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
技术领域
本实用新型属于土木工程结构柱抗爆性能研究设备技术领域，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
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，该方面的研究成为土木工程领域研究的一个热点。结构柱抗爆试验装置是对结构柱抗爆性能进行试验研究的关键装置，在抗爆试验中起到以下作用，(1)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。
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。
文章“钢管混凝土柱抗爆性能试验研究”(李国强、瞿海雁等，《建筑结构学报》，Vol.34，No.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。
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装置。
发明内容
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。
实现本实用新型目的的技术解决方案为：
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。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点：
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。
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；
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；
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。
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
图1为本实用新型结构柱抗爆试验装置的外形图。
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。
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)。
图4为图3中端头支撑系统的局部放大图。
图5为采用本实用新型装置测得的典型压力曲线图。
图6为采用本实用新型装置测得的典型位移曲线图。
图7为采用本实用新型装置测得的典型应变曲线图。
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
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40一端与上端板31接触，另一端与结构柱上端11接触。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本实用新型的试验装置的操作使用步骤如下：
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；
浇筑混凝土，养护28天；
将传感器支架80用固定螺栓84与预埋钢构件83连接；
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；
松开固定螺栓84，吊起传感器支架80；
将试件结构柱10吊装入传感器支架80内，调整好试件位置；
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；
连接传感器、数据采集系统、计算机，调试信号；
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；
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；
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；
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；
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。
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。
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；
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；
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)一端与上端板(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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| CN104458311A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-03-25 | 中国人民解放军理工大学 | 结构柱抗爆试验装置 |
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