CN115655916A - 一种高温下装配式弯曲试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温下装配式弯曲试验装置，包括反力墙、电磁加载装置、加热装置、可移动构件支撑装置、装置支撑件和水平约束装置，装置支撑件设于加热装置下方，用于支撑加热装置，加热装置上开设有槽型开口，可移动构件支撑装置活动安装在槽型开口内，用于支撑构件，槽型开口的下方设有红外测距仪，构件的两端都设有水平约束装置，水平约束装置的一端设于反力墙的侧壁内，另一端设于构件的端部对构件进行水平约束，电磁加载装置设于反力墙的顶部，并位于构件的正上方。本发明采取半开放式的加热状态，实现多方向的约束条件，更好模拟了构件在火灾条件下的真实情况，无接触的加载方式减小了测量误差，外置的红外应变仪能更加准确的测量应变。

Description

一种高温下装配式弯曲试验装置

技术领域

本发明属于弯曲测试装置技术领域，具体涉及一种高温下装配式弯曲试验装置。

背景技术

以往在设计房屋建筑的时候很少关注承重构件在火灾情况下的力学性能，一旦发生火灾，结构的快速失稳破坏不能为保障生命和财产安全留有足够的时间。

目前，国内外已经有许多关于水平承重构件的抗火性能和火灾下构件机械性能的测试研究，国内也有类似的耐火材料高温抗折强度试验方法（GB/T 3002-2017）的标准可供参考。为了模拟梁式构件在真实火灾条件下的变化过程，现在往往是用封闭的高温环境条件去模拟火灾的条件，测试力学性能的方法采用比较贴合实际的四点弯曲试验或是三点弯曲实验。

现有的实验装置存在以下缺陷：1、封闭的高温环境虽然符合一元刚性平面的静态力学平衡系统，在不考虑其它误差的情况下，测出的是构件的纯抗弯性能，没有真实模拟火灾的条件，预留的量够大，不能有效利用构件，且在封闭炉内的加热方式只能得到结构，不能清楚地看到实验过程中的变化；2、国内做出的相关研究，设计的装置过于精细，只能满足小构件的测试，对于中大型构件的测试太过粗糙，装置的加载部分及支撑部分和构件一同被加热，温度梯度大，会产生较大误差；3、传统的四点弯曲试验对构件水平方向的约束也没有关注，不符合工程实际的约束方式；4、加载装置和构件的四个接触面往往产生较大摩擦力，而由于摩擦系数也会随着温度的变化而变化，产生测量误差，而且没有考虑到装置或构件受热膨胀所产生的应变对连接部位的影响，容易造成实验安全事故；5、简单采用贴取高温应变片或用绝热杆连接构件和挠度测量仪的方式得到的结果往往有较大的误差，与工程实际并不相符。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高温下装配式弯曲试验装置。

为达到上述目的，提出以下技术方案：

一种高温下装配式弯曲试验装置，包括反力墙、电磁加载装置、加热装置、可移动构件支撑装置、装置支撑件和水平约束装置，装置支撑件设于加热装置下方，用于支撑加热装置，加热装置上开设有槽型开口，可移动构件支撑装置活动安装在槽型开口内，用于支撑构件，槽型开口的下方设有红外测距仪，构件的两端都设有水平约束装置，水平约束装置的一端设于反力墙的侧壁内，另一端设于构件的端部对构件进行水平约束，电磁加载装置设于反力墙的顶部，并位于构件的正上方。

进一步地，加热装置包括加热板、保温板和连接块，保温板与保温板之间通过连接块连接成半圆弧结构，保温板与保温板之间构成槽型开口，加热板贴于保温板的外侧，可移动构件支撑装置穿过加热板活动安装在槽型开口内，并向上延伸，保温板内设有热电偶，连接块内设有温度控制器，同电脑相连后可以实现1200℃以内的控温。

进一步地，加热板为半圆弧结构，两侧边开设有向内倾斜的凹型圆弧，凹型圆弧用于安装隔热观察板，隔热观察板与加热板铰接，隔热观察板能够相对加热板外翻，同时内扣一定角度，通过铰接结构保证内扣稳定，内扣隔热观察板制造了一个板开放式的加热设计。

进一步地，可移动构件支撑装置包括至少两个支撑部和连接支撑部及调节支撑部之间距离的可伸缩杆件，所述支撑部包括下压板、球形支座、竖直伸缩杆和滑杆，球形支座的上端连接下压板，下端连接竖直伸缩杆，竖直伸缩杆与滑杆垂直连接，可移动构件支撑装置通过滑杆活动安装在槽型开口内，可伸缩杆件连接支撑部的竖直伸缩杆，从而实现支撑部与支撑部之间的连接与距离的调节，球形支座的设计是为了应对高温下支座处受热膨胀的情况，减少构件同支撑部之间的摩擦，该处的摩擦会影响测量的精确度。

进一步地，水平约束装置包括圆形压板、轴力传感器和水平滑块伸缩杆，水平滑块伸缩杆的一端设于反力墙的侧壁内，另一端连接轴力传感器，轴力传感器通过圆形压板与构件的端部连接，通过调节水平滑块伸缩杆的长度实现对构件的水平约束，轴力传感器测试试样的轴力。

进一步地，电磁加载装置包括升降杆、电磁加载箱和电磁加载器，升降杆设于反力墙的顶部，下端连接电磁加载箱，电磁加载箱的下表面设有电磁加载器，电磁加载器通过滑移方式和电磁加载箱连接，电磁加载器可滑移的特性可以控制纯弯段的大小，电磁加载器位于构件的正上方，电磁加载器包括电磁铁线圈和铁镍合金导磁盘，当控制电磁加载箱给电磁铁线圈提供一个直流电时，会产生一个闭合磁场从而模拟机械加载时的径向力，通过调节电流大小可以改变磁场强度，进而改变所述的径向力的大小。

进一步地，所述装置支撑件包括圆杆支撑件和第一连接件，圆杆支撑件通过第一连接件与加热装置连接，圆杆支撑件可伸缩。

进一步地，红外测距仪通过第二连接件固定设于槽型开口下方，并延伸至槽型开口内，红外测距仪实时记录构件高温下加载过程中的应变，每隔时间段发射红外光到试样上，再返回后测得构件上某点到红外测距仪的距离，构件底部沿长度方向均匀贴置接收器，根据时间的变化可以模拟出加载的试样变形的整个过程。

进一步地，隔热观察板上装有隔热玻璃，方便实现观察高温下试样进行四点弯曲试验的变化。

进一步地，加热板与连接块之间留有空隙，预留给炉体加热过程中所带来的热膨胀位移。

该装置的操作方法如下：

先外翻隔热观察板，调整可移动构件支撑装置之间的距离，然后放置构件，再调整电磁加载器到构件之间的距离，水平约束装置与构件之间的距离，再调整电磁加载器之间的距离得到想要测得纯弯段的距离，然后将隔热观察板翻转回原位，开始控制电磁加载箱对电磁加载器通电形成加载力，同时打开红外测距仪进行测量，设置间隔时间，与此同时也通过打开控制器实现加热装置的加热，按照ISO 834火灾标准的升温曲线去进行控温，记录数据和通过隔热玻璃观察加温加载过程，实验结束后断开电源，进行散热后再取出构件。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

采用半开放式的加热状态，实现多方向的约束条件，半开放式的设计可以更好地形成空气气氛，可以更好地模拟构件在火灾条件下的真实情况，此外，采用非接触式电磁加载和球形支座，避免了加载时产生的摩擦以及加载装置同构件一同加热时产生的误差，外置的红外应变仪也能更加准确的测量应变，多处设置的滑移和伸缩杆手段能适用于不同尺寸的试样测试。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的加热装置与可移动构件支撑装置的连接方式示意图；

图4为本发明的加热装置的俯视图；

图5为本发明的支撑部的立体结构示意图。

图中：1、反力墙；2、电磁加载装置；21、升降杆；22、电磁加载箱；23、电磁加载器；3、加热装置；31、槽型开口；32、加热板；33、保温板；331、热电偶；34、连接块；4、可移动构件支撑装置；41、支撑部；411、下压板；412、球形支座；413、竖直伸缩杆；414、滑杆；42、可伸缩杆件；5、装置支撑件；51、圆杆支撑件；52、第一连接件；6、水平约束装置；61、圆形压板；62、轴力传感器；63、水平滑块伸缩杆；7、构件；8、红外测距仪；81、第二连接件；9、隔热观察板。

具体实施方式

如图5所示，支撑部41包括下压板411、球形支座412、竖直伸缩杆413和滑杆414，球形支座412的上端与下压板411连接，下端与竖直伸缩杆413连接，滑杆414与竖直伸缩杆413垂直连接。

如图1到图4所示，一种高温下装配式弯曲试验装置，包括电磁加载装置2、加热装置3、可移动构件支撑装置4、装置支撑件5、水平约束装置6、红外测距仪8和隔热观察板9，可移动构件支撑装置4包括至少两个支撑部41和连接支撑部41及调节支撑部41之间距离的可伸缩杆件42，可伸缩杆件42连接支撑部41的竖直伸缩杆413，从而实现支撑部41与支撑部41之间的连接与距离的调节，可伸缩杆件42的两端为圆环，套设在竖直伸缩杆413上，加热装置3包括加热板32、保温板33和连接块34，四分之一圆的保温板33与保温板33之间通过连接块34连接成半圆弧结构，保温板33与保温板33之间构成槽型开口31，保温板33的内侧开设有来回移动的槽，加热板32贴于保温板33的外侧，加热板32与连接块34之间留有空隙，可移动构件支撑装置4穿过加热板32，滑杆414活动连接保温板33内侧来回移动的槽，从而实现可移动构件支撑装置4在槽型开口31内的活动安装，保温板33内设有热电偶331，连接块34内设有温度控制器，加热板32为半圆弧结构，两侧边开设有向内倾斜的凹型圆弧，凹型圆弧用于安装隔热观察板9，隔热观察板9与加热板32铰接，隔热观察板9上装有隔热玻璃，水平约束装置6包括圆形压板61、轴力传感器62和水平滑块伸缩杆63，水平滑块伸缩杆63的一端设于反力墙1的侧壁内，另一端连接轴力传感器62，轴力传感器62通过圆形压板61与构件7的端部连接，通过调节水平滑块伸缩杆63的长度实现对构件7的水平约束，电磁加载装置2包括升降杆21、电磁加载箱22和电磁加载器23，升降杆21设于反力墙1的顶部，下端连接电磁加载箱22，电磁加载箱22的下表面设有电磁加载器23，电磁加载器23位于构件7的正上方，电磁加载器23包括电磁铁线圈和铁镍合金导磁盘，装置支撑件5包括圆杆支撑件51和第一连接件52，圆杆支撑件51通过第一连接件52与加热装置3连接，红外测距仪8通过第二连接件81固定设于槽型开口31下方，并延伸至槽型开口31内。

该装置的操作方法如下：

先外翻隔热观察板9，调整可移动构件支撑装置4之间的距离，然后放置构件7，再调整电磁加载器23到构件7之间的距离，水平约束装置6与构件7之间的距离，再调整电磁加载器23之间的距离得到想要测得纯弯段的距离，然后将隔热观察板9翻转回原位，开始控制电磁加载箱22对电磁加载器23通电形成加载力，同时打开红外测距仪8进行测量，设置间隔时间，与此同时也通过打开控制器实现加热装置3的加热，按照ISO 834火灾标准的升温曲线去进行控温，记录数据和通过隔热玻璃观察加温加载过程，实验结束后断开电源，进行散热后再取出构件7。

Claims (10)

1.一种高温下装配式弯曲试验装置，其特征在于，包括反力墙（1）、电磁加载装置（2）、加热装置（3）、可移动构件支撑装置（4）、装置支撑件（5）和水平约束装置（6），装置支撑件（5）设于加热装置（3）下方，用于支撑加热装置（3），加热装置（3）上开设有槽型开口（31），可移动构件支撑装置（4）活动安装在槽型开口（31）内，用于支撑构件（7），槽型开口（31）的下方设有红外测距仪（8），构件（7）的两端都设有水平约束装置（6），水平约束装置（6）的一端设于反力墙（1）的侧壁内，另一端设于构件（7）的端部对构件（7）进行水平约束，电磁加载装置（2）设于反力墙（1）的顶部，并位于构件（7）的正上方。

2.如权利要求1所述的一种高温下装配式弯曲试验装置，其特征在于，加热装置（3）包括加热板（32）、保温板（33）和连接块（34），保温板（33）与保温板（33）之间通过连接块（34）连接成半圆弧结构，保温板（33）与保温板（33）之间构成槽型开口（31），加热板（32）贴于保温板（33）的外侧，可移动构件支撑装置（4）穿过加热板（32）活动安装在槽型开口（31）内，并向上延伸，保温板（33）内设有热电偶（331），连接块（34）内设有温度控制器。

3.如权利要求2所述的一种高温下装配式弯曲试验装置，其特征在于，加热板（32）为半圆弧结构，两侧边开设有向内倾斜的凹型圆弧，凹型圆弧用于安装隔热观察板（9），隔热观察板（9）与加热板（32）铰接。

4.如权利要求3所述的一种高温下装配式弯曲试验装置，其特征在于，可移动构件支撑装置（4）包括至少两个支撑部（41）和连接支撑部（41）及调节支撑部（41）之间距离的可伸缩杆件（42），所述支撑部（41）包括下压板（411）、球形支座（412）、竖直伸缩杆（413）和滑杆（414），球形支座（412）的上端连接下压板（411），下端连接竖直伸缩杆（413），竖直伸缩杆（413）与滑杆（414）垂直连接，可移动构件支撑装置（4）通过滑杆（414）活动安装在槽型开口（31）内，可伸缩杆件（42）连接支撑部（41）的竖直伸缩杆（413），从而实现支撑部（41）与支撑部（41）之间的连接与距离的调节。

5.如权利要求4所述的一种高温下装配式弯曲试验装置，其特征在于，水平约束装置（6）包括圆形压板（61）、轴力传感器（62）和水平滑块伸缩杆（63），水平滑块伸缩杆（63）的一端设于反力墙（1）的侧壁内，另一端连接轴力传感器（62），轴力传感器（62）通过圆形压板（61）与构件（7）的端部连接，通过调节水平滑块伸缩杆（63）的长度实现对构件（7）的水平约束。

6.如权利要求1所述的一种高温下装配式弯曲试验装置，其特征在于，电磁加载装置（2）包括升降杆（21）、电磁加载箱（22）和电磁加载器（23），升降杆（21）设于反力墙（1）的顶部，下端连接电磁加载箱（22），电磁加载箱（22）的下表面设有电磁加载器（23），电磁加载器（23）位于构件（7）的正上方，电磁加载器（23）包括电磁铁线圈和铁镍合金导磁盘。

7.如权利要求1所述的一种高温下装配式弯曲试验装置，其特征在于，所述装置支撑件（5）包括圆杆支撑件（51）和第一连接件（52），圆杆支撑件（51）通过第一连接件（52）与加热装置（3）连接。

8.如权利要求1所述的一种高温下装配式弯曲试验装置，其特征在于，红外测距仪（8）通过第二连接件（81）固定设于槽型开口（31）下方，并延伸至槽型开口（31）内。

9.如权利要求3所述的一种高温下装配式弯曲试验装置，其特征在于，隔热观察板（9）上装有隔热玻璃。

10.如权利要求2所述的一种高温下装配式弯曲试验装置，其特征在于，加热板（32）与连接块（34）之间留有空隙。

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