CN109030236A - 一种城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置及试验方法，属于城市地下综合管廊结构火灾行为试验领域，包括综合管廊试件、反力装置、竖向千斤顶、水平千斤顶、加热连接装置、电加热板及耐高温摄像装置，本发明可模拟管廊内部遭受火灾时的真实荷载环境，竖向千斤顶施加竖向荷载模拟顶板覆土荷载作用；水平千斤顶对两侧墙板施加水平荷载模拟管廊两侧墙板土压力作用；电加热板及加热连接装置将火荷载传入管廊内部模拟真实火灾作用；在管廊内部设置可自由转动的耐高温摄像装置，观测火灾作用下内部混凝土破坏现象。本发明可进行管廊结构火灾行为全过程试验研究，可检验管廊结构承载能力及耐火性能，对管廊结构火灾行为下结构承载安全可进行深入研究。
Description
技术领域
本发明属于城市地下综合管廊结构火灾行为试验领域，尤其涉及一种城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置及试验方法。
背景技术
城市地下综合管廊，是将燃气、电力、电信、给排水等两种或两种以上的生命线工程集中设置于同一人工空间中所形成的现代化、集约化的城市生命线基础设施。其内部电线短路、燃气泄漏、维修时不慎引燃、电热效应等都会引起火灾，使管廊结构温度上升，承载能力下降，温度上升到一定程度时，管廊结构失效，产生极大的危害。随着我国管廊建设进入快速发展阶段，城市地下综合管廊的火灾行为试验研究已经是迫在眉睫的事情。
目前管廊结构的试验研究方法可概括为两类：一是进行管廊结构的承载能力试验研究，对其加以竖向及水平荷载，测量其力学性能；另一类是进行管廊火灾烟气弥漫及消防设计研究。上述两类试验研究方法均有其局限性，无法同时进行管廊结构力与高温共同耦合作用试验研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对目前的试验研究方法中存在的无法同时进行管廊结构力与高温共同耦合作用试验研究的问题，本发明提供一种城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置及试验方法。
具体本发明采用如下的技术方案：
本发明提出了一种城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置，其特征在于，包括反力装置、力加载装置、高温加载装置及综合管廊试件，
所述综合管廊试件为标准单节单仓城市地下综合管廊，其为钢筋混凝土结构，综合管廊试件的端部截面为矩形，综合管廊试件设置在反力装置内部；
所述反力装置是由反力横梁、反力侧墙及反力台座焊接而成的闭合框架式结构；
所述力加载装置包括竖向千斤顶和水平千斤顶，竖向千斤顶均匀布置在综合管廊试件的顶板上，用于模拟覆土均布荷载；水平千斤顶分布在综合管廊试件的两侧墙板上，且两侧墙板上的水平千斤顶呈对称设置，处在同一侧墙板呈上下布置的水平千斤顶为一组，且在同一侧墙板上设置有多组水平千斤顶，用于模拟墙板两侧自上而下随埋深荷载不断增大的土压力；
所述高温加载装置包括加热连接装置及电加热板，加热连接装置设置在综合管廊试件的端部，加热连接装置由铁板及角钢焊接呈凹型，中部开洞，洞口尺寸与综合管廊试件的端部尺寸一致；电加热板设置在加热连接装置的外部，电加热板和加热连接装置通过U型卡卡在一起形成紧密连接；
所述耐高温摄像装置为布置在综合管廊试件内部的耐高温摄像装置，其镜头可自由旋转。
所述综合管廊试件分为整浇式管廊和装配叠合式管廊，整浇式管廊即一次浇筑成型，装配叠合式管廊则为预制顶板、底板及两侧墙板，进行二次浇筑，装配组合成型。
在所述反力台座上布置有钢垫块，用于使得综合管廊试件的顶板与底板所受荷载大小一致，方向相反。
所述加热连接装置内部填装有最高可耐1000℃的耐高温的陶瓷纤维毯。
所述耐高温摄像装置型号为YB－FL800G，耐高温可达2000℃。
本发明还提出了一种城市地下综合管廊结构火灾行为试验方法，其特征在于，该方法采用所述的城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置，具体包括如下步骤：
1)常温加载阶段
吊装综合管廊试件至试验指定位置，安装加热连接装置及电加热板，使用U型卡将加热连接装置及电加热板进行固定；在室温下，启动竖向千斤顶对综合管廊试件的顶板进行分级加载，加载至顶板覆土荷载设计值；启动水平千斤顶对综合管廊试件两侧墙板进行加载，分别加载至埋置深度土压力荷载设计值；
2)恒载升温阶段
保持各竖向千斤顶及各水平千斤顶荷载不变，启动电加热板，按照ISO834标准升温曲线对综合管廊试件进行高温加载；
3)恒载降温阶段
关闭电加热板，保持各竖向千斤顶及各水平千斤顶荷载不变，采取降温措施，等待综合管廊试件内部温度完全降至室温；
4)火灾后加载阶段
保持室温，分级增大各竖向千斤顶及各水平千斤顶荷载，直至综合管廊试件的结构失效，其无法继续承载、持荷，此时综合管廊试件的荷载值即为结构火灾后极限承载力。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：与目前现有的管廊试验研究装置相比，本发明可使管廊承受力与高温共同作用，荷载设置合理，符合城市地下管廊结构所遭受的覆土荷载、侧面土压力及内部火荷载，真实模拟了管廊火灾行为，且试验装置具有构造简单、使用方便及设计合理等优点，具有较高的经济效益，填补了管廊火灾行为试验研究领域的空白，结合具体试验可揭示城市地下综合管廊结构发生火灾时温度的变化规律及结构的劣化程度，对管廊结构安全问题的探讨研究具有深远意义。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置的示意图；
图2为本发明实施例中城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置内部示意图；
图3为本发明实施例中加热连接装置示意图。
图中各标记如下：1-反力横梁、2-反力侧墙、3-反力台座、4-综合管廊试件、5-竖向千斤顶、6-水平千斤顶、7-加热连接装置、8-电加热板、9-U型卡、10-耐高温摄像装置、11-钢垫块。
具体实施方式
为了更清楚地表明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。为了避免混淆本发明的实质,公知的方法、过程及流程并没有详细的叙述。
如图1、图2及图3所示，城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置主要包括四个部分，分别为反力装置、力加载装置、高温加载装置及综合管廊试件4。
所述综合管廊试件4为标准单节单仓城市地下综合管廊，其为钢筋混凝土结构，综合管廊试件4的端部截面为矩形，综合管廊试件4分为整浇式管廊和装配叠合式管廊，整浇式管廊即一次浇筑成型，装配叠合式管廊则为预制顶板、底板及两侧墙板，进行二次浇筑，装配组合成型，本试验装置可对这两类管廊进行火灾行为试验研究。
所述反力装置是进行管廊火灾行为试验研究的骨架结构，反力装置包括反力横梁1、反力侧墙2及反力台座3，反力装置为反力横梁1、反力侧墙2及反力台座3焊接而成的闭合框架式结构，形成综合管廊试件4力加载空间；并在反力台座3上布置钢垫块11，使得综合管廊试件4的顶板与底板所受荷载大小一致，方向相反，符合真实受力情况。
所述力加载装置包括竖向千斤顶5和水平千斤顶6，竖向千斤顶5均匀布置在综合管廊试件4的顶板上，用于模拟覆土均布荷载；水平千斤顶6分布在综合管廊试件4的两侧墙板上，且两侧墙板上的水平千斤顶6呈对称设置，处在同一侧墙板呈上下布置的水平千斤顶6为一组，且在同一侧墙板上设置有多组水平千斤顶6，用于模拟墙板两侧自上而下随埋深荷载不断增大的土压力；
所述高温加载装置包括加热连接装置7及电加热板8，在综合管廊试件4端部设置加热连接装置7，在加热连接装置7外部安放有电加热板8，并用U型卡9卡住加热连接装置7及电加热板8，使加热连接装置7和电加热板8紧密连接，高温加载装置缝隙处使用最高可耐1000℃的耐高温的陶瓷纤维毯进行封闭处理，防止热量损失。
其中加热连接装置7由铁板及角钢焊接呈凹型，中部开洞，洞口尺寸与综合管廊试件4的端部尺寸一致，内部填装有最高可耐1000℃的耐高温的陶瓷纤维毯，使得热量从洞口处进入综合管廊试件4内部，达到综合管廊试件4内部受火的效果。
耐高温摄像装置10为布置在综合管廊试件4内部的耐高温摄像装置，型号为YB－FL800G，耐高温可达2000℃，其镜头可自由旋转，观察高温作用下，综合管廊试件4内部混凝土的爆裂及破坏现象。
本发明试验装置可按照下列步骤进行试验研究：
1)常温加载阶段
此阶段为管廊结构进行外力加载阶段，吊装综合管廊试件4至试验指定位置，安装加热连接装置7及电加热板8，使用U型卡9对加热连接装置7及电加热板8进行固定；在室温下，启动竖向千斤顶5对综合管廊试件4的顶板进行分级加载，加载至顶板覆土荷载设计值；启动水平千斤顶6，对综合管廊试件4两侧墙板进行加载，分别加载至埋置深度土压力荷载设计值；
2)恒载升温阶段
此阶段为管廊结构受火升温阶段，保持各竖向千斤顶5及各水平千斤顶6荷载不变，启动电加热板8，按照ISO834标准升温曲线对综合管廊试件4进行高温加载；
3)恒载降温阶段
此阶段为管廊结构受火后降温阶段，关闭电加热板8，保持各竖向千斤顶5及各水平千斤顶6荷载不变，采取降温措施，等待综合管廊试件4内部温度完全降至室温；
4)火灾后加载阶段
此阶段为管廊结构受火后的力学性能研究阶段，保持室温，分级增大各竖向千斤顶5及各水平千斤顶6荷载，直至综合管廊试件4产生不可恢复的较大变形，导致结构失效，无法继续承载、持荷，此时荷载值即为结构火灾后极限承载力。
本发明提出的城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置能够实现首先对管廊结构施加竖向覆土荷载及水平土压力，而后对管廊内部进行高温加载，模拟了真实管廊火灾荷载环境，本试验装置具有构造简单、使用方便及设计合理等优点，具有较高的经济效益，填补了管廊火灾试验研究领域的空白，结合具体试验可揭示城市地下综合管廊结构发生火灾时温度的变化规律及结构的劣化程度，对管廊结构安全问题的探讨研究具有深远意义。
Claims (6)
1.一种城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置，其特征在于，包括反力装置、力加载装置、高温加载装置及综合管廊试件(4)，
所述综合管廊试件(4)为标准单节单仓城市地下综合管廊，其为钢筋混凝土结构，综合管廊试件(4)的端部截面为矩形，综合管廊试件(4)设置在反力装置内部；
所述反力装置是由反力横梁(1)、反力侧墙(2)及反力台座(3)焊接而成的闭合框架式结构；
所述力加载装置包括竖向千斤顶(5)和水平千斤顶(6)，竖向千斤顶(5)均匀布置在综合管廊试件(4)的顶板上，用于模拟覆土均布荷载；水平千斤顶(6)分布在综合管廊试件(4)的两侧墙板上，且两侧墙板上的水平千斤顶(6)呈对称设置，处在同一侧墙板呈上下布置的水平千斤顶(6)为一组，且在同一侧墙板上设置有多组水平千斤顶(6)，用于模拟墙板两侧自上而下随埋深荷载不断增大的土压力；
所述高温加载装置包括加热连接装置(7)及电加热板(8)，加热连接装置(7)设置在综合管廊试件(4)的端部，加热连接装置(7)由铁板及角钢焊接呈凹型，中部开洞，洞口尺寸与综合管廊试件(4)的端部尺寸一致；电加热板(8)设置在加热连接装置(7)的外部，电加热板(8)和加热连接装置(7)通过U型卡(9)卡在一起形成紧密连接；
所述耐高温摄像装置(10)为布置在综合管廊试件(4)内部的耐高温摄像装置，其镜头可自由旋转。
2.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置，其特征在于，所述综合管廊试件(4)分为整浇式管廊和装配叠合式管廊，整浇式管廊即一次浇筑成型，装配叠合式管廊则为预制顶板、底板及两侧墙板，进行二次浇筑，装配组合成型。
3.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置，其特征在于，在所述反力台座(3)上布置有钢垫块(11)，用于使得综合管廊试件(4)的顶板与底板所受荷载大小一致，方向相反。
4.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置，其特征在于，所述加热连接装置(7)内部填装有最高可耐1000℃的耐高温的陶瓷纤维毯。
5.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置，其特征在于，所述耐高温摄像装置(10)型号为YB－FL800G，耐高温可达2000℃。
6.一种城市地下综合管廊结构火灾行为试验方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-5任意一项所述的城市地下综合管廊结构火灾行为试验装置，具体包括如下步骤：
1)常温加载阶段
吊装综合管廊试件(4)至试验指定位置，安装加热连接装置(7)及电加热板(8)，使用U型卡(9)将加热连接装置(7)及电加热板(8)进行固定；在室温下，启动竖向千斤顶(5)对综合管廊试件(4)的顶板进行分级加载，加载至顶板覆土荷载设计值；启动水平千斤顶(6)对综合管廊试件(4)两侧墙板进行加载，分别加载至埋置深度土压力荷载设计值；
2)恒载升温阶段
保持各竖向千斤顶(5)及各水平千斤顶(6)荷载不变，启动电加热板(8)，按照ISO834标准升温曲线对综合管廊试件(4)进行高温加载；
3)恒载降温阶段
关闭电加热板(8)，保持各竖向千斤顶(5)及各水平千斤顶(6)荷载不变，采取降温措施，等待综合管廊试件(4)内部温度完全降至室温；
4)火灾后加载阶段
保持室温，分级增大各竖向千斤顶(5)及各水平千斤顶(6)荷载，直至综合管廊试件(4)的结构失效，其无法继续承载、持荷，此时综合管廊试件(4)的荷载值即为结构火灾后极限承载力。
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| 张超 等: ""火灾后型钢混凝土框架结构力学性能试验研究及分析"", 《工程力学》, vol. 35, no. 06, 25 May 2018 (2018-05-25), pages 152 - 161 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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