一种受压构件真实火灾试验装置及试验方法与流程

本发明属于火灾试验装置技术领域，具体来说涉及一种受压构件真实火灾试验装置及采用该试验装置的试验方法。

背景技术：

火灾是发生最频繁且极具毁灭性的灾害之一，其发生的频度居各种灾害之首。上海胶州路公寓大火、伦敦格兰菲尔塔公寓大火、巴黎圣母院大火等火灾给人们造成重大的人员伤亡和经济文化损失。因此，工程结构抗火安全是结构安全的重要方面。目前，对火灾下结构行为的试验主研究要采用火灾试验炉，是密闭空间，通过控制密闭空间内燃气量、炉内压力、炉内空气等来控制炉内的升温曲线，模拟火灾作用。炉温曲线一般采用标准火灾升温曲线，受压构件的试验炉尺寸通常在3.0m×3.0m×1.5m。然而，标准火灾试验炉仅能模拟室内火灾轰燃后构件的行为，仅能模拟构件在火灾升温过程的物理行为，且构件基本处于均匀受火状态。但实际建筑火灾的发展是一个十分复杂的过程，真实火灾开始阶段为着火点处的局部火灾，对于柱子、墙体等受压构件，构件周边的烟气温度分布不均匀，主要为局部受火焰辐射作用；待室内可燃物烧尽时，火势进入衰退阶段，真实火灾下构件的行为与标准试验炉测得的物理行为有较大差异。由于试验炉建造费用昂贵，使用条件限制较多。因此，需要研发一种真实火灾试验装置，准确方便地模拟受压构件受真实火灾作用的情况。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种能模拟受压构件真实火灾作用下物理行为的受压构件真实火灾试验装置。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种受压构件真实火灾试验装置，包括火源模拟装置、受压构件加载装置以及数据采集装置，其特征在于，

所述受压构件加载装置包括：

一下横梁，所述下横梁两端分别固定连接于第一下侧边横梁的中间段和第二下侧边横梁的中间段；

所述第一下侧边横梁的两端分别连接于一竖直的第一螺杆的下端和一竖直的第二螺杆的下端，中间端连接于一竖直的第三螺杆的下端；相应的，在所述第一下侧边横梁的上部位设有一第一上侧边横梁，所述第一上侧边横梁的两端分别与所述第一螺杆的上端和所述第二螺杆的上端螺纹连接，所述第一上侧边横梁的中间端与所述第三螺杆的上端螺纹连接；各螺纹连接处上端的螺杆杆体上设置有旋紧螺母，该旋紧螺母与所述第一上侧边横梁间的所述各螺杆杆体上选择性套设有可拆卸的穿心式压力传感器；

所述第二下侧边横梁的两端分别连接于一竖直的第四螺杆的下端和一竖直的第五螺杆的下端，中间端连接于一竖直的第六螺杆的下端；

相应的，在所述第二下侧边横梁的上部位设有一第二上侧边横梁，所述第二上侧边横梁的两端分别与所述第四螺杆的上端和所述第五螺杆的上端螺纹连接，所述第二上侧边横梁的中间端与所述第六螺杆的上端螺纹连接；各螺纹连接处上端的螺杆杆体上设置有旋紧螺母，该旋紧螺母与所述第二上侧边横梁间的所述各螺杆杆体上选择性套设有可拆卸的穿心式压力传感器；和

一上横梁，所述上横梁两端分别固定连接于所述第一上侧边横梁的中间段和所述第二上侧边横梁的中间段；

其中，待测试的受压试件竖直夹持于所述下横梁和上横梁之间；所述火源模拟装置的火源安放于所述下横梁下方位。

作为本技术方案的进一步改进，所述火源模拟装置的火源位于一敞开式或半敞开式空间。

也作为本技术方案的进一步改进，所述受压构件加载装置的各组成构件为耐火钢件且表面包裹有防火棉。

作为本发明的优选实施形式，所述受压试件夹持于所述上横梁和下横梁的中间位。

同样作为本发明的优选实施形式，所述第一螺杆、第二螺杆、第四螺杆和第五螺杆的下端固定于一底座支架上，所述火源安放于所述底座支架内。

也作为本发明的优选实施例，所述火源为气源为燃气的火源。

还作为本发明的优选实施例之一，所述上横梁分别与所述第一上侧边横梁和第二上侧边横梁垂直布置；所述下横梁分别与所述第一下侧边横梁和第二下侧边横梁垂直布置。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种采用上述试验装置的受压构件真实火灾试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、根据测试目的设计火源的热释放速率曲线，根据热释放速率曲线要求控制火源大小以及第一下侧边横梁和第二下侧边横梁竖直方向距离火源的距离；

2)、在测试的受压试件上布置热电偶，将测试件放置在上横梁与下横梁之间的所述设定位置，逐渐拧紧第一螺杆、第二螺杆、第四螺杆和第五螺杆杆体上所设置的相应旋紧螺母，确认各螺杆杆体上套设的穿心式压力传感器的读数达到设计荷载；

然后，逐渐拧紧第三螺杆和第六螺杆杆体上所设置的旋紧螺母，直至所述穿心式压力传感器的读数为零；

取下第一螺杆、第二螺杆、第四螺杆和第五螺杆杆体上所设置的所述穿心式压力传感器；

3)、将试验装置就位，确认受压构件外的各组成构件处于保护状态；

4)、布置数据采集装置；

5)、点火开始试验，直至试验结束。

作为本试验方法的进一步改进，步骤1)中，通过调整各垂直螺杆与所述第一下侧边横梁和第二下侧边横梁间的相对位置来控制所述第一下侧边横梁和第二下侧边横梁竖直方向距离火源的距离。

采用上述技术方案的受压构件真实火灾试验装置及试验方法，与现有技术的试验装置相比，具有的有益效果如下：

本发明提供的真实火灾试验装置可模拟火灾发生时局部火灾对构件的作用，且能模拟构件在火灾衰退阶段的物理行为，且试验装置成本低，使用方便，可满足真实火灾试验的要求，研究成果可为受压构件的防火性能化设计提供可靠的理论分析、实验依据及科学参考。

附图说明

图1为本发明受压构件真实火灾试验装置的结构示意图；

图2为本发明受压构件真实火灾试验装置加载过程示意图；

图3为本发明火灾模拟装置示意图；

图4为本发明加载装置示意图；

图中：1——燃烧器，2——燃气管道，3——点火系统，4——燃气流量阀，5——上横梁，6——下横梁，7、17——中间螺杆，8、15、16、18——螺杆，9、19——上侧边横梁，10、20——下侧边横梁，11——底部框架，12——受压试件，13、22、23——螺母，14——荷载传感器，21——位移计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。

本发明中的木柱(受压构件12)的长度为1.5米，边长为0.4米。

参照图1至图4所示的受压构件真实火灾试验装置，由火灾模拟装置、加载装置和数据采集装置组成，所述的火灾模拟装置由燃烧器1、燃气管道2、点火系统3和燃气流量阀4组成，通过燃气管道2向燃烧器1供给燃烧用燃料，采用燃气流量阀4实施监测并控制燃气的流量。

所述的加载装置由上横梁5、下横梁6、中间螺杆7和17、四侧的螺杆8/15/16/18、上侧边横梁9和19、下侧边横梁10和20，以及底部框架11组成的自平衡框架，受压试件12竖直放置在上横梁5和下横梁6之间，上横梁5的两侧分别与上侧边横梁9和19焊接固定为一体，下横梁6的两侧则分别与两侧的下侧边横梁10和20焊接固定在一起；中间螺杆7穿过上侧边横梁9和下侧边横梁10，并用螺母13与上侧边横梁9和下侧边横梁10连接紧固，相应的，另一侧的中间螺杆17则穿过上侧边横梁19和下侧边横梁20，并借助螺母13与上侧边横梁19和下侧边横梁20连接紧固。

螺杆8和15则穿过上侧边横梁9和下侧边横梁10，并通过螺母22和23与上侧边横梁9连接，其中，螺母23和上侧边横梁9间设置有荷载传感器14，该荷载传感器14为套设在螺杆杆体上的中空的、穿心式压力传感器，该传感器可以根据需要拆卸或套设于杆体上；螺杆8和15下部则穿过下侧边横梁10与底部的底部框架11连接在一起，连接处也可以通过螺母紧固旋紧。

相应的，在另一侧，螺杆16和18穿过上侧边横梁19和下侧边横梁20，并通过螺母22和23与上侧边横梁19连接，其中，螺母23和上侧边横梁19件也设置有前述的荷载传感器。螺杆16和18则穿过下侧边横梁20与底部框架11连接，必要时通过螺母紧固旋紧。

所述的数据采集装置由热释放速率采集仪、位移计、热电偶、数码摄像机组成，热释放速率采集仪与燃气流量阀相连，通过实时记录的燃气流量变化计算火源热释放速率，多个位移计21布置在受压试件12的不同位置以实时记录试件的位移，热电偶布置在试件不同位置以实时记录试件的温度，数码摄像机设置在试件3m距离处以实时记录试件各个阶段的图像。

火灾模拟装置的燃气流量根据设计火源智能控制，燃气管道为可移动软管，燃料储存在燃料供给房内或直接采用城市燃气管道中的燃气。火源为外露的火，不同于现有技术中炉体内的火。

下侧边横梁10(20)和底部框架11之间的距离可根据火源的尺寸调整，上横梁5与下横梁6的距离可根据试件的高度调整。

中间螺杆7和17的螺母13处于放松状态，由于四侧位的螺杆8、15、16和18上部的螺母23与上侧边横梁9或19之间布置有荷载传感器14，当拧紧四侧螺杆(8、15、16和18)上部的螺母23直至荷载传感器14的读数达到设计荷载时，上横梁5对受压试件12的作用力达到预期(相当于四侧螺杆给定一个目标预紧力)，此时，逐渐拧紧中间螺杆7和17上部的螺母13，直至荷载传感器14读数为零，此时处于放松状态的螺母13状态发生变化；为了防止荷载传感器14在试验过程中被损坏，此时，可以松开四侧螺杆上的螺母23，在不影响上横梁5对受压试件12作用力的状态下，卸下荷载传感器14。

另外，上横梁5、下横梁6、中间螺杆7和17、四侧的螺杆8、15、16和18、上侧边横梁9和19、下侧边横梁10和20以及底部框架11材质为耐火钢，火灾试验时用防火棉包裹。

本发明提供的受压构件真实火灾试验装置，通过实时记录的燃气流量计算火源的热释放速率，通过自平衡钢架实现火灾试验过程的恒定加载。

测试时具体操作流程如下：

(1)根据测试目的设计火源的热释放速率曲线，根据热释放速率曲线要求确定燃气流量以及下侧边横梁和底部框架之间的距离，拧紧四侧螺杆与下侧边横梁间的螺栓；

(2)在测试件上布置热电偶，将测试件(即受压试件12)放置在上横梁5与下横梁6之间，通过拧紧四侧螺杆与上侧边横梁间的螺母23，直至达到设计荷载。然后，逐渐拧紧中间螺杆上部的螺栓13，直至荷载传感器14读数为零，放松四侧螺杆上部螺母，取出荷载传感器；

(3)将试验装置就位，采用防火棉包裹上横梁、下横梁、中间螺杆、四侧螺杆、上侧边横梁、下侧边横梁和底部框架；

(4)布置位移计，将位移计、热电偶、燃气流量阀与采集仪连接，布置数码摄像机；

(5)点火开始试验，直至试验结束。

本发明提供的真实火灾试验装置可模拟火灾发生时局部火灾对构件的作用，且能模拟构件在火灾衰退阶段的物理行为，且试验装置成本低，使用方便，可满足真实火灾试验的要求，研究成果可为受压构件的防火性能化设计提供可靠的理论分析、实验依据及科学参考。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应该包含在本发明主张的权利要求保护范围之内。