CN215726859U - 一种高温下柱抗火试验加载装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种高温下柱抗火试验加载装置，该试验加载装置结构包括反力架，所述反力架通过两个竖直设置的千斤顶连接有传力钢梁，所述传力钢梁一端通过一个水平设置的千斤顶与所述反力架一侧连接，所述传力钢梁底部用于连接试验试件。本实用新型上述试验装置，能够实现弯矩和轴力的独立变化，能够单独的轴压或者偏心受压加载在模拟火灾下子结构混合试验中使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及试验加载技术领域，特别是涉及一种高温下柱抗火试验加载装置。
背景技术
框架结构是指由梁和柱组成的框架来承受建筑物的全部荷载的结构，被广泛的应用于民用建筑和工业厂房的建设中，是目前最常用的建筑结构类型之一。保证火灾下竖向承重构件不发生破坏是防止结构发生连续性倒塌的首要因素。在进行框架结构的设计时，研究框架柱在火灾下的破坏机制就显得尤为重要，而框架柱在竖向荷载作用下主要受到弯矩和轴力的共同作用而发生破坏。目前，传统的抗火试验加载装置主要通过为柱施加轴向荷载或偏心荷载，来实现轴力和弯矩的共同作用。实际结构中，柱端轴力或弯矩往往会随着相邻结构的内力变化而变化，导致除了柱自身的材料、截面特性等之外，影响柱火灾下耐火性能的主要因素是相邻构件之间的约束内力(弯矩、剪力、轴力)。传统轴心受压或者偏心受压的加载方式简单，但无法实现弯矩和轴力的独立变化，因此，无法单独的轴压或者偏心受压加载在模拟火灾下子结构混合试验中使用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高温下柱抗火试验加载装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现弯矩和轴力的独立变化，能够单独的轴压或者偏心受压加载在模拟火灾下子结构混凝土试验中使用。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
本实用新型提供一种高温下柱抗火试验加载装置，包括反力架，所述反力架通过两个竖直设置的千斤顶连接有传力钢梁，所述传力钢梁一端通过一个水平设置的千斤顶与所述反力架一侧连接，所述传力钢梁底部用于连接试验试件。
可选的，所述反力架包括两个对称设置的反力柱，两个所述反力柱之间固定连接有水平设置的反力梁；三个所述千斤顶包括第一千斤顶、第二千斤顶和第三千斤顶，所述第一千斤顶和第二千斤顶一端与所述反力梁底部滑动连接，另一端与所述传力钢梁顶部固定连接，所述第三千斤顶一端与所述传力钢梁一端固定连接，所述第三千斤顶另一端与其中一个所述反力柱滑动连接。
可选的，所述第一千斤顶、第二千斤顶和第三千斤顶一端分别通过固定铰支座与所述传力钢梁固定连接，所述第一千斤顶、第二千斤顶和第三千斤顶另一端分别固定连接有滑动支座，所述滑动座上固定设置有四个螺杆与滑板相连；所述第一千斤顶和第二千斤顶的滑动支座通过螺杆和螺母固定卡接于所述反力梁上，第一千斤顶和第二千斤顶的滑动支座能够带动第一千斤顶和第二千斤顶实现水平滑动，所述第三千斤顶的滑动支座通过螺杆和螺母卡接于所述反力柱上，第三千斤顶的滑动支座能够带动第三千斤顶实现竖直滑动。
本实用新型还提供一种高温下柱抗火试验加载方法，包括如下步骤：
步骤一，试验加载装置组装，对试验试件进行吊装，吊装到第一千斤顶或第二千斤顶的轴向延长线所在位置后，将试验试件与传力钢梁以及地面固定在一起；
步骤二，先在电脑上利用结构分析软件，建立拟模拟的抗火结构模型，设定受火分区和梁、柱结构的受火区域，利用热力相继耦合或热力耦合分析方法对结构体系在不同区域发生火灾时进行力学分析，提取受火区内的试验试件的柱顶内力弯矩M0、剪力V0和轴力N0与受火时间的关系曲线，把曲线数据存为可读取的文本文件；
步骤三，控制电脑上利用程序读取弯矩M0、剪力V0和轴力N0与受火时间的数据，根据N2＝M0/L1、N1＝N0-N2-N4和N3＝V0确定第一千斤顶和第二千斤顶和第三千斤顶的加载荷载数值大小；其中，N1为试验试件同轴的千斤顶加载数值，N2为传力钢梁上远离试验试件的千斤顶加载数值，N3为第三千斤顶的加载数值，N4为传力钢梁自重与第三千斤顶的重量之和，L1为第一千斤顶和第二千斤顶加载点的水平距离；并把N1、N2和N3的数值写入对应千斤顶控制界面的控制目标输入框中，由加载控制系统按照控制目标大小实时控制各千斤顶的加载，直到试验试件达到耐火极限规定的破坏标准，结束试验。
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
受火时常规的加载方式无法自由控制作用在试验试件上的弯矩、剪力的大小，而本加载方案可以根据输入数据自由调整作用在试验试件上的弯矩或剪力的加载数值。受火时常规的加载方式无法反应相邻构件的约束内力对竖向承重柱耐火极限的影响，而本加载方案可以根据分析结果或设计需要，设定弯矩和轴力的独立变化关系，测试在各种不利工况下，竖向承重柱的最小耐火极限。
以往考虑结构整体作用的抗火试验时，必须加工整体结构或边界约束来测试受火柱的耐火极限。受限于火灾试验炉尺寸或边界约束条件，只能进行缩小结构或构件的尺寸和规模进行抗火性能测试。本加载方案通过计算机数值分析技术，模拟整体结构抗火的非受火区域对受火区域中构件的复杂内力作用，考察在整体结构中或不同火灾工况下承重柱的耐火极限，可适用多种情况下的抗火性能测试，适用范围广，可大大降低整体结构抗火性能测试的时间和资金成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型高温下柱抗火试验加载装置立体结构示意图；
图2为本实用新型高温下柱抗火试验加载装置平面结构示意图；
其中，100为高温下柱抗火试验加载装置、1为反力架、101为反力柱、102为反力梁、2为传力钢梁、301为第一千斤顶、302为第二千斤顶、303为第三千斤顶、4为滑动支座、5为固定铰支座、6为火灾试验炉中的试验试件、7为螺杆、8为垫片、9为螺母。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的目的是提供一种柱试验加载装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现弯矩和轴力的独立变化，能够单独的轴压或者偏心受压加载在模拟火灾下子结构混凝土试验中使用。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
参考附图1和附图2所示，本实用新型提供一种高温下柱抗火试验加载装置100，包括反力架1和三个千斤顶，反力架1通过两个竖直设置的千斤顶连接有传力钢梁2，传力钢梁2一端通过一个水平设置的千斤顶与反力架1一侧连接，传力钢梁2底部用于连接火灾试验炉中的试验试件6。
具体的，反力架1包括两个对称设置的反力柱101，两个反力柱101之间固定连接有水平设置的反力梁102；三个千斤顶包括第一千斤顶301、第二千斤顶302和第三千斤顶303，第一千斤顶301和第二千斤顶302一端与反力梁102底部活动连接，另一端与传力钢梁2顶部固定连接，第三千斤顶303一端与传力钢梁2一端固定连接，第三千斤顶303另一端与其中一个反力柱101活动连接。第一千斤顶301、第二千斤顶302和第三千斤顶303一端分别通过固定铰支座5与传力钢梁2固定连接，第一千斤顶301、第二千斤顶302和第三千斤顶303另一端分别固定连接有滑动支座4，滑动支座4上固定设置有四个螺杆7，相邻两个螺杆7末端穿设有垫片8，垫片8远离滑动支座4的一端设置有与螺杆7螺纹连接的螺母9；第一千斤顶301和第二千斤顶302的滑动支座4通过与其相连接的螺杆7和螺母9固定卡接于反力梁102上，第三千斤顶303的滑动支座4通过与其相连的螺杆7和螺母9卡接于反力柱101上。
本实用新型还提供一种高温下柱抗火试验加载方法，包括如下步骤：
步骤一，试验加载装置组装，先用螺栓通过反力柱101和地面上预留的孔道将两根反力柱101与地面进行固定，根据火灾试验炉中的试验试件6的高度，将反力梁102和反力柱101牢固连接在一起，对火灾试验炉中的试验试件6进行吊装，吊装到第一千斤顶301或第二千斤顶302的轴向延长线所在位置后，将火灾试验炉中的试验试件6与传力钢梁2以及地面固定在一起；反力柱101和火灾试验炉中的试验试件6与地面的固接方式可根据所在试验室的实际情况进行修改，比如柱底与地面的连接由固结改为铰接等；
步骤二，考虑变约束效应试验加载的控制过程：先在电脑上利用结构分析软件(如Ansys、ABAQUS、MAC、Opensees等力学分析程序)，建立拟模拟的抗火结构模型，即3维或2维模型，设定受火分区和梁、柱结构的受火区域的高度或长度，如图2所示，图中虚线框区域为受火区域，试验试件上下两端处的小虚线框处为防火保护区域，利用热力相继耦合或热力耦合分析方法对结构体系在不同区域发生火灾时进行力学分析，提取受火区内的试验试件的柱顶内力弯矩M0、剪力V0和轴力N0与受火时间的关系曲线，把曲线数据存为可读取的文本文件；
步骤三，控制电脑上利用程序读取弯矩M0、剪力V0和轴力N0与受火时间的数据，根据N2＝M0/L1、N1＝N0-N2-N4和N3＝V0确定第一千斤顶和第二千斤顶和第三千斤顶的加载荷载数值大小；其中，N1为火灾试验炉中的试验试件6同轴的千斤顶加载数值，N2为传力钢梁2上远离火灾试验炉中的试验试件6的千斤顶加载数值，N3为第三千斤顶303的加载数值，N4为传力钢梁2自重与第三千斤顶303的重量之和，L1为第一千斤顶301和第二千斤顶302加载点的水平距离；并把N1、N2和N3的数值写入对应千斤顶控制界面的控制目标输入框中，由加载控制系统按照控制目标大小实时控制各千斤顶的加载，直到试验试件达到耐火极限规定的破坏标准，结束试验。
于不同的实施例中，试验测试时，不考虑试验试件顶水平方向的内力或位移对试验试件耐火极限的影响，则可取消本加载方案中的第三千斤顶303，并将第一千斤顶301和第二千斤顶302的滑板底座改为固定底座，试验试件底由固定支座改为铰支座，可考察在不同弯矩变化和轴力联合作用下试验试件的耐火性能(耐火极限)。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (3)
1.一种高温下柱抗火试验加载装置，其特征在于：包括反力架，所述反力架通过两个竖直设置的千斤顶连接有传力钢梁，所述传力钢梁一端通过一个水平设置的千斤顶与所述反力架一侧连接，所述传力钢梁底部用于连接试验试件。
2.根据权利要求1所述的高温下柱抗火试验加载装置，其特征在于：所述反力架包括两个对称设置的反力柱，两个所述反力柱之间固定连接有水平设置的反力梁；三个所述千斤顶包括第一千斤顶、第二千斤顶和第三千斤顶，所述第一千斤顶和第二千斤顶一端与所述反力梁底部活动连接，另一端与所述传力钢梁顶部固定连接，所述第三千斤顶一端与所述传力钢梁一端固定连接，所述第三千斤顶另一端与其中一个所述反力柱活动连接。
3.根据权利要求2所述的高温下柱抗火试验加载装置，其特征在于：所述第一千斤顶、第二千斤顶和第三千斤顶一端分别通过固定铰支座与所述传力钢梁固定连接，所述第一千斤顶、第二千斤顶和第三千斤顶另一端分别固定连接有滑动支座；所述第一千斤顶和第二千斤顶的滑动支座通过螺杆和螺母固定卡接于所述反力梁上，第一千斤顶和第二千斤顶的滑动支座能够带动第一千斤顶和第二千斤顶实现水平滑动，所述第三千斤顶的滑动支座通过螺杆和螺母卡接于所述反力柱上，第三千斤顶的滑动支座能够带动第三千斤顶实现竖直滑动。
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