CN114689450A - 寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置及试验方法 - Google Patents

寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置及试验方法 Download PDF

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CN114689450A CN202210021663.6A CN202210021663A CN114689450A CN 114689450 A CN114689450 A CN 114689450A CN 202210021663 A CN202210021663 A CN 202210021663A CN 114689450 A CN114689450 A CN 114689450A
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陈烨婧
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Abstract

本发明涉及一种寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置及试验方法，试验装置包括嵌设在土层内的混凝土爆坑，在混凝土爆坑内开设用于放置待试验结构柱的主凹槽、用于安装千斤顶的千斤顶槽以及若干液氮储存舱；在千斤顶槽内设置千斤顶，千斤顶的施力端抵住待试验结构柱；若干液氮储存舱设置在主凹槽的另一侧，用于向主凹槽内注入液氮；在主凹槽的上方悬设爆炸物，用于试验时施加爆炸荷载；在混凝土爆坑的开口端覆设可移动的保温隔板；本发明满足结构柱在寒区温度与爆炸荷载双重作用下的试验条件，使用方法简单易懂，安装过程简便。

Description

寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及一种寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置及试验方法，属于寒区条件下试件模拟爆炸试验领域。
背景技术
近年来随着人们对高原寒区、深海和极地等地区资源的探索，严寒地区的重要结构不断增加。我国东北、青藏高原等地区，冬季寒冷且持续时间长，最低气温纪录为-53.4℃，南极部分地区更是常年处于严寒状态，最低气温纪录为-93℃。这些地区的建筑结构长期处于低温环境下，其力学性能和耐久性不可避免遭受寒冷环境的影响，结构抵抗爆炸冲击等偶然荷载的能力也会产生巨大差别。因此，针对结构在寒冷条件下的抗爆性能研究具有十分重要的意义。
现有的结构抗爆性能试验装置，均只能考虑单一爆炸荷载对结构力学性能的影响，无法同时满足寒区温度与爆炸荷载的双重作用的试验条件，限制了该领域研究的进一步发展。
发明内容
本发明提供一种寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置及试验方法，满足结构柱在寒区温度与爆炸荷载双重作用下的试验条件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置，包括嵌设在土层内的混凝土爆坑，在混凝土爆坑内开设用于放置待试验结构柱的主凹槽、用于安装千斤顶的千斤顶槽以及若干液氮储存舱；
所述主凹槽位于混凝土爆坑的中心位置，其内放置待试验结构柱，在主凹槽的一侧为千斤顶槽，主凹槽与千斤顶槽连通，在千斤顶槽内设置千斤顶，千斤顶的施力端抵住待试验结构柱；
若干液氮储存舱设置在主凹槽的另一侧，且每个液氮储存舱与主凹槽连通；
在混凝土爆坑的开口端可移动覆设保温隔板；
在主凹槽的上方悬设爆炸物，用于试验时施加爆炸荷载；
作为本发明的进一步优选，
所述液氮储存仓包括两个，设置在主凹槽的另一侧，当待试验结构柱放置在主凹槽内时，以待试验结构柱的中轴线为中心线，液氮储存仓分别对称设置在中心线的两侧；
作为本发明的进一步优选，还包括若干换气通道，每条换气通道的一端与主凹槽连通，其另一端伸出土层，在伸出土层的换气通道的另一端安装换气扇；
作为本发明的进一步优选，前述的换气通道设置两条；
作为本发明的进一步优选，所述的保温隔板通过滑动装置可移动覆设在混凝土爆坑的开口端；
所述保温隔板对称分成两部分，每部分由混凝土爆坑开口端的两侧进行滑移；滑动装置包括滚轮与滑槽，在混凝土爆坑的开口端开设滑槽，保温隔板的每部分底面均安装滚轮，滚轮与滑槽匹配；
作为本发明的进一步优选，所述的保温隔板包括叠设的保温层和密封钢板；
在密封钢板的四周贴设密封条；
混凝土爆坑的主凹槽与千斤顶槽之间还设有隔温板；
作为本发明的进一步优选，在待试验结构柱的底部设置用于监测温度的温度控制系统；
在液氮储存舱与主凹槽连通的管道上安装液氮阀门；
温度控制系统与液氮阀门、换气扇电联；
作为本发明的进一步优选，在混凝土爆坑的侧边设置钢架，钢架的顶端设置延伸杆，延伸杆的端部延伸至混凝土爆坑的上方，在延伸杆延伸的端部安装爆炸物；
所述的爆炸物上绑设若干绳索，每根绳索的一端与爆炸物绑设，绳索的另一端固定在混凝土爆坑周围的地面上；
基于寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置的试验方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：将待试验结构柱安装在混凝土爆坑的主凹槽内，千斤顶的施力端抵住待试验结构柱的一端，将隔温板搭设在主凹槽与千斤顶槽之间；
步骤S2：将保温隔板的两部分合并，覆设在混凝土爆坑的开口端，在保温隔板的密封钢板与地面的缝隙处贴设密封条；
步骤S3：温度控制系统向液氮阀门发送开启指令，液氮储存舱向主凹槽内以预设流速注入液氮，直至混凝土爆坑内的温度降低至预设值，温度控制系统再次向液氮阀门发送关闭指令，若温度过低则温度控制系统向换气扇发送开启指令，排出预设目标的汽化液氮以升温；
步骤S4：将爆炸物吊设在混凝土爆坑上方；
步骤S5：撕开密封条，将保温隔板的两部分分开，引爆爆炸物，完成爆炸载荷施加试验；
步骤S6：试验结束后，温度控制系统向换气扇发送开启指令，排出混凝土爆坑内的汽化液氮，完成试验。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的试验装置可以真实模拟低温环境，为创造寒区的爆炸荷载研究条件做充分准备；半封闭的爆坑空间和温度调控系统，尽可能避免了施加爆炸荷载过程中的低温损失，保证了试验条件的准确性；
2、本发明提供的试验装置在一定程度限制了冲击波绕流，能够较为准确模拟建筑结构中柱体受爆的情况；
3、本发明提供的试验装置采用的零部件，多数为规则几何体，制造加工成本较低；
4、本发明提供的试验装置在试验时，操作简单，安装过程简便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明提供的优选实施例的正视图；
图2是本发明提供的优选实施例的侧视图；
图3是本发明提供的优选实施例的俯视图。
图中：1为混凝土爆坑，2为液氮储存舱，21为液氮阀门，3为爆炸物，4为待试验结构柱，5为千斤顶，6为隔温板，7为温度控制系统，8为换气通道，81为换气扇，9为保温层，10为密封钢板，11为滚轮，12为密封条，13为钢架，14为绳索。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
现有的结构抗爆性能试验装置中，均只能考虑单一的爆炸荷载对结构力学性能的影响，若想要实现在寒区温度前提下的爆炸荷载试验，通常较难满足，因此本申请重点把握寒区以及爆炸荷载的施加，提供了一种满足寒区条件下结构柱抗爆性能的试验装置。
从整体上来说，本申请的试验装置主要包括混凝土爆坑1，在混凝土爆坑内放置待试验结构柱4，由于需要模拟真实的爆炸荷载条件，因此本申请将混凝土爆坑嵌设在了土层内，一方面减少了爆炸可能引起的安全问题，另一方面限制了冲击波绕流，更加接近事故的真实场景。
为了更好的布置各个试验部件，在混凝土爆坑内开设用于放置待试验结构柱的主凹槽、用于安装千斤顶5的千斤顶槽以及若干液氮储存舱2；所述主凹槽位于混凝土爆坑的中心位置，其内放置待试验结构柱，在主凹槽的一侧为千斤顶槽，主凹槽与千斤顶槽连通，在千斤顶槽内设置千斤顶，千斤顶的施力端抵住待试验结构柱，用于向待试验结构柱施加轴向力；若干液氮储存舱设置在主凹槽的另一侧，且每个液氮储存舱与主凹槽连通，用于施加低温以模拟寒区条件；在混凝土爆坑的开口端可移动覆设保温隔板，此处保温隔板的作用是当液氮储存舱向混凝土爆坑内注入氮气进行低温环境模拟时，将混凝土爆坑进行密封，可以保持较长时间的低温环境；在主凹槽的上方悬设爆炸物3，用于试验时施加爆炸荷载。
在本申请中，图3所示，所述液氮储存仓包括两个，设置在主凹槽的另一侧，当待试验结构柱放置在主凹槽内时，以待试验结构柱的中轴线为中心线，液氮储存仓分别对称设置在中心线的两侧。
当在试验过程中，需要调整混凝土爆坑内的温度，或者试验结束后，需要去除混凝土爆坑内的汽化液氮，还包括若干换气通道8，每条换气通道的一端与主凹槽连通，其另一端伸出土层，在伸出土层的换气通道的另一端安装换气扇81。在本申请中，换气通道设置两条即可满足试验需求。
本申请中，将保温隔板通过滑动装置可移动覆设在混凝土爆坑的开口端；可以根据实际需求调整保温隔板相对混凝土爆坑的开合程度。这里如图2所示，将保温隔板对称分成两部分，每部分由混凝土爆坑开口端的两侧进行滑移；同时给出一个滑动装置的优选，滑动装置包括滚轮11与滑槽，在混凝土爆坑的开口端开设滑槽，保温隔板的每部分底面均安装滚轮，滚轮与滑槽匹配。
为了进一步保证密封性能，所述的保温隔板包括叠设的保温层9和密封钢板10；在试验时，为了保证密封钢板与混凝土爆坑之间的气密性，防止试验用的液氮泄露和温度过快散失，在密封钢板的四周贴设密封条12；由于试验时，混凝土爆坑内的温度较低，千斤顶长时间处在温度较低的环境时容易发生失灵，因此结构柱与千斤顶之间的主凹槽槽壁处还设有隔温板6。
试验时由于需要实时检测到混凝土爆坑内的温度，因此在待试验结构柱的底部设置图1所示用于监测温度的温度控制系统7；在液氮储存舱与主凹槽连通的管道上安装液氮阀门21，可以控制注入液氮速率；温度控制系统与液氮阀门、换气扇电联，通过温度控制系统进行控制。
在混凝土爆坑的侧边设置钢架13，钢架的顶端设置延伸杆，延伸杆的端部延伸至混凝土爆坑的上方，在延伸杆延伸的端部安装爆炸物，通过钢架将爆炸物悬设在混凝土爆坑的上方，可以根据试验的需求调整爆炸物的高度，更加接近真实的模拟环境；所述的爆炸物上绑设若干绳索14，每根绳索的一端与爆炸物绑设，绳索的另一端固定在混凝土爆坑周围的地面上，可以固定爆炸物，防止其在空间中晃动。
最后本申请给出基于寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置的试验方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：将待试验结构柱安装在混凝土爆坑的主凹槽内，千斤顶的施力端抵住待试验结构柱的一端，将隔温板搭设在主凹槽与千斤顶槽之间；
步骤S2：将保温隔板的两部分合并，覆设在混凝土爆坑的开口端，在保温隔板的密封钢板与地面的缝隙处贴设密封条；
步骤S3：温度控制系统向液氮阀门发送开启指令，液氮储存舱向主凹槽内以预设流速注入液氮，直至混凝土爆坑内的温度降低至预设值，温度控制系统再次向液氮阀门发送关闭指令，若温度过低则温度控制系统向换气扇发送开启指令，排出一定的汽化液氮以升温；
步骤S4：将爆炸物吊设在混凝土爆坑上方；
步骤S5：撕开密封条，将保温隔板的两部分分开，引爆爆炸物，完成爆炸载荷施加试验；
步骤S6：试验结束后，温度控制系统向换气扇发送开启指令，排出混凝土爆坑内的汽化液氮，完成试验。
通过上述对试验装置以及试验方法的阐述，可知本申请满足了待试验结构柱在寒区条件下受爆炸荷载的试验研究条件，同时满足制造成本较低，试验方法操作简便的需求。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置，其特征在于：包括嵌设在土层内的混凝土爆坑（1），在混凝土爆坑（1）内开设用于放置待试验结构柱（4）的主凹槽、用于安装千斤顶（5）的千斤顶（5）槽以及若干液氮储存舱（2）；
所述主凹槽位于混凝土爆坑（1）的中心位置，其内放置待试验结构柱（4），在主凹槽的一侧为千斤顶（5）槽，主凹槽与千斤顶（5）槽连通，在千斤顶（5）槽内设置千斤顶（5），千斤顶（5）的施力端抵住待试验结构柱（4）；
若干液氮储存舱（2）设置在主凹槽的另一侧，且每个液氮储存舱（2）与主凹槽连通；
在混凝土爆坑（1）的开口端可移动覆设保温隔板；
在主凹槽的上方悬设爆炸物（3），用于试验时施加爆炸荷载。
2.根据权利要求1所述的寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置，其特征在于：
所述液氮储存仓包括两个，设置在主凹槽的另一侧，当待试验结构柱（4）放置在主凹槽内时，以待试验结构柱（4）的中轴线为中心线，液氮储存仓分别对称设置在中心线的两侧。
3.根据权利要求1所述的寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置，其特征在于：还包括若干换气通道（8），每条换气通道（8）的一端与主凹槽连通，其另一端伸出土层，在伸出土层的换气通道（8）的另一端安装换气扇（81）。
4.根据权利要求3所述的寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置，其特征在于：前述的换气通道（8）设置两条。
5.根据权利要求1所述的寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置，其特征在于：所述的保温隔板通过滑动装置可移动覆设在混凝土爆坑（1）的开口端；
所述保温隔板对称分成两部分，每部分由混凝土爆坑（1）开口端的两侧进行滑移；滑动装置包括滚轮（11）与滑槽，在混凝土爆坑（1）的开口端开设滑槽，保温隔板的每部分底面均安装滚轮（11），滚轮（11）与滑槽匹配。
6.根据权利要求1所述的寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置，其特征在于：所述的保温隔板包括叠设的保温层（9）和密封钢板（10）；
在密封钢板（10）的四周贴设密封条（12）；
混凝土爆坑（1）的主凹槽与千斤顶（5）槽之间还设有隔温板（6）。
7.根据权利要求3所述的寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置，其特征在于：在待试验结构柱（4）的底部设置用于监测温度的温度控制系统（7）；
在液氮储存舱（2）与主凹槽连通的管道上安装液氮阀门（21）；
温度控制系统（7）与液氮阀门（21）、换气扇（81）电联。
8.根据权利要求1所述的寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置，其特征在于：在混凝土爆坑（1）的侧边设置钢架（13），钢架（13）的顶端设置延伸杆，延伸杆的端部延伸至混凝土爆坑（1）的上方，在延伸杆延伸的端部安装爆炸物（3）；
所述的爆炸物（3）上绑设若干绳索（14），每根绳索（14）的一端与爆炸物（3）绑设，绳索（14）的另一端固定在混凝土爆坑（1）周围的地面上。
9.基于寒区条件下结构柱抗爆性能试验装置的试验方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤S1：将待试验结构柱（4）安装在混凝土爆坑（1）的主凹槽内，千斤顶（5）的施力端抵住待试验结构柱（4）的一端，将隔温板（6）搭设在主凹槽与千斤顶（5）槽之间；
步骤S2：将保温隔板的两部分合并，覆设在混凝土爆坑（1）的开口端，在保温隔板的密封钢板（10）与地面的缝隙处贴设密封条（12）；
步骤S3：温度控制系统（7）向液氮阀门（21）发送开启指令，液氮储存舱（2）向主凹槽内以预设流速注入液氮，直至混凝土爆坑（1）内的温度降低至预设值，温度控制系统（7）再次向液氮阀门（21）发送关闭指令，若温度过低则温度控制系统（7）向换气扇（81）发送开启指令，排出预设目标的汽化液氮以升温；
步骤S4：将爆炸物（3）吊设在混凝土爆坑（1）上方；
步骤S5：撕开密封条（12），将保温隔板的两部分分开，引爆爆炸物（3），完成爆炸载荷施加试验；
步骤S6：试验结束后，温度控制系统（7）向换气扇（81）发送开启指令，排出混凝土爆坑（1）内的汽化液氮，完成试验。
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