基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置及方法

本发明属于土木工程，具体涉及一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置及方法。

背景技术：

1、在大厦建筑受到撞击下引发大火的同时将构件周围隔热材料撞损，高温作用致使建筑钢材软化，会导致结构连续性倒塌，从而引发大厦坍塌；随着燃气应用的普及和日益发展，也增加了火灾、爆炸等事故发生的频率。目前，常见建筑结构的抗连续性倒塌设计理论与设计方法日趋完善。然而，根据大量火灾事故资料表明，在自然火灾和建筑火灾等火灾事故中，后者占据着主要地位，给建筑结构安全带来了严重危害，造成大量人员伤亡和财产损失，抗火研究已成为建筑结构防灾减灾研究的主要方向。因此，对建筑结构在火灾下的研究具有重要意义。

2、火灾试验炉是当前模拟建筑结构在高温下承载力以及破坏模式的一种重要试验设备，并且在实验过程中试验构件实时测量的水平力和弯矩对于分析结构抗连续性倒塌性能是较为重要实验数据。但是由于试验构件在装配到火灾试验炉内及试验过程中由于空间狭小等试验条件限制，同时为满足构件实际边界条件，则需要提供足够的水平反力以及耐高温性能，同时可以适用于不同尺寸构件的连接支座，这些要求使得火灾试验炉中试验构件水平力和弯矩的测量比较困难。

3、故，目前需要解决无法对火灾试验炉中试验构件水平力和弯矩进行测量的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服无法对火灾炉试验中试验构件水平力和弯矩进行测量的问题，提出了一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置及方法，能够在火灾炉试验中及狭小空间下使用。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，包括传力结构，所述传力结构的一端固定连接反力架，所述传力结构的另一端安装连接件，所述连接件设置连接孔，所述连接孔与火灾试验炉的试验构件可拆卸连接，所述传力结构连接数据采集仪，所述反力架的底部安装在承台上；所述传力结构设置两个，两个传力结构对称设置，所述连接件设置两个，所述传力结构包括旋转结构、反力板和反力块；所述旋转结构包括第一旋转结构和第二旋转结构，所述第一旋转结构的一端固定在反力架上，所述第一旋转结构的另一端与反力板远离反力块的一侧连接，所述第二旋转结构的一端与反力块远离反力板的一侧连接，所述第二旋转结构的另一端与连接板连接。

4、进一步地，所述反力块设置带有螺纹的内槽；所述带有螺纹的内槽连接螺纹杆；所述螺纹杆上自反力块侧依次安装第二螺母、测力传感器、第一螺母，所述测力传感器设置螺纹孔，所述测力传感器的外圈设置螺栓，所述测力传感器远离反力块的一侧通过螺栓连接反力板，所述测力传感器远离反力块的一侧连接反力板，所述反力板设置开孔，所述第一螺母贯穿开孔，所述开孔直径大于第一螺母外接圆直径。

5、进一步地，所述测力传感器为轮辐式拉压传感器，所述测力传感器与数据采集仪连接。

6、进一步地，所述螺纹杆采用高强度螺纹杆，所述第一螺母和第二螺母均采用高强度螺母。

7、进一步地，所述反力架内壁设置限位孔，所述限位孔为椭圆形，所述限位孔设置两个，两个限位孔与两个传力结构的螺纹杆位置对应。

8、进一步地，所述第一旋转结构包括耳板二与耳板一，所述耳板二与耳板一通过第一销轴连接，所述第二旋转结构包括耳板三与耳板四，所述耳板三与耳板四通过第二销轴连接。

9、进一步地，所述耳板二与耳板一的个数比例为1:2；所述耳板三与耳板四的个数比例为1:2。

10、进一步地，所述反力架外侧与内侧均固定连接加劲肋，所述加劲肋为梯形，所述反力架外侧的加劲肋设置有四个，所述反力架内侧的加劲肋设置有两个；所述反力架的底部开设螺纹孔，所述螺纹孔设置有四个。

11、进一步地，所述可拆卸连接包括所述连接件的连接孔通过螺栓与火灾试验炉的试验构件连接或者连接件通过长螺栓和夹板与试验构件连接。

12、一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力的测量方法，利用所述的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，包括以下步骤：将基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置安装完成进行试验，火灾试验炉的试验构件移动时通过连接板对传力结构产生拉压水平力，通过传力结构实时输出毫伏信号传递到数据采集仪，记录试验构件的拉压水平力，将数据采集仪记录的试验构件的拉压水平力带入公式，所述公式具体为数据采集仪记录的试验构件的拉压水平力乘以两个连接件之间的距离，获得任意时刻与基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置连接的试验构件弯矩。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

14、本发明提供的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，通过传力结构释放了当试验构件沿纵向位移或转动时对测量装置产生的弯矩，从而降低了在试验过程中对测量装置的损坏可能，能够在火灾炉试验中及狭小空间下使用，不管试验构件端部受到压力还是拉力都可以通过数据采集仪采集到实时数据，实现对火灾炉试验中试验构件水平力和弯矩的测量。

15、本发明提供的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，采用轮辐式拉压传感器，大幅度减小了装置所占体积，使基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置可以在火灾炉试验中及狭小空间下使用，提高基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置的精度同时，且通过反力板传递反力可以大幅度提高基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置的测量量程，反力架与反力板通过第一旋转结构连接、反力块与连接件通过第二旋转结构连接，使得反力板、螺纹杆、第二螺母、反力块、第一螺母组成的模块形成二力杆结构，释放了当试验构件沿纵向位移或转动时对测量装置产生的弯矩，从而降低了在试验过程中对测量装置的损坏。

16、本发明提供的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置具有可调节性，通过改变螺纹杆起始位置从而使螺纹杆进行伸缩，可以实现在水平方向上的调节，使基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置可以适用于不同尺寸的试验构件，当试验构件产生纵向位移时，反力架上的椭圆形限位孔可使螺纹杆在纵向上下移动，适用于当试验构件产生大变形情况下，提高测量装置的适用性。

17、本发明提供的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置具有可拆卸和可更换性，由于基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置各部分均为装配式，保证了装置可快速安装和拆卸，可随时根据试验情况进行调整，基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置还可根据具体试验情况更换装置与试验构件的连接形式，同时可以根据所需量程更换耳板、测力传感器、反力块等，从而实现该装置的可更换性。

技术特征：

1.一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，包括传力结构，所述传力结构的一端固定连接反力架(1)，所述传力结构的另一端安装连接件(12)，所述连接件(12)设置连接孔，所述连接孔与火灾试验炉(13)的试验构件可拆卸连接，所述传力结构连接数据采集仪，所述反力架(1)的底部安装在承台(14)上；所述传力结构设置两个，两个传力结构对称设置，所述连接件(12)设置两个，所述传力结构包括旋转结构、反力板(7)和反力块(9)；所述旋转结构包括第一旋转结构和第二旋转结构，所述第一旋转结构的一端固定在反力架(1)上，所述第一旋转结构的另一端与反力板(7)远离反力块(9)的一侧连接，所述第二旋转结构的一端与反力块(9)远离反力板(7)的一侧连接，所述第二旋转结构的另一端与连接板(12)连接。

2.根据权利要求1所述的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，所述反力块(9)设置带有螺纹的内槽；所述带有螺纹的内槽连接螺纹杆(5)；所述螺纹杆(5)上自反力块(9)侧依次安装第二螺母(8)、测力传感器(6)、第一螺母(16)，所述测力传感器(6)设置螺纹孔，所述测力传感器(6)的外圈设置螺栓，所述测力传感器(6)远离反力块(9)的一侧通过螺栓连接反力板(7)，所述反力板(7)设置开孔，所述第一螺母(16)贯穿开孔，所述开孔直径大于第一螺母(16)外接圆直径。

3.根据权利要求2所述的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，所述测力传感器(6)为轮辐式拉压传感器，所述测力传感器(6)与数据采集仪连接。

4.根据权利要求2所述的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，所述螺纹杆(5)采用高强度螺纹杆，所述第一螺母(16)和第二螺母(8)均采用高强度螺母。

5.根据权利要求2所述的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，所述反力架(1)内壁设置限位孔，所述限位孔为椭圆形，所述限位孔设置两个，两个限位孔与两个传力结构的螺纹杆(5)位置对应。

6.根据权利要求1所述的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，所述第一旋转结构包括耳板二(4)与耳板一(2)，所述耳板二(4)与耳板一(2)通过第一销轴(3)连接，所述第二旋转结构包括耳板三(10)与耳板四(11)，所述耳板三(10)与耳板四(11)通过第二销轴(15)连接。

7.根据权利要求6所述的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，所述耳板二(4)与耳板一(2)的个数比例为1:2；所述耳板三(10)与耳板四(11)的个数比例为1:2。

8.根据权利要求1所述的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，所述反力架(1)外侧与内侧均固定连接加劲肋，所述加劲肋为梯形，所述反力架(1)外侧的加劲肋设置有四个，所述反力架(1)内侧的加劲肋设置有两个；所述反力架(1)的底部开设螺纹孔，所述螺纹孔设置有四个。

9.根据权利要求1所述的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，所述可拆卸连接包括所述连接件(12)的连接孔通过螺栓与火灾试验炉(13)的试验构件连接或者连接件(12)通过长螺栓和夹板与试验构件连接。

10.一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力的测量方法，利用权利要求1-9任一项中所述的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，包括以下步骤：将基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置安装完成进行试验，火灾试验炉(13)的试验构件移动时通过连接板(12)对传力结构产生拉压水平力，通过传力结构实时输出毫伏信号传递到数据采集仪，记录试验构件的拉压水平力，将数据采集仪记录的试验构件的拉压水平力带入公式，所述公式具体为数据采集仪记录的试验构件的拉压水平力乘以两个连接件(12)之间的距离，获得任意时刻与基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置连接的试验构件弯矩。

技术总结
本发明公开了一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置及方法，属于土木工程技术领域，包括传力结构，传力结构的一端固定连接反力架，另一端安装连接件，连接件设置连接孔，连接孔与火灾试验炉的试验构件可拆卸连接，传力结构连接数据采集仪，反力架的底部安装在承台上；两个传力结构对称设置，连接件设置两个，传力结构包括旋转结构、反力板和反力块；旋转结构包括第一旋转结构和第二旋转结构，第一旋转结构的一端固定在反力架上，第一旋转结构的另一端与反力板远离反力块的一侧连接，旋转结构的一端与反力块远离反力板的一侧连接，第二旋转结构的另一端与连接板连接。本发明可在高温试验或狭小空间内测量试验构件的水平力及弯矩。

技术研发人员：朱彦飞,李泽群,姚尧,王亚超,刘宇飞,张会云
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15