CN113640153B - 一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于构件灾害模拟技术领域，具体涉及一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置。本发明落锤、用于加热试件的可移动高温炉以及用于将落锤产生的荷载转化为均布荷载的爆炸荷载传递装置；高温炉为顶开式结构，便于试件固定稳固后将高温炉移动至试件位置包裹试件进行加热，使得试件稳固固定；爆炸荷载传递装置包括荷载传递板和气囊，气囊放置在荷载传递板的顶部，当受到落锤的撞击时两者之间能够发生协调变形，减少能量损耗。本发明将落锤的撞击力转化为均布荷载，并且能够发生协调变形，减少能量损耗，从而更准确的模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害试验；本申请尤其适用于足尺大截面试件，大大降低成本。
Description
技术领域
本发明属于构件灾害模拟技术领域，具体涉及一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置。
背景技术
近年来，我国建筑火灾时有发生，火灾发生的同时往往伴随着爆炸冲击荷载的发生，如2015年天津滨海新区“8.12爆炸事故”，主要由于硝化棉自燃而引发的爆炸，火灾与爆炸工况同时发生造成了大量的人员伤亡与经济损失，因此深入研究建筑物在火灾与爆炸耦合作用下力学性能具有重要的现实意义。
然而实现火灾与爆炸工况的实现具有一定的危险性，同时操作难度大、费用成本高、试验数据监测点少。因此本发明旨在发明一种利用高温炉、气囊与爆炸荷载传递装置评估结构构件在火灾与爆炸耦合作用下力学性能的装置。
发明内容
本发明要解决结构构件进行火灾与爆炸耦合作用下力学性能检测时，危险性高、操作难度大、成本高的问题，提供了一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置。
本发明采用如下的技术方案实现：一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置，包括落锤、用于加热试件的可移动高温炉以及用于将落锤产生的荷载转化为均布荷载的爆炸荷载传递装置；
所述高温炉为顶开式结构，便于试件固定稳固后将高温炉移动至试件位置包裹试件进行加热，使得试件稳固固定；
所述爆炸荷载传递装置包括荷载传递板和气囊，气囊放置在荷载传递板的顶部，当受到落锤的撞击时两者之间能够发生协调变形，减少能量损耗。
进一步的，所述荷载传递板包括若干依次活动连接的钢板，每个钢板的底部连接一个空心截面结构钢梁。
进一步的，所述荷载传递板还包括若干光滑销轴；
所述荷载传递板的钢板的一端设有卡台，另一端与卡台对应的位置设有卡槽，卡台和卡槽上均设有螺栓孔，光滑销轴穿过卡台和卡槽的螺栓孔对两个相邻的钢板进行连接；
所述荷载传递板的钢板与空心截面结构钢梁通过螺栓连接。
进一步的，所述荷载传递板的钢板的厚度为100mm，空心截面结构钢梁的厚度为6mm，光滑销轴的直径为15mm。
进一步的，所述光滑销轴和空心截面结构钢梁均采用硬度为64HRC的铬15制成。
进一步的，所述高温炉包括上下两部分，上部分包括两个对接在一起的半炉体，半炉体通过合页连接在下部分的顶部，两个半炉体之间通过卡扣连接；
所述高温炉的内壁设有加热单元，高温炉上设有温度显示器，高温炉的底部设有移动轮，高温炉的两端设有试件伸出窗口。
进一步的，所述高温炉的加热单元电性连接有用于调节温度的温度控制器，温度控制器设于高温炉之外。
进一步的，所述高温炉上设有用于观察试件变形的观察窗口；观察窗口采用耐高温玻璃制成。
进一步的，所述高温炉的加热单元采用碳硅棒加热元件，并且均匀布置；
所述高温炉的炉体采用纳米微孔绝热板制作。
进一步的，所述高温炉的温度显示器上设有两个开关，分别为红色和绿色。
本发明相比现有技术的有益效果：
1.本申请的爆炸荷载传递装置将落锤的撞击力转化为均布荷载，并且爆炸荷载传递装置的气囊和荷载传递板在受到落锤的撞击的力时，两者之间能够发生协调变形，减少能量损耗，从而更准确的模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害试验，可达到全面深入研究结构在火灾与爆炸联合作用下力学性能与工作机理的目的，为火灾与爆炸耦合作用下结构设计与损伤评估提供实验基础；另外可以将加热后的试件与气囊隔开，防止高温将气囊损坏；
2.本申请的高温炉为顶开式结构，一方面便于加热后立即进行测试，减少热量损失，另一方面减少高温炉的承压，提高高温炉的使用寿命，另外便于对试件进行稳固固定,尤其适用于足尺大截面试件，并且该高温炉安装方便，操作简单，安全可靠,可适用于不同尺寸的试件，大大降低成本。
附图说明
图1为本申请的结构示意图；
图2为本申请的荷载传递板的立面图；
图3为本申请的荷载传递板的俯视图；
图4为本申请的钢板的结构示意图；
图5为本申请的高温炉的结构示意图；
图6为本申请的高温炉的侧面示意图；
图7为本申请的半炉体的剖面图；
图8为本申请的加热单元的结构示意图；
图中： 1、温度控制器；2、半炉体；3、合页；4、卡扣；5、温度显示器；6、试件伸出窗口；7、移动轮；8、按键；9、观察窗口；10、高温炉；11、加热单元；12、钢板；12.1、卡台；12.2、卡槽；13、螺栓孔；14、光滑销轴；15、螺栓；16、空心截面结构钢梁；17、压梁；18、下连接螺栓；19、试件；20、试验台；21、上连接螺栓；22、落锤；23、气囊；24、爆炸荷载传递装置；25、荷载传递板。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
参照图1至图8，本发明提供一种技术方案：一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置，包括落锤22、用于加热试件19的可移动高温炉10以及用于将落锤22产生的荷载转化为均布荷载的爆炸荷载传递装置24，从而模拟爆炸所产生的均布荷载；
所述高温炉10为顶开式结构，便于试件19固定稳固后将高温炉10移动至试件19位置包裹试件19进行加热，使得试件19稳固固定，由于试件19体积大、重量大，先对试件19固定在试验台20上，然后移动高温炉10至试件19位置进行加热，加热完成后再将高温炉10撤离，一方面便于加热后立即进行测试，减少热量损失，另一方面减少高温炉10的承压，提高高温炉10的使用寿命，另外便于对试件19进行稳固固定；
所述爆炸荷载传递装置24包括荷载传递板25和气囊23，气囊23放置在荷载传递板25的顶部，当受到落锤22的撞击时两者之间能够发生协调变形，减少能量损耗。
所述荷载传递板25包括若干依次活动连接的钢板12，每个钢板12的底部连接一个空心截面结构钢梁16。
所述荷载传递板25还包括若干光滑销轴14；
所述荷载传递板25的钢板12的一端设有卡台12.1，另一端与卡台12.1对应的位置设有卡槽12.2，卡台12.1和卡槽12.2上均设有螺栓孔13，光滑销轴14穿过卡台12.1和卡槽12.2的螺栓孔13对两个相邻的钢板12进行连接；
所述荷载传递板25的钢板12与空心截面结构钢梁16通过螺栓15连接。
所述荷载传递板25的钢板12的厚度为100mm，空心截面结构钢梁16的厚度为6mm，光滑销轴14的直径为15mm。
所述光滑销轴14和空心截面结构钢梁16均采用硬度为64HRC的铬15制成。
所述高温炉10包括上下两部分，上部分包括两个对接在一起的半炉体2，半炉体2通过合页3连接在下部分的顶部，两个半炉体2之间通过卡扣4连接，两个半炉体2可以沿中线打开；
所述高温炉10的内壁设有加热单元11，高温炉10上设有温度显示器5，高温炉10的底部设有移动轮7，高温炉10的两端设有试件伸出窗口6。
所述高温炉10的加热单元11电性连接有用于调节温度的温度控制器1，温度控制器1设于高温炉10之外。
所述高温炉10上设有用于观察试件19变形的观察窗口9；观察窗口9采用耐高温玻璃制成。
所述高温炉10的加热单元11采用碳硅棒加热元件，并且均匀布置；可使试件19均匀受热，满足试件的温度要求；
所述高温炉10的炉体采用纳米微孔绝热板制作。
所述高温炉10的温度显示器5上设有两个开关，分别为红色和绿色，可以根据红绿灯来显示温度，判断是否达到试验温度条件，红色开关亮灯表示温度在变化，绿色开关亮灯表示温度已恒定，即可以开始实验。
所述高温炉10的加热范围为30℃至1200℃。
所述试件伸出窗口6在加热过程中用岩棉填塞封口，以保温隔热。
本发明的实施过程：
使用本系统进行试验时，先利用上连接螺栓21、下连接螺栓18和压梁17将试件19固定在试验台20上，然后打开高温炉10上的卡扣并将高温炉10移动至试件19的下方，使得高温炉10包裹试件19，试件伸出窗口6采用岩棉封口，闭合卡扣4，封闭高温炉10；
开启高温炉10及温度控制器1，调至试验温度，待试件19达到指定温度，取下卡扣4，撤去高温炉10；
将荷载传递板25放于试件19上，再将气囊23放在荷载传递板25上，放好无误后，释放落锤22，落锤22撞击气囊23，气囊23将撞击力传递给荷载传递板25，荷载传递板25再将力传递给试件19，完成试验；
试验的同时用高速摄像机和数据采集器记录试验结果。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置，其特征在于：包括落锤(22)、用于加热试件(19)的可移动高温炉(10)以及用于将落锤(22)产生的荷载转化为均布荷载的爆炸荷载传递装置(24)；
所述高温炉(10)为顶开式结构，便于试件(19)固定稳固后将高温炉(10)移动至试件(19)位置包裹试件(19)进行加热，使得试件(19)稳固固定；
所述爆炸荷载传递装置(24)包括荷载传递板(25)和气囊(23)，气囊(23)放置在荷载传递板(25)的顶部，当受到落锤(22)的撞击时两者之间能够发生协调变形，减少能量损耗；
所述荷载传递板(25)包括若干依次活动连接的钢板(12)，每个钢板(12)的底部连接一个空心截面结构钢梁(16)；
所述荷载传递板(25)还包括若干光滑销轴(14)；
所述荷载传递板(25)的钢板(12)的一端设有卡台(12.1)，另一端与卡台(12.1)对应的位置设有卡槽(12.2)，卡台(12.1)和卡槽(12.2)上均设有螺栓孔(13)，光滑销轴(14)穿过卡台(12.1)和卡槽(12.2)的螺栓孔(13)对两个相邻的钢板(12)进行连接；
所述荷载传递板(25)的钢板(12)与空心截面结构钢梁(16)通过螺栓(15)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置，其特征在于：所述荷载传递板(25)的钢板(12)的厚度为100mm，空心截面结构钢梁(16)的厚度为6mm，光滑销轴(14)的直径为15mm。
3.根据权利要求2所述的一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置，其特征在于：所述光滑销轴(14)和空心截面结构钢梁(16)均采用硬度为64HRC的铬15制成。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置，其特征在于：所述高温炉(10)包括上下两部分，上部分包括两个对接在一起的半炉体(2)，半炉体(2)通过合页(3)连接在下部分的顶部，两个半炉体(2)之间通过卡扣(4)连接；
所述高温炉(10)的内壁设有加热单元(11)，高温炉(10)上设有温度显示器(5)，高温炉(10)的底部设有移动轮(7)，高温炉(10)的两端设有试件伸出窗口(6)。
5.根据权利要求4所述的一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置，其特征在于：所述高温炉(10)的加热单元(11)电性连接有用于调节温度的温度控制器(1)，温度控制器(1)设于高温炉(10)之外。
6.根据权利要求5所述的一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置，其特征在于：所述高温炉(10)上设有用于观察试件(19)变形的观察窗口(9)；观察窗口(9)采用耐高温玻璃制成。
7.根据权利要求6所述的一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置，其特征在于：所述高温炉(10)的加热单元(11)采用碳硅棒加热元件，并且均匀布置；
所述高温炉(10)的炉体采用纳米微孔绝热板制作。
8.根据权利要求7所述的一种用于模拟结构构件受火灾和爆炸耦合灾害的试验装置，其特征在于：所述高温炉(10)的温度显示器(5)上设有两个开关，分别为红色和绿色。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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