全文摘要
本实用新型涉及建筑试验装置技术领域，尤其涉及一种火灾下木‑混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，包括火灾炉，用于模拟火灾现场；自平衡架，用于固定对木‑混凝土组合梁推出试件施加力的施力装置，且在施力装置的施力方向上限制木‑混凝土组合梁推出试件的木梁位置不变，固定的木‑混凝土组合梁推出试件暴露于模拟完成的火灾现场内，通过施力装置对混凝土板施加作用力并对连接件的滑移进行测试。通过本实用新型可较为真实的模拟火灾条件来进行推出试验，准确地研究火灾下木‑混凝土组合梁抗剪连接件的受力机理、破坏模式以及抗剪承载力等性能。
主设计要求
1.火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，其特征在于，包括：火灾炉（1），用于模拟火灾现场；还包括自平衡架（3），用于固定对木-混凝土组合梁推出试件（4）施加力的施力装置（5），且在所述施力装置（5）的施力方向上限制所述木-混凝土组合梁推出试件（4）的木梁（41）位置不变，固定的所述木-混凝土组合梁推出试件（4）暴露于模拟完成的火灾现场内，通过所述施力装置（5）对所述混凝土板（42）施加作用力并对连接件的滑移进行测试。
设计方案
1.火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，其特征在于，包括：
火灾炉（1），用于模拟火灾现场；还包括自平衡架（3），用于固定对木-混凝土组合梁推出试件（4）施加力的施力装置（5），且在所述施力装置（5）的施力方向上限制所述木-混凝土组合梁推出试件（4）的木梁（41）位置不变，固定的所述木-混凝土组合梁推出试件（4）暴露于模拟完成的火灾现场内，通过所述施力装置（5）对所述混凝土板（42）施加作用力并对连接件的滑移进行测试。
2.根据权利要求1所述的火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，其特征在于，还包括顶部框架梁（2），固定于所述火灾炉（1）敞口处，用于对所述自平衡架（3）进行支撑。
3.根据权利要求1或2所述的火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，其特征在于，所述自平衡架（3）包括矩形框架（31），所述矩形框架（31）内侧空腔全覆盖且超出所述火灾炉（1）的敞口范围，且通过钢板（32）对超出部分和覆盖部分进行分割，所述施力装置（5）位于所述自平衡架（3）空腔范围内且超出所述火灾炉（1）敞口范围的位置处。
4.根据权利要求3所述的火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，其特征在于，所述敞口未被所述混凝土板（42）覆盖的位置处通过盖板（33）覆盖。
5.根据权利要求4所述的火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，其特征在于，所述盖板（33）在垂直远离所述敞口方向上的顶部高度低于所述混凝土板（42）的顶部高度。
6.根据权利要求2所述的火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，其特征在于，还包括防掀翻装置（10），其至少包括限位梁（101），所述限位梁（101）的两端通过所述自平衡架（3）固定，且与所述顶部框架梁（2）之间形成对所述混凝土板（42）进行高度方向上限值的空间。
7.根据权利要求3所述的火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，其特征在于，所述自平衡架（3）位于所述火灾炉（1）外部的位置处设置有支座结构（6），用于与所述火灾炉（1）共同对所述自平衡架（3）进行支撑。
8.根据权利要求3所述的火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，其特征在于，所述自平衡架（3）至少暴露于所述火灾现场内的部分包覆有耐火材料。
9.根据权利要求1所述的火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，其特征在于，所述施力装置（5）的输出端通过压力传感器（7）与垫块（8）连接，所述垫块（8）用于对所述木-混凝土组合梁推出试件（4）均匀施力。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及建筑试验装置技术领域，尤其涉及一种火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置。
背景技术
近些年来，随着城市化进程的加速，各大城市建筑和人口都越发密集，建筑火灾发生频率之高，损失之重有目共睹，然而起火的原因比较复杂且救火难度大。
与传统木梁相比，采用木-混凝土组合梁可以大大提高其强度和刚度，而且还可以改善木结构房屋的隔音性能和防火性能，经济效益显著。但由于木材是一种有机生物材料，存在着可燃的缺点，在火灾作用下容易受火的侵袭引起结构破坏，从而导致人员伤亡及财产损失。为了提高木-混凝土组合梁在建筑结构中的应用，木-混凝土组合梁的抗火性能研究就成为结构安全设计的重点。
抗剪连接件是确保组合梁中木梁与上部混凝土板共同工作的重要部件，因此对火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件的受力机理、破坏模式以及抗剪承载力等性能的研究尤为重要，所以此试验装置和方法对于研究建筑结构及构件的抗火性能、以及如何通过合理有效的措施来提高结构及构件的抗火性能有着重要的意义。
然而，在现有试验中，因受限于试验装置和试验方法，国内外对火灾下木-混组合梁抗剪连接件的推出试验研究较少。准确地研究火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件的受力机理、破坏模式以及抗剪承载力等性能，需要实用新型一种火灾下木-混凝土组合梁推出试验装置，为木-混凝土组合梁抗火设计提供依据。
鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，使其更具有实用性。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，可较为真实的模拟火灾条件来进行推出试验，准确地研究火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件的受力机理、破坏模式以及抗剪承载力等性能。
本实用新型解决技术问题的技术方案如下：
火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，包括：
火灾炉，用于模拟火灾现场；还包括自平衡架，用于固定对木-混凝土组合梁推出试件施加力的施力装置，且在所述施力装置的施力方向上限制所述木-混凝土组合梁推出试件的木梁位置不变，固定的所述木-混凝土组合梁推出试件暴露于模拟完成的火灾现场内，通过所述施力装置对所述混凝土板施加作用力并对连接件的滑移进行测试。
进一步地，还包括顶部框架梁，固定于所述火灾炉敞口处，用于对所述自平衡架进行支撑。
进一步地，所述自平衡架包括矩形框架，所述矩形框架内侧空腔全覆盖且超出所述火灾炉的敞口范围，且通过钢板对超出部分和覆盖部分进行分割，所述施力装置位于所述自平衡架空腔范围内且超出所述火灾炉敞口范围的位置处。
进一步地，所述敞口未被所述混凝土板覆盖的位置处通过盖板覆盖。
进一步地，所述盖板在垂直远离所述敞口方向上的顶部高度低于所述混凝土板的顶部高度。
进一步地，所述木梁在所述施力装置施力方向上的末端被所述矩形框架内壁全覆盖。
进一步地，还包括防掀翻装置，其至少包括限位梁，所述限位梁的两端通过所述自平衡架固定，且与所述顶部框架梁之间形成对所述混凝土板进行高度方向上限值的空间。
进一步地，所述自平衡架位于所述火灾炉外部的位置处设置有支座结构，用于与所述火灾炉共同对所述自平衡架进行支撑。
进一步地，所述自平衡架至少暴露于所述火灾现场内的部分包覆有耐火材料。
进一步地，所述施力装置的输出端通过压力传感器与垫块连接，所述垫块用于对所述木-混凝土组合梁推出试件均匀施力。
火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验方法，包括以下步骤：
S1：模拟建立火灾环境；
S2：将制作完成的木-混凝土组合梁推出试件暴露于所述火灾环境内，同时至少通过所述木-混凝土组合梁推出试件的混凝土板对所述火灾环境进行封闭；
S3：在点火前对所述混凝土板进行预加载；
S4：加载达到要求后，开启所述火灾环境，且按照试验所需的升温曲线升温，同时根据推出试验的加载要求施加荷载；
S5：当试件破坏时，熄火降温且停止加载，至少通过观察所述木-混凝土组合梁推出试件中连接件的变形及破坏形态得出试验结论。
本实用新型的有益效果：
1、自平衡架吊装方便，不需要额外的反力架装置；
2、整个试验装置有效地防止火焰的窜出，增加了火灾试验的安全性；
3、整个试验装置能够较为真实地模拟火灾环境，进而更为科学地为木-混凝土组合梁抗火设计提供依据；
4、整个试验装置可以研究钢-混凝土组合梁抗火推出试验，适用性广。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 为火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置的结构示意图；
图2为火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置的俯视图；
图3为图2中A-A处的剖视图；
图4为图2中B-B处的剖视图；
图5为支撑块的截面图；
图6为防掀翻装置的安装示意图；
图7为防掀翻装置的俯视图；
图8为防掀翻装置处的剖视图；
附图标记：
1-火灾炉，2-顶部框架梁，3-自平衡架，31-矩形框架，32-钢板，33-盖板，4-木-混凝土组合梁推出试件，41-木梁，42-混凝土板，5-施力装置，6-支座结构，7-压力传感器，8-垫块，9-支撑块，91-凹槽，10-防掀翻装置，101限位梁，102-连接件。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的具体实施例采用递进的方式撰写。
如图1~4所示，火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置，包括：火灾炉1，用于模拟火灾现场；还包括自平衡架3，用于固定对木-混凝土组合梁推出试件4施加力的施力装置5，且在施力装置5的施力方向上限制木-混凝土组合梁推出试件4的木梁41位置不变，固定的木-混凝土组合梁推出试件4暴露于模拟完成的火灾现场内，通过施力装置5对混凝土板42施加作用力并对连接件的滑移进行测试。
在上述实施例中，当火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置工作时，通过木梁41和施力装置5的位置不变，实现施力和受力的自平衡，即在整个自平衡架3范围内，当施力装置5输出的力越大时，混凝土板42受到的力越大，则会在受力达到一定极限值时固定设置的木梁41与推力作用下的混凝土板42发生位置的相对移动，从而使得位于木梁41和混凝土板42之间的连接件受到剪切破坏，因此通过火灾环境的模拟，可较为真实的模拟火灾条件来进行推出试验，准确地研究火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件的受力机理、破坏模式以及抗剪承载力等性能。
在本实施例中，火灾炉1包括炉内壁砌体和炉外壁钢结构，炉内壁砌体内分布有天然气管道、排烟道和助燃空气管道，助燃风机用于通过助燃空气管道对炉内进行空气补给，排烟风机用于通过排烟道实现烟气的输出；火灾炉1内有多个烧嘴，可实现多种温度，而排烟风机、助燃风机及燃气通过总阀控制，其中，炉内温度可通过热电偶实现测量，并在操作面板上进行显示，同时操作面板上还可显示每个温度独立的控制所对应的烧嘴开启时间，开启的具体开度等。本实施例中，火灾炉1有两种控温模式，分别为手动控温和自动控温，其中，为保证安全性，当某个烧嘴发生故障且其处于自动控制时，该烧嘴会自动退出到手动状态。
作为上述实施例的优选，火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置还包括顶部框架梁2，固定于火灾炉1敞口处，用于对自平衡架3进行支撑。本实施例中，如图1~4所示，火灾炉1的敞口位于顶部，且水平设置，顶部框架梁2与火灾炉1连为一体，为钢结构类型，外部用耐火岩棉包裹。顶部框架梁2的设置可对自平衡架3进行保护和支撑，同时通过包裹操作可在试验过程中的操作部分降低危险性，保证整个试验过程中人员的安全性。
在本实施例中，具体的，自平衡架3包括矩形框架31，矩形框架31内侧空腔全覆盖且超出火灾炉1的敞口范围，且通过钢板32对超出部分和覆盖部分进行分割，施力装置5位于自平衡架3空腔范围内且超出火灾炉1敞口范围的位置处。在本优选方案中，通过钢板32的设置，将整个矩形框架31内侧空腔分为两个区域，可理解为火灾区域内和火灾区域外，区域内用于为木-混凝土组合梁推出试件4提供试验环境，区域外用于对木-混凝土组合梁推出试件4进行施力，可有效保证施力装置5的工作不受到高温环境的影响而保持准确性且获得较长的使用寿命。
作为上述实施例的优选，如图1所示，木梁41在施力装置5施力方向上的末端通过矩形框架31进行限制，通过与矩形框架31固定连接保证位置的固定，而混凝土板42通过连接件与固定完成的木梁41连接，从而实现如图所示的纵向方向上的固定，实现混凝土板42底部和自平衡架3上部等高。为了避免火苗窜出造成的危险，同时保持炉内温度，敞口未被混凝土板42覆盖的位置处通过盖板33覆盖；同时，为了降低盖板33对混凝土板42在形变过程中的影响，盖板33在垂直远离敞口方向上的顶部高度低于混凝土板42的顶部高度，从而尽可能的缩小二者间的接触面积，保证试验的准确性；木梁41在施力装置5施力方向上的末端被矩形框架31内壁全覆盖，从而保证其位置限制的精度。
作为上述实施例的优选，如图6~8所示，还包括防掀翻装置10，其至少包括限位梁101，限位梁101的两端通过自平衡架3固定，且与顶部框架梁2之间形成对混凝土板42进行高度方向上限值的空间。通过此空间的限值，使得通过施力装置5对混凝土板42施加作用力而对连接件的滑移进行测试的过程中，混凝土板42被限制在固定高度的空间内，避免了掀翻的情况，保证了测试的顺利进行。其中，为了降低安装的难度，可首先在自平衡架3上安装L型的连接件102，随后通过将限位梁101与连接件102进行安装的方式实现防掀翻装置的安装，通过上述方式同样可降低限位梁101的加工难度。
为了保证整个火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验装置的稳定性，自平衡架3位于火灾炉1外部的位置处设置有支座结构6，用于与火灾炉1共同对自平衡架3进行支撑，在试验前，需要将整个自平衡架3和支座结构6固定连接后整体吊装至火灾炉1上。
为了保证自平衡架3的使用寿命，自平衡架3至少暴露于火灾现场内的部分包覆有耐火材料，本优选方案中，自平衡架3的矩形框架31通过H型钢焊接而成，为了保证结构的稳定性，直角处可设置加强肋加强。
因本实施例中的施力装置5采用液压千斤顶，在其安装的过程中，如图5所示，可通过位于矩形框架31内侧的支撑块9进行纵向的支撑，为了保证支撑的稳定性，可在支撑块9上开设凹槽91，从而直接将液压千斤顶放置于凹槽91内即可，具体凹槽91的形状与液压千斤顶的外形结构适应性配置，为了对施力装置5的施力进行量化，施力装置5的输出端（即液压千斤顶的活塞杆端部）通过压力传感器7与垫块8连接，垫块8用于对木-混凝土组合梁推出试件4施力，其中，压力传感器7可采用现有技术中任何一种实用的类型，垫块8一方面增加了对木-混凝土组合梁推出试件4的施力面积，保证施力的稳定性，另一方面可以保证压力测量的稳定性，使得测量结果准确，通过压力传感器7进行挤压力值的采集，可更加客观的对试验结果进行评价。
火灾下木-混凝土组合梁抗剪连接件推出试验方法，包括以下步骤：
S1：根据推出试验推出荷载需要选择合适的钢材并焊接成自平衡架3，同时模拟建立火灾环境；以上述实施例中自平衡架3为例，将自平衡架3无支座结构6的一端（即图2中右侧）吊装在火灾炉1的顶部框架梁2上方，有支座结构6的一端（即图2中左侧）放置在火灾实验室地面上，且在自平衡架3与火接触的部分包裹上一层耐火岩棉；
S2：吊装制作完成的木-混凝土组合梁推出试件4，布置热电偶及位移计，连接好测量系统，将木-混凝土组合梁推出试件4的木梁41和混凝土板42底部暴露于火灾环境内，模拟真实的火灾情况，同时通过木-混凝土组合梁推出试件4的混凝土板42和盖板33对火灾环境进行封闭，其中，盖板33包裹耐火岩棉；同时在自平衡架3左侧凹槽处安装液压千斤顶，在试件与液压千斤顶中间安装压力传感器7和垫块8；
S3：在点火前对混凝土板42进行预加载；
S4：加载达到要求后，自(手)动控制火灾炉1内的温度及炉压，按照试验所需的标准升温曲线升温，根据推出试验的加载制度施加荷载直至破坏，对荷载、滑移、温度等进行实验记录；
S5：当试件破坏时，熄火降温且停止加载；当温度降至常温时，打开盖板33，观察试件和连接件的变形、破坏形态等特征得出试验结论。
综上所述，本实用新型上述方法中自平衡架3解决了在火灾条件下的推出试验需要对加载装置进行约束的问题，且液压千斤顶对其的反力与试验试件对其的反力相互平衡。自平衡架3内部挡火的钢板32和两块盖板33有效的防止了火焰的窜出，保证了试验人员和试验器材的安全。对于钢-混凝土组合梁在火灾下的推出试验大多在高温炉中进行，而本实用新型同样适用于钢-混凝土组合梁推出试验研究，故能更加精确地模拟火灾下钢-混凝土组合梁抗火推出试验，增加了试验装置的适用性，具有吊装方便、安全性高、模拟精确程度高、适用于火灾下各类组合梁推出试验等特点。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920303359.4
申请日:2019-03-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:84(南京)
授权编号:CN209432429U
授权时间:20190924
主分类号:G01M 13/00
专利分类号:G01M13/00;G01N3/24
范畴分类:31E;
申请人:南京工业大学
第一申请人:南京工业大学
申请人地址:210009 江苏省南京市新模范马路5号
发明人:孙志翔;胡夏闽;杜浩;韩国辉
第一发明人:孙志翔
当前权利人:南京工业大学
代理人:李明
代理机构:32257
代理机构编号:苏州市中南伟业知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计