一种研究火灾时楼盖损伤机理的实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种实验设备，特别是涉及一种研究火灾时楼盖损伤机理的实验装置。

背景技术：

声发射(AE)是指材料内部或表面由于变形或者损坏而突然释放应变能产生的瞬态弹性波。人们可以利用声发射信号和技术来监测材料在受载情况下的内部微观变形、裂纹的发生和发展来获得相应的动态信息，发现声发射信号(参量)与材料特性及相应结构中力学变化过程的对应关系，从而为结构损伤机理和规律研究提供一种新的方法和途径，实现对结构的工作状态进行动态监测和简便快捷地评估。

声发射技术在混凝土结构的诸多方面已经有了大量的应用和研究，但大多局限于常温环境下，而对于建筑结构当遭遇火灾高温环境下的工作性能、失效模式预测等方面的应用较少。在建筑结构中，钢-混凝土组合楼盖是由钢筋混凝土楼板、周边框架主梁、板下的次梁组合而成的受力体系，是最为重要的水平承重构件。在发生火灾时，钢-混凝土组合楼盖又是结构中直接受火的区域，对维护整体结构安全的作用至关重要。因此，如何监测火灾下钢-混凝土组合楼盖的工作状态是否安全，是消防救援人员最为关注的问题。

此外，火灾具有不可预见性且具有极大的破坏力，因此很难在火灾发生地去研究火灾时楼盖的损伤机理，这就给如何监测火灾时楼盖的是否安全带来了极大的困难，同时也很难验证监测设备的可靠性。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种研究火灾时楼盖损伤机理的实验装置，其解决了因为火灾的不可预见性，无法再火灾现场来研究火灾时楼盖的损伤机理的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种研究火灾时楼盖损伤机理的实验装置，楼盖包括混凝土板和支撑钢梁，所述支撑钢梁贴合在所述混凝土板下方，并与所述混凝土板固定，所述实验装置包括上支撑钢架、下支撑钢架、火灾实验炉、加载块及声发射数据接收处理系统，所述下支撑钢架包括若干第二立柱和下约束梁，所述火灾实验炉四周设有围墙，所述第二立柱均匀设置在所述围墙外围，所述第二立柱的下端固定于地面，所述第二立柱之间连接有所述下约束梁，所述上支撑钢架包括若干第一立柱和上约束梁，所述第一立柱与所述第二立柱一一对应，所述第二立柱的上端通过拉压传感器与所述第一立柱的下端连接，所述第一立柱的上端设有千斤顶，千斤顶的上端与一固定梁连接，所述第一立柱之间连接有所述上约束梁，所述楼盖设置在所述火灾实验炉正上方，并与所述围墙的顶端之间留有间距，所述混凝土板与所述支撑钢梁和第一立柱浇注固定在一起，所述加载块设置在所述混凝土板的上表面，所述声发射数据接收处理系统包括波导杆，所述波导杆的一端插入到所述混凝土板当中，所述火灾实验炉能够对所述支撑梁进行加热。

进一步的，所述声发射数据接收处理系统还包括依次电连接的传感器、前置放大器、声发射采集装置及声发射分析装置，所述波导杆和所述传感器电连接，所述混凝土板上表面钻孔供波导杆的一端插入。

进一步的，所述传感器固定在波导杆顶端，二者之间设有耦合剂，并用橡皮带包住传感器和波导杆顶端。

进一步的，多个波导杆均匀分布在所述混凝土板上表面，最外侧的波导杆与混凝土侧边距离400mm。

进一步的，所述混凝土板为长方形，所述第二立柱和所述第一立柱设有四个，并分别位于所述长方形的四角，相邻两根所述第二立柱之间设有所述下约束梁，相邻所述第一立柱之间设有所述上约束梁和所述支撑钢梁。

进一步的，所述混凝土板四角分别固定于所述第一立柱，所述混凝土板上放置加载块，并用扎带使所述加载块固定于所述混凝土板。

进一步的，所述声发射数据接收处理系统所接受的频率为20kHz到100kHz，灵敏度峰值大于40dB。

进一步的，把AE门槛值设为40dB，前置放大器的增益门槛设定为40dB，模拟滤波器采样率为1MSPS，采样长度为1024，声波信号在混凝土板中传播的速度为2km/s。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的一种实验设备模拟了火灾现场的实际状况，混凝土板和支撑钢梁固定在一起组成楼盖，在楼盖的外围分别设置上、下约束钢架，上约束钢架包括第一立柱和千斤顶，千斤顶压靠在第一立柱的上端，第一立柱之间设有上约束梁，下约束钢架包括第二立柱和设置在第二立柱之间的下约束梁，下约束梁内设置围墙，围墙中放置火灾实验炉，围墙和楼盖设有一定距离，火灾实验炉能够对楼盖加热，以模拟火灾现场的实际工况，很好的解决了没有火灾现场，就不能进行楼盖损伤机理研究以及监测设备可靠性的问题。

2、声发射分析系统能够进行计数、累计计数、幅值及能量等参数的分析，尤其是能够对b值和RA-AF关联分析，工作人员能够根据图表判断危险点的位置以及导致断裂的应力种类。

3、为了模拟均匀加载，在混凝土板顶上划分一定数量的区格，能够满足活载荷标准值，并在在加载块放置板面后用扎带固定加载块，能够防止实验过程中上部加载块滑移砸坏设备。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种研究火灾时楼盖损伤机理的实验装置不局限于实施例。

附图说明

图1是本实用新型中实验装置的整体示意图；

图2是本实用新型中声发射数据接收处理系统的示意图；

图3是本实用新型中楼盖的布置图；

图4是本实用新型中楼盖的仰视图；

图5是本实用新型中波导杆的分布图；

图6是本实用新型中计数-时间变化图；

图7是本实用新型中累计计数-时间变化图；

图8是本实用新型中能量-时间变化图；

图9是本实用新型中幅值-时间变化图；

图10是本实用新型中b值-时间曲线图；

图11是本实用新型中RA-AF关联分析。

具体实施方式

实施例，请参见图1至图5所示，本实用新型的一种研究火灾时楼盖损伤机理的实验装置，楼盖1包括混凝土板11和支撑钢梁12，所述支撑钢梁12贴合在所述混凝土板11下方，并与所述混凝土板11固定，所述实验装置包括上支撑钢架2、下支撑钢架3、火灾实验炉4、加载块5及声发射数据接收处理系统10，所述下支撑钢架3包括若干第二立柱31和下约束梁32，所述火灾实验炉4四周设有围墙7，所述第二立柱31均匀设置在所述围墙7外围，所述第二立柱31的下端固定于地面，所述第二立柱31之间连接有所述下约束梁32，所述上支撑钢架2包括若干第一立柱21和上约束梁22，所述第一立柱21与所述第二立柱31一一对应，所述第二立柱31的上端通过拉压传感器6与所述第一立柱21的下端连接，所述第一立柱21的上端设有千斤顶9，千斤顶9的上端与一固定梁8连接，所述第一立柱21之间连接有所述上约束梁22，所述楼盖1设置在所述火灾实验炉4正上方，并与所述围墙7的顶端之间留有间距，所述混凝土板11与所述支撑钢梁12和第一立柱21浇注固定在一起，所述加载块5设置在所述混凝土板11的上表面，所述声发射数据接收处理系统10包括波导杆101，所述波导杆101的一端插入到所述混凝土板11当中。本实用新型还对火灾实验炉4进行了改造。改造后的火灾实验炉4尺寸与试验构件四周尺寸吻合并符合密封性的要求，以防漏火。围墙7与楼盖1留有一定距离，为钢筋混凝土楼板提供足够的变形空间。支撑钢梁12和混凝土板11组合成的楼盖1模拟天花板，上约束梁22能够发挥顶楼对实验楼层的约束作用，千斤顶9对第一立柱21施加压力，模拟楼上的重力作用，拉压传感器6能够检测第一立柱21的压力以及混凝土板11的翘起力。

本实施例中，所述声发射数据接收处理系统10还包括依次电连接的传感器102、前置放大器103、声发射采集装置104及声发射分析装置105，所述波导杆101和所述传感器102电连接，所述混凝土板11上表面钻孔供波导杆101的一端插入，钻孔四周浇盖混凝土进行填缝。

本实施例中，所述传感器102固定在波导杆101顶端，二者之间设有耦合剂，并用橡皮带包住传感器102和波导杆101顶端。

本实施例中，多个波导杆101均匀分布在所述混凝土板11上表面，最外侧的波导杆101与混凝土侧边距离400mm。为更大程度测得楼盖1裂缝开展情况，共设置15个波导杆101，波导杆101布置如图5所示。在楼盖1顶面上按照设计方案进行波导杆101位置定位，然后用直径为20mm的冲击钻头打孔，孔深为30mm，将波导杆101插入孔内并在周边用水泥砂浆固定。波导杆101顶部用打磨机磨平后，用酒精进行擦拭，待其干燥后再固定传感器102，将传感器102底部涂抹专用耦合剂后放置在波导杆101上，最后用力度适中的皮筋进行固定。

本实施例中，所述混凝土板11为长方形，所述第二立柱31和所述第一立柱21设有四个，并分别位于所述长方形的四角，相邻两根所述第二立柱31之间设有所述下约束梁32，相邻所述第一立柱21之间设有所述上约束梁22和所述支撑钢梁12。

本实施例中，所述混凝土板11四角分别固定于所述第一立柱21，所述混凝土板11上放置加载块5，并用扎带使所述加载块5固定于所述混凝土板11。

本实施例中，在所述混凝土板11顶上划分区格，每个区格的面积大约为1m²,在每个区格内放置10个铸铁加载块5，每个加载块5重20kg。

本实施例中，取所述混凝土板11监测点处的计数、累计计数、幅值和能量等四个参数对火灾下钢-混凝土组合楼盖1的声发射特性进行滤波分析，并根据滤波分析之后得出数据、表格及图形判断损伤出现时的频率和释放的能量大小。

本实施例中，所述声发射数据接收处理系统10所接受的频率为20kHz到100kHz，灵敏度峰值大于40dB。

本实施例中，把AE门槛值设为40dB，前置放大器103的增益门槛设定为40dB，模拟滤波器采样率为1MSPS，采样长度为1024，声波信号在混凝土板11中传播的速度为2km/s。

本实施例中，根据布置的波导杆101定位图，结合试验的宏观现象和声发射信号数据，选取楼盖1的跨中位置测点11处的计数(振铃)、累计计数、幅值和能量等四个参数对火灾下楼盖1的声发射特性进行滤波分析，其滤波门槛根据实际数据分析进行相应的调整。声发射分析系统能反映火灾下组合楼盖1的受力变化趋势，判断损伤出现时的频率及释放的能量大小。根据b值分析法得出声发射信号强弱程度，以及不同强度声发射信号的组合情况。当裂缝已较大幅度开展时，幅度较大的信号成分比例较大，则b值较小；当裂缝以较小的幅度开展时，则幅度较小的信号成分比例较大，此时b值较大。通过RA-AF关联分析法得出火灾下组合楼盖1的不同失效模式(剪切裂缝和拉伸裂缝)，拉伸裂缝通常在瞬间释放大量能量，AF值较高；剪切裂缝则RA值较高。因此，对参数AF与RA进行关联分析，可定性判断结构损伤失效模式。

本实施例中，发明人还做了相应的实验，实验结果为图6至图11所示，根据实验结果能够清楚地对楼盖的损伤机理进行研究。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种研究火灾时楼盖损伤机理的实验装置，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。