CN113109166A - 钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备及试验方法，该设备将梁柱节点试件的柱导出火灾炉的外部并安装于支承架的承载梁上，将作动装置的驱动件设置于火灾炉外部的辅梁上，利用作动装置的夹持件夹持试件的梁，在火灾测试过程中对梁进行提升以令梁绕节点转动，进而测定试件的节点的弯矩，夹持件与驱动件之间安装隔热件避免高温损坏驱动件，确保钢结构节点火灾下试验可以顺利探究试件节点在高温下的力学性能。本发明解决了传统的钢结构节点火灾下试验无法探究节点在高温下的力学性能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及钢结构技术领域，具体涉及一种钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备及试验方法。
背景技术
在危害建筑物安全的诸种灾害中，火灾是最常见、最危险和最具毁灭性的灾害之一。在火灾作用下，钢材的强度和刚度随温度升高而显著降低，直接影响钢结构火灾时的承载安全性。另外，火灾后的钢结构可否继续安全使用，需要根据火灾后钢结构的承载性能确定。因此，研究钢结构在火灾下和火灾后的承载性能一直是建筑结构领域的热点课题之一。
钢结构节点在火灾下和火灾后的力学性能直接影响结构整体火灾下和火灾后的力学性能，因此，深入研究钢结构节点火灾下和火灾后的力学性能非常重要且必要。
钢结构节点火灾下力学性能研究时，需要加载装置，加载装置通常为液压千斤顶。然而，该装置不耐高温，故无法在高温下对试件进行直接加载。因此，如何在不损坏加载的情况下，完成钢结构节点高温下的加载是钢结构节点火灾试验的重难点。
为避免加载装置在高温下损坏，现有的钢结构节点火灾下试验设备通常采用以下措施：①采用缩尺试验，即减小构件的尺寸，用小型火灾试验庐配合加载辅助装置完成试验研究；②降低火灾试验温度，即完成400℃以内的火灾试验研究，同时在加载装置上包裹防火棉。
上述试验试验方法存在以下问题：①缩尺试验无法全面反映钢结构节点火灾下真实的力学性能；②无法探究节点在高温(400℃至1000℃)的力学性能。
发明内容
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备及试验方法，以解决传统的钢结构节点火灾下试验无法探究节点在高温下的力学性能的问题。
为实现上述目的，提供一种钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备，包括：
用于容置梁柱节点试件的火灾炉，所述火灾炉的炉盖开设有竖向设置的第一穿孔和供所述梁柱节点试件的柱的上端穿设的第二穿孔；
支承架，包括供所述柱安装的承载梁和两辅梁，两所述辅梁设置于所述承载梁的相对两侧，所述承载梁架设于所述第二穿孔的上方，一所述辅梁架设于所述第一穿孔的上方，所述辅梁安装有用于固定连接所述柱的斜撑，两所述辅梁的斜撑以所述柱的中轴线为对称中心呈中心对称设置；以及
作动装置，包括活动穿设于所述第一穿孔中的夹持件和驱动件，所述驱动件安装于所述第一穿孔上方的一所述辅梁，所述夹持件具有一固定端和一夹持端，所述夹持端形成有供所述梁柱节点试件的梁嵌设的夹持通槽，所述夹持通槽内安装有用于锁固所述梁的锁连件，所述固定端伸至所述第一穿孔的上方且安装于所述驱动件，所述固定端和所述驱动件之间垫设有隔热件，在火灾测试过程中，所述驱动件向上提升所述夹持件，使得所述梁向上绕节点转动。
进一步的，所述夹持件包括相对设置的两耐火钢夹板，所述耐火钢板连接于所述隔热件，两所述耐火钢夹板之间形成所述夹持通槽，所述锁连件可拆卸地连接于两所述耐火钢夹板之间以令所述梁搁置于所述锁连件上。
进一步的，所述第一穿孔上方的一所述辅梁的上部安装有加固承台，所述加固承台的底部形成第一竖向贯孔，所述辅梁开设有对准于所述第一竖向贯孔的第二竖向贯孔，所述驱动件的上端穿设于所述第二竖向贯孔且插设于所述第一竖向贯孔中，所述驱动件的下端伸至所述第二竖向贯孔的下方。
进一步的，所述驱动件为液压千斤顶。
进一步的，所述承载梁的底部以及所述斜撑的远离所述辅梁的一端分别安装有用于连接所述柱的隔热端板。
进一步的，所述承载梁与两所述辅梁同向设置。
进一步的，所述火灾炉的相对两侧分别竖设有多根立柱，所述承载梁的两端分别连接于所述火灾炉的相对两侧的所述立柱，所述辅梁的两端分别连接于所述火灾炉的相对两侧的所述立柱。
本发明提供一种钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备的试验方法，包括以下步骤：
将梁柱节点试件设置于火灾炉中，使得所述梁柱节点试件的柱的上端穿设于所述火灾炉的第二穿孔中并伸至所述第二穿孔的上方；
将所述柱的上端连接于支承架的承载梁，将所述支承架的两斜撑连接于所述柱的上端的相对两侧，使得两所述斜撑以所述柱的中轴线为对称中心呈中心对称设置；
将所述火灾炉内的所述梁柱节点试件的梁嵌设于作动装置的夹持件的夹持端的夹持通槽内；
于所述夹持通槽内安装锁连件，使得所述梁搁置于所述锁连件上；
启动火灾炉对所述梁柱节点试件进行火灾测试，并在火灾测试过程中，所述作动装置的驱动件沿所述第一穿孔的轴向方向向上提升所述夹持件，所述夹持件将荷载施加于所述梁上，使得所述梁随荷载的增加向上绕节点转动以检测所述节点的弯矩。
本发明的有益效果在于，本发明的钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备，将梁柱节点试件的柱导出火灾炉的外部并安装于支承架的承载梁上，将作动装置的驱动件设置于火灾炉外部的辅梁上，利用作动装置的夹持件夹持试件的梁，在火灾测试过程中对梁进行提升以令梁绕节点转动，进而测定试件的节点的弯矩，夹持件与驱动件之间安装隔热件避免高温损坏驱动件，确保钢结构节点火灾下试验可以顺利探究试件节点在高温下的力学性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例的钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备的结构示意图。
图2为图1中A-A处的剖视图。
图3为本发明实施例的作动装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参照图1至图3所示，本发明提供了一种钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备，包括：火灾炉1、支承架2和作动装置3。
火灾炉1用于容置梁柱节点试件4。具体的，火灾炉1的炉盖开设有竖向设置的第一穿孔和供梁柱节点试件4的柱41的上端穿设的第二穿孔。
支承架2包括承载梁21、两辅梁22和斜撑23。承载梁21供梁柱节点试件的柱41安装。两辅梁22设置于承载梁21的相对两侧。承载梁21架设于第二穿孔的上方。两根辅梁其中的一根辅梁22架设于第一穿孔的上方。斜撑安装于辅梁22上，用于固定连接柱41。两辅梁22的斜撑23以柱41的中轴线为对称中心呈中心对称设置。
作动装置3包括夹持件31、驱动件32、隔热件33和锁连件34。
驱动件32安装于第一穿孔上方的一根辅梁22。夹持件31活动穿设于第一穿孔中的夹持件31。夹持件31具有一固定端和一夹持端。夹持端形成有夹持通槽。夹持通槽供梁柱节点试件4的梁嵌设。夹持通槽内安装有锁连件34，锁连件34用于锁固梁42。夹持件31的固定端伸至第一穿孔的上方且安装于驱动件32。夹持件31的固定端和驱动件32之间垫设有隔热件33。隔热件为高温高压隔热板。
在本实施例中，梁柱节点试件悬空设置于火灾炉内，梁柱节点试件的柱的上端穿设于火灾炉的炉盖的第二穿孔中并安装于承载梁的底部。对称设置的斜撑保证了梁柱节点试件的柱不发生失稳、扭转变形。作动装置的夹持件可沿第一穿孔的轴向方向移动地穿设于第一穿孔中，夹持件的下端伸至火灾炉中并夹持于梁柱节点试件的梁。
在火灾测试过程中，驱动件32向上提升夹持件31，使得梁42向上绕节点转动以检测梁柱节点试件的节点的弯矩。
本发明的钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备，将梁柱节点试件的柱导出火灾炉的外部并安装于支承架的承载梁上，将作动装置的驱动件设置于火灾炉外部的辅梁上，利用作动装置的夹持件夹持试件的梁，在火灾测试过程中对梁进行提升以令梁绕节点转动，进而测定试件的节点的弯矩，夹持件与驱动件之间安装隔热件避免高温损坏驱动件，确保钢结构节点火灾下试验可以顺利探究试件节点在高温下的力学性能。
在本实施例中，火灾炉1的相对两侧分别竖设有多根立柱24。承载梁21的两端分别连接于火灾炉1的相对两侧的立柱24。辅梁22的两端分别连接于火灾炉1的相对两侧的立柱。
作为一种较佳的实施方式，火灾炉的相对两侧安装有导轨，立柱的下端滑设于导轨上。具体的，立柱的下端安装有滚轮，滚轮的相对两侧形成有轮缘。滚轮行走于导轨上，且滚轮的两侧的轮缘抵靠于导轨的相对两侧。承载梁的两端分别固定连接于位置相对的两根立柱。
夹持件31包括相对设置的两块耐火钢夹板。耐火钢板连接于隔热件33。两块耐火钢夹板之间形成夹持通槽。锁连件34可拆卸地连接于两耐火钢夹板之间以令梁42搁置于锁连件34上。
在本实施例中，耐火钢夹板开设有锁孔，锁连件可活动地穿设于两块耐火钢夹板的锁孔中，并锁连件的两端分别伸至两块耐火钢夹板的相背侧。锁连件的两端可拆卸地安装有锁固件。锁固件为锁固螺母，锁连件的两端形成有外螺纹，锁固螺母螺合于锁连件的两端且抵靠于耐火钢夹板的相背侧。
在本实施例中，承载梁和辅梁为型钢梁。承载梁21的底部以及斜撑23的远离辅梁22的一端分别安装有用于连接柱41的隔热端板。
承载梁21与两辅梁22同向设置。
第一穿孔上方的一根辅梁22的上部安装有加固承台221。加固承台的底部形成第一竖向贯孔。辅梁22开设有对准于第一竖向贯孔的第二竖向贯孔。驱动件32的上端穿设于第二竖向贯孔且插设于第一竖向贯孔中。驱动件32的下端伸至第二竖向贯孔的下方。
作为一种较佳的实施方式，驱动件32为液压千斤顶。
本发明提供一种钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备的试验方法，包括以下步骤：
S1：将梁柱节点试件4设置于火灾炉1中，使得所述梁柱节点试件4的柱41的上端穿设于所述火灾炉1的第二穿孔中并伸至所述第二穿孔的上方；
S2：将所述柱41的上端连接于支承架2的承载梁21，将所述支承架2的两斜撑23连接于所述柱41的上端的相对两侧，使得两所述斜撑23以所述柱41的中轴线为对称中心呈中心对称设置；
S3：将所述火灾炉1内的所述梁柱节点试件4的梁嵌设于作动装置3的夹持件31的夹持端的夹持通槽内；
S4：于所述夹持通槽内安装锁连件，使得所述梁42搁置于所述锁连件上；
S5：启动火灾炉1对所述梁柱节点试件4进行火灾测试，并在火灾测试过程中，所述作动装置3的驱动件32沿所述第一穿孔的轴向方向向上提升所述夹持件31，所述夹持件31将荷载施加于所述梁42上，使得所述梁42随荷载的增加向上绕节点转动以检测所述节点的弯矩。
对于梁柱节点试件，要研究其节点的性能，就必须保证梁不能失稳。而梁柱节点试件的梁在高温下受压是容易失稳的，因此，为保证梁在高温下的稳定性，采用可往复加载的驱动件，对梁施加拉力，即向上提升，同时，使用两个耐火钢制成的夹持件夹住梁。
于梁柱节点试件的节点试验，夹持件与梁的接触位置呈一条线，此时才不会影响在加载过程中，梁随荷载增加而绕节点转动，同时，便于计算梁端弯矩，即梁柱节点试件的节点的弯矩。
本发明钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备中的可往复加载的驱动件距离火灾炉远且设置于火灾炉的外部，同时，热量由夹持件传递给驱动件的隔热件(隔热板)，通过隔热件再传递给千斤顶，该热量传递效率较低，保证了使用可往复加载的驱动件的安全。
综上，从加载装置与构件的接触位置、防止梁失稳、防止柱失稳、千斤顶(作动器)的选择角度，钢节点试验系统与钢构件试验系统完全不同，节点试验需解决的问题更多，系统更为复杂。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (8)
1.一种钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备，其特征在于，包括：
用于容置梁柱节点试件的火灾炉，所述火灾炉的炉盖开设有竖向设置的第一穿孔和供所述梁柱节点试件的柱的上端穿设的第二穿孔；
支承架，包括供所述柱安装的承载梁和两辅梁，两所述辅梁设置于所述承载梁的相对两侧，所述承载梁架设于所述第二穿孔的上方，一所述辅梁架设于所述第一穿孔的上方，所述辅梁安装有用于固定连接所述柱的斜撑，两所述辅梁的斜撑以所述柱的中轴线为对称中心呈中心对称设置；以及
作动装置，包括活动穿设于所述第一穿孔中的夹持件和驱动件，所述驱动件安装于所述第一穿孔上方的一所述辅梁，所述夹持件具有一固定端和一夹持端，所述夹持端形成有供所述梁柱节点试件的梁嵌设的夹持通槽，所述夹持通槽内安装有用于锁固所述梁的锁连件，所述固定端伸至所述第一穿孔的上方且安装于所述驱动件，所述固定端和所述驱动件之间垫设有隔热件，在火灾测试过程中，所述驱动件向上提升所述夹持件，使得所述梁向上绕节点转动。
2.根据权利要求1所述的钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备，其特征在于，所述夹持件包括相对设置的两耐火钢夹板，所述耐火钢板连接于所述隔热件，两所述耐火钢夹板之间形成所述夹持通槽，所述锁连件可拆卸地连接于两所述耐火钢夹板之间以令所述梁搁置于所述锁连件上。
3.根据权利要求1所述的钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备，其特征在于，所述第一穿孔上方的一所述辅梁的上部安装有加固承台，所述加固承台的底部形成第一竖向贯孔，所述辅梁开设有对准于所述第一竖向贯孔的第二竖向贯孔，所述驱动件的上端穿设于所述第二竖向贯孔且插设于所述第一竖向贯孔中，所述驱动件的下端伸至所述第二竖向贯孔的下方。
4.根据权利要求3所述的钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备，其特征在于，所述驱动件为液压千斤顶。
5.根据权利要求1所述的钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备，其特征在于，所述承载梁的底部以及所述斜撑的远离所述辅梁的一端分别安装有用于连接所述柱的隔热端板。
6.根据权利要求1所述的钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备，其特征在于，所述承载梁与两所述辅梁同向设置。
7.根据权利要求6所述的钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备，其特征在于，所述火灾炉的相对两侧分别竖设有多根立柱，所述承载梁的两端分别连接于所述火灾炉的相对两侧的所述立柱，所述辅梁的两端分别连接于所述火灾炉的相对两侧的所述立柱。
8.一种如权利要求1～7中任意一项所述的钢结构梁柱节点火灾下力学性能试验设备的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
将梁柱节点试件设置于火灾炉中，使得所述梁柱节点试件的柱的上端穿设于所述火灾炉的第二穿孔中并伸至所述第二穿孔的上方；
将所述柱的上端连接于支承架的承载梁，将所述支承架的两斜撑连接于所述柱的上端的相对两侧，使得两所述斜撑以所述柱的中轴线为对称中心呈中心对称设置；
将所述火灾炉内的所述梁柱节点试件的梁嵌设于作动装置的夹持件的夹持端的夹持通槽内；
于所述夹持通槽内安装锁连件，使得所述梁搁置于所述锁连件上；
启动火灾炉对所述梁柱节点试件进行火灾测试，并在火灾测试过程中，所述作动装置的驱动件沿所述第一穿孔的轴向方向向上提升所述夹持件，所述夹持件将荷载施加于所述梁上，使得所述梁随荷载的增加向上绕节点转动以检测所述节点的弯矩。
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