CN109883854A - 一种测试待测试样高温下应力应变的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测试待测试样高温下应力应变的装置，用于钢结构抗火性能试验；其特征在于包括：万能试验机、加热试验炉、高温引伸计和耐高温摄像头；所述加热试验炉通过第一支架安装在万能试验机的底座台面上，并使得加热试验炉与万能试验机同轴放置；所述待测试样夹持放置在万能试验机的顶面和底座台面之间并穿过所述加热试验炉；所述高温引伸计通过加热试验炉侧壁的预留孔伸入加热试验炉内并与待测试样接触；所述耐高温摄像头通过第二支架焊接在加热试验炉的侧壁外侧，并与加热试验炉侧壁的预留孔对齐，以观察并记录加热试验炉内部的试验情况。本发明还提供一种测试待测试样高温下应力应变的方法，可以在测量同时也能观察钢材变形情况，测试结果可以用于实际工程中预估钢结构承载力的变形。

Description

一种测试待测试样高温下应力应变的装置和方法

技术领域

本发明涉及钢结构防火技术领域，尤其涉及高温下钢结构材性的测试兼观察的装置。

背景技术

钢结构建筑发生火灾时常会导致严重的后果，钢结构的抗火已越来越引起人们的注意，所以对于钢结构的抗火设计也是尤为重要的。钢结构抗火性能差一是因为钢材导热性能好，火灾下构件迅速升温，二是钢材强度随温度升高而迅速降低，导致钢构件承载力降低而失效。以往的研究关注的是连接的承载能力，而实际上变形能力也很重要。一方面，变形能力足够，钢材的节点才能发挥更好的作用下，如用螺栓连接，每个螺栓都可以刚好的均匀受力；另一方面，高温下连接的承载能力决定了决定的转动能力，而足够的转动能力是梁悬链线效应和楼板薄膜效应发挥的基础。

因此，如果知道钢材在高温下到受力破坏前的变形情况，为钢结构抗火提供刚好的数据，就可以减少火灾对建筑钢结构的危害，也可以避免结构在火灾中局部倒塌造成的灭火及人员疏散困难以及火灾中整体倒塌导致的人员伤亡,减少灾后修复费用，并且对钢结构进行科学的结构抗火设计。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种测试待测试样高温下应力应变的装置和方法，可以在测量同时也能观察钢材变形情况，测试结果可以用于实际工程中预估钢结构承载力的变形。

为了解决上述的方法，本发明提供了一种测试待测试样高温下应力应变的装置，用于钢结构抗火性能试验；包括：万能试验机、加热试验炉、高温引伸计和耐高温摄像头；

所述加热试验炉通过第一支架安装在万能试验机的底座台面上，并使得加热试验炉与万能试验机同轴放置；

所述待测试样夹持放置在万能试验机的顶面和底座台面之间并穿过所述加热试验炉；所述高温引伸计通过加热试验炉侧壁的预留孔伸入加热试验炉内并与待测试样接触；

所述耐高温摄像头通过第二支架焊接在加热试验炉的侧壁外侧，并与加热试验炉侧壁的预留孔对齐，以观察并记录加热试验炉内部的试验情况。

在一较佳实施例中：所述加热试验炉为一圆柱体，其沿着中轴线方向贯穿设置有用于放置待测试样的容置腔。

在一较佳实施例中：所述待测试样包括上下设置并且等直径的第一圆柱体和第二圆柱体，以及设置在第一圆柱体和第二圆柱体之间的第三圆柱体，所述第三圆柱体的直径小于第一圆柱体，并且第三圆柱体的两端分别通过圆台过渡连接至第一圆柱体和第二圆柱体。

本发明还提供了一种使用上述装置测试待测试样高温下应力应变的方法，包括如下步骤：

1)按照<<金属材料高温拉伸试验方法GB/T4338-2006>>中尺寸的要求，选择合理的待测试样的尺寸，按照尺寸的要求，在加工厂加工试件；

2)将待测试样放入加热试验炉内，关闭加热试验炉，然后将高温引伸计通过加热试验炉的预留孔与待测试样接触；

3)待测试样放好之后打开耐高温摄像头，观察并记录试样表观现象；

4)待测试样、高温引伸计及耐高温摄像头均设置好之后，将加热试验炉的升温速率设定为15℃/min；

试验开始时，首先将加热试验炉按设定升温速率升至比指定温度低30℃，恒温10min，升温及恒温过程设定万能试验机荷的载为零，即允许试件自由膨胀；

然后将加热试验炉设定到目标温度并保持继续20分钟再通过万能试验机进行加载；加载过程中加热试验炉保持温度恒定，应变速率0.25％/min，至待测试样断裂。

5)通过高温引伸计的数据采集，可得到待测试样的应力应变关系曲线，通过耐高温摄像头即可得到待测试验在整个过程中的表观变化情况。

相较于现有技术，本发明具有以下优点和积极效果：

1.可以观察不同温度下钢材在承载力破坏前的变形兼测量钢材在不同温度下的承载力。

2.可以实现对高温下钢材在承载力破坏前的变形进行预估。

3.试验操作过程方便，无论是试验材料，还是在高温下进行的测力兼观察装置，都是市场上常见材料，易取材且操作简单方便。

附图说明

图1为本发明优迅实施例中加热试验炉的示意图；

图2为本发明优选实施例中待测试样的示意图；

图3为本发明优选实施例中测试待测试样高温下应力应变的装置的整体示意图。

具体实施方式

为了使本发明技术方案更加清楚，现将本发明结合实施例和附图做进一步说明。

参考图1-图3，本发明提供了一种测试待测试样高温下应力应变的装置，用于钢结构抗火性能试验；包括：万能试验机1、加热试验炉2、高温引伸计3和耐高温摄像头4；

所述加热试验炉2通过第一支架安装在万能试验机1的底座台面上，并使得加热试验炉2与万能试验机1同轴放置；

所述待测试样5夹持放置在万能试验机1的顶面和底座台面之间并穿过所述加热试验炉2；所述高温引伸计3通过加热试验炉2侧壁的预留孔伸入加热试验炉2内并与待测试样5接触；

所述耐高温摄像头4通过第二支架焊接在加热试验炉2的侧壁外侧，并与加热试验炉2侧壁的预留孔对齐，以观察并记录加热试验炉2内部的试验情况。

本实施例中，所述加热试验炉2为一圆柱体，其沿着中轴线方向贯穿设置有用于放置待测试样5的容置腔。

所述待测试样5包括上下设置并且等直径的第一圆柱体和第二圆柱体，以及设置在第一圆柱体和第二圆柱体之间的第三圆柱体，所述第三圆柱体的直径小于第一圆柱体，并且第三圆柱体的两端分别通过圆台过渡连接至第一圆柱体和第二圆柱体。

本实施例还提供了一种使用上述装置测试待测试样5高温下应力应变的方法，包括如下步骤：

(1)按照<<金属材料高温拉伸试验方法GB/T4338-2006>>中尺寸的要求，选择合理的待测试样5的尺寸，按照尺寸的要求，在加工厂加工待测试样5。

(2)试验炉是通过支架镶嵌在万能试验机的底座台上面，这样可以保持每次试验试验炉的中心与万能试验机的中心在一条直线上，不发生偏移，试验的结果更加准确。

(3)将试件放入加热试验炉2内，关闭加热试验炉2，然后将高温引伸3计通过加热试验炉2的预留孔与待测试样5接触，高温引伸计3采用的是CBYDG高温引伸计，该高温引伸计3是自动设定标距，可实现快速安装，具体见该高温引伸计3的使用说明。

(4)耐高温摄像头4通过焊接技术焊接在加热试验炉2外侧，通过预留孔来观察加热试验炉2内部的试验情况，待测试样5放好之后打开耐高温摄像头4，观察并记录待测试样5表观现象。

(5)待测试件5、高温引伸计3及耐高温摄像头4均设置好之后，将加热试验炉2的升温速率设定为15℃/min。试验开始时，首先将加热试验炉2按设定升温速率升至比指定温度低30℃，恒温10min，升温及恒温过程设定万能试验机1的荷载为零，即允许待测试样5自由膨胀；然后将加热试验炉2设定到目标温度并保持继续20分钟，再通过万能试验机1对待测试样5进行加载，采用此方法是确保温度均匀分布，防止温度超过目标温度。

(6)万能试验机1的加载过程中，加热试验炉2保持温度恒定，应变速率0.25％/min，至待测试样5断裂。

(4)通过高温引伸计3的数据采集，可得到待测试样5的应力应变关系曲线，将数据从电脑中导出即可，通过耐高温摄像头4即可得到待测试样5在整个过程中的表观变化情况。

以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的范围不限于此，本本领域的技术人员可以容易地想到本发明所公开的变化或技术范围。替代方案旨在涵盖在本发明的范围内。因此，本发明的保护范围应由权利要求的范围确定。

Claims (4)

1.一种测试待测试样高温下应力应变的装置，用于钢结构抗火性能试验；其特征在于包括：万能试验机、加热试验炉、高温引伸计和耐高温摄像头；

所述加热试验炉通过第一支架安装在万能试验机的底座台面上，并使得加热试验炉与万能试验机同轴放置；

所述待测试样夹持放置在万能试验机的顶面和底座台面之间并穿过所述加热试验炉；所述高温引伸计通过加热试验炉侧壁的预留孔伸入加热试验炉内并与待测试样接触；

所述耐高温摄像头通过第二支架焊接在加热试验炉的侧壁外侧，并与加热试验炉侧壁的预留孔对齐，以观察并记录加热试验炉内部的试验情况。

2.根据权利要求1所述的一种测试待测试样高温下应力应变的装置，其特征在于：所述加热试验炉为一圆柱体，其沿着中轴线方向贯穿设置有用于放置待测试样的容置腔。

3.根据权利要求2所述的一种测试待测试样高温下应力应变的装置，其特征在于：所述待测试样包括上下设置并且等直径的第一圆柱体和第二圆柱体，以及设置在第一圆柱体和第二圆柱体之间的第三圆柱体，所述第三圆柱体的直径小于第一圆柱体，并且第三圆柱体的两端分别通过圆台过渡连接至第一圆柱体和第二圆柱体。

4.一种使用上述装置测试待测试样高温下应力应变的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)按照<<金属材料高温拉伸试验方法GB/T4338-2006>>中尺寸的要求，选择合理的待测试样的尺寸，按照尺寸的要求，在加工厂加工试件；

2)将待测试样放入加热试验炉内，关闭加热试验炉，然后将高温引伸计通过加热试验炉的预留孔与待测试样接触；

3)待测试样放好之后打开耐高温摄像头，观察并记录试样表观现象；

4)待测试样、高温引伸计及耐高温摄像头均设置好之后，将加热试验炉的升温速率设定为15℃/min；

试验开始时，首先将加热试验炉按设定升温速率升至比指定温度低30℃，恒温10min，升温及恒温过程设定万能试验机荷的载为零，即允许试件自由膨胀；

然后将加热试验炉设定到目标温度并保持继续20分钟再通过万能试验机进行加载；加载过程中加热试验炉保持温度恒定，应变速率0.25％/min，至待测试样断裂。

5)通过高温引伸计的数据采集，可得到待测试样的应力应变关系曲线，通过耐高温摄像头即可得到待测试验在整个过程中的表观变化情况。