CN110068301A - 一种火灾高温中混凝土热应变测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程材料试验测试技术领域，具体涉及一种火灾高温中混凝土热应变测试装置，包括形变测试框架；火灾模拟单元，其设置在形变测试框架的内部，用于模拟火灾高温，所述火灾模拟单元的内部放置有试件；热应变测试单元，分为用于限制试件运动的定位部和用于测试试件热变形值的测量部，所述定位部和测量部相对固定在所述形变测试框架框体上，所述试件的左右端部分别与所述定位部和测量部相接触；以及控制单元，用于接收所述热应变测试单元传递的热变形信号和火灾模拟单元传递的温度信号，并实现对火灾模拟单元的控制。本发明可准确地测试火灾高温中混凝土热应变，且设计合理、结构简单、环保高效。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程材料试验测试技术领域，具体涉及一种火灾高温中混凝土热应变测试装置。
背景技术
随着我国城镇化进程的加速，城市土地资源日益紧缺，城市建筑日趋向高空发展。高强混凝土及其结构技术的进步也使高层建筑数量急剧增多、高度逐年攀升，高层建筑火灾事故也越来越多。而高层建筑火灾一直是世界性难题，一旦发生很难实施有效救援。火灾高温中高强混凝土易于爆裂并可能带来结构的失稳垮塌，由此带来巨大财产损失和严重人员伤亡。一般认为，热应变是造成高强混凝土高温爆裂的原因之一。混凝土属于非均质材料，各组分特别是骨料和水泥浆体之间热力学不匹配，即使无外界约束，当周围温度不断升高时，骨料和水泥浆体之间因热变形的不协调会导致胀裂（包括径向、环向开裂和骨料内部开裂）甚至爆裂的发生。因此，研究混凝土火灾高温中的热应变发展规律对于混凝土结构的抗火设计和火灾防控具有重要意义。但目前尚缺乏可测试火灾高温中混凝土热应变大小的试验装置和方法。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种火灾高温中混凝土热应变测试装置，可准确地测试火灾高温中混凝土热应变，且设计合理、结构简单、环保高效。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明提供的一种火灾高温中混凝土热应变测试装置，包括：
形变测试框架；
火灾模拟单元，其设置在形变测试框架的内部，用于模拟火灾高温，所述火灾模拟单元的内部放置有试件；
热应变测试单元，分为用于限制试件运动的定位部和用于测试试件热变形值的测量部，所述定位部和测量部相对固定在所述形变测试框架框体上，所述试件的左右端部分别与所述定位部和测量部相接触；以及
控制单元，用于接收所述热应变测试单元传递的热变形信号和火灾模拟单元传递的温度信号，并实现对火灾模拟单元的控制。
进一步地，所述火灾模拟单元包括：
高温炉；
防爆网，其安装在所述高温炉炉体内壁的内侧；
至少一支第一温度传感器，布置在所述高温炉炉体的侧壁，其测量端伸入高温炉的炉膛中；以及炉门。
进一步地，所述防爆网由耐火钢板经预留均匀分布的导热孔制成。
进一步地，所述热应变测试单元的定位部包括压头箍板和压头；
压头箍板，其左端部固定在所述形变测试框架的左肢框上，右端部嵌箍压头；
压头，通过高温炉左侧壁预留的洞口伸入炉膛中，所述压头的右端部与试件的左端部接触；
所述热应变测试单元的测量部包括形变传递杆、变形传感器测试杆和变形传感器主体；
形变传递杆，其左端部与试件的右端部接触，所述形变传递杆的左半部通过高温炉右侧壁预留的洞口伸入炉膛中，右半部伸入导向筒中空的导向孔中，所述导向筒通过导向筒支撑固定于形变测试框架上；
变形传感器测试杆，其测试端与所述形变传递杆的右端部接触，所述变形传感器测试杆在变形传感器主体中做相对滑动；
变形传感器主体，其穿过形变测试框架的右肢框上设置的套箍中，并通过紧固螺钉固定。
进一步地，所述形变传递杆伸出导向筒的右端部设置有限位挡板。
进一步地，所述形变传递杆与试件接触的左端部为半球形，与试件形成点接触，右端部与变形传感器测试杆接触的面为平面；所述变形传感器测试杆与形变传递杆右端部接触的测试端也为半球形。
进一步地，所述变形传感器测试杆和变形传感器主体构成变形传感器，用于测试试件高温膨胀产生的变形值。
进一步地，所述压头、试件、形变传递杆和变形传感器的轴向中心处于同一直线上。
进一步地，该测试装置还包括降温单元，所述降温单元包括：
内循环管，分布于所述形变测试框架、压头箍板和导向筒支撑中；
冷水机，通过出水管和回水管与内循环管连接。
进一步地，所述控制单元包括控制器和与控制器连接的计算机；所述控制器还与第一温度传感器、变形传感器、冷水机和高温炉连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的形变传递杆与试件接触的左端部为半球形，与试件形成点接触，变形传感器测试杆与形变传递杆接触的测试端也为半球形，与形变传递杆形成点接触，形变传递杆和变形传感器测试杆端部球头的设置和导向筒的设置，可以降低热变形测试值的误差，提高测试结果准确性。
2、防爆网的设置避免了混凝土试件高温爆裂时碎块对高温炉内壁带来的冲击破坏，提高了高温炉的使用寿命。
3、降温单元可降低温度对热应变测试单元的影响，提高测试精度和试验效率。
4、本发明的火灾高温中混凝土热应变测试装置，设计合理、结构简单、环保高效，即可测试升温条件下混凝土试件的热应变和爆裂应变值，也可测试恒温条件下的蠕变变形值，适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一的火灾高温中混凝土热应变测试装置的俯视结构示意图；
图2是本发明实施例二的火灾高温中混凝土热应变测试装置的俯视结构示意图。
图中序号所代表的含义为：1.形变测试框架，2.内循环管，3.压头箍板，4.压头，5.高温炉，6.防爆网，7.第一温度传感器，8.试件，9.炉膛，10.形变传递杆，11.导向筒支撑，12.导向筒，13.变形传感器测试杆，14.紧固螺钉，15.套箍，16.变形传感器主体，17.流体泵，18.电磁阀，19.流量计，20.出水管，21.炉门，22.冷水机，23.回水管，24.第二温度传感器，25.控制器，26.计算机，27.限位挡板。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
如图1所示，本实施例的一种火灾高温中混凝土热应变测试装置，包括：
形变测试框架1，用于支撑其他单元；
火灾模拟单元，用于模拟火灾高温，其设置在形变测试框架1的内部，火灾模拟单元的内部放置有试件8；
热应变测试单元，该单元分为两部分，分别是用于限制试件8运动的定位部和用于测试试件8热变形值的测量部，所述定位部固定在形变测试框架1的左肢框上，所述测量部固定在形变测试框架1的右肢框上，所述试件8的左端部与定位部接触，右端部与测量部接触；
降温单元，用于降低温度对热应变测试单元的影响，提高测试精度；以及
控制单元，用于接收所述热应变测试单元传递的热变形信号、火灾模拟单元传递的温度信号和降温单元传递的温度、流量信号，并实现对火灾模拟单元和降温单元的控制。
作为优选地，火灾模拟单元包括高温炉5、防爆网6、至少一支第一温度传感器7和炉门21；所述高温炉5包括耐火材料制成的内壁、内壁中设置的加热管、隔热材料中壁、保温材料填充层和钢制外壁等。防爆网6安装在高温炉5炉体内壁的内侧，由耐火钢板经预留均匀分布的导热孔制成，用以防止混凝土试件8高温爆裂时碎块对高温炉5内壁带来的冲击破坏。第一温度传感器7为热电偶，布置在高温炉5炉体的侧壁，其测量端伸入高温炉5的炉膛9中，以测量炉膛9的温度。炉门21与形变测试框架1不在同一水平高度布置，以便炉门21顺利开合，炉门21的大小应以适于放置试件8为宜。
作为优选地，热应变测试单元的定位部包括压头箍板3和压头4，测量部包括形变传递杆10、变形传感器测试杆13和变形传感器主体16。压头箍板3的左端部固定在形变测试框架1的左肢框上，右端部嵌箍压头4，压头4通过高温炉5左侧壁预留的洞口伸入炉膛9中，压头4的右端部与试件8的左端部接触，试件8的右端部与形变传递杆10的左端部接触，形变传递杆10的左半部通过高温炉5右侧壁预留的洞口伸入炉膛9中，形变传递杆10的右半部伸入导向筒12中空的导向孔中，导向筒12通过导向筒支撑11固定于形变测试框架1上。形变传递杆10的右端部与变形传感器测试杆13的测试端接触，变形传感器测试杆13的左半部可在导向筒12的导向孔中滑动，变形传感器测试杆13的右半部可在变形传感器主体16中做相对滑动，变形传感器主体16穿过形变测试框架1的右肢框上设置的套箍15中，并通过紧固螺钉14固定。
导向筒12的导向孔内部光滑，对形变传递杆10和变形传感器测试杆13具有支撑作用，但是不会阻碍形变传递杆10和变形传感器测试杆13的自由滑动。
形变传递杆10与试件8接触的左端部为半球形，与试件8形成点接触，右端部与变形传感器测试杆13接触的面为平面；变形传感器测试杆13与形变传递杆10右端部接触的测试端也为半球形。形变传递杆10和变形传感器测试杆13端部球头的设置和导向筒12的设置，可以降低热变形测试值的误差。
压头箍板3的材质为耐火钢，压头4的材质为碳化硅，形变传递杆10的材质为耐火陶瓷。
变形传感器测试杆13和变形传感器主体16构成变形传感器，用于测试试件8高温膨胀产生的变形值。在本实施例中变形传感器可采用位移计。
压头4、试件8、形变传递杆10和变形传感器的轴向中心处于同一直线上，进一步降低热变形测试值的误差。
作为优选地，降温单元包括分布于所述形变测试框架1、压头箍板3和导向筒支撑11中的内循环管2，与内循环管2连接的出水管20和回水管23，以及与出水管20和回水管23连接的冷水机22，冷水机22包括流体泵17、电磁阀18、流量计19和第二温度传感器24，通过流体泵17、压缩机及温控仪表等实现对循环水的温度控制。
作为优选地，控制单元包括控制器25和与控制器25连接的计算机26，高温炉5和冷水机22通过电缆与控制器25连接，第一温度传感器7、变形传感器主体16和冷水机22通过数据线与控制器25连接。第一温度传感器7将高温炉5内温度信号传递给控制器25，变形传感器测试杆13和变形传感器主体16组成的变形传感器将试件8产生的热变形信号传递给控制器25，冷水机22将管道内循环水的温度、流量等信号传递给控制器25，控制器25对数据信号进行转换后传递给计算机26，计算机26通过软件进行数据的实时显示、保存和后期处理分析等。
本实施例的火灾高温中混凝土热应变测试装置的使用方法如下：
步骤S101，打开炉门21，安放试件8，使试件8的轴心与压头4的轴心对应。
步骤S102，安装形变传递杆10于导向筒12中，变形传感器主体16于套箍15中，压紧变形传感器测试杆13，带动形变传递杆10的左端球头接触试件8的右端部。
步骤S103，打开计算机26以及控制单元，通过计算机26控制软件显示的变形值确保变形测试组件间接触良好，旋紧紧固螺钉14，将变形传感器主体16固定在套箍15内。
步骤S104，关闭炉门21，由计算机26的控制软件按设定的程序控制试验进程，当爆裂发生时停止试验，保存数据，关闭计算机26、冷水机22等。
步骤S105，待高温炉5自然冷却后取出试件8。
实施例二
如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于，形变传递杆10伸出导向筒12的右端部设置有限位挡板27，限位挡板27可以避免形变传递杆10因伸入炉膛9内过多后不便取出，甚至易于被试件8撞断，且限位挡板27增大了与变形传感器测试杆13的测试端的接触面积，因此，在满足变形测试需求的条件下更易于定位操作。其他具体实施方式与实施一相同，此处不再重复赘述。
上述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原理的前提下，可对上述实施例进行多种变化、修改、替换和变型。比如实施例一中由变形传感器测试杆13和变形传感器主体16组成的位移计式变形传感器可由引伸计代替；此外，改变装置的尺寸或布置方式，如将该装置逆时针转动90度进行测试将获得更理想的效果等均可构成本发明的一个具体实施例，在此不一一详述。
Claims (10)
1.一种火灾高温中混凝土热应变测试装置，其特征在于，包括：
形变测试框架；
火灾模拟单元，其设置在形变测试框架的内部，用于模拟火灾高温，所述火灾模拟单元的内部放置有试件；
热应变测试单元，分为用于限制试件运动的定位部和用于测试试件热变形值的测量部，所述定位部和测量部相对固定在所述形变测试框架框体上，所述试件的左右端部分别与所述定位部和测量部相接触；以及
控制单元，用于接收所述热应变测试单元传递的热变形信号和火灾模拟单元传递的温度信号，并实现对火灾模拟单元的控制。
2.根据权利要求1所述的火灾高温中混凝土热应变测试装置，其特征在于，所述火灾模拟单元包括：
高温炉；
防爆网，其安装在所述高温炉炉体内壁的内侧；
至少一支第一温度传感器，布置在所述高温炉炉体的侧壁，其测量端伸入高温炉的炉膛中；以及炉门。
3.根据权利要求2所述的火灾高温中混凝土热应变测试装置，其特征在于，所述防爆网由耐火钢板经预留均匀分布的导热孔制成。
4.根据权利要求2所述的火灾高温中混凝土热应变测试装置，其特征在于，所述热应变测试单元的定位部包括压头箍板和压头；
压头箍板，其左端部固定在所述形变测试框架的左肢框上，右端部嵌箍压头；
压头，通过高温炉左侧壁预留的洞口伸入炉膛中，所述压头的右端部与试件的左端部接触；
所述热应变测试单元的测量部包括形变传递杆、变形传感器测试杆和变形传感器主体；
形变传递杆，其左端部与试件的右端部接触，所述形变传递杆的左半部通过高温炉右侧壁预留的洞口伸入炉膛中，右半部伸入导向筒中空的导向孔中，所述导向筒通过导向筒支撑固定于形变测试框架上；
变形传感器测试杆，其测试端与所述形变传递杆的右端部接触，所述变形传感器测试杆在变形传感器主体中做相对滑动；
变形传感器主体，其穿过形变测试框架的右肢框上设置的套箍中，并通过紧固螺钉固定。
5.根据权利要求4所述的火灾高温中混凝土热应变测试装置，其特征在于，所述形变传递杆伸出导向筒的右端部设置有限位挡板。
6.根据权利要求4所述的火灾高温中混凝土热应变测试装置，其特征在于，所述形变传递杆与试件接触的左端部为半球形，与试件形成点接触，右端部与变形传感器测试杆接触的面为平面；所述变形传感器测试杆与形变传递杆右端部接触的测试端也为半球形。
7.根据权利要求4所述的火灾高温中混凝土热应变测试装置，其特征在于，所述变形传感器测试杆和变形传感器主体构成变形传感器，用于测试试件高温膨胀产生的变形值。
8.根据权利要求7所述的火灾高温中混凝土热应变测试装置，其特征在于，所述压头、试件、形变传递杆和变形传感器的轴向中心处于同一直线上。
9.根据权利要求7所述的火灾高温中混凝土热应变测试装置，其特征在于，该测试装置还包括降温单元，所述降温单元包括：
内循环管，分布于所述形变测试框架、压头箍板和导向筒支撑中；
冷水机，通过出水管和回水管与内循环管连接。
10.根据权利要求9所述的火灾高温中混凝土热应变测试装置，其特征在于，所述控制单元包括控制器和与控制器连接的计算机；所述控制器还与第一温度传感器、变形传感器、冷水机和高温炉连接。
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