[实用新型]一种可提供构件轴向弹性约束的抗火试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种建筑结构抗火试验领域，具体涉及一种可提供构件轴向弹性约束的抗火试验装置。

背景技术

自上世纪九十年代以来，结构抗火研究开始从独立构件进展到基于结构连续性的构件抗火性能的试验与理论研究。众多研究成果表明，由于结构的连续性，构件间的相互约束会产生两方面影响，一方面对构件的轴向膨胀产生约束，降低构件的临界温度；另一方面，当构件屈曲后，约束将分担构件丧失的承载力，表现为构件具有一定的屈曲后强度。例如，在大空间建筑火灾场景中，由于烟气温度的非均匀分布和局部火焰辐射，导致网架屋盖结构非均匀升温，将引起构件间的轴向温度变形不相同，杆件间形成相互约束，从而产生附加温度内力，使火灾下整体结构中构件的力学反应区别于单独构件的力学反应。

现行《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200:2006规定的抗火设计方法，将构件从整体结构剥离出来，以保证单个构件在火灾下的耐火能力，来实现整体结构的火灾安全。这种设计方法没有考虑构件的约束效应，在实际工程中造成的后果是要么防火保护措施不够，要么造成浪费。所以，研究约束构件的抗火性能和破坏形式，具有非常重要的意义。

目前的国内外的抗火试验中，一般由简支H型钢梁提供约束，但该种装置存在两个问题：1、H型钢梁提供的约束刚度由钢梁的截面特性得到，不易准确得到满足试验要求的约束刚度；2、H型钢梁在跨中产生较小挠度时，就会产生塑性变形，在试验过程中无法提供持续的弹性约束。这些问题导致试验试件的长度较小，同时只能研究屈曲前和屈曲时试件的力学反应，无法研究构件屈曲后和降温过程中的力学行为特性。因此实用新型一种新型的约束装置，可方便而准确地提供试件轴向弹性约束刚度，完善对受约束构件火灾中全过程力学反应研究，对科学地实施约束构件抗火试验具有重要的应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种可提供构件轴向弹性约束的抗火试验装置，利用这种装置可研究受轴向受约束构件、特别是大长细比轴向受约束构件，精确把控约束刚度，获取受约束构件在受火屈曲前、屈曲、屈曲后、甚至降温阶段全过程的温度、轴力和位移等数据，为研究受约束构件在受火状态下的力学特性、变形行为和破坏特征等奠定基础。

本实用新型采用的技术方案为：一种可提供构件轴向弹性约束的抗火试验装置，包括试验火炉、火炉顶部框架梁、反力架、液压千斤顶、滑动梁、组合弹簧、辅助反力架、压力传感器、螺栓型滚轮轴承、槽钢、加载柱、试件、试件支座一、试件支座二；

所述反力架包括反力架横梁和反力架立柱，所述反力架横梁固定在两根反力架立柱之间，反力架立柱通过固定支座固定在试验火炉的火炉顶部框架梁上；

所述液压千斤顶固定在反力架横梁内侧，所述滑动梁的一侧通过垫块与液压千斤顶连接，滑动梁的另一侧通过压力传感器与加载柱连接，滑动梁的两端通过滑动梁端板分别固定有螺栓型滚轮轴承，螺栓型滚轮轴承内设置有作为滑动梁的直线导轨的光圆钢筋，光圆钢筋焊接在作为滑动支座的槽钢上，槽钢固定在反力架立柱内侧；

所述试件安装设置在试验火炉内，试件的一端通过试件支座一固定在反力架横梁内侧，试件的另一端通过试件支座二与加载柱连接；

所述辅助反力架包括辅助反力架支撑柱、辅助反力架横梁和跨中组件，所述跨中组件的两端分别连接有辅助反力架横梁，辅助反力架横梁固定在反力架立柱上，辅助反力架横梁与反力架立柱之间安装有辅助反力架支撑柱，所述加载柱穿过跨中组件，所述辅助反力架横梁与滑动梁之间设置有组合弹簧。

作为优选，所述滑动梁上设有滑动梁加劲肋，所述槽钢上设有槽钢横向加强板。

一种上述可提供构件轴向弹性约束的抗火试验装置的试验方法，包括以下步骤：

(1)通过试验所需约束刚度选定弹簧规格和组合个数，并制作弹簧套；

(2)安装反力架、辅助反力架、弹簧、液压千斤顶和压力传感器，并在滑动梁跨中设置位移计，千斤顶缓慢加载，记录加载荷载和滑动位移，得出组合刚度，并与理论计算得到的约束刚度比较，若试验值与理论值差距较大，则需多次测量并取平均值，最终确定约束刚度；

(3)释放荷载，并重新加载，使滑动梁滑移一端距离，此时约束弹簧处于压缩状态；加载之前，需计算出试件的受火轴向最大稳膨胀量，以便使弹簧在试件膨胀阶段仍处于受压状态，提供持续有效的约束力；

(4)在试件上布置热电偶和位移延伸计，安装试件并将压力传感器与线路集成器相连；

(5)液压千斤顶再次加载，使加载柱顶端的压力传感器的数值达到预先设定的值；