專利名稱：約束柱抗火試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種抗火試驗裝置。
背景技術(shù)：
柱是建筑結(jié)構(gòu)中重要的豎向承重構(gòu)件，承受并可靠傳遞豎向荷載，如果柱 子在火災(zāi)中倒塌，將引起整個建筑物的整體破壞，造成不可估量的損失，所以 研究建筑結(jié)構(gòu)中柱子在火災(zāi)中的抗火性能，進行合理的抗火設(shè)計，具有重要的 意義?，F(xiàn)行建筑規(guī)范是這樣考慮的首先根據(jù)建筑物的重要性，確定柱子的耐 火等級，根據(jù)耐火等級確定耐火極限，由耐火極限采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施。這種 設(shè)計程序存在兩方面的不足 一、柱子的耐火極限是由標(biāo)準(zhǔn)火實驗得到的，在 實驗中沒有考慮柱子的端部約束情況，柱子可以自由的膨脹變形，實際結(jié)構(gòu)中 柱子的膨脹變形是受到約束的，而且不同的梁柱連接形式，梁對柱的約束剛度 也是不同的；二、僅根據(jù)構(gòu)件的耐火極限采取被動的防火保護措施，沒有考慮 柱子在結(jié)構(gòu)中的抗火性能，并在設(shè)計時進行考慮。大量的火災(zāi)事實證明，這種 設(shè)計方法在實際工程中造成的后果是要么防火保護措施不足，要么造成大量浪 費，所以研究端部受約束的柱子在火災(zāi)中的抗火性能和破壞形式，具有非常重 要的實際意義。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種約束柱抗火試驗裝置，利用這種裝置可以 研究端部受到不同約束的柱子在火災(zāi)中的抗火性能、破壞形式，測量柱子在火 災(zāi)中的膨脹變形量、膨脹變形受到的限制而產(chǎn)生的膨脹力大小等。
本實用新型為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本實用新型所述約束 柱抗火試驗裝置包括加載反力架和千斤頂，所述試驗裝置還包括柱頂約束梁、 兩個約束桿、上支座、下支座、爐體和至少兩個位移傳感器，所述千斤頂安裝 在加載反力架的反力架頂梁上，柱頂約束梁水平設(shè)置在加載反力架內(nèi)且與加載
4反力架的反力架頂梁平行，千斤頂位于反力架頂梁和柱頂約束梁之間，柱頂約 束梁的兩側(cè)端面與加載反力架的兩側(cè)立柱分別留有空隙，反力架頂梁和柱頂約
束梁通過兩個約束桿連接，爐體設(shè)置在柱頂約束梁6^下方，試驗約束柱設(shè)置在 爐體內(nèi)，試驗約束柱的上端穿出爐體的上壁，上支座位于柱頂約束梁與試驗約 束柱的上端面之間并與二者連接，下支座位于試驗約束柱與地面之間，試驗約
束柱的下端面與地面通過下支座連接；所述至少兩個位移傳感器安裝在上支座 上。
本實用新型的有益效果是本實用新型裝置具有易于制作、經(jīng)濟性好、可 操作性強、靈活性強等特點；爐體利用普通耐高溫材料制作，造價低；本實用 新型能夠通過在柱兩端連接不同支座形式而研究各種不同梁柱連接情況下柱 的抗火性能，效果顯著。本實用新型試驗裝置能夠準(zhǔn)確模擬梁柱不同的連接構(gòu) 造，通過試驗爐升溫，方便地研究端部受到約束的柱在火災(zāi)中的抗火性能和破 壞形式，為結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計和消防工作提供了大量的可靠試驗數(shù)據(jù)，適用于端部 受到不同約束的柱在火災(zāi)下的抗火性能及破壞機理的研究工作，研究成果可以 指導(dǎo)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，提高建筑結(jié)構(gòu)主動抗火能力，給建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計提供 建議，并對消防工作具有重要指導(dǎo)意義。


圖1為本實用新型的主視圖，圖2是圖1的A-A剖視圖，圖3是圖1的 B-B剖視圖，圖4是圖1的C部放大圖，圖5是柱端固接端板的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖6為試驗約束柱的熱膨脹變形量圖，圖7為試驗約束柱由于約束受限制而產(chǎn) 生的熱膨脹力圖。
具體實施方式
具體實施方式
一如圖1 5所示，本實施方式所述約束柱抗火試驗裝置 包括加載反力架1和千斤頂2，所述試驗裝置還包括柱頂約束梁3、兩個約束 桿4、上支座5、下支座6、爐體7和至少兩個位移傳感器8，所述千斤頂2 安裝在加載反力架1的反力架頂梁1-1上，柱頂約束梁3水平設(shè)置在加載反力 架1內(nèi)且與加載反力架1的反力架頂梁1-1平行，千斤頂2位于反力架頂梁1-1 和柱頂約束梁3之間，柱頂約束梁3的兩側(cè)端面與加載反力架1的兩側(cè)立柱1-2分別留有空隙，反力架頂梁1-1和柱頂約束梁3通過兩個約束桿4連接， 爐體7設(shè)置在柱頂約束梁3的下方，試驗約束柱10設(shè)置在爐體7內(nèi)，試驗約 束柱10的上端穿出爐體7的上壁，上支座5位于柱頂約束梁3與試驗約束柱 10的上端面之間并與二者連接，下支座6位于試驗約束柱10與地面之間，試 驗約束柱10的下端面與地面通過下支座6連接；所述至少兩個位移傳感器8 安裝在上支座5上。爐體7利用普通耐高溫材料制作。所述加載反力架1由反 力架頂梁1-1和兩個立柱1-2組成，兩個立柱1-2垂直設(shè)置，反力架頂梁1-1 位于兩個立柱1-2之間的上部，反力架頂梁1-1的兩端與兩上立柱1-2內(nèi)側(cè)壁 分別固接。所述兩個約束桿4均由上部螺桿4-l、下部螺桿4-3、若干個螺母 4-2和力傳感器9組成。所述若干個螺母4-2擰在上部螺桿4-1和下部螺桿4-3 上，上部螺桿4-l通過力傳感器9與下部螺桿4-3連接。當(dāng)兩個約束桿4外于 松弛狀態(tài)時，柱頂約束梁3處于自由活動狀態(tài)，可以通過固定在支座上的位移 傳感器8測量柱在火災(zāi)中的膨脹變形。緊固兩個約束桿4上的螺母，使柱頂約 束梁3的位置固定不動，可以通過固定在柱頂約束梁的力傳感器9測量由于熱 膨脹變形受到限制而產(chǎn)生的膨脹力，測量出試驗約束柱10的膨脹力。
爐體7尺寸可以根據(jù)實驗室條件和柱子尺寸確定，具有很大的靈活性；根 據(jù)傳熱學(xué)原理選擇燃燒器型號和數(shù)量，布置排煙系統(tǒng)，使?fàn)t內(nèi)升溫曲線滿足設(shè) 定升溫曲線。柱端可以采取鉸接、剛接等不同的支座形式，柱端、支座與約束 梁通過螺栓可靠連接，以實現(xiàn)不同的梁柱連接形式。柱端連接鉸接支座時，不 緊固約束螺桿上的螺母，使約束梁處于自由活動狀態(tài)，可以通過固定在柱頂支 座上的位移傳感器測量柱在火災(zāi)中的膨脹變形。緊固約束螺桿上的螺母，使約 束梁的位置固定不動，可以通過固定在約束梁頂?shù)牧鞲衅鳒y量由于熱膨脹變 形受到限制而產(chǎn)生的膨脹力。本實用新型在柱端連接不同的支座形式，通過是 否緊固約束螺桿上的螺母可以限制約束梁的位置是否固定，達到給柱端施加不 同約束的目的，讓試驗爐升溫，從而研究端部受到不同約束的柱在火災(zāi)中抗火 性能和破壞形式。
具體實施方式
二如圖1 5所示，本實施方式所述試驗裝置還包括柱上 端板15和柱下端板16，所述上支座5、下支座6分別可為刀口鉸接支座，刀口鉸接支座通過柱上端板15與試驗約束柱10的上端面連接，刀口鉸接支座通 過柱下端板16與試驗約束柱10的下端面連接。
具體實施方式
三如圖1 5所示，本實施方式上支座5、下支座6均可 為柱端固接端板。
具體實施方式
四如圖1 5所示，本實施方式所述試驗裝置還包括柱上 端板15，上支座5可為刀口鉸接支座，下支座6可為柱端固接端板；刀口鉸 接支座通過柱上端板15與試驗約束柱10的上端面連接。
具體實施方式
五結(jié)合附圖1 7，對本實用新型的具體實施方式
進一步 說明
1、 本實用新型按以下步驟實施(1)、根據(jù)實驗室條件和擬研究柱尺寸按 裝置系統(tǒng)示意圖安裝。(2)、根據(jù)擬開展的試驗?zāi)康木唧w情況，選擇合適的柱
端約束支座。(3)、根據(jù)具體情況，選擇力、位移傳感器并與約束螺桿等連接 可靠。(4)、根據(jù)試驗構(gòu)件尺寸，構(gòu)筑爐體，開展約束柱抗火試驗研究。
2、 具體操作如下(1)、結(jié)合實驗室內(nèi)地面靜力臺座，按圖l、圖2裝置 系統(tǒng)圖安裝裝置系統(tǒng)。(2)、根據(jù)將要進行試驗的柱高(H=3.3m)，以及在試驗 過程中柱端約束不允許破壞，所以不受火，我們設(shè)計了高X長X寬3. 3mX1.5m X1.5m的爐體。由于預(yù)先估算了熱膨脹力和熱變形量，選擇100T的拉壓傳感 器和量程200mm的位移傳感器，并按圖1連接。(3)、根據(jù)實驗?zāi)康?，設(shè)計了 圖3刀口鉸接支座和圖4端板固接支座，進行了 10個H型約束鋼柱的試驗研 究，試驗效果達到預(yù)期目標(biāo)。(4)、圖6為某次試驗熱膨脹變形量圖，圖7為 某次試驗由于約束而產(chǎn)生的熱膨脹力。
工作原理
安裝加載反力架，把千斤頂和反力架頂梁可靠連接，通過兩根約束桿4 把柱頂約束梁與反力架頂梁連接，約束梁兩端與反力架不連接(留有間隙)， 并留有適當(dāng)空隙保證約束梁可以自由活動，每根約束螺桿由兩段組成，每段螺 桿端部有螺紋，通過力傳感器連接起來，力傳感器放置于約束梁的頂部，根據(jù) 實驗室條件和研究構(gòu)件尺寸確定爐體尺寸，用耐火材料構(gòu)筑柱耐火爐體，并根據(jù)傳熱學(xué)原理選擇燃燒器的數(shù)量，設(shè)置排煙道，使?fàn)t內(nèi)升溫曲線滿足國際標(biāo)準(zhǔn) 升溫曲線。
本實用新型柱端部約束主要通過兩種方式實現(xiàn)，即在柱端連接鉸接支座和 剛接支座(1)柱兩端連接鉸接支座，支座與約束梁可靠連接，通過千斤頂給 約束梁施加設(shè)計荷載，放松約束螺桿的螺母，讓試驗爐升溫，可以測量柱的膨 脹變形；如緊固約束螺桿的螺母，讓試驗爐升溫，可以測量柱的約束熱膨脹力。 (2)柱兩端連接固接支座，支座與約束梁可靠連接，通過千斤頂給約束梁施 加設(shè)計荷載后，緊固約束螺桿的螺母，讓試驗爐升溫，可以測量柱的約束熱膨 脹力。(3)柱一端連接固接支座， 一端連接鉸接支座，通過是否緊固約束螺桿 的螺母，可以分別測量約束柱在火災(zāi)下的熱膨脹變形和約束熱膨脹力。
權(quán)利要求1、一種約束柱抗火試驗裝置，所述試驗裝置包括加載反力架(1)和千斤頂(2)，其特征在于所述試驗裝置還包括柱頂約束梁(3)、兩個約束桿(4)、上支座(5)、下支座(6)、爐體(7)和至少兩個位移傳感器(8)，所述千斤頂(2)安裝在加載反力架(1)的反力架頂梁(1-1)上，柱頂約束梁(3)水平設(shè)置在加載反力架(1)內(nèi)且與加載反力架(1)的反力架頂梁(1-1)平行，千斤頂(2)位于反力架頂梁(1-1)和柱頂約束梁(3)之間，柱頂約束梁(3)的兩側(cè)端面與加載反力架(1)的兩側(cè)立柱(1-2)分別留有空隙，反力架頂梁(1-1)和柱頂約束梁(3)通過兩個約束桿(4)連接，爐體(7)設(shè)置在柱頂約束梁(3)的下方，試驗約束柱(10)設(shè)置在爐體(7)內(nèi)，試驗約束柱(10)的上端穿出爐體(7)的上壁，上支座(5)位于柱頂約束梁(3)與試驗約束柱(10)的上端面之間并與二者連接，下支座(6)位于試驗約束柱(10)與地面之間，試驗約束柱(10)的下端面與地面通過下支座(6)連接；所述至少兩個位移傳感器(8)安裝在上支座(5)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的約束柱抗火試驗裝置，其特征在于所述試驗 裝置還包括柱上端板(15)和柱下端板(16)，所述上支座(5)、下支座(6) 分別可為刀口鉸接支座，刀口鉸接支座通過柱上端板(15)與試驗約束柱(10) 的上端面連接，刀口鉸接支座通過柱下端板(16)與試驗約束柱(10)的下端 面連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的約束柱抗火試驗裝置，其特征在于所述上支座(5)、下支座(6)均可為柱端固接端板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的約束柱抗火試驗裝置，其特征在于所述試驗 裝置還包括柱上端板(15)，上支座(5)可為刀口鉸接支座，下支座(6)可 為柱端固接端板；刀口鉸接支座通過柱上端板(15)與試驗約束柱(10)的上 端面連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的約束柱抗火試驗裝置，其特征在于所述加載 反力架(1)由反力架頂梁(1-1)和兩個立柱(1-2)組成，兩個立柱(1-2) 垂直設(shè)置，反力架頂梁(1-1)位于兩個立柱(1-2)之間的上部，反力架頂梁(l-l)的兩端與兩上立柱(1-2)內(nèi)側(cè)壁分別固接。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的約束柱抗火試驗裝置，其特征在于所述兩個 約束桿(4)均由上部螺桿(4-1)、下部螺桿(4-3)、若干個螺母(4-2)和力 傳感器(9)組成，所述若干個螺母(4-2)擰在上部螺桿(4-1)和下部螺桿 (4-3)上，上部螺桿(4-1)通過力傳感器(9)與下部螺桿(4-3)連接。
專利摘要約束柱抗火試驗裝置，它涉及一種抗火試驗裝置。利用本實用新型通過在柱兩端連接不同支座形式可以研究端部受到不同約束的柱子在火災(zāi)中的抗火性能、破壞形式，測量柱子在火災(zāi)中的膨脹變形量、膨脹變形受到的限制而產(chǎn)生的膨脹力。千斤頂安裝在反力架頂梁上，約束梁設(shè)置在加載反力架內(nèi)且與反力架頂梁平行，柱頂約束梁的兩側(cè)端面與加載反力架的兩側(cè)立柱分別留有空隙，反力架頂梁和柱頂約束梁通過兩個約束桿連接，爐體設(shè)置在柱頂約束梁的下方，試驗約束柱設(shè)置在爐體內(nèi)。本實用新型能準(zhǔn)確模擬梁柱不同的連接構(gòu)造，通過試驗爐升溫，能夠方便的研究端部受到約束的柱在火災(zāi)中的抗火性能和破壞形式，為結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計和消防工作提供了大量的可靠試驗數(shù)據(jù)。
文檔編號G01M99/00GK201293781SQ20082021157
公開日2009年8月19日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者呂俊利, 張大山, 楊志年, 勇 王, 董毓利 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)