CN110174231B - 一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置、系统及方法 - Google Patents

一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置、系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于试验器材技术领域，具体涉及一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置。本发明包括试验炉，所述试验炉沿中线可拆分，用卡扣连接，左右各设置可伸缩式加长实验舱并在两端各设置试件填装口，正前方设置观察窗口和温度指示器，顶部设置冲击加荷口，试验炉内部均匀分布加热元件；两用减震支座，设置在试验炉底部；落锤防护架，设在冲击加荷口下，也可由两侧拼接并且方便拆卸更换；温度控制器，连接试验炉内加热元件。

Description

一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置、系统及 方法
技术领域
本发明属于构件灾害模拟装置技术领域，具体涉及一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置、系统及方法。
背景技术
近年来，我国建筑火灾事故频繁发生，火灾导致结构承载能力降低而引起结构倒塌事件时有发生;同时大量人为的恐怖爆炸事件不仅会引起建筑物发生火灾而且会导致建筑物倒塌。因此，需考虑建筑结构在火灾(高温)下抗冲击设计，以提高结构火灾(高温)下整体性和抗倒塌能力。然而目前国内外对建筑结构或构件在火灾(高温)下由于爆炸、撞击和坍塌等冲击荷载作用下的抗冲击性能研究较少，研究结构火灾(高温)下的抗冲击性能，可为增强结构抗高温冲击性能和抗火灾倒塌能力，选择合理的火灾(高温)下抗冲击和抗倒塌结构形式提供依据。
目前，现有的构件受高温和冲击耦合灾害试验主要还是先进行高温处理再进行冲击荷载的施加，造成了与现实火灾情况下构件受灾情况的差别，而高温下构件抗冲击试验较难实现。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种适用性强，方便组装，构件更换方便且能够保证构件受各种情况高温和冲击耦合灾害的试验装置、系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置，包括试验炉，所述试验炉能够沿中线拆分成左右炉体且左右炉体用第一卡扣连接；试验炉的左右两端各设置伸缩式加长试验舱且左侧伸缩式加长试验舱的左端口以及右侧伸缩式加长试验舱的右端口各设置试件填装口；试验炉正前方设置观察窗口和温度指示器，温度指示器连接有位于炉内的温度传感器，试验炉顶部设置冲击加荷口，试验炉内部均匀分布加热元件；加热元件配有位于试验炉外部的温度控制器。
试验炉两端设有伸缩式试验舱，可以根据需要快速调节试验炉的长度，以适应构件的长度。试验炉内部的加热元件用于加热构件并通过温度控制器进行调控，温度传感器用于检测试验炉内部的温度并通过温度指示器显示出来；试件填装口用于安装试验构件，分成两部分的炉体可以方便较长的构件的安装，如试验炉先拆分成两部分，构件先穿过一个炉体，然后将另一个炉体移动过来穿过构件并与之前的炉体组合，构件就可以快速进入试验炉内部，便于进行试验，试件填装口还能够配合轴力加载装置对构件进行轴向加载，位于试验炉顶部的冲击加荷口用于冲击装置对构件实施冲击试验，达到模拟高温和冲击灾害耦合的目的。整个试验炉可以完成对构件在加热的同时进行轴向加载和冲击试验，克服了现有技术中存在的无法在高温下对构件实施抗冲击试验的技术问题。
进一步的，还包括设置在试验炉底部的减震支座。
所述减震支座包括内置减震弹簧的上部支座以及连接在上部支座下部的万向轮支座和固定支座；所述万向轮支座的顶部转动安装在上部支座的底部；万向轮支座与固定支座通过卡扣结构实现活动连接：万向轮支座与固定支座连接时，万向轮支座单独支撑试验炉；万向轮支座解除与固定支座的连接时，固定支座支撑试验炉；固定支座上设有用于解除卡扣连接的按键机构。通过按键机构控制该卡扣机构（即第三卡扣）的弹出，方便用脚切换支座形态，试验过程中使用固定支座支撑，移动及组装过程使用万向轮支座。
进一步的，还包括嵌于冲击口下的落锤防护架；所述落锤防护架由两侧拼接并且方便拆卸更换。
落锤防护架呈圆环状结构，圆环状结构的顶部周圈固定有搭接板并通过搭接板卡在冲击加荷口的上端口。落锤防护架用于保护冲击加荷口的内壁不会因落锤冲击而受到损伤。
进一步的，伸缩式加长试验舱设有试件填装口的一侧均设置有推拉把手；试件填装口中心偏下。填装口中心偏下，目的是预留足够变形空间，构件和填装口可用岩棉填塞以保温隔热。推拉把手方便伸缩试验舱的调节。
进一步的，试验观察窗口位于炉体前侧面中轴线偏下位置并在中轴线设置距离刻度，可方便监视试验过程中的冲击形态和测量冲击后的变形挠度。
进一步的，试验炉前设置温度指示器，温度指示器内接炉内温度传感器可监控试验炉内温度变化，指示灯红灯表示温度在变化，绿灯表示温度处于稳定，即可试验状态。
进一步的，试验炉内部加热元件为电阻丝，均匀设置，连接温度控制器，既可使构件均匀受热，又可使构件单侧受热。
进一步的，试验炉内均布置耐高温岩棉。
一种试验系统，包括冲击装置、轴力加载装置和试验炉，所述冲击装置悬吊于冲击加荷口上方；轴力加载装置包括左右两部分，分别位于试验炉左右两侧且与左右试件填装口对应。
一种试验方法，采用上述试验系统，包括如下步骤：首先将构件套装到试验炉的其中前一半炉体内，再将后一半炉体与前一半对接并用第一卡扣连接，按试验方案并调整减震支座位置，构件的两端通过位于试验炉左右两侧的轴力加载装置支撑并定位，使试验炉、构件以及轴力加载装置的中轴线对齐，若有需要可再加载横向轴力，构件和试件填装口之间用岩棉填塞以保温隔热；接通电源后调节温度控制器使得试验炉内温度按既定速率达到试验要求，调试好冲击加载装置（落锤）和其他试验仪器，即可开始冲击，完成构件高温和冲击灾害耦合试验；各灾害工况的加载顺序可随需要调整，试验同时用高速摄像和其他数据采集器记录试验结果。构件和填装口可用岩棉填塞以保温隔热。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明在高温加载装置中预留了其他荷载加载口，通过不同组合顺序能够比较准确模拟各种火灾情况，并能通过调整伸缩仓和加塞隔热石棉满足不同长度、不同尺寸构件的试验需要，同时具有适用性强、方便组装、试样更换方便等优点。
附图说明
图1为本发明的主体结构示意图；
图2为本发明的内部结构图；
图3为落锤防护架的示意图；
图4为减震支座通过万向轮支撑时的结构示意图；
图5为减震支座通过固定支座支撑时的结构示意图；
图6为本发明试验实例示意图。
1-试验炉，2-第一卡扣，3-伸缩式加长实验舱，4-推拉把手，5-冲击加荷口，6-试件填装口，7-温度指示器，8-观察窗口，9-减震支座，10-温度控制器，11-加热元件，12-落锤防护架，13-搭接板，14-第二卡扣，15-减震弹簧，16-固定支座，17-万向轮支座，18-第三卡扣，19-按键，20-轴力加载装置，21-落锤，22-构件，23-上部支座。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
参见图1-5，一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置，包括试验炉1、温度控制器10、落锤防护架12和两用的减震支座9。试验炉1可加热温度范围为20-1200℃，分为左右两部分沿中线可拆分，中线处用数个第一卡扣2连接，左右各设置伸缩式加长实验舱3并在两端各设置试件填装口6和推拉把手4，试件填装口中心偏下，目的是预留足够构件变形空间，构件和试件填装口之间可用岩棉填塞以保温隔热。正前方设置温度指示器7和观察窗口8，温度指示器7内接炉内温度传感器可监控试验炉内温度变化，指示灯红灯表示温度在变化，绿灯表示温度处于稳定，即可试验状态；试验观察窗口8位于中轴线偏下位置并在中轴线设置距离刻度，可方便监视试验过程中的冲击形态和测量冲击后的变形挠度。顶部设置冲击加荷口5，达到模拟高温和冲击灾害耦合的目的。
试验炉1内部均匀分布加热元件11，加热元件为电阻丝，均匀设置，连接温度控制器10，即可使构件均匀受热，又可使构件单侧受热；试验炉内均布置耐高温岩棉，可起到保温隔热的作用。
落锤防护架12通过搭接板13搭接在冲击加荷口5，也通过第二卡扣14使两侧拼接，达到方便拆卸更换的效果。
减震支座9设置在试验炉底部，其中固定支座上开有卡槽，卡槽一端设有按键，万向轮支座上设有第三卡扣18，第三卡扣插入卡槽另一端实现连接，侧方有按键，通过按键可以将第三卡扣弹出卡槽，方便用脚切换支座形态，试验过程中使用固定支座，移动及组装过程使用万向轮支座。图4中为万向轮支座单独支撑，图5为固定支座进行支撑。
一种试验系统，包括冲击装置、轴力加载装置和上述模拟构件受高温和冲击耦合灾害试验的试验炉，所述冲击装置和轴力加载装置设置在对应加载口。
采用上述所述的试验系统，首先将构件安装到灾害耦合试验炉1里，按试验方案安装试验支座（减震支座）并调整减震支座9位置，使各中轴线对齐，若有需要可再加载横向轴力。接通电源后调节温度控制器10使得装置内温度按既定速率达到试验要求，调试好冲击落锤和其他试验仪器，即可开始冲击，完成构件高温和冲击灾害耦合试验。各灾害工况的加载顺序可随需要调整，试验同时用高速摄像和其他数据采集器记录试验结果。安装构件时，通过电动葫芦将构件吊起，构件可由左侧的试件填装口伸入左侧的试验炉体，伸入左侧炉体内部的部分又穿过右侧的试验炉体（右侧也可用电动葫芦吊起），左右两个试验炉体完成组装，构件两端则由轴力加载装置支撑。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置，其特征在于，包括试验炉（1），所述试验炉（1）能够沿中线拆分成左右炉体且左右炉体用第一卡扣（2）连接；试验炉（1）的左右两端各设置伸缩式加长试验舱（3）且左侧伸缩式加长试验舱的左端口以及右侧伸缩式加长试验舱的右端口各设置试件填装口（6）；试验炉（1）正前方设置观察窗口（8）和温度指示器（7），温度指示器（7）连接有位于炉内的温度传感器，试验炉（1）顶部设置冲击加荷口（5），试验炉（1）内部均匀分布加热元件（11）；加热元件（11）配有位于试验炉（1）外部的温度控制器（10）；试验炉（1）内部加热元件（11）为电阻丝，电阻丝在试验炉（1）的内壁均匀设置，并连接温度控制器（10）；试验炉（1）内均布置耐高温岩棉。
2.如权利要求1所述的一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置，其特征在于，还包括设置在试验炉（1）底部的减震支座（9）。
3.如权利要求2所述的一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置，其特征在于，所述减震支座（9）包括内置减震弹簧（15）的上部支座（23）以及连接在上部支座（23）下部的万向轮支座（17）和固定支座（16）；所述万向轮支座（17）的顶部转动安装在上部支座（23）的底部；万向轮支座（17）与固定支座（16）通过卡扣结构实现活动连接：万向轮支座（17）与固定支座（16）连接时，万向轮支座（17）单独支撑试验炉（1）；万向轮支座（17）解除与固定支座（16）的连接时，固定支座（16）支撑试验炉（1）；固定支座（16）上设有用于解除卡扣连接的按键机构。
4.如权利要求1~3任一项所述的一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置，其特征在于，还包括嵌在冲击加荷口（5）下的落锤防护架（12）；所述落锤防护架（12）由两侧拼接并且方便拆卸更换。
5.如权利要求4所述的一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置，其特征在于，落锤防护架（12）呈圆环状结构，圆环状结构的顶部周圈固定有搭接板（13）并通过搭接板（13）卡在冲击加荷口（5）的上端口。
6.根据权利要求1~3任一项所述的一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置，其特征是伸缩式加长试验舱（3）设有试件填装口（6）的一侧均设置有推拉把手（4）；试件填装口（6）中心相对于试验炉中心偏下。
7.根据权利要求1~3任一项所述的一种模拟构件受高温和冲击耦合灾害的试验装置，其特征是观察窗口（8）位于炉体前侧面中轴线偏下位置并在中轴线设置距离刻度。
8.一种试验系统，其特征在于，包括冲击装置、轴力加载装置（20）和权利要求1-7任一项所述的试验装置，所述冲击装置悬吊于冲击加荷口（5）上方；轴力加载装置（20）包括左右两部分，分别位于试验炉（1）左右两侧且与左、右试件填装口对应。
9.一种试验方法：采用权利要求8所述的试验系统，其特征是：首先将构件（22）套装到试验炉（1）的其中前一半炉体内，再将后一半炉体与前一半对接并用第一卡扣（2）连接，按试验方案并调整减震支（9）位置，构件（22）的两端通过位于试验炉（1）左右两侧的轴力加载装置（20）支撑并定位，使试验炉（1）、构件（22）以及轴力加载装置（20）的中轴线对齐，若有需要可再加载横向轴力，构件（22）和试件填装口（6）之间用岩棉填塞以保温隔热；接通电源后调节温度控制器（10）使得试验炉（1）内温度按既定速率达到试验要求，调试好冲击冲击装置和其他试验仪器，即可开始冲击，完成构件高温和冲击灾害耦合试验；各灾害工况的加载顺序可随需要调整，试验同时用高速摄像和其他数据采集器记录试验结果，构件和填装口，用岩棉填塞以保温隔热。
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