CN107727681A - 一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置 - Google Patents

Abstract

一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，包括试验炉、边界约束装置、加载装置和反力架，钢筋混凝土板放置在试验炉上，反力架布置在试验炉四周及上方，边界约束装置设在反力架与钢筋混凝土板之间，所述钢筋混凝土板置于试验炉的倾斜上端口之上呈倾斜状态，反力架的反力梁所在面与试验炉的上端口倾斜一致，加载装置布置在钢筋混凝土板与倾斜的反力梁之间；试验炉的燃烧器安装孔也是倾斜的，并且连线平行于钢筋混凝土板。本发明研究了倾斜的钢筋混凝土板在受火时的行为规律，通过收集的实验数据进行分析进而指导在实际建造建筑时的抗火设计，提高其抗火性能。

Description

一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置

技术领域

本发明涉及一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，属于建筑结构防震减灾的技术领域。

背景技术

近年来，我国正处于经济快速发展时期，每年数十亿平方米的建筑不断建成，而大多数的建筑材料为钢筋混凝土，由于人在建筑使用过程中的错误使用或者外界的偶然因素造成火灾，那么钢筋混凝土结构建筑在火灾中的变化以及结构构件的稳定性对人类的财务及生命均有很大的影响，所以就需要研究钢筋混凝土结构及构件在火灾的性能变化。

钢筋混凝土楼板作为建筑结构主要的水平承载构件之一，不仅承受着较大的水平荷载，而且还起到了水平隔离的作用。当楼板下的柱子失取承载力，不再支撑梁，那么楼板就会有较大的竖向变形，但此时楼板不会突然坍塌，研究此时楼板是否可以继续承载以及承受多大的力才失效具有重大意义。

在已知的研究中，多为研究无倾斜的钢筋混凝土楼板，例如，一种千斤顶边界约束钢筋混凝土板抗火试验系统和连续钢筋混凝土板面内约束抗火试验系统，都是将钢筋混凝土试验楼板水平布置在试验炉装置上，之后在其上放置加载物进行的试验，但是，有时候倾斜的钢筋混凝土楼板才符合实际结构情况，可见，对倾斜一定角度的钢筋混凝土板的抗火性能的研究处于空白。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，可以在不同的倾斜角度、不同的约束边界及不同的垂直于板面的施加力下，研究钢筋混凝土板在受火的情况下的行为规律，通过收集的实验数据进行分析进而指导在实际建造建筑时的抗火设计，提高其抗火性能。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括试验炉、边界约束装置、加载装置和反力架，钢筋混凝土板放置在试验炉上，反力架布置在试验炉装置四周及上方，边界约束装置设在反力架与钢筋混凝土板之间，所述钢筋混凝土板置于试验炉的倾斜上端口之上呈倾斜状态，反力架的反力梁所在面与试验炉的上端口倾斜一致，加载装置布置在钢筋混凝土板与倾斜的反力梁之间；试验炉的燃烧器安装孔也是倾斜的，并且连线平行于钢筋混凝土板。

相比现有技术，本发明的一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，是设置不同的边界约束情况来模拟钢筋混凝土板位于不同位置时相邻构件对其的约束作用，与其它试验不同的是本发明的研究对象为倾斜的钢筋混凝土板，可以更改倾斜角度来研究不同的倾斜角度的钢筋混凝土板在受火的情况下的行为；另外，也可以通过加载装置更改钢筋混凝土板上的荷载，这样也可以了解在不同的荷载下倾斜的钢筋混凝土板的受火行为。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例中试验炉的俯视剖面图。

图2是本发明一个实施例中反力架的俯视图。

图3是图1中A-A的剖视图，其边界约束装置为简支支座，同时加载装置为千斤顶款。

图4是图1中A-A的剖视图，其边界约束装置为简支支座，同时加载装置为自调控款。

图5是图1中A-A的剖视图，其边界约束装置为固定支座，同时加载装置为空气囊款。

图6是本发明一个实施例中自调控款加载装置的结构示意图。

图7是本发明一个实施例中简支支座的俯视图。

图8是本发明一个实施例中固定支座的结构示意图。

图中，1、试验炉，1.1、炉体，1.2、炉底板，1.3、供油管道，1.4、一体式燃烧器，1.5、炉温热电偶，1.6、排烟通道，1.7、垂直钢板，2.1、约束梁，2.2、钢立柱，2.3、2.6、钢板，2.4、钢球，2.5、钢滚轴，3.1、槽型钢，3.2、螺旋柄，3.3、压力传感器，3.4、制动装置，3.5、千斤顶，4、控制及数据采集系统，5、钢筋混凝土板，6、燃油箱及燃油供给机构，7、岩棉，8.1、反力柱，8.2、反力梁支架，8.2.1、水平梁，8.2.2、斜梁。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1至图8示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，图中的一种倾斜的钢筋混凝土板5抗火试验装置，包括试验炉1、边界约束装置、加载装置、反力架和控制及数据采集系统4，钢筋混凝土板5放置在试验炉1上，反力架布置在试验炉1四周及上方，边界约束装置设在反力架与钢筋混凝土板5之间，所述钢筋混凝土板5置于试验炉1的倾斜上端口之上呈倾斜状态，反力架的反力梁所在面与试验炉1的上端口倾斜一致，加载装置布置在钢筋混凝土板5与倾斜的反力梁之间；试验炉1的燃烧器安装孔也是倾斜的，并且连线平行于钢筋混凝土板5。

参见图1，试验炉1包括炉体1.1、炉底板1.2、供油管道1.3、一体式燃烧器1.4、炉温热电偶1.5和排烟通道1.6。炉体1.1采用耐火材料保护，炉体1.1上设置有燃烧器安装孔，并且在炉体1.1上有排烟通道1.6；供油管道1.3环绕地设置在炉体1.1外部，供油管道1.3与燃油箱及燃油供给机构6连通；一体式燃烧器1.4的喷口面向炉体1.1内部设置，并穿过炉体1.1上的燃烧器安装孔安装在供油管道1.3上且与供油管道1.3连通，一体式燃烧器1.4与供油管道1.3的连接处安装连接有电子伺服阀及点火器；炉温热电偶1.5设置在炉体1.1内部。在钢筋混凝土板5安装时，由于需要将钢筋混凝土板5放置在炉体1.1的外炉墙上，为适应这种情况，钢筋混凝土板5板边需要向外延伸，也就是说需要将原来尺寸的钢筋混凝土板5放大，以满足要求。

为了保障炉体1.1与钢筋混凝土板5的紧密性，炉体1.1的外炉墙与钢筋混凝土板5边界之间的空隙用岩棉7填充。

为了防止本发明中的炉体1.1在试验过程中被烧坏，特此进行加护。炉体1.1的外炉墙为240mm砖墙，并在其上设置支座，在距其100mm处设置120mm的砖墙作为内炉墙，在其内侧贴岩棉7，在两道墙之间填充岩棉7。

参见图2，所述反力架包括反力梁支架8.2和反力柱8.1，反力梁支架8.2由若干平行间隔均匀排布的斜梁8.2.2和两个水平梁8.2.1构成，斜梁8.2.2与试验炉1的上端口倾斜一致并且连接于两个水平梁8.2.1之间，反力柱8.1的上端部连接于反力梁支架8.2的四个边角，其下端部支撑在试验炉1的四周地面上。

优选地，所述反力柱8.1以及用于与反力柱8.1连接的斜梁8.2.2上，沿各自长度方向开设有若干个相配合的连接孔。通过反力柱8.1与斜梁8.2.2上不同连接孔的配合，可以对反力架的倾斜角度进行调控。

结合图3、图4、图5和图6说明，因钢筋混凝土楼板是倾斜放置，为使钢筋混凝土楼板上荷载垂直于板面，特此设置一加载装置。加载装置有多种类型，本实施例中给出三种优选的结构形式：

其中一种加载装置是可自身调控，所述的加载装置由依次排布的槽型钢3.1、制动装置3.4、螺旋柄3.2和压力传感器3.3组成，制动装置3.4一端连接槽型钢3.1，制动装置3.4另一端与螺旋柄3.2连接，螺旋柄3.2的另一端安装压力传感器3.3，压力传感器3.3与制动装置3.4电连接，槽型钢3.1支撑反力梁，加载装置下端支撑在钢筋混凝土板5上。此加载装置通过自身带的制动装置3.4可以自调施加力，即当钢筋混凝土板5有变形时，加载装置所施加的力会有变化，此时该加载装置中的压力传感器3.3感知后，通过自身带的制动装置3.4旋转螺旋柄3.2来保持力不发生改变。

第二种加载装置是由千斤顶3.5和压力传感器3.3构成，压力传感器3.3与千斤顶3.5连接并固定在千斤顶3.5的柱塞端部，千斤顶3.5的缸体端部支撑在反力梁上，加载装置的压力传感器3.3支撑在钢筋混凝土板5上。当钢筋混凝土板5发生变形时，通过向千斤顶3.5供油来控制施加力的大小。

第三种加载装置是由耐火材料制成的平板和空气囊组成，耐火材料制成的平板置于钢筋混凝土板5之上，空气囊又置于平板与反力梁之间。此类型的加载装置是向空气囊充空气，利用反力架可向钢筋混凝土板5施加反力，以达到加载目的。进一步优选地，空气囊是由耐火材料制成，进一步改进，在空气囊下部有隔热板。更进一步地，还可以通过测得空气囊中的空气压强，得知施加在钢筋混凝土板5上的压力。

本实施例中，钢筋混凝土板5的边界约束包括两种形式，一种是固定支座，另一种是简支支座，根据不同的要求可设置不同的边界约束。参见图7，所述边界约束装置是简支支座，简支支座由钢球2.4和钢滚轴2.5构成，钢球2.4放置在钢滚轴2.5上，钢筋混凝土板5放在钢球2.4上。为防止边界约束装置为简支支座时，试验板在水平方向移动，可在炉体1.1的外炉墙顶部设置垂直钢板1.7来约束。参见图8，所述边界约束装置为固定支座，固定支座包括设置在钢筋混凝土板5边界的约束梁2.1以及设置在钢筋混凝土板5边角的四根钢立柱2.2，钢立柱2.2在端部预埋有钢板2.3再与约束梁2.1通过螺栓固定，值得指出的是约束梁2.1以及钢立柱2.2不受火。

优选地，据GB/T 50152-2012《混凝土结构试验方法标准》，为保证单位长度上的荷载，所述的钢球2.4和钢滚轴2.5直径尺寸设置为80～100mm；根据GB/T 9978.1-2008《建筑构件耐火试验方法》，所述的钢球2.4之间的距离取钢筋混凝土板5厚度的3～5倍。

由于钢筋混凝土板5与钢球2.4和钢滚轴2.5之间设置了钢板2.6，钢筋混凝土板5在安装就位时钢板2.6容易滑动，所以在钢筋混凝土板5的安装就位前，在钢球2.4和钢滚轴2.5之间放置高度比钢球2.4和钢滚轴2.5直径稍大的泡沫将钢板2.6垫高，钢筋混凝土板5就位后会将泡沫压密实，使钢板2.6与钢球2.4和钢滚轴2.5平稳接触并且不产生滑动，最后将泡沫抽出即可。

试验炉1的炉体1.1由耐火砖砌成，并可在边界约束装置为简支支座时设置为支座，可放置钢球2.4和钢滚轴2.5。

此外，控制及数据采集系统4包括中央处理器、火焰控制回路、温度采集回路、位移采集回路和应变采集回路，中央处理器与一体式燃烧器上的电子伺服阀及点火器连接；中央处理器与数据采集仪电连接，数据采集仪与炉温热电偶1.5电连接，数据采集仪与设计在钢筋混凝土楼板内部测量混凝土和钢筋温度的热电偶电连接；数据采集仪与设置在钢筋混凝土板5平面上的测量钢筋混凝土板5平面内及平面外位移的位移传感器电连接；数据采集仪与压力传感电连接；器数据采集仪与设置在钢筋混凝土板5内部的测量钢筋应变的应变片电连接。

本发明是设置不同的边界约束情况来模拟钢筋混凝土板5位于不同位置时相邻构件对其的约束作用，与其它试验不同的是本研究对象为倾斜的钢筋混凝土板5，可以更改倾斜角度来研究不同的倾斜角度的钢筋混凝土板5在受火的情况下的行为；另外，也可以通过加载装置更改楼板上的荷载，这样也可以了解在不同的荷载下倾斜的钢筋混凝土板5的受火行为；炉子内部有热电偶，可以实时检测炉温，同时亦可控制炉内温度，使其符合ISO834国际标准升温曲线；同时，在钢筋混凝土板5内有温度采集回路、位移采集回路以及应变采集回路，因此可以测量钢筋混凝土板5内混凝土和钢筋的温度、板平面内外位移及钢筋应变等参数。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，包括试验炉(1)、边界约束装置、加载装置和反力架，钢筋混凝土板(5)放置在试验炉(1)上，反力架布置在试验炉(1)四周及上方，边界约束装置设在反力架与钢筋混凝土板(5)之间，其特征是：所述钢筋混凝土板(5)置于试验炉(1)的倾斜上端口之上呈倾斜状态，反力架的反力梁所在面与试验炉(1)的上端口倾斜一致，加载装置布置在钢筋混凝土板(5)与倾斜的反力梁之间；试验炉(1)的燃烧器安装孔也是倾斜的，并且连线平行于钢筋混凝土板(5)。

2.根据权利要求1所述的一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，其特征是：所述反力架包括反力梁支架(8.2)和反力柱(8.1)，反力梁支架(8.2)由若干平行间隔均匀排布的斜梁(8.2.2)和两个水平梁(8.2.1)构成，斜梁(8.2.2)与试验炉(1)的上端口倾斜一致并且连接于两个水平梁(8.2.1)之间，反力柱(8.1)的上端部连接于反力梁支架(8.2)的四个边角，其下端部支撑在试验炉(1)的四周地面上。

3.根据权利要求2任一项所述的一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，其特征是：所述反力柱(8.1)以及用于与反力柱(8.1)连接的斜梁(8.2.2)上，沿各自长度方向开设有若干个相配合的连接孔。

4.根据权利要求1或2或3任一项所述的一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，其特征是：所述边界约束装置是简支支座，简支支座由钢球(2.4)和钢滚轴(2.5)构成，钢球(2.4)放置在钢滚轴(2.5)上，钢筋混凝土板(5)放在钢球(2.4)上。

5.根据权利要求4所述的一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，其特征是：所述的加载装置由依次排布的槽型钢(3.1)、制动装置(3.4)、螺旋柄和压力传感器(3.3)组成，制动装置(3.4)一端连接槽型钢(3.1)，制动装置(3.4)另一端与螺旋柄(3.2)连接，螺旋柄(3.2)的另一端安装压力传感器(3.3)，压力传感器(3.3)与制动装置(3.4)电连接，槽型钢(3.1)支撑反力梁，加载装置下端支撑在钢筋混凝土板(5)上。

6.根据权利要求4所述的一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，其特征是：所述加载装置由千斤顶(3.5)和压力传感器(3.3)构成，压力传感器(3.3)与千斤顶(3.5)连接并固定在千斤顶(3.5)的柱塞端部，千斤顶(3.5)的缸体端部支撑在反力梁上，加载装置的压力传感器(3.3)支撑在钢筋混凝土板(5)上。

7.根据权利要求1或2或3任一项所述的一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，其特征是：所述边界约束装置为固定支座，固定支座包括设置在钢筋混凝土板(5)边界的约束梁(2.1)以及设置在钢筋混凝土板(5)边角的四根钢立柱(2.2)，钢立柱(2.2)在端部预埋有钢板(2.3)再与约束梁(2.1)通过螺栓固定。

8.根据权利要求6所述的一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，其特征是：所述加载装置由耐火材料制成的平板和空气囊组成，耐火材料制成的平板置于钢筋混凝土板(5)之上，空气囊又置于平板与反力梁之间。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种倾斜的钢筋混凝土板抗火试验装置，其特征是：在所述试验炉(1)的炉体(1.1)内侧设置岩棉(7)；在钢筋混凝土板(5)与试验炉(1)顶部之间填充岩棉(7)。