CN209927757U - 一种钢筋混凝土构件抗火性能试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种钢筋混凝土构件抗火性能试验装置,涉及地下工程结构防灾减灾技术领域，具体涉及一种模拟地下混凝土矩形结构的钢筋混凝土板、墙组合构件在高温作用下的火灾响应行为的试验装置。它包括构件、火灾燃烧炉和炉内的火灾燃烧器，以及数据采集装置，火灾燃烧炉具有炉体。其关键技术是构件由钢筋混凝土板和钢筋混凝土墙构成T型组合构件，构件放置于火灾燃烧炉上部形成一个密闭的炉膛，在构件的上方安装反力加载装置，在构件侧边设置边界约束装置。本实用新型具有的有益效果是解决了现有技术中未考虑火灾下地下混凝土矩形结构所受的约束作用、荷载作用以及相邻构件间的影响等问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及地下工程结构防灾减灾技术领域，具体涉及一种模拟地下混凝土矩形结构的钢筋混凝土板、墙组合构件在高温作用下的火灾响应行为的试验装置。
背景技术
近年来随着我国城镇化水平的不断提高，城市地面交通面临着巨大的压力，故为了缓解地面交通压力，城市地下交通隧道在各大城市呈现出蓬勃发展的趋势。但由于隧道结构自身空间狭长、封闭性强的特点，一旦发生火灾，会严重影响隧道结构安全性，进而威胁行车人员的生命财产安全。而城市地下交通隧道断面多采用矩形框架结构，钢筋混凝土板和墙是其重要的水平及竖向承载构件，当隧道内发生火灾时将会对上述两种混凝土构件造成严重损伤，因此研究火灾高温作用下钢筋混凝土板、墙组合构件的抗火性能，对地下混凝土矩形结构整体的抗火设计具有极为重要的参考价值。
在现有试验中，大多数火灾试验多针对地面上部建筑结构，其研究对象也多为混凝土试块或单个钢筋混凝土构件，与实际中地下混凝土结构的火灾作用相差较大，如火灾下地下结构的钢筋混凝土板、墙为单面受火状态，不同于地面建筑结构的梁、柱等构件的双面受火、三面受火等，且地下混凝土结构也会受到周围地层的约束作用及荷载作用，此外已有试验也忽略了火灾下相邻构件之间的相互影响。因此，研究一种钢筋混凝土板、墙组合构件在高温作用下的火灾响应行为的试验装置，对地下混凝土矩形结构的抗火设计具有极大的参考价值。
发明内容
本实用新型要解决的问题就是针对以上不足而提供一种能够模拟较为真实的隧道火灾高温的钢筋混凝土板、墙组合构件抗火性能试验装置。其技术方案如下：
本实用新型包括构件、火灾燃烧炉和炉内的火灾燃烧器，以及数据采集装置，火灾燃烧炉具有炉体。其关键技术是构件由钢筋混凝土板和钢筋混凝土墙构成T型组合构件，构件放置于火灾燃烧炉上部形成一个密闭的炉膛，在构件的上方安装反力加载装置，在构件侧边设置边界约束装置；反力加载装置包括安装在构件上部非受火面的反力架以及由上下层纵向钢梁和上层横向钢梁、下层横向钢梁构成的分配梁系统，在反力架上端安装千斤顶位于上层横向钢梁的中部位置。
所述边界约束装置为框架结构。
所述反力架为一拱形架，拱形架两侧底端安装在边界约束装置上，拱形架顶端横跨于上层横向钢梁上方。
在炉体的壁上分别设置有进气口、排烟口和观察窗。
在炉体内壁施作一层防火涂料层。
所述钢筋混凝土板和钢筋混凝土墙内部布置有钢筋。
在千斤顶上安装压力传感器。
在构件内部布置热电偶形成热电偶树，在构件的背火面及非受火侧设置位移计和应变片，电偶树、位移计和应变片连接至数据采集装置。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1、本实用新型构件由钢筋混凝土板和钢筋混凝土墙组合成T型构件，综合考虑了火灾下相邻构件间的相互作用以及周围地层的约束变形作用，可以更科学地了解地下混凝土矩形结构在火灾作用下的内部温度分布及其力学行为变化，为地下混凝土结构的抗火性能分析提供了更为科学的试验数据以及研究手段，对地下矩形结构抗火设计有着较大的参考价值。
2、本实用新型反力加载装置构成分配梁系统，通过千斤顶对构件进行三分点集中力加载，模拟地层作用于构件顶部的均匀土压力荷载，能够深入研究钢筋混凝土板、墙组合构件在多种火灾场景和不同荷载作用下的火灾响应行为及规律，可实现地下混凝土组合构件在更为真实条件下的抗火性能测试。
3、本实用新型边界约束装置的设置，能很好地对试验过程中的构件进行边界变形约束。
4、综上所述，本实用新型解决了现有技术中未考虑火灾下地下混凝土矩形结构所受的约束作用、荷载作用以及相邻构件间的影响等问题。
附图说明
图1，是本实用新型结构示意图；
图2，是图1A-A向剖视图；
图3，是图1B-B向剖视图；
图4，是本实用新型热电偶树布置图；
图5，是本实用新型构件内部热电偶埋设示意图；
图6，是本实用新型位移计布置图；
图7，是本实用新型应变片布置图；
图8，是本实用新型用以模拟不同火灾场景的HC火灾温度-时间曲线、ISO834火灾温度-时间曲线及RABT火灾温度-时间曲线图。
具体实施方式
参见图1～图7，本实用新型包括用于模拟地下矩形结构节点区域的构件5、火灾燃烧炉1和炉内的火灾燃烧器1-2，以及用于对试验过程中构件5进行数据量测采集的数据采集装置4，火灾燃烧炉1具有炉体1-1，炉体1-1由黏土耐火砖砌筑而成。其关键技术是构件5由钢筋混凝土板5-2和钢筋混凝土墙5-3构成T型组合构件，构件5放置于火灾燃烧炉1上部形成一个密闭的炉膛，两者之间的缝隙使用水泥砂浆进行填充，用于防止炉内热量的散失，在构件5的上方安装反力加载装置2，在构件5侧边设置边界约束装置3；反力加载装置2包括安装在构件5上部非受火面的反力架2-4以及由上下层纵向钢梁2-2和上层横向钢梁2-6、下层横向钢梁2-3构成的分配梁系统，即在构件5上部非受火面通过纵向钢梁2-2安装左右两道下层横向钢梁2-3，在两下层横向钢梁2-3之间通过纵向钢梁2-2安装上层横向钢梁2-6，在反力架2-4上端安装千斤顶2-1,千斤顶2-1位于上层横向钢梁2-6的中部位置，通过千斤顶2-1对构件5进行三分点集中力加载，以模拟地层作用于构件顶部的均匀土压力荷载。加载时构件5加载点处(即纵向钢梁2-2与构件5的接触部位)设置钢垫块以避免局部加压对构件造成破坏。火灾燃烧器1-2配备相应的控制系统以实现不同火灾场景下的自动点火、升温、熄火等程序化控制。
所述边界约束装置3为等厚度耐火钢板焊接成框架结构，对试验过程中构件5进行边界变形约束。
所述反力架2-4为一拱形架，拱形架两侧底端焊接安装在边界约束装置3上，拱形架顶端横跨于上层横向钢梁2-6上方，反力架材料使用等厚度耐火钢板，以提供足够的支撑反力。
在炉体1-1的壁上分别设置有进气口1-3、排烟口1-4和观察窗1-5，观察窗1-5以便于观察火灾过程中构件的表观试验现象。
在炉体1-1内壁施作一层防火涂料层，以避免炉膛内部热量的散失。
所述钢筋混凝土板5-2和钢筋混凝土墙5-3内部布置有若干钢筋5-1。
在千斤顶2-1上安装压力传感器2-5。千斤顶2-1通过压力传感器2-5进行实时调整使所加荷载波动幅度保持在预定荷载±3％的范围内。
在构件5内部如图5中a～e所示布置热电偶形成如图4中T1～T7所示热电偶树4-1，在构件5的背火面及非受火侧如图6中D1～D4所示设置位移计4-2和如图7中S1～S13所示设置应变片4-3，电偶树4-1、位移计4-2和应变片4-3连接至数据采集装置4，以便在试验过程中对燃烧炉内的温度和构件内部温度、位移以及应力变化进行量测。
基于火灾试验分析的结果，国外建立了一系列能够反应隧道火灾时温度随时间的变化情况的火灾温度-时间曲线图，故本实用新型以此来进行不同火灾场景下的抗火性能试验。图8是本实用新型用以模拟不同火灾场景的HC火灾温度-时间曲线、ISO834火灾温度-时间曲线及RABT火灾温度-时间曲线图。由此可见本实用新型装置能为地下混凝土结构的抗火性能分析提供更为科学的试验数据以及研究手段，对地下矩形结构抗火设计有着较大的参考价值。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种钢筋混凝土构件抗火性能试验装置，包括构件(5)、火灾燃烧炉(1)和炉内的火灾燃烧器(1-2)，以及数据采集装置(4)，火灾燃烧炉(1)具有炉体(1-1)，其特征是构件(5)由钢筋混凝土板(5-2)和钢筋混凝土墙(5-3)构成T型组合构件，构件(5)放置于火灾燃烧炉(1)上部形成一个密闭的炉膛，在构件(5)的上方安装反力加载装置(2)，在构件(5)侧边设置边界约束装置(3)；反力加载装置(2)包括安装在构件(5)上部非受火面的反力架(2-4)以及由上下层纵向钢梁(2-2)和上层横向钢梁(2-6)、下层横向钢梁(2-3)构成的分配梁系统，在反力架(2-4)上端安装千斤顶(2-1)位于上层横向钢梁(2-6)的中部位置。
2.根据权利要求1所述一种钢筋混凝土构件抗火性能试验装置，其特征在于边界约束装置(3)为框架结构。
3.根据权利要求1所述一种钢筋混凝土构件抗火性能试验装置，其特征在于反力架(2-4)为一拱形架，拱形架两侧底端安装在边界约束装置(3)上，拱形架顶端横跨于上层横向钢梁(2-6)上方。
4.根据权利要求1所述一种钢筋混凝土构件抗火性能试验装置，其特征是在炉体(1-1)的壁上分别设置有进气口(1-3)、排烟口(1-4)和观察窗(1-5)。
5.根据权利要求1所述一种钢筋混凝土构件抗火性能试验装置，其特征是在炉体(1-1)内壁施作一层防火涂料层。
6.根据权利要求1所述一种钢筋混凝土构件抗火性能试验装置，其特征是钢筋混凝土板(5-2)和钢筋混凝土墙(5-3)内部布置有钢筋(5-1)。
7.根据权利要求1所述一种钢筋混凝土构件抗火性能试验装置，其特征是在千斤顶(2-1)上安装压力传感器(2-5)。
8.根据权利要求1所述一种钢筋混凝土构件抗火性能试验装置，其特征是在构件(5)内部布置热电偶形成热电偶树(4-1)，在构件(5)的背火面及非受火侧设置位移计(4-2)和应变片(4-3)，电偶树(4-1)、位移计(4-2)和应变片(4-3)连接至数据采集装置(4)。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111189695A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-05-22 | 华侨大学 | 一种板结构固端边界约束装置 |
| CN111537254A (zh) * | 2020-05-06 | 2020-08-14 | 上海市建筑科学研究院有限公司 | 一种受压构件真实火灾试验装置及试验方法 |
| CN114136810A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-04 | 华北理工大学 | 一种混杂纤维替代钢筋混凝土t型梁防火性能测试装置 |
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