CN111351358B - 适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉 - Google Patents

Abstract

本申请涉及建筑结构防灾减灾技术领域，提供一种适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，包括基座、下炉体、上炉体、升降控制装置、高频激光测距传感器以及控制柜等；下炉体和上炉体采用分体设计，下炉体可左右滑动地安装在基座上；高频激光测距传感器与控制柜连接，并将测量到的距离及速度传输给控制柜；控制柜与升降控制装置连接，用以根据距离及速度控制升降控制装置带动上炉体沿下炉体滑动，并与试验三维框架结构的竖向变形同步。本申请适应于三维框架结构并允许被测三维框架结构发生大变形，增加了升降装置的面外稳定性和抗扭转稳定性，并通过升降控制装置使上炉体相对于下炉体向下移动实现电阻炉与三维框架结构的协同变形效果。

Description

适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉

技术领域

本发明涉及建筑结构防灾减灾技术领域，具体涉及适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉。

背景技术

高温对结构的材料性能特别是力学性能具有显著的影响，如结构钢的屈服强度和弹性模量随温度的上升而下降，当温度超过600℃时，结构钢将丧失大部分的强度和刚度。发生火灾时，建筑室内空气半小时内可达到800～1000℃，因此建筑结构在火灾中极易受到伤害。框架结构中，框架柱作为主要承重构件，其在火灾中的失效会可能会引起整个建筑的倒塌，因此对框架柱抗火性能的研究具有十分重要的现实意义。框架柱在火灾下根据其约束条件和荷载情况的不同会有不同的响应，有的为大变形响应，这类框架柱的抗火性能试验就需要一种能适用于框架结构大变形的电阻炉。

国内目前存在的电阻炉多只能进行平面框架结构火灾试验或者是不含楼板的三维框架结构火灾试验。而且，现有适用于平面框架结构火灾试验的电阻炉存在以下缺陷：(1)由于其高度是固定的，只能加热单一高度的试件；(2)只能适用于平面框架的火灾试验；(3)保温装置挂在试件上，变形是被动的，有些试验构件可能不方便吊挂保温装置；(4)试件结构大变形后，保温装置下沉，炉体上方出现较大空隙，热气会露出，电炉难以继续升温。

本发明应用的场景除了解决上述缺陷外，为考虑大变形和动力响应的三维框架结构的抗火试验。试验中，上部炉体需要随着试验结构的响应而上升或者下降，这个过程中，往往伴随有较大的速度和加速度。因此，需要一套能够控制上部炉体上下运动的升降装置。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，不仅适应于三维框架结构并允许被测三维框架结构发生大变形，且增加了升降装置的面外稳定性和抗扭转稳定性，并通过升降控制装置使上炉体相对于下炉体向下移动实现电阻炉与三维框架结构的协同变形效果。

本发明目的是对中国发明申请《适用于三维框架结构火灾试验的可控电阻炉》(申请号：201910627357.5)的进一步研发。相比于静力试验，要实现上部炉体的快速运动的动力试验，支撑上部炉体的动力装置需要有可靠的动力稳定性，本发明公开的升降装置，机构受力路径简单，在步进电机及螺杆机构控制下可精确适应上升下降微调需求，配套设置有伸缩臂增加了升降装置的面外稳定性和抗扭转稳定性，此外，内外套筒式且呈夹角设计的伸缩臂具有阻尼抗震(抗颤)效果，使得本发明具有更高的动力稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：包括基座、下炉体、上炉体、发热电阻丝、升降控制装置、高频激光测距传感器以及控制柜；

下炉体包括相对设置的第一下炉体和第二下炉体，第一下炉体和第二下炉体可左右滑动地安装在基座上，两者对合后形成下炉体；上炉体包括第一上炉体和第二上炉体，第一上炉体和第二上炉体对合后形成上炉体；第一上炉体和第二上炉体的底端各自安装一组升降控制装置，用以分别控制第一上炉体沿第一下炉体上下滑动、以及第二上炉体沿第二下炉体上下滑动，同时两组升降控制装置均可左右滑动地安装在基座上；上炉体的内顶壁表面及下炉体的内侧壁表面均布设有发热电阻丝；对应于第一上炉体和第二上炉体相对合的位置，在第一上炉体和第二上炉体的顶部中间位置还分别开设有相对的凹槽，用以穿过试验三维框架结构的受火框架柱；

高频激光测距传感器设置有若干个，用以向试验三维框架结构上部的非受火梁或板的下表面发射激光，以测量试验三维框架结构上部的非受火梁或板的下表面在受火框架柱发生屈曲时的竖向变形下降的距离及速度，并将所述距离及速度传输给控制柜；

控制柜与升降控制装置连接，用以根据所述距离及速度控制升降控制装置驱动上炉体沿下炉体上下滑动，以实现与试验三维框架结构的竖向协同变形；

升降控制装置包括支撑底板、铰接座、支撑臂、伸缩臂、螺纹调节横杆、步进电机；两个升降控制装置分别位于两个下炉体的外侧；

所述铰接座包括上铰接座和下铰接座；

所述支撑臂包括左边侧上支撑臂、左边侧下支撑臂、右边侧上支撑臂、右边侧下支撑臂，

所述伸缩臂包括左内侧上伸缩臂、左内侧下伸缩臂、右内侧上伸缩臂、右内侧下伸缩臂；

支撑底板底部两端分别设有凹槽，凹槽内均设有第三滚轮，通过第三滚轮可左右滑动的安装在基座的两道第一导轨上，

下铰接座下表面与支撑底板上部固定连接，上铰接座上端与上炉体的底部通过螺栓固定连接；

左边侧下支撑臂、右边侧下支撑臂、左内侧下伸缩臂、右内侧下伸缩臂的下端分别通过销轴连接在下铰接座上；

左边侧上支撑臂、右边侧上支撑臂、左内侧上伸缩臂、右内侧上伸缩臂的上端分别通过销轴连接在上铰接座下部，

左边侧下支撑臂的上端铰接左边侧上支撑臂下端，右边侧下支撑臂的上端铰接右边侧上支撑臂下端，左内侧下伸缩臂的上端铰接左内侧上伸缩臂下端，右内侧下伸缩臂的上端铰接右内侧上伸缩臂下端；

上下左右各个杆件在平面内对称；

所述螺纹调节横杆水平依序横穿左边侧支撑臂、左内侧伸缩臂、右内侧伸缩臂、右边侧支撑臂中的铰接点，其右侧末端固接有步进电机，其另一末端自由伸长在外侧，且左侧末端处与铰接点有螺纹连接；

控制柜中设置有处理器，处理器分别与高频激光测距传感器、步进电机连接，处理器用以获取高频激光测距传感器测量出的试验三维框架结构上部的非受火梁或板下表面的竖向变形下降的距离及速度，并对前述距离及速度进行处理后转换为脉冲信号输出到步进电机，并控制步进电机以一定的转速开始往一方向运行，进而带动螺纹调节横杆转动，从而驱动第一上炉体、第二上炉体下降，并使第一上炉体、第二上炉体的下降与试验三维框架结构的竖向变形下降同步。

所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：若干高频激光测距传感器均安装在试验三维框架结构上部的非受火梁或板下表面正下方的电阻炉的上表面，并垂直向试验三维框架结构上部的非受火部分梁或板下表面发射激光。

所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：基座上安装有第一导轨；

第一下炉体和第二下炉体的底部均安装有第一滚轮，第一下炉体和第二下炉体各自通过其底部的第一滚轮可左右滑动地安装第一导轨上；

支撑底板可左右滑动的安装在基座的第一导轨上。

所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：第一上炉体和第二上炉体的内侧均安装有第二滚轮，第一上炉体和第二上炉体各自通过其内侧安装的第二滚轮可上下滑动地安装在第二导轨上。

所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：第一上炉体、第二上炉体、第一下炉体以及第二下炉体内布设的发热电阻丝分别与不同的炉体开关连接。

所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：在上炉体、下炉体的内表面均设置有保温材料。

所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：第一下炉体与第一上炉体构成左侧炉体，第二下炉体与第二上炉体构成右侧炉体；

对应于第一上炉体和第二上炉体相对合的位置，在第一上炉体和第二上炉体的外侧壁上还安装有相对设置的两个插销，用以在左、右侧炉体对合后，通过两个插销相互插合将左、右侧炉体连接在一起。

所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：上炉体和/或下炉体内还设置有温度传感器；

温度传感器与控制柜连接，用于测量上、下炉体内部的温度变化并传输至控制柜。

所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：控制柜中还设置有显示设备，用以输出试验三维框架结构上部的非受火梁板下表面竖向变形下降的距离以及速度，和/或上、下炉体内部的温度变化。

所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：伸缩臂与螺纹调节横杆可以不设连接，伸缩臂设计为可伸缩的套设形式，升降控制装置上升或下降的时候，伸缩臂的内槽型钢在外槽型钢的里面自由滑动，伸缩臂的设计为增强升降控制装置平面外的稳定性；

升降控制装置的步进电机带动螺纹调节横杆转动，螺纹调节横杆的转动转化成左边侧支撑臂的螺纹销轴在螺纹调节横杆上的位移，以实现整体拉伸变形机构提升或下降高度，即实现上铰接座的提升或下降高度；靠近步进电机处穿过销轴的一部分长度的螺纹调节横杆不设置螺纹，与另一端销轴连接的螺纹调节横杆设置较长一部分长度的螺纹，螺纹调节横杆在转动的过程中引起左右侧支撑臂的同时变形，右侧支撑臂的变形是因为左右边侧支撑臂之间的螺纹调节横杆的长度缩短或者伸长时对称平面整体适应性的变形，螺纹调节横杆与步进电机连接处保持不变；

左边侧下支撑臂、右边侧下支撑臂与螺纹调节横杆构成一个倒立的等腰三角形，左边侧上支撑臂、右边侧上支撑臂与螺纹调节横杆构成一个等腰三角形。

本发明的有益效果是：

(1)本申请不但可以适用于平面框架的火灾试验，而且还采用了上下炉体分离设计，并通过升降控制装置使上炉体可相对于下炉体上下移动，以适应三维框架大变形的能力，并使电阻炉与三维框架结构具有较好的协同变形效果。

(2)本申请能够根据被测结构的响应主动地控制上部电炉的运动，以适应试验的需求，同时避免炉体被被测结构压坏，同时，相比于静力试验，要实现上部炉体的快速运动的动力试验，本发明通过伸缩臂增加了升降装置的面外稳定性和抗扭转稳定性，具有更高的稳定性。

(3)本申请所述可升降电阻炉采用了高频激光测距，并结合高频激光测距的数据，实现上炉体运动的自动控制。

(4)本申请所述可升降电阻炉可适应不同高度的试验试件，并且在一定范围内，这个高度可以连续调整。

(5)本申请所述可升降电阻炉的上炉体的运动是主动控制的，在试验中，可根据不同的试验需求调整试验三维框架结构被加热的区域。

(6)试件大变形后，上炉体与下炉体之间不会出现空隙，可继续升温或实现较好的保温效果。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本申请实施例提供的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉的构造示意图。

图2为本申请实施例提供的升降控制装置的示意图。

图3为本申请实施例提供的升降控制装置的伸缩臂的示意图。

图4为本申请实施例提供的电阻炉主动控制的逻辑图。

附图中标号：1—基座，2—第一导轨，3—下炉体，4—上炉体，5—升降控制装置，5-1—支撑底板，5-1-1—凹槽，5-2—铰接座，5-2-1—上铰接座，5-2-2—下铰接座，5-3—支撑臂，5-3-1—左边侧上支撑臂，5-3-2—左边侧下支撑臂，5-3-3—右边侧上支撑臂，5-3-4—右边侧下支撑臂，5-4—伸缩臂，5-4-1—左内侧上伸缩臂，5-4-2—左内侧下伸缩臂，5-4-3—右内侧上伸缩臂，5-4-4—右内侧下伸缩臂，5-5—螺纹调节横杆，5-6—步进电机，6—第二导轨，7—插销，8—高频激光测距传感器，9—控制柜，10—电源线或数据传输线，10-1—控制柜与步进电机的数据传输线，10-2—控制柜与高频激光测距传感器的数据传输线，10-3—步进电机电源线。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。

如图1至图4所示，一种适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，包括基座1、第一导轨2、下炉体3、上炉体4、升降控制装置5、高频激光测距传感器8以及控制柜9。

其中，基座1可以采用框架结构，框架结构的左右两边框各自安装一道第一导轨2；下炉体3包括左右相对设置的第一下炉体和第二下炉体，第一下炉体和第二下炉体的底部凹槽内均安装有第一滚轮，第一下炉体和第二下炉体各自通过其底部的第一滚轮可左右滑动地安装在两道第一导轨上，第一下炉体和第二下炉体对合后形成下炉体3；上炉体4包括左右相对设置的第一上炉体和第二上炉体，第一上炉体可上下滑动地套设在第一下炉体的外侧，第二上炉体可上下滑动地套设在第二下炉体的外侧，可以在第一下炉体和第二下炉体的前后外侧均安装第二导轨6，在第一上炉体和第二上炉体的前后内侧壁均安装第二滚轮，第一上炉体和第二上炉体各自通过其内壁上的第二滚轮可上下移动地安装在第二导轨6上，第一上炉体和第二上炉体对合后形成上炉体4。进一步，在下炉体3、上炉体4的内表面均设置有保温材料。

在本申请中，上炉体4与下炉体3的接触处均为轻触，为了做到上炉体4与下炉体3之间为轻触状态，在设计炉体尺寸的时候，可让上炉体4的内壁和下炉体3的外壁是接触的，两者接触的表面平整光滑，且上炉体4的保温材料可采用具有一定变形能力的柔性材料。上炉体4与下炉体3之间为轻触可保证上炉体4沿下移的过程中不受到阻碍。

进一步，下炉体3的内壁表面及上炉体4的顶部内壁表面均布设有发热电阻丝；与下炉体3相接触滑动的上炉体4内壁表面不设发热电阻丝，非工作状态下与下炉体3相接触的上炉体4的顶部内壁表面也不设发热电阻丝。第一上炉体、第二上炉体、第一下炉体以及第二下炉体发热电阻丝分别受不同炉体开关的控制，试验过程中可通过控制不同炉体开关来实现受火框架柱的均匀升温。

进一步，对应于第一上炉体和第二上炉体相对合的位置，在第一上炉体和第二上炉体两者顶部中间位置开设有相对的凹槽，在安装时允许试验三维框架柱从其中通过。

在本申请中，第一下炉体与第一上炉体构成左侧炉体，第二下炉体与第二上炉体构成右侧炉体；工作状态下，左、右侧炉体可以对合连接在一起。

进一步，对应于第一上炉体和第二上炉体相对合的位置，在第一上炉体和第二上炉体的外侧壁上还安装有相对设置的两个插销7，用以在左、右侧炉体对合后，通过两个插销7相互插合将左、右侧炉体连接在一起。

在优选的实施方式中，插销7的末端设有螺栓孔，开始试验前，将受火框架柱安装在左、右侧炉体的中心位置，再以受火框架柱为中心安装试验三维框架的其他部分，接着将左、右侧炉体对合，采用螺栓穿过所述螺栓孔将左、右侧炉体连接在一起，连接完成后的上炉体4与下炉体3之间保持轻触，不影响上炉体4的竖向移动。

进一步，上炉体4的顶部外表面安装有若干个高频激光测距传感器8，高频激光测距传感器8的激光发射部分向试验三维框架结构的上部非受火梁或板的下表面发射激光，经试验三维框架结构的上部非受火梁或板下表面反射回的光信号可以再被高频激光测距传感器8接收。

在本申请中，高频激光测距传感器8的激光发射部分均垂直向试验三维框架结构上部的非受火部分梁或板下表面发射激光，相互之间不会受到影响。

在本申请中，通过高频激光测距传感器8测量其激光发射部分到试验三维框架结构上部的非受火梁或板下表面的竖向变形下降的距离。高频激光测距传感器8用于前述距离的测量属于现有技术，其工作原理为：高频激光测距传感器8以一定的超高采样频率发出射激光以连续测量其激光发射部分与试验三维框架结构上部的非受火部分梁或板下表面的竖向变形下降的距离，并在极短的时间下，计算先后两个距离的差值，即可得到试验三维框架结构上部的非受火梁或板下表面在受火框架柱屈曲时的竖向变形下降的距离。

进一步，在本申请中还通过高频激光测距传感器8测量试验三维框架结构上部的非受火梁或板的下表面在受火框架柱屈曲时的竖向变形下降的速度。该技术也属于现有技术，其原理为：高频激光测距传感器8可以将测量到的试验三维框架结构上部的非受火梁或板下表面在竖向变形下降的距离与时间相比，以得到试验三维框架结构上部的非受火梁或板的下表面在受火框架柱屈曲时的竖向变形下降的速度。

在本申请中，设置两个升降控制装置5，它们分别位于两个下炉体3的外侧；升降控制装置5包括支撑底板5-1、铰接座5-2、支撑臂5-3、伸缩臂5-4、螺纹调节横杆5-5、步进电机5-6；

所述铰接座5-2包括上铰接座5-2-1和下铰接座5-2-2，

所述支撑臂5-3包括左边侧上支撑臂5-3-1、左边侧下支撑臂5-3-2、右边侧上支撑臂5-3-3、右边侧下支撑臂5-3-4，

所述伸缩臂5-4包括左内侧上伸缩臂5-4-1、左内侧下伸缩臂5-4-2、右内侧上伸缩臂5-4-3、右内侧下伸缩臂5-4-4；

支撑底板5-1底部两端分别设有凹槽5-1-1，凹槽5-1-1内均设有第三滚轮，通过第三滚轮可左右滑动的安装在基座1的两道第一导轨2上，

下铰接座5-2-2的下表面与支撑底板5-1上部固定连接，上铰接座5-2-1上端与上炉体4的底部通过螺栓固定连接；

左边侧下支撑臂5-3-2、右边侧下支撑臂5-3-4、左内侧下伸缩臂5-4-2、右内侧下伸缩臂5-4-4的下端分别通过销轴连接在下铰接座5-2-2上；

左边侧上支撑臂5-3-1、右边侧上支撑臂5-3-3、左内侧上伸缩臂5-4-1、右内侧上伸缩臂5-4-3的上端分别通过销轴连接在上铰接座5-2-1下部，

左边侧下支撑臂5-3-2的上端铰接左边侧上支撑臂5-3-1下端，右边侧下支撑臂5-3-4的上端铰接右边侧上支撑臂5-3-3下端，左内侧下伸缩臂5-4-2的上端铰接左内侧上伸缩臂5-4-1下端，右内侧下伸缩臂5-4-4的上端铰接右内侧上伸缩臂5-4-3下端；

上下左右各个杆件在平面内对称；

所述螺纹调节横杆5-5水平依序横穿左边侧支撑臂(5-3-1、5-3-2)、左内侧伸缩臂(5-4-1、5-4-2)、右内侧伸缩臂(5-4-3、5-4-4)、右边侧支撑臂(5-3-3、5-3-4)中的铰接点，其右侧末端固接有步进电机5-6，其另一末端自由伸长在外侧，且左侧末端处与铰接点有螺纹连接；

进一步的，伸缩臂(5-4-1、5-4-2、5-4-3、5-4-4)与螺纹调节横杆5-5可以不设连接，伸缩臂设计成可伸缩的套设形式，如图3所示，升降控制装置5上升或下降的时候，伸缩臂5-4的内槽型钢在外槽型钢的里面自由滑动，伸缩臂5-4的设计为增强升降控制装置5平面外的稳定性。

此外，伸缩臂的内外套筒在伸缩过程中会产生一定的摩擦力，该摩擦力使得伸缩臂具有阻尼抗震(抗颤)效果，使得本发明具有更高的动力稳定性；又由于上下伸缩臂存在夹角，该夹角的大小能够影响伸缩臂内外套筒之间的摩擦力，通过优化伸缩臂与其外侧支撑臂要之间的杆件长度比、螺纹调节横杆5-5与外侧支撑臂之间的杆件长度比以及伸缩臂内外套筒接触界面摩擦力系数这三个参数，可以实现炉体系统的最优的动力试验稳定性。进一步，升降控制装置5的步进电机5-6带动螺纹调节横杆5-5转动，螺纹调节横杆5-5的转动转化成左边侧支撑臂(5-3-1、5-3-2)的螺纹销轴在螺纹调节横杆5-5上的位移，以实现整体拉伸变形机构提升或下降高度，即实现上铰接座的提升或下降高度。进一步的，靠近步进电机5-6处穿过销轴的一部分长度的螺纹调节横杆5-5不设置螺纹，与另一端销轴连接的螺纹调节横杆5-5设置较长一部分长度的螺纹，这样设置螺纹的目的是为了保证螺纹调节横杆5-5在转动的过程中引起左右侧支撑臂的同时变形，(而右侧支撑臂的变形是因为左右边侧支撑臂之间的螺纹调节横杆5-5的长度缩短或者伸长时对称平面整体适应性的变形，螺纹调节横杆5-5与步进电机5-6连接处保持不变)。

进一步的，左边侧下支撑臂5-3-2、右边侧下支撑臂5-3-4与螺纹调节横杆5-5构成一个倒立的等腰三角形，左边侧上支撑臂5-3-1、右边侧上支撑臂5-3-3与螺纹调节横杆5-5构成一个等腰三角形。

进一步，控制柜9中设置有处理器，处理器分别通过数据传输线与步进电机5-6、高频激光测距传感器8连接，用以获取高频激光测距传感器8测量出的试验三维框架结构上部的非受火梁或板下表面竖向变形下降的距离及速度，并对前述距离及速度进行处理后转换为脉冲信号输出到步进电机5-6，并控制步进电机5-6以一定的转速往一方向运行，进而带动螺纹调节横杆5-5转动从而驱动上炉体4的上升或下降。

在本申请中，第一上炉体和第二上炉体的下方各自安装一组升降控制装置5，使第一上炉体沿第一下炉体的上下滑动，以及第二上炉体沿第二下炉体的上下滑动均通过升降控制装置5来控制。

在本申请中，由于上炉体4的竖向移动受到控制柜处理器的控制，不可自由上升或下降。

在本申请中，可以通过调整上炉体4的位置来适应不同高度的试验试件，但在电阻炉的尺寸确定的情况下，这个可调整的高度是有一个范围的。因为，当受火框架柱屈曲时，上炉体4与下炉体3之间的接触距离最大，此时柱高为该电阻炉在该试验三维框架受载条件下能适用的最小柱高，比这个高度大的试验构件该电阻炉都可适用，但受火框架柱的受火高度会有一个最大值。

在本申请中，还可以通过调整上炉体4与下炉体3之间的接触距离大小来调整受火框架柱受火的高度，并以此调整受火框架柱的被加热区域，但这个过程只能调整受火框架柱从柱底至某一柱高的受火区域，例如不能实现柱底不受热而柱底以上部分受热。

在进行试验时，首先将左右两个单侧炉体沿第一导轨2拉开，将试验三维框架结构的受火框架柱安装在左、右侧炉体对合的正中央位置，受火框架柱的位置应保证左、右侧炉体对合后能够从第一上炉体和第二上炉体顶部对合的凹槽中通过，接着以受火框架柱为中心确定其他非受火框架柱的位置，并将非受火框架柱安装在确定过的相应位置，在所有框架柱安装完成后对框架柱的位置进行一次校核，试验三维框架结构的所有框架柱安装无误后，进行框架梁的吊装，框架梁柱安装完成后可安装板，在板安装完成后此时整个试验三维框架结构安装完成，试验三维框架结构安装完成后，将左右两个单侧炉体往中间推动，当两个单侧炉体接触之后安装插销7，将两个单侧炉体连接起来，之后控制上炉体4往上移动。此时整个试验装置已经安装完成，打开高频激光测距传感器8后，并通过炉体开关对上、下炉体中的发热电阻丝通电进行升温试验，可按照ISO834国际标准升温曲线升温，或者也可以按照其他升温曲线升温，如烃类火灾升温曲线、均匀直线升温曲线等。

当受火框架柱发生较大的变形时，试验三维框架的上部非受火部分也会受影响往下移动，此时通过高频激光测距传感器8测量出试验三维框架结构上部的非受火梁板下表面竖向变形下降的距离以及非受火梁板下表面的变形速度大小并传输至控制柜的处理器，通过控制柜中的处理器对前述距离与速度信号进行处理后转换为脉冲信号输出到步进电机5-6，得到信号后的步进电机5-6以一定的转速转动带动螺纹调节横杆5-5转动，螺纹调节横杆5-5通过转动调节下支撑臂和上支撑臂进行提升和下降高度，处理器控制着步进电机5-6转数与转速，通过控制步进电机5-6的转数来控制着上炉体4在第二轨道6上下移的距离，通过控制步进电机5-6的转速控制着上炉体4在第二轨道6上移动的速度，这个过程实现了上炉体4与试验三维框架结构的竖向变形同步，即上炉体4往下移动的距离与试验三维框架结构的上部非受火梁或板下表面最大的竖向变形距离大小相同，同时上炉体4向下移动的速度与试验三维框架结构的上部非受火梁或板下表面竖向变形速度大小相同，由此，该装配式电阻炉与试验三维框架结构可形成良好的协同变形效果。

进一步，控制柜还可以将试验三维框架结构上部的非受火梁板下表面竖向变形下降的距离以及速度直接进行输出，此时输出的结果即为试件变形的大小和速度。

进一步，上炉体4和/或下炉体3内还设置有温度传感器，温度传感器与控制柜连接，用于将测量到的上、下炉体内部的温度变化传输至控制柜的处理器，并可通过控制柜输出。

作为举例而非限定，控制柜中还设置有与处理器连接的显示设备，用以输出试件变形的大小和速度，以及上、下炉体内部的温度变化。

上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本申请技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：包括基座(1)、下炉体(3)、上炉体(4)、发热电阻丝、两个升降控制装置(5)、高频激光测距传感器(8)以及控制柜(9)；

下炉体(3)包括相对设置的第一下炉体和第二下炉体，第一下炉体和第二下炉体可左右滑动地安装在基座(1)上，两者对合后形成下炉体(3)；上炉体(4)包括第一上炉体和第二上炉体，第一上炉体和第二上炉体对合后形成上炉体(4)；第一上炉体和第二上炉体的底端各自安装一组升降控制装置(5)，用以分别控制第一上炉体沿第一下炉体上下滑动、以及第二上炉体沿第二下炉体上下滑动，同时两组升降控制装置(5)均可左右滑动地安装在基座(1)上；上炉体(4)的内顶壁表面及下炉体(3)的内侧壁表面均布设有发热电阻丝；对应于第一上炉体和第二上炉体相对合的位置，在第一上炉体和第二上炉体的顶部中间位置还分别开设有相对的凹槽，用以穿过试验三维框架结构的受火框架柱；

高频激光测距传感器(8)设置有若干个，用以向试验三维框架结构上部的非受火梁或板的下表面发射激光，以测量试验三维框架结构上部的非受火梁或板的下表面在受火框架柱发生屈曲时的竖向变形下降的距离及速度，并将所述距离及速度传输给控制柜(9)；

控制柜(9)与升降控制装置(5)连接，用以根据所述距离及速度控制升降控制装置(5)驱动上炉体(4)沿下炉体(3)上下滑动，以实现与试验三维框架结构的竖向协同变形；

升降控制装置(5)包括支撑底板(5-1)、铰接座(5-2)、支撑臂(5-3)、伸缩臂(5-4)、螺纹调节横杆(5-5)、步进电机(5-6)；两个升降控制装置(5)分别位于两个下炉体(3)的外侧；

所述铰接座(5-2)包括上铰接座(5-2-1)和下铰接座(5-2-2)，

所述支撑臂(5-3)包括左边侧上支撑臂(5-3-1)、左边侧下支撑臂(5-3-2)、右边侧上支撑臂(5-3-3)、右边侧下支撑臂(5-3-4)，

所述伸缩臂(5-4)包括左内侧上伸缩臂(5-4-1)、左内侧下伸缩臂(5-4-2)、右内侧上伸缩臂(5-4-3)、右内侧下伸缩臂(5-4-4)；

支撑底板(5-1)底部两端分别设有凹槽(5-1-1)，凹槽(5-1-1)内均设有第三滚轮，通过第三滚轮可左右滑动的安装在基座(1)的两道第一导轨(2)上，

下铰接座(5-2-2)的下表面与支撑底板(5-1)上部固定连接，上铰接座(5-2-1)上端与上炉体(4)的底部通过螺栓固定连接；

左边侧下支撑臂(5-3-2)、右边侧下支撑臂(5-3-4)、左内侧下伸缩臂(5-4-2)、右内侧下伸缩臂(5-4-4)的下端分别通过销轴连接在下铰接座(5-2-2)上；

左边侧上支撑臂(5-3-1)、右边侧上支撑臂(5-3-3)、左内侧上伸缩臂(5-4-1)、右内侧上伸缩臂(5-4-3)的上端分别通过销轴连接在上铰接座(5-2-1)下部，

左边侧下支撑臂(5-3-2)的上端铰接左边侧上支撑臂(5-3-1)下端，右边侧下支撑臂(5-3-4)的上端铰接右边侧上支撑臂(5-3-3)下端，左内侧下伸缩臂(5-4-2)的上端铰接左内侧上伸缩臂(5-4-1)下端，右内侧下伸缩臂(5-4-4)的上端铰接右内侧上伸缩臂(5-4-3)下端；

上下左右各个杆件在平面内对称；

所述螺纹调节横杆(5-5)水平依序横穿左边侧支撑臂(5-3-1、5-3-2)、左内侧伸缩臂(5-4-1、5-4-2)、右内侧伸缩臂(5-4-3、5-4-4)、右边侧支撑臂(5-3-3、5-3-4)中的铰接点，其右侧末端固接有步进电机(5-6)，其另一末端自由伸长在外侧，且左侧末端处与铰接点有螺纹连接；

控制柜(9)中设置有处理器，处理器分别与高频激光测距传感器(8)、步进电机(5-6)连接，处理器用以获取高频激光测距传感器(8)测量出的试验三维框架结构上部的非受火梁或板下表面的竖向变形下降的距离及速度，并对前述距离及速度进行处理后转换为脉冲信号输出到步进电机(5-6)，并控制步进电机(5-6)以一定的转速开始往一方向运行，进而带动螺纹调节横杆(5-5)转动，从而驱动第一上炉体、第二上炉体下降，并使第一上炉体、第二上炉体的下降与试验三维框架结构的竖向变形下降同步。

2.根据权利要求1所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：若干高频激光测距传感器(8)均安装在试验三维框架结构上部的非受火梁或板下表面正下方的电阻炉的上表面，并垂直向试验三维框架结构上部的非受火部分梁或板下表面发射激光。

3.根据权利要求1所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：基座(1)上安装有第一导轨(2)；

第一下炉体和第二下炉体的底部均安装有第一滚轮，第一下炉体和第二下炉体各自通过其底部的第一滚轮可左右滑动地安装第一导轨上；

支撑底板(5-1)可左右滑动的安装在基座的第一导轨(2)上。

4.根据权利要求1所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：第一上炉体和第二上炉体的内侧均安装有第二滚轮，第一上炉体和第二上炉体各自通过其内侧安装的第二滚轮可上下滑动地安装在第二导轨(6)上。

5.根据权利要求1所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：第一上炉体、第二上炉体、第一下炉体以及第二下炉体内布设的发热电阻丝分别与不同的炉体开关连接。

6.根据权利要求1所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：在上炉体(4)、下炉体(3)的内表面均设置有保温材料。

7.根据权利要求1所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：第一下炉体与第一上炉体构成左侧炉体，第二下炉体与第二上炉体构成右侧炉体；

对应于第一上炉体和第二上炉体相对合的位置，在第一上炉体和第二上炉体的外侧壁上还安装有相对设置的两个插销(7)，用以在左、右侧炉体对合后，通过两个插销(7)相互插合将左、右侧炉体连接在一起。

8.根据权利要求1所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：上炉体(4)和/或下炉体(3)内还设置有温度传感器；

温度传感器与控制柜(9)连接，用于测量上、下炉体内部的温度变化并传输至控制柜(9)。

9.根据权利要求1或8所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：控制柜(9)中还设置有显示设备，用以输出试验三维框架结构上部的非受火梁板下表面竖向变形下降的距离以及速度，和/或上、下炉体内部的温度变化。

10.根据权利要求1所述的适用于三维框架结构火灾试验的高稳定性可升降电阻炉，其特征在于：所述伸缩臂的内外套筒在伸缩过程中产生摩擦力，上下伸缩臂存在夹角，通过优化伸缩臂与其外侧支撑臂要之间的杆件长度比、螺纹调节横杆(5-5)与外侧支撑臂之间的杆件长度比以及伸缩臂内外套筒接触界面摩擦力系数这三个参数，实现炉体系统的最优的动力试验稳定性。

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