CN112683212B - 一种受火钢拱平面外侧移测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种受火钢拱平面外侧移测量装置及方法，涉及钢拱性能试验设备领域，包括探杆、支座和位移计，探杆一端用于连接钢拱，另一端连接位移计，探杆与支座转动连接，探杆能够从一端获取钢拱平面外侧移带动探杆相对于支座转动，以使位移计测取探杆另一端的位移变化量，将钢拱的平面外侧移通过转动的探杆测量，转动支座结合探杆形成杠杆结构，探杆一端的位移转移到高温试验炉体外部，利用位移计测取高温试验炉外部探杆一端的位移变化，从而间接实时测取高温试验炉体中钢拱构件平面外侧移量，方便灾高温下钢拱平面外稳定性行为的试验研究。

Description

一种受火钢拱平面外侧移测量装置及方法

技术领域

本公开涉及钢拱性能试验设备领域，特别涉及一种受火钢拱平面外侧移测量装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

拱型结构为受轴向压力作用为主的结构，是能够充分发挥材料力学性能的结构形式，尤其是钢拱结构，且拱形钢结构在大型公共建筑及地下隧道工程得到了广泛的应用，一旦发生火灾，将会造成巨大的生命财产损失，因此对钢拱结构的抗火性能进行研究是很有必要的。

发明人发现，常温下钢拱的研究已相对比较成熟，且已有研究多针对钢拱平面内的稳定性行为，鲜有关于火灾高温下钢拱平面外弯扭屈曲行为的研究；而在对火灾高温下的钢拱平面外弯扭屈曲分析试验研究中，缺少高温试验炉体中实时测量钢拱构件平面外侧移的相关测量手段及监测方式；难以实现钢拱在受火条件下的形变监测，采用肉眼监测、依据经验判断的方式会导致测量结果误差大，难以满足火灾高温下构件侧向位移测量的需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种受火钢拱平面外侧移测量装置及方法，将钢拱的平面外侧移通过转动的探杆测量，转动支座结合探杆形成杠杆结构，探杆一端的位移转移到高温试验炉体外部，利用位移计测取高温试验炉外部探杆一端的位移变化，从而间接实时测取高温试验炉体中钢拱构件平面外侧移量，方便火灾高温下钢拱平面外稳定性行为的试验研究。

本公开的第一目的是提供一种受火钢拱平面外侧移测量装置，采用以下技术方案：

包括探杆、支座和位移计，探杆一端用于连接钢拱，另一端连接位移计，探杆与支座转动连接，探杆能够从一端获取钢拱平面外侧移带动探杆相对于支座转动，以使位移计测取探杆另一端的位移变化量。

进一步地，所述探杆通过转动副连接支座，探杆轴线与转动副转动轴线垂直，探杆转动轨迹与钢拱平面外侧移轨迹共面。

进一步地，所述探杆一端套设有扣环，探杆能够在扣环内滑动，扣环用于连接钢拱测点并与钢拱共同移动。

进一步地，所述支座包括固定夹、轴承支座和光轴支架，光轴支架通过轴承转动安装在轴承支座上，形成转动连接，轴承支座连接固定夹，用于通过固定夹连接外部加载梁。

进一步地，所述位移计的测量端通过柔性索连接探杆，位移计可拆卸连接有磁吸底座，磁吸底座能够吸附在外部加载梁上以将位移计固定。

进一步地，所述位移计连接处理器，获取位移计测取的探杆端部位移变化量，并计算钢拱平面外侧移量。

本公开的第二目的是提供一种受火钢拱平面外侧移测量方法，利用如上所述的受火钢拱平面外侧移测量装置，包括以下步骤：

依据钢拱的平面外测点位置，布置安装支座；

根据测点位置将探杆转动安装在支座上，一端连接测点并能够相对支座转动；

位移计固定，其测量端通过柔性索连接探杆远离测点的一端；

试验过程中钢拱测点产生位置并改变位移计的测量值，依据测量值计算钢拱测点平面外侧移量。

进一步地，所述支座、位移计均安装在钢拱所处试验炉外部的加载梁上。

进一步地，所述探杆安装在支座后，调节至竖直状态，外部套设有扣环，通过扣环连接钢拱测点。

进一步地，试验过程中，将位移计与处理器连接，实时记录位移计测取的位移变化量。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)将钢拱的平面外侧移通过转动的探杆测量，转动支座结合探杆形成杠杆结构，探杆一端的位移转移到高温试验炉体外部，利用位移计测取高温试验炉外部探杆一端的位移变化，从而间接实时测取高温试验炉体中钢拱构件平面外侧移量，方便灾高温下钢拱平面外稳定性行为的试验研究；

(2)解决了高温试验炉体中实时测量钢拱构件平面外侧移的问题；位移计采用磁吸结构连接外部加载梁实现安装，使用方便快捷，省时省工，测量结果精确可靠，弥补了火灾高温下构件侧向位移测量工具和测量手段的欠缺；

(3)相较于位移计配合平动实现变化量的测量，本公开中采用探杆配合转动支座适应钢拱受火时的非直线位移形变，转动探杆配合扣环能够适应钢拱的形变状态，扣环能够始终随钢拱试件共同移动，确保测量的精度。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2中测量装置的整体结构示意图；

图2为本公开实施例1、2中测量装置的工作原理示意图；

图3为本公开实施例1、2中测量装置的支座的结构示意图；

图4为本公开实施例1、2中测量装置的位移计与支座的相对位置示意图。

图中，1.试验炉；2.钢拱；3.测点；4.加载梁；5.位移测量探杆；6.位移计；7.磁吸底座；8.钢丝；9.实时监测显示系统；10.转轴支座；11.悬臂型支柱固定夹；12.方形轴承支座；13.空心圆柱销；14.直线光轴支架；15.螺丝；16.梯形丝杆螺母；17扣环。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中缺少高温试验炉体中实时测量钢拱构件平面外侧移的相关测量手段及监测方式，难以实现钢拱在受火条件下的形变监测；针对上述问题，本公开提出了一种受火钢拱平面外侧移测量装置及方法。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提出了一种受火钢拱平面外侧移测量装置。

主要包括探杆、支座、位移计和处理器；

探杆作为测量杆，其一端探入试验炉内与钢拱试件的测点位置连接，获取钢拱试件在受火条件下的位移变化，另一端将连接位移计，测取试验炉外钢拱端的位移变化，从而间接获取试验炉内钢拱试件受火形变位置的位移变化；

支座对探杆进行支撑，支座与探杆的连接位置位于探杆的两端之间的杆身上，探杆通过转动副与支座形成转动连接，探杆在收到钢拱位移的形变作用时，能够相对于支座转动，从而改变位于试验炉外的探杆一端位移，被位移计所测取；

处理器连接位移计，实时获取位移计所测量的探杆端部的位移数据，一方面能够实时探杆的实时位移量，另一方面还能够测取在试验时间段内的位移变化。

具体的，如图所示，探杆一端用于连接钢拱，另一端连接位移计，探杆与支座转动连接，探杆能够从一端获取钢拱平面外侧移带动探杆相对于支座转动，以使位移计测取探杆另一端的位移变化量。

其中，支座为转轴支座，包括固定夹、轴承支座和光轴支架，固定夹通过轴承转动安装在轴承支座上，形成转动连接，轴承支座连接光轴支架，用于通过光轴支架连接外部加载梁；

具体的，结合附图，转轴支座10由悬臂型支柱固定夹11、方形轴承支座12、空心圆柱销13、直线光轴支架14、螺丝15、梯形丝杆螺母16(正丝和反丝)组合而成；

转轴支座10通过梯形丝杠螺母固定于加载梁4上，轴承支座上设有空心圆柱销，方形轴承支座通过螺丝连接空心圆柱销，从而安装在轴承支座的直线光轴支架上，悬臂型支柱固定夹通过轴承安装在方形轴承支座上；

位移测量探杆5通过转轴支座10的悬臂型支柱固定夹11固定于转轴支座10上，转轴支座10仅限制探杆5的位移，不限制探杆5的转动。

位移计的测量端通过柔性索连接探杆，位移计可拆卸连接有磁吸底座，磁吸底座能够吸附在外部加载梁上以将位移计固定；

所述位移计具有配套的磁吸底座，可固定于炉外加载梁上，通过实时监测记录位移计的位移变化量，实现钢拱构件平面外侧移的实时测量。

所述的柔性索可以选用钢丝，能够适应探杆端部的弧形位移，保证位移计的测量端能够保持与探杆的连接。

为了适应试验炉内的高温环境，在本实施例中，位移测量探杆由316不锈钢棒加工而成；

也可以选用其他材料加工而成的探杆，能够满足在高温下保证形状满足测量精度需求，避免探杆本身受到高温形变产生的误差影响测量精度。

位移计6连接磁吸底座7后固定于加载梁4上，通过钢丝8与探杆5顶端相连，并通过信号线与实时监测显示系统9连接。

所述探杆一端套设有扣环，探杆能够在扣环内滑动，扣环用于连接钢拱测点并与钢拱共同移动；

位移测量探杆5通过扣环17与钢拱试件2连接。

优选的，探杆通过转动副连接支座，探杆轴线与转动副转动轴线垂直，探杆转动轨迹与钢拱平面外侧移轨迹共面；

保证探杆的转动能够适应钢拱平面外侧移的形变方向，避免产生斜向偏转力，提高测量精度。

相较于位移计配合平动实现变化量的测量，本实施例中采用探杆配合转动支座适应钢拱受火时的非直线位移形变，转动探杆配合扣环能够适应钢拱的形变状态，扣环能够始终随钢拱试件共同移动，确保测量的精度。

所述位移计连接处理器，获取位移计测取的探杆端部位移变化量，并计算钢拱平面外侧移量；

实时获取位移计所测量的探杆端部的位移数据，一方面能够实时探杆的实时位移量，另一方面还能够测取在试验时间段内的位移变化。

可以理解的是，对于处理器，可以选用现有的位移计配套数据处理设备，对位移计收集的数据进行显示和处理。

将钢拱的平面外侧移通过转动的探杆测量，转动支座结合探杆形成杠杆结构，探杆一端的位移转移到高温试验炉体外部，利用位移计测取高温试验炉外部探杆一端的位移变化，从而间接实时测取高温试验炉体中钢拱构件平面外侧移量，方便灾高温下钢拱平面外稳定性行为的试验研究。

实施例2

本公开的另一典型实施方式中，如图1-图4所示，提出了一种受火钢拱平面外侧移测量方法，利用如实施例1所述的受火钢拱平面外侧移测量装置。

包括以下步骤：

依据钢拱的平面外测点位置，布置安装支座；

根据测点位置将探杆转动安装在支座上，一端连接测点并能够相对支座转动；

位移计固定，其测量端通过柔性索连接探杆远离测点的一端；

试验过程中钢拱测点产生位置并改变位移计的测量值，依据测量值计算钢拱测点平面外侧移量。

具体的，结合附图，对上述的测量方法过程进行详细描述：

A.确定钢拱2的平面外位移测点3，根据测点3位置，在试验炉1外加载梁4上安装转轴支座10；

B.根据测点3位置，将位移测量探杆5通过转轴支座10的悬臂型支柱固定夹11固定于转轴支座10上，调整转轴，确保探杆5垂直，将探杆5底部套入测点3处的扣环17，确保探杆5在测点3位置与钢拱2试件能够共同移动；

C.将位移计6连接磁吸底座7后固定于炉体1上部的加载梁4上，位移计6与探杆5顶端通过钢丝8连接，并将位移计6与实时监测显示系统9相连；

D.试验过程中实时观测记录位移计6的位移变化量x，并通过下式计算钢拱测点3平面外侧移量W；

钢拱平面外侧移测量装置工作原理示意图见附图2：

其中，对应图中：A＝2A₁A₂；

解决了高温试验炉体中实时测量钢拱构件平面外侧移的问题；位移计采用磁吸结构连接外部加载梁实现安装，使用方便快捷，省时省工，测量结果精确可靠，弥补了火灾高温下构件侧向位移测量工具和测量手段的欠缺。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种受火钢拱平面外侧移测量装置，其特征在于，包括探杆、支座和位移计，探杆一端用于连接钢拱，另一端连接位移计，探杆与支座转动连接，探杆能够从一端获取钢拱平面外侧移带动探杆相对于支座转动，以使位移计测取探杆另一端的位移变化量；

所述探杆一端套设有扣环，探杆能够在扣环内滑动，扣环用于连接钢拱测点并与钢拱共同移动；

所述探杆通过转动副连接支座，探杆轴线与转动副转动轴线垂直，探杆转动轨迹与钢拱平面外侧移轨迹共面；

所述位移计的测量端通过柔性索连接探杆，位移计可拆卸连接有磁吸底座，磁吸底座能够吸附在外部加载梁上以将位移计固定；

所述位移计连接处理器，获取位移计测取的探杆端部位移变化量，并计算钢拱平面外侧移量。

2.如权利要求1所述的受火钢拱平面外侧移测量装置，其特征在于，所述支座包括固定夹、轴承支座和光轴支架，固定夹通过轴承转动安装在轴承支座上，形成转动连接，轴承支座连接光轴支架，用于通过光轴支架连接外部加载梁。

3.一种受火钢拱平面外侧移测量方法，利用如权利要求1-2任一项所述的受火钢拱平面外侧移测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

依据钢拱的平面外测点位置，布置安装支座；

根据测点位置将探杆转动安装在支座上，一端连接测点并能够相对支座转动；

位移计固定，其测量端通过柔性索连接探杆远离测点的一端；

试验过程中钢拱测点产生位移并改变位移计的测量值，依据测量值计算钢拱测点平面外侧移量。

4.如权利要求3所述的受火钢拱平面外侧移测量方法，其特征在于，所述支座、位移计均安装在钢拱所处试验炉外部的加载梁上。

5.如权利要求3所述的受火钢拱平面外侧移测量方法，其特征在于，所述探杆安装在支座后，调节至竖直状态，外部套设有扣环，通过扣环连接钢拱测点。

6.如权利要求3所述的受火钢拱平面外侧移测量方法，其特征在于，试验过程中，将位移计与处理器连接，实时记录位移计测取的位移变化量。

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