CN113009067A - 一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统及其实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，包括设有刚性平台的多点加载自平衡反力系统，刚性平台上的轨道上设有运输放置轨道模型的模型拼运装置和两个炉体侧封装置，两个炉体侧封装置分别用于对隧道模型两端口进行密封，隧道模型内腔能够放置塔式燃烧车，多点加载自平衡反力系统的两个反力架之间连接有若干套均布的用于对隧道模型外壁实施加载力的自适应加载装置，本系统能够对不同形状截面隧道模型进行加载，能够适用于不同截面形状的隧道结构测试需求，尤其针对隧道结构火灾试验，其摄像头成像视角大，耐热性好，兼具热像及测距，能很好地满足隧道火灾高温环境的使用需求要求。

Description

一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统及其实施方法

技术领域

本发明涉及隧道结构火灾试验系统领域，具体涉及一种隧道结构多维空间 加载火灾试验系统及其实施方法。

背景技术

随着我国工业化、城市化进程推进，我国交通隧道(公路、铁路、地铁、 海底隧道等)的开发利用进入快速增长阶段，隧道交通给我们带来便利，但是 由于隧道火灾事故具有蔓延迅速、不易控制、危险性大等特点，也往往容易造 成严重的损失；隧道结构在日常运营过程中处于围压受力状态，评估其承载能 力对于隧道设计与运营安全具有重要意义。一般可利用反力加载系统测定隧道 试验模型的承载能力。然而，随着隧道用途的多样化，隧道截面形状不断更新 (圆形、矩形、马蹄形、椭圆形、多边形、双圆形组合式断面等)。现有的加 载反力加载系统通常仅适用于圆形截面隧道模型加载，难以适用于不同截面形 状的隧道结构测试需求。

此外，常见的隧道结构火灾试验往往将一辆即将报废的汽车点燃开展实 验。该种试验方式一方面浪费资源且污染大，另一方面，试验燃烧过程不可控， 且难以模拟汽车移动火灾的影响。另外，火灾试验过程中需要使用到摄像及热 像装置获取试验数据与影像资料。常见的高温摄像及热像仪一般是将摄像与热 像仪置于火灾高温环境外部(即通常为室温环境)，通过伸进火灾高温环境内 部的镜头组件间接成像，此类高温摄像及热像仪缺点是成像视角狭小，且难以 兼具热像及测距，不能很好地满足隧道火灾高温环境的使用需求要求。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种隧道结构多维空间加 载火灾试验系统及其实施方法，其能够对不同形状截面隧道模型进行加载，能 够适用于不同截面形状的隧道结构测试需求，尤其针对隧道结构火灾试验，其 摄像头成像视角大，耐热性好，兼具热像及测距，能很好地满足隧道火灾高温 环境的使用需求要求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，包括设有刚性平台 的多点加载自平衡反力系统，所述刚性平台上开有轨道槽并铺设有轨道，所述 轨道上设有能够滑动的模型拼运装置和两个炉体侧封装置，所述模型拼运装置 上端用于放置隧道模型，两个所述炉体侧封装置分别用于对隧道模型两端口进 行密封，所述隧道模型内壁上设有钢轨，所述钢轨上设有能够向外部喷射火焰 的塔式燃烧车，所述多点加载自平衡反力系统包括两个平行布置在刚性平台上 的反力架，两个所述反力架之间连接有若干套均布的用于对隧道模型外壁实施 加载力的自适应加载装置，自适应加载装置的加载端能够自由调节空间位置； 所述反力架为环形并由多段钢构件通过螺栓连接组成；所述炉体侧封装置上设有进气管、进风管、进水管以及出水管；

所述自适应加载装置包括分配梁,所述分配梁上端面铰接若干均布的液压 缸，所述液压缸远离分配梁的一端与调整平台底部固定，所述调整平台顶面固 定有电动推杆和两个对称设在电动推杆两侧的固定杆，所述固定杆、电动推杆 与转动块滑动连接，所述转动块的两端对称固定有两个转动杆，两个所述转动 杆远离转动块的一端分别与两个反力架上预设的销孔销式连接；

所述自适应加载装置还包括用于调整转动块转动角度的角度调整组件和 用于限定分配梁沿固定杆方向位移的锁止组件，所述刚性平台上端面设有若干 个液压支撑缸，所述液压缸、液压支撑缸分别通过各自对应的分油台与液压动 力站油路连接。

优选地，所述角度调整组件包括调整顶杆，所述调整顶杆中部通过第一伸 缩杆连接调整底杆中部，所述调整顶杆两端分别与两个反力架上预设的凹槽滑 动插接，所述调整底杆与转动块固定连接，所述第一伸缩杆通过其自身伸缩带 动转动块转动，所述电动推杆、第一伸缩杆采用电动控制并分别设有无线接收 单元和控制其工作的控制单元。

优选地，所述锁止组件包括固定在转动块上的L型固定架，所述L型固定 架远离转动块的一端固定连接第二伸缩杆，所述第二伸缩杆伸出端固定连接刚 性楔块，所述固定杆朝向电动推杆的一侧面开有若干均布的凹槽，所述刚性楔 块两侧能够嵌入凹槽内对分配梁起到位置锁止作用，所述刚性楔块中部开有能 够容纳电动推杆的缺口，所述第二伸缩杆采用电动控制并分别设有无线接收单 元和控制其工作的控制单元。

优选地，所述液压支撑缸与液压缸的加载端均设有液压缸载荷传感器以及 液压缸位移传感器，所述液压缸、液压支撑缸与对应的分油台之间均设有液压 缸比例阀，用以实现各自独立的液压供给。

优选地，所述塔式燃烧车包括车体，所述车体的两侧面与顶面上分别开有 若干呈矩形阵列均布的燃烧口，所述车体内壁上还固定有若干分别与燃烧口一 一对应的滑动架，所述滑动架上滑动连接滑板，所述滑板与燃烧器的燃烧筒固 定连接，所述燃烧筒喷火端穿过滑板、滑动架以及燃烧口后伸出车体之外，所 述燃烧筒能通过滑板在滑动架上的滑动实现上下摆动喷射；所述燃烧器的进气 孔、进风孔分别通过耐热软管与炉体侧封装置上的进气管、进风管连通，进气 管、进风管分别外接外部天然气和风源，所述车体外壁上还设有多个耐高温全 景探测装置，所述全景探测装置与外部监视器电连接，所述监视器外接VR装置，所述车体其中一端开设有能容纳检修人员进出的检修口。

优选地，所述滑动架包括固定在车体内壁上的壁板，所述壁板远离车体内 壁的一侧固定有弧形板，所述弧形板的两侧弧形边与壁板之间还密封固定有侧 板，所述弧形板远离壁板的一侧面上通过弧形滑轨滑动连接滑板，所述滑板上 还设有用于限制其位移的防滑锁紧装置，所述壁板、弧形板以及滑板上均开有 与燃烧口适配相通且用于供燃烧筒贯穿的槽口，所述滑板与燃烧筒根部固定连 接，所述滑动板覆盖弧形板部分与弧形板的曲率相同。

优选地，所述全景探测装置包括耐高温球形玻璃罩，所述耐高温球形玻璃 罩通过其底部套设有的耐高温夹具固定在台座上，所述耐高温球形玻璃罩内设 有防水型360度相机，所述防水型360度相机通过竖向布置的水流分离器固定 在台座上端面，所述水流分离器两侧边缘紧贴耐高温球形玻璃罩的内壁，所述 水流分离器将防水型360度相机与台座之间的空间分隔为左腔和右腔，所述右 腔内还设有测距热像仪并且所述测距热像仪固定在内窥镜的一端，所述内窥镜 另一端为窥视端并伸出耐高温球形玻璃罩之外，所述左腔、右腔分别通过耐热 软管与炉体侧封装置上的进水管、出水管连通，进水管、出水管连通外部冷却 水池，所述台座的底部还设有隔热罩，所述隔热罩内腔固定有微型麦克风和电 机，所述隔热罩底部固定在车体上，所述防水型360度相机、测距热像仪、微 型麦克风、电机分别与外部监视器电性连接，监视器外接VR装置,所述电机 的伸出轴与台座中心处插接固定，所述电机的正反转带动台座进行顺时针或逆 时针转动。

优选地，所述天然气连接燃气主管前端，所述燃气主管上从前到后依次设 有燃气主阀、压力计、流量计及燃气控制主阀，所述燃气主管末端分出若干燃 气支管，每个燃气支管设置一个燃气控制分阀，所述车体内同一排燃烧器的进 气孔通过金属软管连接在一个燃气支管上，所述燃气主阀、压力计、流量计、 燃气控制主阀以及燃气控制分阀分别与外部燃气控制面板电连接，所述燃气控 制面板与监视器电连接，燃气支管穿过炉体侧封装置上的进气管后连通燃烧器 的进气孔；

所述燃控制主阀为V型切口球阀，所述燃气控制主阀采用气动方式驱动， 所述燃气控制主阀的阀门定位由监视器的控制系统模拟输出信号来控制，所述 流量计采用容积式流量计，所述流量计包括一个频率脉冲计数器、两个热敏电 阻温度探头和两个压力传感器，所述热敏电阻温度探头、压力传感器成对分别 设在流量计的入口和出口处。

优选地，所述模型拼运装置包括上下设置的模型拼装平台和模型运载车， 所述模型拼装平台采用钢结构部件制作并且在其上端设有与隧道模型适配的 弧形组件，所述模型拼装平台的底部与模型运载车通过螺栓连接，所述模型运 载车采用电力驱动。

本发明还提供一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统的实施方法，具体 包括以下步骤：

1)将模型拼装平台吊装至模型运载车上部，并与模型运载车螺栓连接， 隧道模型利用行车分块吊装至模型拼装平台，并在模型拼装平台上完成拼装； 液压动力站由控制台控制，控制台设置有与第一伸缩杆、电动推杆以及第二伸 缩杆上无线无线接收单元适配的无线发射单元；

2)模型运载车沿轨道运至两个反力架内腔，将隧道模型运至规定试验位 置后，位于模型运载车车轮外侧的若干台液压支撑缸升起至模型拼装平台下表 面，然后将液压支撑缸锁止；

3)将模型运载车与模型拼装平台分离，将模型运载车移出实验工作位置， 将位于模型运载车车轮内侧的若干台液压支撑缸的升起至模型拼装平台下表 面，并将液压支撑缸锁止；

4)自适应加载装置上的角度调整组件根据实验模型加载点的角度要求， 控制台发射信号控制第一伸缩杆的杆体伸缩，进而带动转动块的转动，实现自 适应加载装置的角度调整；

5)待角度调整完毕后，距离调整组件根据实验模型尺寸大小，控制台发 射信号控制电动推杆的杆体伸缩，实现分配梁沿固定杆方向移动进行距离调 整；

6)待距离调整完毕后，锁止组件上，控制台发射信号控制通过第二伸缩 杆推出刚性楔块并插入固定杆凹槽内，实现加载位置锁止功能；

7)控制分配梁上多台液压缸的加载端伸出，分配梁对隧道模型实行预加 载与正式加载，各分配梁与隧道模型柔性挂接；

8)将塔式燃烧车沿钢轨进入隧道模型内部，待塔式燃烧车达到预定位置 后，两个炉体侧封装置分别沿轨道移动至两个反力架处，完成防火隔热保护后， 闭合两个炉体侧封装置，接入隧道模型两个端口，开始对隧道模型内部施加火 灾温度场，从而进行火灾实验。

本发明的有益效果在于：

1、本发明设有两座形状为环形的反力架，便于实现对隧道衬砌结构模型 进行工程试验，并且，本发明在反力架底部设有刚性平台，在加载时系统能够 实现自平衡。

2、本发明设有自适应加载装置，可以对不同截面形状的隧道模型进行加 载试验。

3、本发明设计可模拟汽车火灾的塔式燃烧车，塔式燃烧车可重复使用， 通过控制燃气控制主阀与燃气控制分阀调整各燃烧器的燃气供应，从而实现火 焰大小与热释放的实时可控，可用于模拟单辆或者多辆汽车火灾；同时燃烧器 可通过转动选择不同方向的的火焰喷射形态，进而更精准地模拟实际汽车火灾 情况。

4、本发明设置了安模型运载车，使装置具备行走功能，可用于模拟汽车 移动火灾的情况。

5、本发明采用耐高温材质的球形玻璃罩作为探测装置的防护罩，实现探 测装置对外观测的全景视窗；球形玻璃罩内充满无色透明冷却液，使放置在球 形玻璃罩内的电子设备可直接用于火灾高温环境中。

6、本发明设有防水型360度相机、VR装置、测距热像仪、微型麦克风等 装置，集成摄像、测温、测距及测声功能，实现对火灾高温环境的全景呈现及 全场温度的全程非接触监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统的结 构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统 的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的自适应加载装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的距离调整组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的转轴组件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的液压缸加载组件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的角度调整组件的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的锁止组件的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种塔式燃烧车上燃烧口布置示意图；

图10为本发明实施例提供的一种塔式燃烧车上检修口布置示意图；

图11为本发明实例提供的燃烧器结构示意图；

图12为本发明实例提供的燃烧器滑动部分结构示意图；

图13为本发明实例提供的全景探测装置结构示意图；

图14为本发明实例提供的模型拼运装置结构示意图。

附图标记说明：

1、反力架，2、距离调整组件，2-1、电动推杆，2-2、固定杆，2-4、调 整平台，3、自适应加载装置，4、全景探测装置，4-1、耐高温球形玻璃罩， 4-2、防水型360度相机，4-3、测距热像仪，4-4、水流分离器，4-5、台座， 4-6、内窥镜，4-7、隔热罩，4-8、微型麦克风，4-9、电机，5-1、燃气支管， 5-2、燃气主管，5-3、燃气主阀，5-4、压力计，5-5、流量计，5-6、燃气控制主阀，5-7、燃气控制分阀，5-8、燃气控制面板，6、液压缸加载组件，6-1、 液压缸，6-2、分配梁，7、角度调整组件，7-1、调整顶杆，7-2、调整底杆， 7-3、第一伸缩杆，8、锁止组件，8-1、L型固定架，8-2、第二伸缩杆，8-3、 刚性楔块，9、刚性平台，9-1、轨道槽，10、液压支撑缸，11、分油台，12、 液压动力站，12-1、纹波衰减器，13、转轴组件，13-1、转动杆，13-2、转动块，13-3、矩形孔，13-4、圆孔；14、车体，14-1、燃烧口，14-2、保温棉， 14-7、检修口，15、燃烧器，15-1、进气孔，15-2、进风孔，15-3、燃烧筒， 16、滑动架，16-1、壁板，16-2、侧板，16-3、弧形板，16-4、滑轨，17、 天然气，19、冷却水池，20、监视器，21、VR装置，22、滑板；23、模型拼运装置，23-1、模型运载车，23-2、模型拼装平台，24、控制台。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图14所示，一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，包括设 有刚性平台9的多点加载自平衡反力系统，包括两个环形设计的反力架1、自 适应加载装置3、距离调整组件2、转轴组件13、液压缸加载组件6，两个反 力架1平行布置在刚性平台9上的反力架1，反力架1为多段钢构件通过螺栓 连接组成；距离调整组件2包括电动推杆2-1、固定杆2-2以及调整平台2-4； 转轴组件13包括转动杆13-1和转动块13-2，液压缸加载组件6包括液压缸 6-1和分配梁6-2；

所述刚性平台9上开有轨道槽9-1并铺设有轨道，所述轨道上设有能够滑 动的模型拼运装置23和两个炉体侧封装置22，所述模型拼运装置23上端用于 放置隧道模型，两个所述炉体侧封装置22分别用于对隧道模型两端口进行密 封，所述隧道模型内壁上设有钢轨，所述钢轨上设有能够向外部喷射火焰的塔 式燃烧车，两个所述反力架1平行布置在刚性平台9上，两个所述反力架1之 间连接有若干套均布的用于对隧道模型外壁实施加载力的自适应加载装置3， 自适应加载装置3的加载端能够自由调节空间位置；所述反力架1为环形并由 多段钢构件通过螺栓连接组成；所述炉体侧封装置22上设有进气管、进风管、 进水管以及出水管；

所述自适应加载装置3包括分配梁6-2,所述分配梁6-2上端面铰接若干均 布的液压缸6-1，所述液压缸6-1远离分配梁6-2的一端与调整平台2-4底部 固定，所述调整平台2-4顶面固定有电动推杆2-1和两个对称设在电动推杆2-1 两侧的固定杆2-2，所述固定杆2-2、电动推杆2-1与转动块13-2滑动连接， 所述转动块13-2的两端对称固定有两个转动杆13-1，两个所述转动杆13-1 远离转动块13-2的一端分别与两个反力架1上预设的销孔销式连接，转动块 13-2上开有供电动推杆2-1和固定杆2-2穿过的圆孔13-4和矩形孔13-3；

所述自适应加载装置3还包括用于调整转动块13-2转动角度的角度调整 组件7和用于限定分配梁6-2沿固定杆2-2方向位移的锁止组件8，所述刚性 平台9上端面设有若干个液压支撑缸10，所述液压缸6-1、液压支撑缸10分 别通过各自对应的分油台11与液压动力站12油路连接。

所述角度调整组件7包括调整顶杆7-1，所述调整顶杆7-1中部通过第一 伸缩杆7-3连接调整底杆7-2中部，所述调整顶杆7-1两端分别与两个反力架 1上预设的凹槽滑动插接，所述调整底杆7-2与转动块13-2固定连接，所述第 一伸缩杆7-3通过其自身伸缩带动转动块13-2转动，所述电动推杆2-1、第一 伸缩杆7-3采用电动控制并分别设有无线接收单元和控制其工作的控制单元。

所述锁止组件8包括固定在转动块13-2上的L型固定架8-1，所述L型固 定架8-1远离转动块13-2的一端固定连接第二伸缩杆8-2，所述第二伸缩杆 8-2伸出端固定连接刚性楔块8-3，所述固定杆2-2朝向电动推杆2-1的一侧 面开有若干均布的凹槽，所述刚性楔块8-3两侧能够嵌入凹槽内对分配梁6-2 起到位置锁止作用，所述刚性楔块8-3中部开有能够容纳电动推杆2-1的缺口， 所述第二伸缩杆8-2采用电动控制并分别设有无线接收单元和控制其工作的控 制单元。

所述液压支撑缸10与液压缸6-1的加载端均设有液压缸载荷传感器以及 液压缸位移传感器，所述液压缸6-1、液压支撑缸10与对应的分油台11之间 均设有液压缸比例阀，用以实现各自独立的液压供给。

所述塔式燃烧车包括车体14，所述车体14的两侧面与顶面上分别开有若 干呈矩形阵列均布的燃烧口14-1，所述车体14内壁上还固定有若干分别与燃 烧口14-1一一对应的滑动架16，所述滑动架16上滑动连接滑板22，所述滑 板22与燃烧器15的燃烧筒15-3固定连接，所述燃烧筒15-3喷火端穿过滑板 22、滑动架16以及燃烧口14-1后伸出车体14之外，所述燃烧筒15-3能通过 滑板22在滑动架16上的滑动实现上下摆动喷射；所述燃烧器15的进气孔 15-1、进风孔15-2分别通过耐热软管与炉体侧封装置22上的进气管、进风管 连通，进气管、进风管分别外接外部天然气17和风源，所述车体14外壁上还 设有多个耐高温全景探测装置4，所述全景探测装置4与外部监视器20电连接， 所述监视器20外接VR装置21，所述车体14其中一端开设有能容纳检修人员 进出的检修口14-7。

所述滑动架16包括固定在车体14内壁上的壁板16-1，所述壁板16-1远 离车体14内壁的一侧固定有弧形板16-3，所述弧形板16-3的两侧弧形边与壁 板16-1之间还密封固定有侧板16-2，所述弧形板16-3远离壁板16-1的一侧 面上通过弧形滑轨16-4滑动连接滑板22，所述滑板22上还设有用于限制其位 移的防滑锁紧装置，所述壁板16-1、弧形板16-3以及滑板22上均开有与燃烧 口14-1适配相通且用于供燃烧筒15-3贯穿的槽口，所述滑板22与燃烧筒15-3 根部固定连接，所述滑动板13覆盖弧形板16-3部分与弧形板16-3的曲率相 同。

所述全景探测装置4包括耐高温球形玻璃罩4-1，所述耐高温球形玻璃罩4-1通过其底部套设有的耐高温夹具固定在台座4-5上，所述耐高温球形玻璃 罩4-1内设有防水型360度相机4-2，所述防水型360度相机4-2通过竖向布 置的水流分离器4-4固定在台座4-5上端面，所述水流分离器4-4两侧边缘紧 贴耐高温球形玻璃罩4-1的内壁，所述水流分离器4-4将防水型360度相机4-2 与台座4-5之间的空间分隔为左腔和右腔，所述右腔内还设有测距热像仪4-3 并且所述测距热像仪4-3固定在内窥镜4-6的一端，所述内窥镜4-6另一端为 窥视端并伸出耐高温球形玻璃罩4-1之外，所述左腔、右腔分别通过耐热软管 与炉体侧封装置22上的进水管、出水管连通，进水管、出水管连通外部冷却 水池19，所述台座的底部还设有隔热罩4-7，所述隔热罩4-7内腔固定有微型 麦克风4-8和电机4-9，所述隔热罩4-7底部固定在车体14上，所述防水型 360度相机4-2、测距热像仪4-3、微型麦克风4-8、电机4-9分别与外部监视 器20电性连接，监视器20外接VR装置21，连接用电线设在出水管和耐热软 管内，所述电机4-9的伸出轴与台座4-5中心处插接固定，所述电机4-9的正 反转带动台座4-9进行顺时针或逆时针转动。

所述天然气17连接燃气主管5-2前端，所述燃气主管5-2上从前到后依 次设有燃气主阀5-3、压力计5-4、流量计5-5及燃气控制主阀5-6，所述燃气 主管5-2末端分出若干燃气支管5-1，每个燃气支管5-1设置一个燃气控制分 阀5-7，所述车体14内同一排燃烧器15的进气孔15-1通过金属软管连接在一 个燃气支管5-1上，所述燃气主阀5-3、压力计5-4、流量计5-5、燃气控制主 阀5-6以及燃气控制分阀5-7分别与外部燃气控制面板5-8电连接，所述燃气 控制面板5-8与监视器20电连接；燃气支管5-1穿过炉体侧封装置22上的进 气管后连通燃烧器15的进气孔15-1。

所述燃控制主阀5-3为V型切口球阀，所述燃气控制主阀5-3采用气动方 式驱动，所述燃气控制主阀5-3的阀门定位由监视器20的控制系统模拟输出 信号来控制，所述流量计5-5采用容积式流量计，所述流量计5-5包括一个频 率脉冲计数器、两个热敏电阻温度探头和两个压力传感器，所述热敏电阻温度 探头、压力传感器成对分别设在流量计5-5的入口和出口处。

所述模型拼运装置23包括上下设置的模型拼装平台23-2和模型运载车 23-1，所述模型拼装平台23-2采用钢结构部件制作并且在其上端设有与隧道模 型适配的弧形组件，所述模型拼装平台23-2的底部与模型运载车23-1通过螺 栓连接，所述模型运载车23-1采用电力驱动。

所述燃烧器15采用可控式分体燃烧器。

所述燃烧口14-1的形状为矩形，所述滑动架16为多块奥氏体铬镍耐热钢 板焊接制成。

所述液压动力站12的高压出口处设有纹波衰减器12-1。

所述车体14、模型拼运装置23、炉体侧封装置22、隔热罩4-7、滑动架 16均采用奥氏体铬镍耐热钢，刚性平台9内可开有预留孔便于管路安装。

所述隧道模型内壁、车体14外壁、炉体侧封装置22朝向隧道模型一侧、 隔热罩4-7内部都覆盖设有多层保温棉，所述保温棉为多晶莫来石纤维棉且喷 洒高温固化剂。

监视器20、VR装置21设在控制台24上。

本实施例还提供一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统的实施方法，具 体包括以下步骤：

1)将模型拼装平台23-2吊装至模型运载车23-1上部，并与模型运载车 23-1螺栓连接，隧道模型利用行车分块吊装至模型拼装平台23-2，并在模型 拼装平台23-2上完成拼装；液压动力站12由控制台24控制，控制台24设置 有与第一伸缩杆7-3、电动推杆2-1以及第二伸缩杆8-2上无线无线接收单元 适配的无线发射单元；

2)模型运载车23-1沿轨道运至两个反力架1内腔，将隧道模型运至规定 试验位置后，位于模型运载车23-2车轮外侧的若干台液压支撑缸10升起至模 型拼装平台23-1下表面，然后将液压支撑缸10锁止；

3)将模型运载车23-1与模型拼装平台23-2分离，将模型运载车23-1移 出实验工作位置，将位于模型运载车23-1车轮内侧的若干台液压支撑缸10的 升起至模型拼装平台23-2下表面，并将液压支撑缸10锁止；

4)自适应加载装置3上的角度调整组件7根据实验模型加载点的角度要 求，通过第一伸缩杆7-3的杆体伸缩，进而带动转动块13-2的转动，实现自 适应加载装置3的角度调整；通过控制台24发出无线信号，第一伸缩杆7-3 对应的无线接收单元接收信号，然后将信号传输到其对应的控制单元，控制单 元控制第一伸缩杆7-3工作；

5)待角度调整完毕后，距离调整组件7根据实验模型尺寸大小，通过电 动推杆2-1的杆体伸缩，实现分配梁6-2沿固定杆2-2方向移动进行距离调整； 通过外部控制台24发出无线信号，电动推杆2-1对应的无线接收单元接收信 号，然后将信号传输到其对应的控制单元，控制单元控制电动推杆2-1工作；

6)待距离调整完毕后，锁止组件8通过第二伸缩杆8-2推出刚性楔块8-3 并插入固定杆2-2凹槽内，实现加载位置锁止功能；通过外部控制台24发出 无线信号，第二伸缩杆8-2对应的无线接收单元接收信号，然后将信号传输到 其对应的控制单元，控制单元控制第二伸缩杆8-2工作；

7)控制分配梁6-2上多台液压缸6-1的加载端伸出，分配梁6-2对隧道 模型实行预加载与正式加载，各分配梁6-2与隧道模型柔性挂接；

8)将塔式燃烧车沿钢轨进入隧道模型内部，待塔式燃烧车达到预定位置 后，两个炉体侧封装置22分别沿轨道移动至两个反力架1处，完成防火隔热 保护后，闭合两个炉体侧封装置22，接入隧道模型两个端口，开始对隧道模型 内部施加火灾温度场，从而进行火灾实验。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，其特征在于，包括设有刚性平台(9)的多点加载自平衡反力系统，所述刚性平台(9)上开有轨道槽(9-1)并铺设有轨道，所述轨道上设有能够滑动的模型拼运装置(23)和两个炉体侧封装置(22)，所述模型拼运装置(23)上端用于放置隧道模型，两个所述炉体侧封装置(22)分别用于对隧道模型两端口进行密封，所述隧道模型内壁上设有钢轨，所述钢轨上设有能够向外部喷射火焰的塔式燃烧车，所述多点加载自平衡反力系统包括两个平行布置在刚性平台(9)上的反力架(1)，两个所述反力架(1)之间连接有若干套均布的用于对隧道模型外壁实施加载力的自适应加载装置(3)，自适应加载装置(3)的加载端能够自由调节空间位置；所述反力架(1)为环形并由多段钢构件通过螺栓连接组成；所述炉体侧封装置(22)上设有进气管、进风管、进水管以及出水管；

所述自适应加载装置(3)包括分配梁(6-2),所述分配梁(6-2)上端面铰接若干均布的液压缸(6-1)，所述液压缸(6-1)远离分配梁(6-2)的一端与调整平台(2-4)底部固定，所述调整平台(2-4)顶面固定有电动推杆(2-1)和两个对称设在电动推杆(2-1)两侧的固定杆(2-2)，所述固定杆(2-2)、电动推杆(2-1)与转动块(13-2)滑动连接，所述转动块(13-2)的两端对称固定有两个转动杆(13-1)，两个所述转动杆(13-1)远离转动块(13-2)的一端分别与两个反力架(1)上预设的销孔销式连接；

所述自适应加载装置(3)还包括用于调整转动块(13-2)转动角度的角度调整组件(7)和用于限定分配梁(6-2)沿固定杆(2-2)方向位移的锁止组件(8)，所述刚性平台(9)上端面设有若干个液压支撑缸(10)，所述液压缸(6-1)、液压支撑缸(10)分别通过各自对应的分油台(11)与液压动力站(12)油路连接。

2.如权利要求1所述的一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，其特征在于，所述角度调整组件(7)包括调整顶杆(7-1)，所述调整顶杆(7-1)中部通过第一伸缩杆(7-3)连接调整底杆(7-2)中部，所述调整顶杆(7-1)两端分别与两个反力架(1)上预设的凹槽滑动插接，所述调整底杆(7-2)与转动块(13-2)固定连接，所述第一伸缩杆(7-3)通过其自身伸缩带动转动块(13-2)转动，所述电动推杆(2-1)、第一伸缩杆(7-3)采用电动控制并分别设有无线接收单元和控制其工作的控制单元。

3.如权利要求1所述的一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，其特征在于，所述锁止组件(8)包括固定在转动块(13-2)上的L型固定架(8-1)，所述L型固定架(8-1)远离转动块(13-2)的一端固定连接第二伸缩杆(8-2)，所述第二伸缩杆(8-2)伸出端固定连接刚性楔块(8-3)，所述固定杆(2-2)朝向电动推杆(2-1)的一侧面开有若干均布的凹槽，所述刚性楔块(8-3)两侧能够嵌入凹槽内对分配梁(6-2)起到位置锁止作用，所述刚性楔块(8-3)中部开有能够容纳电动推杆(2-1)的缺口，所述第二伸缩杆(8-2)采用电动控制并分别设有无线接收单元和控制其工作的控制单元。

4.如权利要求1所述的一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，其特征在于，所述液压支撑缸(10)与液压缸(6-1)的加载端均设有液压缸载荷传感器以及液压缸位移传感器，所述液压缸(6-1)、液压支撑缸(10)与对应的分油台(11)之间均设有液压缸比例阀，用以实现各自独立的液压供给。

5.如权利要求1所述的一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，其特征在于,所述塔式燃烧车包括车体(14)，所述车体(14)的两侧面与顶面上分别开有若干呈矩形阵列均布的燃烧口(14-1)，所述车体(14)内壁上还固定有若干分别与燃烧口(14-1)一一对应的滑动架(16)，所述滑动架(16)上滑动连接滑板(22)，所述滑板(22)与燃烧器(15)的燃烧筒(15-3)固定连接，所述燃烧筒(15-3)喷火端穿过滑板(22)、滑动架(16)以及燃烧口(14-1)后伸出车体(14)之外，所述燃烧筒(15-3)能通过滑板(22)在滑动架(16)上的滑动实现上下摆动喷射；所述燃烧器(15)的进气孔(15-1)、进风孔(15-2)分别通过耐热软管与炉体侧封装置(22)上的进气管、进风管连通，进气管、进风管分别外接外部天然气(17)和风源，所述车体(14)外壁上还设有多个耐高温全景探测装置(4)，所述全景探测装置(4)与外部监视器(20)电连接，所述监视器(20)外接VR装置(21)，所述车体(14)其中一端开设有能容纳检修人员进出的检修口(14-7)。

6.如权利要求5所述的一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，其特征在于，所述滑动架(16)包括固定在车体(14)内壁上的壁板(16-1)，所述壁板(16-1)远离车体(14)内壁的一侧固定有弧形板(16-3)，所述弧形板(16-3)的两侧弧形边与壁板(16-1)之间还密封固定有侧板(16-2)，所述弧形板(16-3)远离壁板(16-1)的一侧面上通过弧形滑轨(16-4)滑动连接滑板(22)，所述滑板(22)上还设有用于限制其位移的防滑锁紧装置，所述壁板(16-1)、弧形板(16-3)以及滑板(22)上均开有与燃烧口(14-1)适配相通且用于供燃烧筒(15-3)贯穿的槽口，所述滑板(22)与燃烧筒(15-3)根部固定连接，所述滑动板(13)覆盖弧形板(16-3)部分与弧形板(16-3)的曲率相同。

7.如权利要求5所述的一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，其特征在于，所述全景探测装置(4)包括耐高温球形玻璃罩(4-1)，所述耐高温球形玻璃罩(4-1)通过其底部套设有的耐高温夹具固定在台座(4-5)上，所述耐高温球形玻璃罩(4-1)内设有防水型360度相机(4-2)，所述防水型360度相机(4-2)通过竖向布置的水流分离器(4-4)固定在台座(4-5)上端面，所述水流分离器(4-4)两侧边缘紧贴耐高温球形玻璃罩(4-1)的内壁，所述水流分离器(4-4)将防水型360度相机(4-2)与台座(4-5)之间的空间分隔为左腔和右腔，所述右腔内还设有测距热像仪(4-3)并且所述测距热像仪(4-3)固定在内窥镜(4-6)的一端，所述内窥镜(4-6)另一端为窥视端并伸出耐高温球形玻璃罩(4-1)之外，所述左腔、右腔分别通过耐热软管与炉体侧封装置(22)上的进水管、出水管连通，进水管、出水管连通外部冷却水池(19)，所述台座的底部还设有隔热罩(4-7)，所述隔热罩(4-7)内腔固定有微型麦克风(4-8)和电机(4-9)，所述隔热罩(4-7)底部固定在车体(14)上，所述防水型360度相机(4-2)、测距热像仪(4-3)、微型麦克风(4-8)、电机(4-9)分别与外部监视器(20)电性连接，监视器(20)外接VR装置(21),所述电机(4-9)的伸出轴与台座(4-5)中心处插接固定，所述电机(4-9)的正反转带动台座(4-9)进行顺时针或逆时针转动。

8.如权利要求5所述的一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，其特征在于，所述天然气(17)连接燃气主管(5-2)前端，所述燃气主管(5-2)上从前到后依次设有燃气主阀(5-3)、压力计(5-4)、流量计(5-5)及燃气控制主阀(5-6)，所述燃气主管(5-2)末端分出若干燃气支管(5-1)，每个燃气支管(5-1)设置一个燃气控制分阀(5-7)，所述车体(14)内同一排燃烧器(15)的进气孔(15-1)通过金属软管连接在一个燃气支管(5-1)上，所述燃气主阀(5-3)、压力计(5-4)、流量计(5-5)、燃气控制主阀(5-6)以及燃气控制分阀(5-7)分别与外部燃气控制面板(5-8)电连接，所述燃气控制面板(5-8)与监视器(20)电连接，燃气支管(5-1)穿过炉体侧封装置(22)上的进气管后连通燃烧器(15)的进气孔(15-1)；

所述燃控制主阀(5-3)为V型切口球阀，所述燃气控制主阀(5-3)采用气动方式驱动，所述燃气控制主阀(5-3)的阀门定位由监视器(20)的控制系统模拟输出信号来控制，所述流量计(5-5)采用容积式流量计，所述流量计(5-5)包括一个频率脉冲计数器、两个热敏电阻温度探头和两个压力传感器，所述热敏电阻温度探头、压力传感器成对分别设在流量计(5-5)的入口和出口处。

9.如权利要求1所述的一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统，其特征在于，所述模型拼运装置(23)包括上下设置的模型拼装平台(23-2)和模型运载车(23-1)，所述模型拼装平台(23-2)采用钢结构部件制作并且在其上端设有与隧道模型适配的弧形组件，所述模型拼装平台(23-2)的底部与模型运载车(23-1)通过螺栓连接，所述模型运载车(23-1)采用电力驱动。

10.一种隧道结构多维空间加载火灾试验系统的实施方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)将模型拼装平台(23-2)吊装至模型运载车(23-1)上部，并与模型运载车(23-1)螺栓连接，隧道模型利用行车分块吊装至模型拼装平台(23-2)，并在模型拼装平台(23-2)上完成拼装；液压动力站(12)由控制台(24)控制，控制台(24)设置有与第一伸缩杆(7-3)、电动推杆(2-1)以及第二伸缩杆(8-2)上无线无线接收单元适配的无线发射单元；

2)模型运载车(23-1)沿轨道运至两个反力架(1)内腔，将隧道模型运至规定试验位置后，位于模型运载车(23-2)车轮外侧的若干台液压支撑缸(10)升起至模型拼装平台(23-1)下表面，然后将液压支撑缸(10)锁止；

3)将模型运载车(23-1)与模型拼装平台(23-2)分离，将模型运载车(23-1)移出实验工作位置，将位于模型运载车(23-1)车轮内侧的若干台液压支撑缸(10)的升起至模型拼装平台(23-2)下表面，并将液压支撑缸(10)锁止；

4)自适应加载装置(3)上的角度调整组件(7)根据实验模型加载点的角度要求，控制台(24)发射信号控制第一伸缩杆(7-3)的杆体伸缩，进而带动转动块(13-2)的转动，实现自适应加载装置(3)的角度调整；

5)待角度调整完毕后，距离调整组件(7)根据实验模型尺寸大小，控制台(24)发射信号控制电动推杆(2-1)的杆体伸缩，实现分配梁(6-2)沿固定杆(2-2)方向移动进行距离调整；

6)待距离调整完毕后，锁止组件(8)上，控制台(24)发射信号控制通过第二伸缩杆(8-2)推出刚性楔块(8-3)并插入固定杆(2-2)凹槽内，实现加载位置锁止功能；

7)控制分配梁(6-2)上多台液压缸(6-1)的加载端伸出，分配梁(6-2)对隧道模型实行预加载与正式加载，各分配梁(6-2)与隧道模型柔性挂接；

8)将塔式燃烧车沿钢轨进入隧道模型内部，待塔式燃烧车达到预定位置后，两个炉体侧封装置(22)分别沿轨道移动至两个反力架(1)处，完成防火隔热保护后，闭合两个炉体侧封装置(22)，接入隧道模型两个端口，开始对隧道模型内部施加火灾温度场，从而进行火灾实验。

Images