CN113252270B - 一种级联高能地震-火灾耦合试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种级联高能地震‑火灾耦合试验系统，包括自平衡加载系统、升降炉系统以及架设在升降炉系统上端能够收集烟雾的集烟罩系统；自平衡加载系统包括两个能够在第一轨道上行走的移动式反力框架以及架设在两个移动式反力框架顶部的高温自感知加载梁；升降炉系统包括内部吊装有组合炉体并且能够在第二轨道上行走的炉体安装架，炉体安装架的上端滑动连接两个动梁，动梁下端面设有移动式卷扬机，移动式卷扬机底部吊装有作业装置；本系统能够满足不同地震‑火灾耦合试验要求。

Description

一种级联高能地震-火灾耦合试验系统

技术领域

本发明涉及火灾或震火耦合技术领域，具体涉及一种级联高能地震-火灾耦合试验系统。

背景技术

当前，多灾种耦合致灾机理与防控研究已上升为国家重大需求，其中地震与火灾是发生最频繁的耦合灾害，可能会衍生重大事故灾难。当前国内进行地震-火灾耦合试验的主要步骤是先进行地震模拟振动台试验，待地震模拟振动台试验完成后，再将模型移动至火灾试验炉处进行火灾试验。

但试验过程中存在以下几个问题：(1)移动试验模型过程中可能会造成模型损伤、残余变形的损坏；(2)常规火灾试验炉只能做构件试件的试验，不能进行多层框架整体结构的试验，也不能进行多层框架某层的试验；(3)试验炉的尺寸为固定尺寸，限制了试验模型的尺寸；(4)常规加载梁无法在明火高温下使用，给抗火试验带来困难；(5)水平、竖向力同时施加，传统做法技术难度大，操作复杂，并且往往不能保证竖向力完全垂直加载；(6)当火灾试验需要在不同场地开展时，无法采用同一集烟罩系统进行不同工位的量热测试，而使用不同的集烟系统有可能引起量热结果存在较大误差；(7)传统的集烟罩系统无法垂直升降。

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级联高能地震-火灾耦合试验系统，其能够满足不同地震-火灾耦合试验要求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种级联高能地震-火灾耦合试验系统，包括自平衡加载系统、升降炉系统以及架设在升降炉系统上端能够收集烟雾的集烟罩系统；所述自平衡加载系统包括两个能够在第一轨道上行走的移动式反力框架以及架设在两个移动式反力框架顶部的高温自感知加载梁，所述高温自感知加载梁内设有若干用于降温的水腔，所述移动式反力框架包括固定在地脚钢梁上的框架主体和设在框架主体顶部的三维导向装置，所述三维导向装置供高温自感知加载梁嵌入并对其起到支撑限位作用；

所述框架主体包括两个钢立柱，两个钢立柱之间连接有能够调整固定位置的框架次梁和框架主梁，所述三维导向装置设在两个钢立柱之间并且能够沿着框架主体上下滑动，所述框架主梁上端面固定有作动器，作动器外围设有阻热罩并且其顶部与三维导向装置底部球铰连接，所述地脚钢梁上固定有立柱提升缸，所述立柱提升缸伸出端顶部固定在框架主梁下端面；

所述升降炉系统包括内部吊装有组合炉体并且能够在第二轨道上行走的炉体安装架，所述炉体安装架的上端滑动连接有两个移动方向与第二轨道方向垂直的动梁，所述动梁的下端面设有能够移动的移动式卷扬机，所述移动式卷扬机底部吊接有作业装置；所述动梁的两端还滑动连接有用于控制组合炉体升降的升降装置；所述组合炉体为上下贯通的方形筒状并且由多块炉体模块拼装而成，所述组合炉体内设有燃烧装置。

优选地，所述三维导向装置包括矩形加载框，所述矩形加载框底部设有用于连接作动器的固定连接架，所述矩形加载框的左右两侧板上分别活动连接有一个移动垂板，所述移动垂板上设有若干均布的垂板滚轴组，所述矩形加载框上下两侧板上分别设有若干均布的平板滚轴组，所述垂板滚轴组、平板滚轴组中滚轮的滚动方向与高温自感知加载梁长度方向一致，所述三维导向装置的左右两侧还设有便与其安装在移动式反力框架内部且呈“匚”形的三面滚轴组，所述三面滚轴组的滚轮能够嵌入移动式反力框架内部并垂向转动。

优选地，所述集烟罩系统包括能够在第三轨道上行走的钢结构框架，所述钢结构框架其中一侧固定有支撑平台，所述钢结构框架内设有能够上下滑动的锥形集烟罩以及能够控制锥形集烟罩上下移动的起吊系统，所述锥形集烟罩上端的开口通过可伸缩的柔性伸缩节连通集烟管道的进烟口，集烟管道的出烟口通过柔性伸缩节连接出烟管，支撑平台上设有能够控制出烟管伸出幅度的自动伸缩对接装置，所述锥形集烟罩周向边缘的下端面还固定有能够伸展和收缩的耐高温升降幕布。

优选地，所述燃烧装置包括助燃式燃烧模组，所述助燃式燃烧模组包括若干个助燃式燃烧单元，所述助燃式燃烧单元包括设有收缩式滚轮的助燃式燃烧架，所述助燃式燃烧架上端板上固定有若干烧嘴，所述烧嘴下端设有燃气入口和进风口，所述燃气入口通过燃气管与外部天然气连通，所述进风口通过进风管与外部鼓风机连通。

优选地，所述燃烧装置包括自吸式燃烧模组，所述自吸式燃烧模组包括若干自吸式燃烧单元，所述自吸式燃烧单元包括设有收缩式滚轮的自吸式燃烧架，所述自吸式燃烧架的上端设有若干并排均布的燃烧管，所述燃烧管上开设有若干均布的燃烧孔，所述燃烧管的两端连通自吸式燃气管，所述自吸式燃气管与外部天然气连通。

优选地，所述炉体模块包括炉体模块外层和炉体模块内层，所述炉体模块外层为钢结构框架，所述炉体模块内层为奥氏体铬镍耐热钢分格，所述炉体模块内层的内格里镶嵌耐火纤维棉。

优选地，所述升降装置包括分别固定在动梁两端的曳引机，所述曳引机上链条的一端与组合炉体连接，链条的另一端与炉体配重装置连接，所述组合炉体的升降通过炉体配重装置实现力平衡自锁。

优选地，所述阻热罩由多块隔热钢板围制而成，隔热钢板之间通过螺栓连接，所述阻热罩内还设有水冷管，所述水冷管呈螺纹型并紧贴作动器表面，所述水冷管两端分别与作动器的水冷进水孔、水冷出水孔密封连接。

优选地，两个所述地脚钢梁之间固定连接有自平衡钢梁，所述高温自感知加载梁上固定有常温加强梁，所述自平衡钢梁与地槽通过地脚螺栓可拆卸式连接。

优选地，所述高温自感知加载梁、钢立柱的表面均设有多个温度传感器，所述温度传感器为强磁式温度传感器且具有超温自动报警单元，所述温度传感器通过导线与控制台连接。

本发明的有益效果在于：

1)本发明采用升降装置吊装组合炉体，组合炉体可吊装至不同高度，可进行多层框架试件不同框架层的试验，本发明设有炉体配重装置，组合炉体吊至指定位置后，可在炉体升降装置无电情况下自锁组合炉体高度。

2)本发明自平衡加载系统安装了三维导向装置，通过此装置可实现水平与竖向力同时作用，特别是在水平加载过程中，能保证竖向作动器不倾斜，可始终保持竖向加载。

3)三维导向装置底部与位于移动式反力框架内的作动器固定连接，竖向力通过拉力代替传统压力，最大程度上解决实验室净高受限问题，同时作动器集成在移动式反力框架上，避开了作动器在明火高温环境下工作问题。

4)本发明组合炉体由炉体模块组成，不同数量的炉体模块可以组成不同尺寸的组合炉体，可适用于不同尺寸的多层框架试件，组合炉体无盖无底，以多层框架试件的试验层顶与底为炉盖及炉底，减少了用钢量，减轻了吊装重量。

5)本申请中的自动伸缩对接装置能够通过驱动出烟管退出和插入测试管道，以实现整个集烟罩系统在不同工位时与不同测试管道的自由对接，避免人员高空手动作业。

6)柔性伸缩节能够适配锥形集烟罩的垂直升降，可缩短火灾与锥形集烟罩的垂直距离，配合锥形集烟罩底部加装的耐高温升降幕布，满足集烟罩对小功率燃烧热释放烟气的收集效果，增强高精度的小量程测试管道的量热结果。

7)本发明设有坐地向上喷射的燃烧装置，更容易模拟真实火灾，燃烧装置采用钢材制成，发生损时坏易维修、易更换。

8)本发明的高温自感知加载梁的高度调整方式简单，无需高空作业，无需行车辅助。

9)本发明的移动式反力框架可沿着第一轨道行走，有此可以实现高温自感知加载梁的加载长度调整，以此满足不同试件尺寸和不同加载吨位的要求，高温自感知加载梁的加载长度越小，加载吨位越大。

10)本发明设有温度传感器，温度传感器设有超温自动报警单元，通过该温度传感器可实现加载梁的超温自动报警功能，保证试验过程中的人机安全。

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级联高能地震-火灾耦合试验系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种自平衡加载系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的高温自感知加载梁与常温加强梁连接示意图；

图4为本发明实施例提供的移动式反力框架的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的三维导向装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的地脚钢梁的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的阻热罩的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的升降炉系统的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的助燃式燃烧单元的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的自吸式燃烧单元的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的炉体模块之间的连接示意图；

图12为本发明实施例提供的燃烧装置与天然气端管路连接示意图；

图13为本发明实施例提供的集烟罩系统的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的锥形集烟罩的结构示意图；

图15为本发明实施例提供的自动伸缩对接装置的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的柔性伸缩节的结构示意图；

图17为本发明实施例提供的地震模拟振动台结构示意图(主视图)；

图18为本发明实施例提供的地震模拟振动台结构示意图(俯视图)。

附图标记说明：

1、高温自感知加载梁；2、常温加强梁；3、温度传感器；4、自平衡钢梁；5、第一轨道；6、三维导向装置；62、移动垂板；63、三面滚轴组；64、垂板滚轴组；65、矩形加载框；66、平板滚轴组；67、固定连接架；7、作动器；71、阻热罩；72、水冷管；73、水冷进水孔；74、水冷出水孔；8、移动式反力框架；81、钢立柱；82、框架次梁；83、框架主梁；84、地脚钢梁；85、钢梁行走装置；851、顶升上钢板；852、顶升下钢板；853、行走顶升缸；854、框架滑轮组；855、限位张紧螺栓；9、动梁；10、第二轨道；11、宽梁；12、长梁；13、炉体配重装置；14、组合炉体；151、炉体模块内层；152、炉体模块外层；153、炉体吊耳；154、拐角连接板；155、连接孔；156、装配口；157、装配盖；16、作业装置；17、底梁；18、行走装置；19、安装柱；20、液压固定支腿；21、固定式卷扬机；22、移动式卷扬机；23、曳引机；241、助燃式燃烧架；242、收缩式滚轮；243、烧嘴；244、燃气管；245、进风管；246、自吸式燃烧架；247、自吸式燃气管；248、燃烧管；249、燃烧孔；251、燃气主阀；252、压力计；253、流量计；254、燃气主管路；255、燃气控制主阀；256、燃气控制分阀；257、燃气控制面板；26、集烟管道；27、起吊电机；28、锥形集烟罩；29、耐高温升降幕布；30、柔性伸缩节；31、驱动机构；32、防护栏杆；33、底梁；34、载物平台；35、检修平台；36、立柱；37、支撑平台；38、水平电液推杆；39、支撑车；40、钢板；41、出烟管；42、台面；43、机械导轨；44、自调心支座；45、振动台作动器；46、振动台反力架；47、第三轨道；99、立柱提升缸。

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18所示，一种级联高能地震-火灾耦合试验系统，包括自平衡加载系统、升降炉系统以及用于收集烟雾的集烟罩系统；

自平衡加载系统包括两个能够在第一轨道5上行走的移动式反力框架8以及架设在两个移动式反力框架8顶部的高温自感知加载梁1，所述移动式反力框架8包括设有钢梁行走装置85的地脚钢梁84、固定在地脚钢梁84上的框架主体以及设在框架主体顶部的三维导向装置6，所述三维导向装置6供高温自感知加载梁1嵌入并对其起到支撑作用；所述框架主体包括两个竖向布置的钢立柱81，钢立柱81采用H型刚立柱，两个所述钢立柱81之间固定连接有框架次梁82和框架主梁83，所述框架次梁82和框架主梁83上下布置并且能够通过位置调节系统调节固定位置，两个所述钢立柱81的下端均通过螺栓固定在地脚钢梁84上，所述三维导向装置6设在两个钢立柱81之间并且能够沿着框架主体上下滑动，所述框架主梁83上端面固定有作动器7，所述作动器7外围设有阻热罩71并且其顶部与三维导向装置6底部球铰连接，所述地脚钢梁84上还固定有立柱提升缸99，所述立柱提升缸99伸出端顶部固定在框架主梁83下端面。

所述三维导向装置6包括矩形加载框65，所述矩形加载框65底部设有用于连接作动器7的固定连接架67，所述矩形加载框65的左右两侧板上分别活动连接有一个移动垂板62，所述移动垂板62上设有若干均布的垂板滚轴组64，所述矩形加载框65上下两侧板上分别设有若干均布的平板滚轴组66，所述垂板滚轴组64、平板滚轴组66中滚轮的滚动方向与高温自感知加载梁1长度方向一致，所述三维导向装置6的左右两侧还设有便与其安装在移动式反力框架8内部且呈“匚”形的三面滚轴组63，所述三面滚轴组63的滚轮能够嵌入移动式反力框架8内部并垂向转动。

所述矩形加载框65的左右两侧板上分别螺纹连接有若干螺栓，所述螺栓其中一端与相邻的移动垂板62转动连接。

所述位置调节系统包括若干螺纹连接在框架主梁83和框架次梁82上的螺栓，所述钢立柱81上均布有若干列与螺栓相适配的栓孔。

所述地脚钢梁84的四角底部设有能够嵌入固定在地槽内的支撑座，所述支撑座与地槽通过地脚螺栓可拆卸式连接，所述地脚钢梁84的底部还设有与第一轨道5相适配的钢梁行走装置85，所述钢梁行走装置85包括固定在地脚钢梁84底部的顶升上钢板851，所述顶升上钢板851下端面通过若干均布的行走顶升缸853连接有顶升下钢板852，所述顶升下钢板852下端面四角还分别设有与第一轨道5适配的反力框架滑轮组854，所述顶升上钢板851与顶升下钢板852之间还螺纹连接有若干限位张紧螺栓855。

两个地脚钢梁84之间固定连接有自平衡钢梁4，所述高温自感知加载梁1上固定有常温加强梁2，所述自平衡钢梁4与地槽通过地脚螺栓可拆卸式连接。

所述高温自感知加载梁1采用高强度钢材制作并且其截面为箱型截面，所述高温自感知加载梁1的内部设有用于降温的多级水腔。

所述高温自感知加载梁1的两端对称设有两个促进其滑入三维导向装置6内的导向锥体，所述导向锥体为棱台形，所述高温自感知加载梁1的外表面还覆有材料为不锈钢的耐氧化板。

所述阻热罩71由多块隔热钢板围制而成，隔热钢板之间通过螺栓连接，所述阻热罩71内还设有水冷管72，所述水冷管72呈螺纹型并紧贴作动器7表面，所述水冷管72两端分别与作动器7的水冷进水孔73、水冷出水孔74密封连接。

所述高温自感知加载梁1、钢立柱81的表面均设有多个温度传感器3，所述温度传感器3为强磁式温度传感器且具有超温自动报警单元，所述温度传感器3通过导线与控制台连接。

所述高温自感知加载梁1的两端还设有用于锁止三维导向装置6的水平限位锁止装置，所述水平限位锁止装置包括两个分别设在三维导向装置6两侧的L型限位板，所述L型限位板的下底板螺栓固定在高温自感知加载梁1上，两个所述L型限位板的侧板压紧三维导向装置6并通过高强螺栓固定连接在一起。

升降炉系统包括内部吊装有组合炉体14并且能够在第二轨道10上行走的炉体安装架，所述炉体安装架的上端滑动连接有两个移动方向与第二轨道10方向垂直的动梁9，动梁9的横截面为箱形截面，所述炉体安装架的下端设有控制其行走的行走装置18，所述炉体安装架的四个安装柱19上还分别设有液压固定支腿20，所述动梁9的下端面设有能够移动的移动式卷扬机22，所述移动式卷扬机22底部吊接有作业装置16，所述动梁9的两端还滑动连接有用于控制组合炉体14升降的升降装置；

所述升降装置包括分别固定在动梁9两端的曳引机23，所述曳引机23上链条的一端与组合炉体14连接，链条的另一端与炉体配重装置13连接，所述组合炉体14的升降通过炉体配重装置13实现力平衡自锁。

所述移动式卷扬机和升降装置均能够沿动梁9底的两侧翼缘上端面滑动，所述组合炉体14为方形筒状并且由多块炉体模块拼装而成；炉体模块的长度以500mm为模数，不同数量的炉体模块可拼成若干个不同尺寸的组合炉体14；

所述炉体模块包括炉体模块外层152和炉体模块内层151，所述炉体模块外层152为钢结构框架，所述炉体模块内层151为奥氏体铬镍耐热钢分格，所述炉体模块内层的内格里镶嵌耐火纤维棉，组合炉体14四角出的炉体模块外层152上端设有炉体吊耳153，同侧的两个炉体模块之间通过螺栓连接在一起，炉体模块外层152两侧开有供螺栓穿过的连接孔155，同时也开有便于拧紧螺栓两端螺母的装配口156，装配口156上设有能够盖合的装配盖157，组合炉体14的每个拐角处均有一个炉体模块的侧边设有拐角连接板154，拐角连接板154通过螺栓与相邻的炉体模块螺栓连接。

所述组合炉体14内设有燃烧装置，所述燃烧装置包括自吸式燃烧模组和助燃式燃烧模组，所述自吸式燃烧模组和助燃式燃烧模组通过管路与外部天然气以及进风口连通。

所述助燃式燃烧模组包括若干个助燃式燃烧单元，助燃式燃烧单元的最低高度为400mm，所述助燃式燃烧单元包括设有收缩式滚轮242的助燃式燃烧架241，所述助燃式燃烧架241上端板上固定有若干烧嘴243，所述烧嘴243下端设有燃气入口和进风口，所述燃气入口通过燃气管244与外部天然气连通，所述进风口通过进风管245与外部鼓风机连通；

所述自吸式燃烧模组包括若干自吸式燃烧单元，高度低于炉体模块的高度，所述自吸式燃烧单元包括设有收缩式滚轮242的自吸式燃烧架246，所述自吸式燃烧架246的上端设有若干并排均布的燃烧管248，所述燃烧管上开设有若干均布的燃烧孔249，所述燃烧管248的两端连通自吸式燃气管247，所述自吸式燃气管247与外部天然气连通。

所述炉体安装架的上端设有两个宽梁11和两个长度方向与第二轨道10方向一致的长梁12，所述宽梁11上端面设有供动梁9端部滑动的上轨，所述动梁9的两端设有与上轨适配的动梁行走装置；两个宽梁11上还分别设有用于重物起吊的固定式卷扬机21。

所述行走装置18包括固定在炉体安装架下端底梁17上的行走电机，所述底梁17的底部设有与第二轨道10适配的滚轮，所述行走电机的输出端设有主动轮，所述主动轮通过驱动链与滚轮链传动，底梁17的截面为箱型，底梁17与地槽通过地脚螺栓可拆卸式连接。

所述动梁行走装置包括固定在动梁9端部的第二行走电机，所述第二行走电机的输出轴固定有第二主动轮，所述动梁9端部还设有与上轨适配的第二滚轮，所述第二主动轮通过第二驱动链与第二滚轮链传动。

所述组合炉体14上开设有炉体检修口和炉体视窗，所述炉体安装架表面刷涂抗氧化涂料，所述燃烧装置外表面覆设有耐火纤维棉。

所述燃烧装置内的燃气管244和自吸式燃气管247上均设有燃气控制分阀256，连接天然气端的燃气主管路254上依次设有与燃气主阀251、压力计252、流量计253以及燃气控制主阀255，燃气控制分阀256、燃气主阀251、压力计252、流量计253以及燃气控制主阀255均与外部燃气控制面板257电连接，所述燃气控制主阀255为V型切口球阀，所述燃气控制主阀255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253采用容积式流量计，所述流量计253包括一个频率脉冲计数器、两个热敏电阻温度探头、两个压力传感器，流量计253的入口和出口处均设有一个热敏电阻温度探头和一个压力传感器。

集烟罩系统包括能够在第三轨道47上行走的钢结构框架，所述钢结构框架的其中一侧固定有支撑平台37，所述钢结构框架内设有能够上下滑动的锥形集烟罩28以及能够控制锥形集烟罩上下移动的起吊系统，所述锥形集烟罩28形状为上下两端开口的四棱台形状，其材质选用不锈钢制作，所述锥形集烟罩28在其内侧面上铺设耐火纤维棉；

所述钢结构框架的四个立柱36分别与锥形集烟罩28下端四个角端滑动连接，所述立柱36上开有供锥形集烟罩28角端嵌入的滑槽；

所述锥形集烟罩28上端的开口通过可伸缩的柔性伸缩节30连通集烟管道26的进烟口，所述集烟管道26的出烟口通过柔性伸缩节30连接出烟管41，所述柔性伸缩节30的制作材质选用耐高温防火布，所述支撑平台37上设有能够控制出烟管41伸出幅度的自动伸缩对接装置，所述钢结构框架的上端还固定有检修平台35，所述检修平台35的面积不低于所述钢结构框架顶部面积的50％，检修平台35上还设有防护栏杆32；

所述检修平台35上设有能够移动到锥形集烟罩开口处的载物平台34，用以实现柔性伸缩节的快捷更换，所述锥形集烟罩28周向边缘的下端面还固定有能够伸展和收缩的耐高温升降幕布29，所述钢结构框架的底部设有若干能够控制其行走的驱动机构31，所述钢结构框架的底部设有两个与第三轨道47共向设置的底梁33，驱动机构31设在底梁33上，其结构同行走装置18结构相同。

所述耐高温升降幕布29为一体化无缝式设计的折叠结构，其材料采用耐温3500℃的涂层陶瓷纤维防火布，所述耐高温升降幕布29通过内部设置的钢丝软筋与放置于钢结构框架顶部的裙边伸缩升降机构进行连接。

所述起吊系统包括四个分别固定在钢结构框架四角上的起吊电机27，所述检修平台35的下端面设有四个分别与起吊电机27一一对应的定滑轮，所述起吊电机27的输出端连接有起吊绳，所述起吊绳穿过对应的定滑轮后与锥形集烟罩28固定连接。

所述自动伸缩对接装置包括能够在支撑平台37上移动的支撑车39，所述支撑车39上设有钢板40，所述钢板40与出烟管41固定连接并对其起到支撑作用，所述支撑平台37上还设有水平电液推杆38，水平电液推杆38伸出端与钢板40固定。

实验时需结合外部地震模拟振动台子系统，振动台包括台面42、机械导轨43、自调心支座44、振动台作动器45、振动台反力架46及高压泵组，台面42为网格箱体式钢焊结构，台面42上开设有若干个安装孔，台面42底部四角处设有四组自调心支座44，四组自调心支座44分别与四套机械导轨43滑动连接，台面42侧面连接有两个长度方向与第一轨道5方向一致的振动台作动器45，振动台作动器45另一侧置于作动器反力架46的内部，振动台作动器45通过液压管与外部高压泵组密封连接。

本实施例提供一种级联高能地震-火灾耦合试验系统的实施方法，以整体结构“强震动力-火灾”耦合试验为例，具体包括以下步骤：

1)将试验模型吊装至台面42的上部，并与台面42螺栓连接，根据试验模型的尺寸吊装若干块炉体模块至炉体安装架的内部，拼装成组合炉体的三面；

2)对试验模型开展地震模拟试验，控制台实时监测试验模型的地震损伤；

3)待地震模拟试验结束后，在试验模型内部安装燃烧装置；

4)待燃烧装置安装完成后，驱动炉体安装架的行走装置18，使组合炉体移动至试验模型四周，吊装若干块炉体模块完成组合炉体最后一面的拼装，利用升降装置升高组合炉体至预定位置，装配炉体配重装置实现力平衡自锁；

5)驱动集烟罩系统的驱动机构31，使锥形集烟罩28移动至试验模型上方，安装燃烧装置的管路，驱动液压固定支腿20；

6)待液压固定支腿20的支撑端与地面可靠连接后，驱动水平电液推杆38闭合系统烟道，电动降落耐高温升降幕布29至指定位置；

7)对试验模型开展火灾模拟试验，控制台实时监测试验模型的火灾损伤。

本实施例还提供一种级联高能地震-火灾耦合试验系统的实施方法，以构件“拟静力-火灾”耦合试验为例，具体包括以下步骤：

1)将试件吊装到自平衡加载系统内，松开地脚钢梁84的地脚螺栓，同步上升各行走顶升缸853，待行走顶升缸853升至预定位置后，钢梁行走装置85的框架滑轮组854沿第一轨道5进行移动，根据试件大小将两个移动式反力框架8移动至适当位置；

2)松开框架主梁83与H型钢立柱81的连接，驱动立柱提升缸99调整高温自感知加载梁1的至指定高度，驱动作动器7使高温自感知加载梁1与试件贴合，将框架主梁83安回H型钢立柱81；

3)将炉体安装架移动至试件处，吊装若干块炉体模块完成组合炉体14的拼装，在组合炉体14内部放置燃烧装置；

4)使锥形集烟罩28移动至试验模型上方，安装燃烧装置的管路，驱动液压固定支腿20；

5)待液压固定支腿20的支撑端与地面可靠连接后，驱动水平电液推杆38闭合系统烟道，待系统烟道闭合后，电动降落耐高温升降幕布29至指定位置；

6)驱动作动器7使高温自感知加载梁1对试件进行竖向加载，控制台实时监测试件的损伤；

7)待竖向加载值达到指定值后，利用系统外部的某个水平作动器对试件进行循环往复水平加载，同时，启动燃烧装置进行火灾模拟试验，控制台实时监测试件的损伤。

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 (9)

1.一种级联高能地震-火灾耦合试验系统，其特征在于，包括自平衡加载系统、升降炉系统以及架设在升降炉系统上端能够收集烟雾的集烟罩系统；所述自平衡加载系统包括两个能够在第一轨道(5)上行走的移动式反力框架(8)以及架设在两个移动式反力框架(8)顶部的高温自感知加载梁(1)，所述高温自感知加载梁(1)内设有若干用于降温的水腔，所述移动式反力框架(8)包括固定在地脚钢梁(84)上的框架主体和设在框架主体顶部的三维导向装置(6)，所述三维导向装置(6)供高温自感知加载梁(1)嵌入并对其起到支撑限位作用；

所述框架主体包括两个钢立柱(81)，两个钢立柱(81)之间连接有能够调整固定位置的框架次梁(82)和框架主梁(83)，所述三维导向装置(6)设在两个钢立柱(81)之间并且能够沿着框架主体上下滑动，所述框架主梁(83)上端面固定有作动器(7)，作动器(7)外围设有阻热罩(71)并且作动器(7)顶部与三维导向装置(6)底部球铰连接，所述地脚钢梁(84)上固定有立柱提升缸(99)，所述立柱提升缸(99)伸出端顶部固定在框架主梁(83)下端面；

所述升降炉系统包括内部吊装有组合炉体(14)并且能够在第二轨道(10)上行走的炉体安装架，所述炉体安装架的上端滑动连接有两个移动方向与第二轨道(10)方向垂直的动梁(9)，所述动梁(9)的下端面设有能够移动的移动式卷扬机(22)，所述移动式卷扬机(22)底部吊接有作业装置(16)；所述动梁(9)的两端还滑动连接有用于控制组合炉体(14)升降的升降装置；所述组合炉体(14)为上下贯通的方形筒状并且由多块炉体模块拼装而成，所述组合炉体(14)内设有燃烧装置；

所述三维导向装置(6)包括矩形加载框(65)，所述矩形加载框(65)底部设有用于连接作动器(7)的固定连接架(67)，所述矩形加载框(65)的左右两侧板上分别活动连接有一个移动垂板(62)，所述移动垂板(62)上设有若干均布的垂板滚轴组(64)，所述矩形加载框(65)上下两侧板上分别设有若干均布的平板滚轴组(66)，所述垂板滚轴组(64)、平板滚轴组(66)中滚轮的滚动方向与高温自感知加载梁(1)长度方向一致，所述三维导向装置(6)的左右两侧还设有便与其安装在移动式反力框架(8)内部且呈“匚”形的三面滚轴组(63)，所述三面滚轴组(63)的滚轮能够嵌入移动式反力框架(8)内部并垂向转动。

2.如权利要求1所述的一种级联高能地震-火灾耦合试验系统，其特征在于，所述集烟罩系统包括能够在第三轨道(47)上行走的钢结构框架，所述钢结构框架其中一侧固定有支撑平台(37)，所述钢结构框架内设有能够上下滑动的锥形集烟罩(28)以及能够控制锥形集烟罩(28)上下移动的起吊系统，所述锥形集烟罩(28)上端的开口通过可伸缩的柔性伸缩节(30)连通集烟管道(26)的进烟口，集烟管道(26)的出烟口通过柔性伸缩节(30)连接出烟管(41)，支撑平台(37)上设有能够控制出烟管(41)伸出幅度的自动伸缩对接装置，所述锥形集烟罩(28)周向边缘的下端面还固定有能够伸展和收缩的耐高温升降幕布(29)。

3.如权利要求1所述的一种级联高能地震-火灾耦合试验系统，其特征在于，所述燃烧装置包括助燃式燃烧模组，所述助燃式燃烧模组包括若干个助燃式燃烧单元，所述助燃式燃烧单元包括设有收缩式滚轮(242)的助燃式燃烧架(241)，所述助燃式燃烧架(241)上端板上固定有若干烧嘴(243)，所述烧嘴(243)下端设有燃气入口和进风口，所述燃气入口通过燃气管(244)与外部天然气连通，所述进风口通过进风管(245)与外部鼓风机连通。

4.如权利要求1所述的一种级联高能地震-火灾耦合试验系统，其特征在于，所述燃烧装置包括自吸式燃烧模组，所述自吸式燃烧模组包括若干自吸式燃烧单元，所述自吸式燃烧单元包括设有收缩式滚轮(242)的自吸式燃烧架(246)，所述自吸式燃烧架(246)的上端设有若干并排均布的燃烧管(248)，所述燃烧管上开设有若干均布的燃烧孔(249)，所述燃烧管(248)的两端连通自吸式燃气管(247)，所述自吸式燃气管(247)与外部天然气连通。

5.如权利要求1所述的一种级联高能地震-火灾耦合试验系统，其特征在于，所述炉体模块包括炉体模块外层(152)和炉体模块内层(151)，所述炉体模块外层(152)为钢结构框架，所述炉体模块内层(151)为奥氏体铬镍耐热钢分格，所述炉体模块内层的内格里镶嵌耐火纤维棉。

6.如权利要求1所述的一种级联高能地震-火灾耦合试验系统，其特征在于，所述升降装置包括分别固定在动梁(9)两端的曳引机(23)，所述曳引机(23)上链条的一端与组合炉体(14)连接，链条的另一端与炉体配重装置(13)连接，所述组合炉体(14)的升降通过炉体配重装置(13)实现力平衡自锁。

7.如权利要求1所述的一种级联高能地震-火灾耦合试验系统，其特征在于，所述阻热罩(71)由多块隔热钢板围制而成，隔热钢板之间通过螺栓连接，所述阻热罩(71)内还设有水冷管(72)，所述水冷管(72)呈螺纹型并紧贴作动器(7)表面，所述水冷管(72)两端分别与作动器(7)的水冷进水孔(73)、水冷出水孔(74)密封连接。

8.如权利要求1所述的一种级联高能地震-火灾耦合试验系统，其特征在于，两个所述地脚钢梁(84)之间固定连接有自平衡钢梁(4)，所述高温自感知加载梁(1)上固定有常温加强梁(2)，所述自平衡钢梁(4)与地槽通过地脚螺栓可拆卸式连接。

9.如权利要求1所述的一种级联高能地震-火灾耦合试验系统，其特征在于，所述高温自感知加载梁(1)、钢立柱(81)的表面均设有多个温度传感器(3)，所述温度传感器(3)为强磁式温度传感器且具有超温自动报警单元，所述温度传感器(3)通过导线与控制台连接。

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