[发明专利]一种非四周受火后混凝土柱拟静力试验装置及其实现方法

说明书

本发明提出一种非四周受火后混凝土柱拟静力试验装置及其实现方法，该试验装置的炉体的第四面炉壁根据混凝土柱的受火方式由两块活动炉壁加上中间开口部分砌筑临时性填充墙组合而成。炉体设置在反力架的架体内，竖向荷载加载装置安装在中间横向钢梁底面用以对混凝土柱施加竖向荷载；水平拉压伺服加载装置安装在水平反力墙上，可在受火后对混凝土柱试件施加推覆荷载和低周水平反复荷载。通过该试验装置对持荷混凝土柱先进行非四周受火方式下火灾试验，熄火冷却后再进行拟静力试验，数据采集系统用于采集各测点的气压、温度、位移和荷载。本发明适用于三面、相邻两面、单面等非四周受火方式下混凝土柱耐火性能和灾后抗震性能的试验研究。

技术领域

本发明涉及火灾后混凝土结构损伤评定技术领域，具体涉及一种可考虑多种非四周受火 后混凝土柱的拟静力试验装置及其实现方法。

背景技术

虽然火灾高温会对钢筋、混凝土的力学性能及二者的粘结锚固性能造成不同程度的损 伤，但大多数钢筋混凝土结构经损伤评定、加固修复后还可以正常使用，从而发挥巨大的经 济效益。对火灾后钢筋混凝土结构的残余力学性能进行科学、准确的评价，并据此制定受损 结构的修复和加固方案，对确保火灾后修复结构的安全性、适用性和耐久性具有十分重要的 意义。

目前火灾后混凝土柱的压弯承载性能、受剪承载性能、抗震性能方面的研究已取得一定 的成果，但这些成果大多是针对四面受火情况下进行的。建筑结构中的混凝土柱受填充墙的 影响，在火灾发生时，可能受到三面受火、邻面受火甚至单面受火等非四周受火方式，不同 受火方式下混凝土柱横截面的过火温度场分布特性不一样，且水平荷载作用下不同受火方式 后混凝土柱的受压区、剪压区混凝土的损伤程度可能存在较大差异，从而导致不同受火方式 后混凝土柱的压弯承载性能、受剪承载性能、抗震性能等的损伤特性也不同。显然，受火方 式对火灾后混凝土柱(含异形柱，下同)承载性能的损伤评定影响很大，非四周受火后混凝 土柱的损伤评定不能简单套用现有的四周受火后混凝土柱损伤评定的研究成果。因此，研究 非四周受火后混凝土柱的承载性能及其灾损特性就显得尤为重要，其研究成果对火灾后混凝 土柱的损伤评定和加固设计具有重要指导意义。然而，目前有关不同受火方式后混凝土柱受 剪承载性能和抗震性能方面的试验研究成果很少。

现有的火灾后混凝土柱拟静力试验装置及实现方法，普通存在以下问题：(1)试验装置 难以进行非四周受火后混凝土柱的拟静力试验，现有的混凝土柱拟静力试验成果均是针对四 周受火后情况，尚未见到不同受火方式后混凝土柱拟静力试验研究成果的报道。为考察高温 下不同受火方式的影响，现有的有限试验均采用在试件表面粘贴覆盖若干层防火棉后放入炉 膛内按四周受火方式进行火灾试验来近似模拟未受火面，这与真实火灾试验中未受火面的环 境温度和热边界条件存在较大差异。(2)现有的火灾后混凝土柱式构件剩余承载性能试验， 通常高温下未持荷或者高温下持荷但熄火后卸载、待试件冷却至常温后吊出炉膛再进行受火 后承载性能试验，存在升降温全过程中试件的持荷和灾后承载性能试验中持荷不连续的问 题。然而，实际建筑结构中的混凝土柱在火灾发生时和发生后承受的荷载均保持连续。高温 下是否持荷，或者熄火后是否卸载，均会影响火灾后混凝土和钢筋的初始应力-应变状态， 进而可能影响其灾后承载性能，特别是高温下持荷较大时，其影响程度比将加大。为较全面 考察高温下持荷的影响，在明火试验、灾后混凝土柱的拟静力试验中保持竖向荷载的连续性 是必要的。(3)现有的抗火试验装置周边未设置刚度足够大的反力墙，因此，无法安装水平 拉压伺服加载装置，并对受火后混凝土柱直接进行拟静力试验，只能将试件吊出后运至抗震 试验室进行拟静力试验。(4)拟静力试验时，试件的高度通常取水平荷载作用下框架柱反弯 点至柱根部的距离加上地梁的高度。而且，火灾试验时需要将试件柱顶的扩大头露在炉膛空 间的外部，以便施加竖向荷载。因此，受火后混凝土柱拟静力试验装置中明火加热炉体宜具 有合适的炉膛高度，约在1500～2500mm之间较为合理。然而，目前常见的垂直构件耐火试 验炉的炉膛高度为3000mm，不太适合用于拟静力试验的试件的火灾试验。

发明内容