火试验中，为模拟柱在火灾下的真实受力，需在柱端施加一定程度的约束，合理可行的约束装置的对柱抗火性能的研究具有重要意义。

现有的中国专利名称为约束柱抗火试验装置（申请号200810209577.8）公开了一种抗火试验装置，该装置包括加载反力架、千斤顶柱顶约束梁、两个约束杆、位移传感器，

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，但是该装置存在如下缺陷：（1）该装置占地面积大并且不可灵活调整大小尺寸；（2）没有考虑到防护因素，当该荷载大于试验装置能够承担的最大荷载时，使得试验装置产生破坏，并对试验者的人身安全构成危险；（3）该装置由于约束梁与两个约束杆位于同一平面上，不能提供平面外刚度，不能实现对偏心荷载作用下的试验研究，导致试验结果不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种占地面积小，易于制作，使用方便灵活、可操作性强，安全可靠的，同时可以有效提供平面外刚度，实现偏心荷载作用下试验研究的一种用于柱抗火试验的约束装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于柱抗火试验的约束装置，包括加载反力架、千斤顶、负荷传感器、约束框架、升温炉、测柱产生约束力装置及若干个位移计，所述的加载反力架主要由一根水平设置的钢梁和两根垂直设置的钢柱围成，所述的约束框架包括两个相互呈十字交叉设置且通过螺栓副固定连接的矩形框架，所述的矩形框架包括水平设置的上约束梁、下约束梁和两根垂直设置的约束柱，所述的上约束梁位于所述的钢梁下端，所述的千斤顶和所述的负荷传感器由上到下依次设置在所述的钢梁与所述的上约束梁之间，所述的测柱产生约束力装置和所述的升温炉由上到下依次设置在所述的上约梁与所述的下约束梁之间，所述的升温炉内设置有试验柱，所述的试验柱的上端穿出所述的升温炉与所述的测柱产生约束力装置连接，所述的试验柱的下端穿出所述的升温炉与所述的下约束梁连接。

两根所述的约束柱的上端端面分别与所述的上约束梁的底面通过第一双头螺栓连接且所述的约束柱的上端端面与所述的上约束梁的底面之间留有一定的空隙，两根所述的约束柱的下端分别与所述的下约束梁的相应端部连接。矩形框架中上约束梁与约束柱通过双头螺栓连接，方便调整空隙的距离，更好的满足不同试件的高度要求，同时实现此装置提供不同的约束刚度。

所述的钢梁位于两个所述的矩形框架的纵向对称面上。使约束装置整体受力均匀，结构稳固。

所述的钢梁的两侧端面与所述的钢柱内侧壁分别通过第一螺栓副固定连接，所述的钢柱内侧壁上纵向均布有若干个螺杆孔道。试验时，将加载反力架中的钢梁通过螺栓副与预留的不同螺杆孔道固定连接， 从而上下调整高度，来适应不同的试件高度。

所述的钢梁的下表面与所述的千斤顶之间设置有第一钢端板，所述的千斤顶与所述的负荷传感器之间设置有第二钢端板，所述的负荷传感器的底部对称设置有四根短钢杆，所述的短钢杆的下端与所述的上约束梁之间设置有第三钢端板，所述的短钢杆上设置有第一位移计。设置的短钢杆与各个钢端板用来使试验柱平稳放置，有效均匀受力。

所述的约束装置还包括防护装置，所述的防护装置包括两个相互呈十字交叉设置且通过第二螺栓副固定连接的防护框架，所述的防护框架主要由水平设置的上防护梁和下防护梁组成，所述的上防护梁的端部与所述的下防护梁的相应端部分别通过第二双头螺栓固定连接，所述的上防护梁设置在所述的钢梁和所述的千斤顶之间，所述的下防护梁设置在所述的上约束梁与所述的测柱产生约束力装置之间。可以有效预防因为温度过高或者加载试件上的荷载过大，导致试件破坏而失去承载力，而对试验装置产生破坏的可能性，使得施加在试件上的荷载有效的由防护装置承担，防止试验装置破坏。防护装置中用到了双头螺栓，有利于两根下防护梁与约束框架中的试验柱顶约束梁有效接触，方便调整两个上防护梁和两根下防护梁之间的距离。

所述的测柱产生约束力装置包括第二负荷传感器、铁质垫块及套设在所述的第二负荷传感器和所述的铁质垫块外的钢套筒，所述的第二负荷传感器位于所述的铁质垫块上，所述的铁质垫块的下端伸出所述的钢套筒外，所述的铁质垫块的下端面与所述的试验柱连接，所述的钢套筒的上端面与所述的上约束梁连接，所述的钢套筒的外表面设置有第二位移计。测柱产生约束力装置的用途是，测量施加在试件上的力，该力包括两部分。其一为千斤顶施加在试件装置上的力；其二为由于试件在高温中，并且试件是在约束情况下，会产出相应的温度应力，其中钢套筒起到约束作用，即约束铁质垫块不会发生较大错动，起到稳定装置的作用；负荷传感器测量在试件上的千斤顶施加的力和温度应力两者的合力；铁质垫块使得负荷传感器的端部能够平稳放置，测量数据更加准确；位移计：测量试件在高温和荷载作用下，并在约束情况下的产生的位移。             

所述的钢套筒与所述的上约束梁之间设置有第四钢端板，所述的铁质垫块与所述的试验柱之间设置有第五钢端板，所述的试验柱与所述的下约束梁之间设置有第六钢端板。出于经济和现实因素，约束框架中的约束梁的横截面不能过大，然而试验柱的横截面可能会很大，钢端板既可以使试验柱在约束梁上放的下，放的平稳，也可以使试验柱和约束梁有效连接，从而使器件平稳放置，有效受力。

所述的第一螺栓副、所述的第二螺栓副和所述的第三螺栓副均包括螺杆和螺帽，所述的螺杆通过相应的螺杆孔道与所述的螺帽相螺接。

所述的第一双头螺栓和所述的第二双头螺栓军包括螺柱和螺母，所述的螺柱通过相应的螺柱孔道与所述的螺母相螺接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）装置占地面积灵活调整。本发明的用于柱抗火试验的约束装置，根据升温炉的不同尺寸大小，约束装置可以灵活调整尺寸大小。主要是通过约束框架和加载反力架的大小来改变约束柱试验装置占地面积。

（2）提高实验的安全性。本发明的用于柱抗火试验的约束装置，设置了防护措施，可有效预防实验当中出现的意外，提高了实验的安全系数。试件在高温中并在荷载作用下，可能发生完全破坏，导致试件完全失去了承载力，本来施加在试件上的荷载由实验装置承担，当该荷载大于试验装置能够承担的最大荷载时，使得试验装置产生破坏，并对试验者的人身安全构成危险。设置了防护装置，可以有效预防因为温度过高或者加载试件上的荷载过大，导致试件破坏而失去承载力，而对试验装置产生破坏的可能性，使得施加在试件上的荷载有效的由防护装置承担，防止试验装置破坏。

（3）提高实验的灵活性。本发明的用于柱抗火试验的约束装置，可以满足试验在约束情况下的不同需求。由于约束框架中的矩形框架呈十字形布置，可以有效提供平面内刚度和平面外刚度。试验柱在约束情况下都能得到不同试验情况需求，如轴心受压情况和偏心受压情况，更能全面得到试验数据。

（4）放宽了相关仪器设备的要求。本发明的用于柱抗火试验的约束装置，根据试验者所能提够的仪器设备，可相应改变约束装置尺寸大小，更符合不同试验者的实际情况。

综上所述，本发明的用于柱抗火试验的约束装置具有占地面积可灵活调整、易于制作、使用方便灵活、可操作性强、安全可靠、经济性好、相关仪器设备要求宽松的特点，由约束框架、外框架、安全装置、升温炉、千斤顶、负荷传感器、测柱产生约束力装置、若干位移传感器等构成，各装置协调工作，能有效保证试验顺利进行。

本发明能够通过调整约束柱的间距来获得不同的约束程度，从而研究在不同约束程度下试验柱的抗火性能，其效果显著，同时该约束装置能够准确模拟不同的约束程度，通过升温炉升温，方便地研究端部受到约束的试验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够了大量的可靠地研究数据，其研究成果可以知道建筑结构的抗火设计，提高建筑结构主动抗火性能，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，为约束柱抗火试验装置在实验研究领域中的应用提供技术支持。

附图说明

图1为本发明用于柱抗火试验的约束装置的结构示意图；

图2为本发明用于柱抗火试验的约束装置的正视图；

图3为本发明用于柱抗火试验的约束装置的俯视图；

图4为图2中A部局部放大图；

图5为图2中B部局部放大图；

图6为本发明的防护装置的结构示意图；

图7为图6的A-A′截面剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

具体实施例

本发明一种用于柱抗火试验的约束装置，如图1和图2所示，包括加载反力架1、千斤顶2、负荷传感器3、约束框架4、升温炉5、测柱产生约束力装置6及若干个位移计7（见图4所示），加载反力架1主要由一根水平设置的钢梁8和两根垂直设置的钢柱9围成，约束框架4包括两个相互呈十字交叉设置且通过第三螺栓副（图中未显示）固定连接的矩形框架，矩形框架包括水平设置的上约束梁10、下约束梁11和两根垂直设置的约束柱12，上约束梁10位于钢梁8下端，千斤顶2和负荷传感器3由上到下依次设置在钢梁8与上约束梁10之间，测柱产生约束力装置6和升温炉5由上到下依次设置在上约梁10与下约束梁11之间，升温炉5内设置有试验柱35，试验柱35的上端穿出升温炉5与测柱产生约束力装置6连接，试验柱35的下端穿出升温炉5与下约束梁11连接。

在此具体实施例中，如图2和图3所示，约束框架4中每个矩形框架的两根约束柱12的上端端面分别与上约束梁10的底面通过第一双头螺栓13连接且约束柱12的上端端面与上约束梁10的底面之间留有一定的空隙，两根约束柱12的下端分别与下约束梁11的相应端部连接。

在此具体实施例中，如图3所示，钢梁8位于两个矩形框架的纵向对称面上；钢梁8的两侧端面与钢柱9内侧壁分别通过第一螺栓副14固定连接，钢柱9内侧壁上纵向均布有若干个螺杆孔道（图中未显示）。如图2所示，钢梁8的下表面与千斤顶2之间设置有第一钢端板15，千斤顶2与负荷传感器3之间设置有第二钢端板16，负荷传感器3的底部对称设置有四根短钢杆17，短钢杆17的下端与上约束梁10之间设置有第三钢端板18，短钢杆17上设置有第一位移计（图中未显示）。

在此具体实施例中，如图1、图6和图7所示，约束装置还包括防护装置19，防护装置19包括两个相互呈十字交叉设置且通过第二螺栓副20固定连接的防护框架，每个防护框架主要由水平设置的上防护梁21和下防护梁22组成，上防护梁21的端部与下防护梁22的相应端部分别通过第二双头螺栓23固定连接，上防护梁21设置在钢梁8和千斤顶2之间，下防护梁22设置在上约束梁10与测柱产生约束力装置6之间。

在此具体实施例中，如图4所示，测柱产生约束力装置6包括第二负荷传感器25、铁质垫块26及套设在第二负荷传感器25和铁质垫块26外的钢套筒24，第二负荷传感器25位于铁质垫块26上，铁质垫块26的下端伸出钢套筒24外，铁质垫块26的下端面与试验柱35连接，钢套筒24的上端面与上约束梁10连接，钢套筒24的外表面设置有第二位移计（图中未显示）。如图2和图4所示，钢套筒24与上约束梁10之间设置有第四钢端板27，铁质垫块26与试验柱35之间设置有第五钢端板28，试验柱35与下约束梁11之间设置有第六钢端板29（如图2所示）。

在此具体实施例中，第一螺栓副14、第二螺栓副20和第三螺栓副均包括螺杆30和螺帽31，被连接构件设置有螺杆孔道，螺杆30通过相应的螺杆孔道与螺帽31相螺接，螺杆30的帽端与被连接构件之间及螺帽31与被连接件之间分别设置有第一垫圈32，如图5所示，螺杆孔道的直径比螺杆30的直径大1-2毫米。

在此具体实施例中，第一双头螺栓13和第二双头螺栓23包括螺柱33、螺母34，被连接构件设置有螺柱管道，螺柱33穿过螺柱孔道与螺母34相螺接，螺柱33的螺母34与被连接件构件之间设置有第二垫圈35（如图6所示），螺柱孔道的直径比螺柱33的直径大1-2毫米。

各装置的尺寸大小根据具体情况自行决定。各装置的尺寸大小见图1。

结合附图，对本发明的具体实施方式进一步说明：

本发明按以下步骤实施：

（1）根据实验条件和拟研究柱尺寸按装置系统示意图安装；

（2）根据拟展开的试验目的具体情况，调整合适的约束程度；

（3）根据试验构件尺寸，选择升温炉，开展约束柱抗火试验研究。

上述实施例及附图只是对本发明的进一步详细说明，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种用于柱抗火试验的约束装置，包括加载反力架、千斤顶、负荷传感器、约束框架、升温炉、测柱产生约束力装置及若干个位移计，所述的加载反力架主要由一根水平设置的钢梁和两根垂直设置的钢柱围成，其特征在于：所述的约束框架包括两个相互呈十字交叉设置且通过螺栓副固定连接的矩形框架，所述的矩形框架包括水平设置的上约束梁、下约束梁和两根垂直设置的约束柱，所述的上约束梁位于所述的钢梁下端，所述的千斤顶和所述的负荷传感器由上到下依次设置在所述的钢梁与所述的上约束梁之间，所述的测柱产生约束力装置和所述的升温炉由上到下依次设置在所述的上约梁与所述的下约束梁之间，所述的升温炉内设置有试验柱，所述的试验柱的上端穿出所述的升温炉与所述的测柱产生约束力装置连接，所述的试验柱的下端穿出所述的升温炉与所述的下约束梁连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于柱抗火试验的约束装置，其特征在于：所述的约束柱的上端端面分别与所述的上约束梁的底面通过第一双头螺栓连接且所述的约束柱的上端端面与所述的上约束梁的底面之间留有一定的空隙，两根所述的约束柱的下端分别与所述的下约束梁的相应端部连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于柱抗火试验的约束装置，其特征在于：所述的钢梁位于两个所述的矩形框架的纵向对称面上。

4.根据权利要求3所述的一种用于柱抗火试验的约束装置，其特征在于：所述的钢梁的两侧端面与所述的钢柱内侧壁分别通过第一螺栓副固定连接，所述的钢柱内侧壁上纵向均布有若干个螺杆孔道。

5.根据权利要求1所述的一种用于柱抗火试验的约束装置，其特征在于：所述的钢梁的下表面与所述的千斤顶之间设置有第一钢端板，所述的千斤顶与所述的负荷传感器之间设置有第二钢端板，所述的负荷传感器的底部对称设置有四根短钢杆，所述的短钢杆的下端与所述的上约束梁之间设置有第三钢端板，所述的短钢杆上设置有第一位移计。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于柱抗火试验的约束装置，其特征在于：所述的约束装置还包括防护装置，所述的防护装置包括两个相互呈十字交叉设置且通过第二螺栓副固定连接的防护框架，所述的防护框架主要由水平设置的上防护梁和下防护梁组成，所述的上防护梁的端部与所述的下防护梁的相应端部分别通过第二双头螺栓固定连接，所述的上防护梁设置在所述的钢梁和所述的千斤顶之间，所述的下防护梁设置在所述的上约束梁与所述的测柱产生约束力装置之间。

7.根据权利要求6所述的一种用于柱抗火试验的约束装置，其特征在于：所述的测柱产生约束力装置包括第二负荷传感器、铁质垫块及套设在所述的第二负荷传感器和所述的铁质垫块外的钢套筒，所述的第二负荷传感器位于所述的铁质垫块上，所述的铁质垫块的下端伸出所述的钢套筒外，所述的铁质垫块的下端面与所述的试验柱连接， 所述的钢套筒的上端面与所述的上约束梁连接，所述的钢套筒的外表面设置有第二位移计。

8.根据权利要求7所述的一种用于柱抗火试验的约束装置，其特征在于：所述的钢套筒与所述的上约束梁之间设置有第四钢端板，所述的铁质垫块与所述的试验柱之间设置有第五钢端板，所述的试验柱与所述的下约束梁之间设置有第六钢端板。

9.根据权利要求8中任一项所述的一种用于柱抗火试验的约束装置，其特征在于：所述的第一螺栓副、所述的第二螺栓副和所述的第三螺栓副均包括螺杆和螺帽，所述的螺杆通过相应的螺杆孔道与所述的螺帽相螺接。

10.根据权利要求8中任一项所述的一种用于柱抗火试验的约束装置，其特征在于：所述的第一双头螺栓和所述的第二双头螺栓军包括螺柱和螺母，所述的螺柱通过相应的螺柱孔道与所述的螺母相螺接。

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