CN204373926U - 结构柱抗爆试验装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种结构柱抗爆试验装置,包括钢筋混凝土爆坑(20),还包括设置在爆坑(20)内的自平衡反力架(30),所述自平衡反力架(30)包括上端板(31)、下端板(32)、左拉杆(33)和右拉杆(34),所述上端板(31)和下端板(32)分别置于结构柱上端(11)和结构柱下端(12),所述左拉杆(33)和右拉杆(34)分别置于结构柱(10)的左侧和右侧,所述左拉杆(33)和右拉杆(34)的上、下两端分别与上端板(31)和下端板(32)固定连接,在所述上端板(31)与结构柱上端(11)之间还设有一端与上端板(31)接触,另一端与结构柱上端(11)接触的弹性部件(40)。本实用新型的抗爆试验装置,适用于大尺寸结构柱的大当量抗爆试验,爆坑不易损坏。

Description

结构柱抗爆试验装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于土木工程结构柱抗爆性能研宄设备技术领域,特别是一种适用于大尺寸结构柱的大当量抗爆试验,且可以重复使用的结构柱抗爆试验装置。
背景技术
[0002] 当前,恐怖袭击、燃气泄漏爆炸事故等对桥梁、高层建筑、体育场馆等土木工程建筑的安全威胁越来越大。结构柱是这些建筑的关键受力部位,其抗爆性能对建筑整体的安全性有着巨大的影响。因此,该方面的研宄成为土木工程领域研宄的一个热点。结构柱抗爆试验装置是对结构柱抗爆性能进行试验研宄的关键装置,在抗爆试验中起到以下作用,(I)提供试验柱的支撑基础,防止柱整体运动造成试验结果偏差;(2)对试验柱进行轴向加载,模拟建筑自重对柱性能的影响;(3)提供安装压力、位移等传感器的载体,方便试验测量。
[0003] 结构柱抗爆试验装置一般由钢筋混凝土基体(爆坑)、千斤顶弹簧装置、支撑钢架等组成,千斤顶弹簧装置施加轴力,反力直接作用在爆坑上,为防止爆坑混凝土开裂,爆坑四个拐角处配筋要作加密处理。试验表明,经多次爆炸冲击荷载作用后,爆坑仍会有明显裂缝,不能多次重复使用。支撑钢架固定在混凝土爆坑中,结构柱安装固定后再安装调试位移、压力等传感器,由于操作空间狭小,使用非常不方便。
[0004] 文章“钢管混凝土柱抗爆性能试验研宄”(李国强、瞿海雁等,《建筑结构学报》,Vol.34,N0.12,2013年12月)介绍了一种结构柱抗爆试验装置,该装置由钢筋混凝土基体(爆坑)、千斤顶弹簧装置、支撑钢架等组成。该装置由于弹簧提供轴向力有限,不能模拟高轴力、大轴压比条件下的结构柱;而且该装置只在柱两端轴向设置球铰,不能完全模拟结构柱简支工况,对后续试验数据分析带来不便。
[0005]总之,现有技术存在的问题是:结构柱抗爆试验装置的反力直接作用在爆坑边框上,一方面使爆坑难以重复使用,更不能适用于大尺寸结构柱、大当量炸药爆炸的抗爆试验
目.ο
发明内容
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种结构柱抗爆试验装置,适用于大尺寸结构柱的大当量抗爆试验装置,且爆坑不易损坏,爆坑可以重复使用。
[0007] 实现本实用新型目的的技术解决方案为:
[0008] 一种结构柱抗爆试验装置,包括用于将结构柱放置其中的钢筋混凝土爆坑,还包括设置在爆坑内的自平衡反力架,所述自平衡反力架包括上端板、下端板和左拉杆和右拉杆,所述上端板和下端板分别置于结构柱上端和结构柱下端,所述左拉杆和右拉杆分别置于结构柱的左侧和右侧,所述左拉杆和右拉杆的上、下两端分别与上端板和下端板固定连接,在所述上端板与结构柱上端之间还设有弹性部件,所述弹性部件一端与上端板接触,另一端与结构柱上端接触。
[0009] 本实用新型与现有技术相比,其显著优点:
[0010] 结构柱支撑采用自平衡系统,横向力不传给爆坑,大大增强了爆坑使用的耐久性,适用于大尺寸结构柱的大当量抗爆试验,且爆坑不易损坏,可以重复使用,降低试验成本。
[0011] 其改进方案采用高压气动气缸活塞机构作为施加轴向力的元件,实现了结构柱大轴压比加载;
[0012] 其进一步改进方案改进了试件端头支撑系统,可以实现理想的简支和固支工况,方便了试验数据分析处理;
[0013] 本装置采用先安装调试仪器再安装固定试件的操作方式,方便了试验操作。
[0014] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。
附图说明
[0015] 图1为本实用新型结构柱抗爆试验装置的外形图。
[0016] 图2为本实用新型结构柱抗爆试验装置爆坑内部件的结构示意图。
[0017] 图3为本实用新型结构柱抗爆试验装置爆坑内部件的侧视图(自平衡反力架未视出)。
[0018] 图4为图3中端头支撑系统的局部放大图。
[0019] 图5为采用本实用新型装置测得的典型压力曲线图。
[0020] 图6为采用本实用新型装置测得的典型位移曲线图。
[0021] 图7为采用本实用新型装置测得的典型应变曲线图。
[0022] 图中,10结构柱,11结构柱上端,12结构柱下端,20爆坑,30自平衡反力架,31上端板31,32下端板,33左拉杆,34右拉杆,40弹性部件(气缸活塞机构),50端头支撑系统,51球铰,521下钢垫板,531下圆钢棒,541下支撑钢板,522上钢垫板,532上圆钢棒,542上支撑钢板,55抗拉钢棒,56螺母,80传感器支架,81位移传感器,82压力传感器,83预埋钢构件,固定螺栓84。
具体实施方式
[0023] 如图1所示,本实用新型结构柱抗爆试验装置,包括用于将结构柱10放置其中的钢筋混凝土爆坑20,还包括设置在爆坑20内的自平衡反力架30,所述自平衡反力架30包括上端板31、下端板32和左拉杆33和右拉杆34,所述上端板31和下端板32分别置于结构柱上端11和结构柱下端12,所述左拉杆33和右拉杆34分别置于结构柱10的左侧和右侧,所述左拉杆33和右拉杆34的上、下两端分别与上端板31和下端板32固定连接,在所述上端板31与结构柱上端11之间还设有弹性部件40,所述弹性部件40 —端与上端板31接触,另一端与结构柱上端11接触。
[0024] 钢筋混凝土爆坑20作为试验竖直方向支撑装置,同时预留了测试导线的走线空间。
[0025] 如图2所示,为方便安装调试位移、压力等传感器,还可包括传感器支架80,用来安装结构柱10计划试件、位移传感器81及压力传感器82,试验前将传感器支架80吊起,先调试测试系统,再安装固定结构柱10。
[0026] 试件及仪器安装调试完毕后放入爆坑中,用螺栓与预埋钢构件链接,方便操作。
[0027] 由于本实用新型采用了自平衡反力架30,使结构柱10轴向的抗爆试验反力不再直接作用在爆坑边框上,爆坑仅承受自上而下的冲击波及试验装置及结构柱10重量,爆坑不易损坏,可以重复使用,降低试验成本,而且可以适用于大尺寸结构柱、大当量炸药爆炸的抗爆试验。
[0028] 所述弹性部件40为气动气缸活塞机构。所述气动气缸活塞机构的气缸内径不小于400mm,最大承受压力不小于15MPa。所述气缸活塞机构的活塞最大轴力不小于188吨。
[0029] 采用高压气动气缸活塞机构代替现有技术的弹簧提供结构柱10轴向力,就更能充分真实地模拟结构柱在高轴力、大轴压比条件下的抗爆性能。采用高压气动而不用高压液动气缸活塞机构,是为了在提供高轴力的同时充分利用高压气体的小刚度,当结构柱10轴向伸展时保持作用在柱上的轴压基本不变。
[0030] 试件安装后,通过高压气缸活塞机构施加结构柱10轴向力,试件与气缸外端支撑在自平衡反力架上,在水平方向上形成一套平衡系统,混凝土爆坑不受水平拉力作用。
[0031] 还可以通过高压气体控制是否施加轴向力,使试验对象在柱和梁之间切换,即同一试验对象既可模拟结构柱,也可模拟梁。
[0032] 如图3所示,在靠近所述结构柱下端12和结构柱上端11分别设有可理想简支和固定支撑结构柱下端12和结构柱上端11的端头支撑系统50。
[0033] 如图4所示,所述靠近所述结构柱下端12的端头支撑系统50包括置于所述结构柱下端12与下端板32之间的球铰51,所述球铰51的固定端与下端板32可拆式固定连接,球铰51的活动端与结构柱10的下端面接触,还包括置于结构柱10下的下钢垫板521、下圆钢棒531和下支撑钢板541,所述下圆钢棒531轴向与结构柱10轴向垂直,置于下钢垫板521和下支撑钢板541之间,所述下钢垫板521上表面与结构柱10下表面接触,所述下支撑钢板541下表面固定在爆坑20内。
[0034] 所述靠近所述结构柱上端11的端头支撑系统50包括置于结构柱10下的下钢垫板521、下圆钢棒531和下支撑钢板541,所述下圆钢棒531轴向与结构柱10轴向垂直,置于下钢垫板521和下支撑钢板541之间,所述下钢垫板521上表面与结构柱10下表面接触,所述下支撑钢板541下表面固定在爆坑20内。
[0035] 采用这样的端头支撑系统50,可以方便地实现理想的简支和固支工况,方便试验数据分析处理。简支时,按上述布置;当需为固支时,将下圆钢棒531和球铰51均换成普通平面钢板即可。
[0036] 为防止结构柱10在承受剧烈爆炸波冲击后向上反弹,所述端头支撑系统50还包括置于结构柱10上的上钢垫板522、上圆钢棒532和上支撑钢板542,所述上圆钢棒532轴向与结构柱10轴向垂直,置于上钢垫板522和上支撑钢板542之间,所述上钢垫板522下表面与结构柱10上表面接触,还包括下部与爆坑20固定连接,上部穿过下支撑钢板541、上支撑钢板542并突出上支撑钢板542的至少四根抗拉钢棒55,所述上支撑钢板542上表面通过螺母56与所述抗拉钢棒55固定连接。
[0037] 本实用新型的试验装置的操作使用步骤如下:
[0038] 首先根据爆坑设计图纸进行混凝土支模,固定自平衡反力架30、预埋钢构件83、下支撑钢板541和抗拉钢棒55 ;
[0039] 浇筑混凝土,养护28天;
[0040] 将传感器支架80用固定螺栓84与预埋钢构件83连接;
[0041] 安装气缸活塞机构40,调节气缸高度与试件一致,不可偏心,并且将气缸活塞机构与高压气源相连;
[0042] 松开固定螺栓84,吊起传感器支架80 ;
[0043] 将试件结构柱10吊装入传感器支架80内,调整好试件位置;
[0044] 将位移计、压力计安装到传感器支架80预留位置,连接位移、压力计及应变片导线;
[0045] 连接传感器、数据采集系统、计算机,调试信号;
[0046]调整端头支撑系统50,若为简支系统,则按图3安装,若为固支系统,则将图3中下圆钢棒531和球铰51均换成普通平面钢板;
[0047] 将传感器支架80吊入爆坑,用固定螺栓84与预埋钢构件83连接,将螺母56与抗拉钢棒55拧紧,防止试验中试件反弹;
[0048] 通过布置在远端的高压氮气瓶对高压气缸活塞机构40充气,当压力表达到预定数值后拧紧气瓶阀门,若做梁抗爆试验,本步骤略过;
[0049] 用钢板盒子将高压气缸活塞机构40从上方遮蔽住,用橡胶垫和包铁皮对爆坑上表面缝隙进行密封,防止爆炸冲击波损坏气缸、试件下方传感器及导线;
[0050] 在试件结构柱10正上方吊装炸药、雷管,检查测试系统和气缸压力,无误后起爆,采集试验数据,采集到典型数据如图4、5、6所示。
[0051] 从实验结果图发现,本实用新型的结构柱支撑采用自平衡系统,横向力不传给爆坑,大大增强了爆坑使用的耐久性,适用于大尺寸结构柱的大当量抗爆试验,且爆坑不易损坏,可以重复使用。
[0052] 其改进方案采用高压气缸活塞机构作为施加轴力的元件,实现了结构柱大轴压比加载;
[0053] 其进一步改进方案改进了试件端头支撑系统,可以实现理想的简支和固支工况,方便了试验数据分析处理;
[0054] 本装置采用先安装调试仪器再安装固定试件的操作方式,方便了试验操作。

Claims (9)

1.一种结构柱抗爆试验装置,包括用于将结构柱(10)放置其中的钢筋混凝土爆坑(20),其特征在于:还包括设置在爆坑(20)内的自平衡反力架(30),所述自平衡反力架(30)包括上端板(31)、下端板(32)、左拉杆(33)和右拉杆(34),所述上端板(31)和下端板(32)分别置于结构柱上端(11)和结构柱下端(12),所述左拉杆(33)和右拉杆(34)分别置于结构柱(10)的左侧和右侧,所述左拉杆(33)和右拉杆(34)的上、下两端分别与上端板(31)和下端板(32)固定连接,在所述上端板(31)与结构柱上端(11)之间还设有弹性部件(40),所述弹性部件(40) —端与上端板(31)接触,另一端与结构柱上端(11)接触。
2.根据权利要求1所述的结构柱抗爆试验装置,其特征在于:所述弹性部件(40)为气动气缸活塞机构。
3.根据权利要求2所述的结构柱抗爆试验装置,其特征在于:所述气动气缸活塞机构的气缸内径不小于400mm,最大承受压力不小于15MPa。
4.根据权利要求2所述的结构柱抗爆试验装置,其特征在于:所述气缸活塞机构的活塞最大轴力不小于188吨。
5.根据权利要求1所述的结构柱抗爆试验装置,其特征在于:在靠近所述结构柱下端(12)和结构柱上端(11)分别设有可理想简支和固定支撑结构柱(10)的端头支撑系统(50)。
6.根据权利要求5所述的结构柱抗爆试验装置,其特征在于:所述靠近结构柱下端(12)的端头支撑系统(50)包括置于所述结构柱下端(12)与下端板(32)之间的球铰(51),所述球铰(51)的固定端与下端板(32)可拆式固定连接,球铰(51)的活动端与结构柱(10)的下端面接触,还包括置于结构柱(10)下的下钢垫板(521)、下圆钢棒(531)和下支撑钢板(541),所述下圆钢棒(531)轴向与结构柱(10)轴向垂直,置于下钢垫板(521)和下支撑钢板(541)之间,所述下钢垫板(521)上表面与结构柱(10)下表面接触,所述下支撑钢板(541)下表面固定在爆坑(20)内。
7.根据权利要求6所述的结构柱抗爆试验装置,其特征在于:所述端头支撑系统(50)还包括置于结构柱(10)上的上钢垫板(522)、上圆钢棒(532)和上支撑钢板(542),所述上圆钢棒(532)轴向与结构柱(10)轴向垂直,置于上钢垫板(522)和上支撑钢板(542)之间,所述上钢垫板(522)下表面与结构柱(10)上表面接触,还包括至少四根抗拉钢棒(55),所述抗拉钢棒(55)的上部依次穿过下支撑钢板(541)、上支撑钢板(542),并通过螺母(56)与所述上支撑钢板(542)固定连接,所述抗拉钢棒(55)位于下支撑钢板(541)以下的部分与所述爆坑(20)以预先浇筑方式固定连接。
8.根据权利要求5至7之一所述的结构柱抗爆试验装置,其特征在于:所述靠近结构柱上端(11)的端头支撑系统(50)包括置于结构柱(10)下的下钢垫板(521)、下圆钢棒(531)和下支撑钢板(541),所述下圆钢棒(531)轴向与结构柱(10)轴向垂直,置于下钢垫板(521)和下支撑钢板(541)之间,所述下钢垫板(521)上表面与结构柱(10)下表面接触,所述下支撑钢板(541)下表面固定在爆坑(20)内。
9.根据权利要求8所述的结构柱抗爆试验装置,其特征在于:所述端头支撑系统(50)还包括置于结构柱(10)上的上钢垫板(522)、上圆钢棒(532)和上支撑钢板(542),所述上圆钢棒(532)轴向与结构柱(10)轴向垂直,置于上钢垫板(522)和上支撑钢板(542)之间,所述上钢垫板(522)下表面与结构柱(10)上表面接触,还包括至少四根抗拉钢棒(55),所述抗拉钢棒(55)的上部依次穿过下支撑钢板(541)、上支撑钢板(542),并通过螺母(56)与所述上支撑钢板(542)固定连接,所述抗拉钢棒(55)位于下支撑钢板(541)以下的部分与所述爆坑(20)以预先浇筑方式固定连接。
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