CN102830009A - 大型构件热膨胀试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型构件热膨胀试验机，它能对建筑构件进行高温加载试验，测量构件热膨胀率和热应力。它包括加载机架、液压***、测量控制***、高温炉及其支架、试件定位装置，加载机架包括左右横梁，由四根承压柱连接固定，从而构成一个封闭框架，在加载机架其中一横梁上安装加载油缸；高温炉包括可分离的炉体和炉盖，炉体的两面正墙均设置窗口，炉体的下面设有炉体支架，炉体支架下部安装滚轮；支架包括支架体，支架体上安装导轨，支架体下面设置高度调整机构；试件定位装置包括定位架、轴承、螺杆、丝母，炉体支架通过其上安装的丝母连接螺杆，螺杆还通过轴承连接定位架。

Description

大型构件热膨胀试验机

技术领域

本发明涉及试验机领域，具体涉及一种大型构件热膨胀试验装置。

背景技术

工业与民用建筑在发生火灾时，其建筑结构在高温下的强度和承载能力将决定建筑物抵抗火灾的能力，也直接影响人员撤离、物资转移，以及扑火等抢险措施的合理制定和实施。在高温条件下，建筑物内的构件发生热膨胀，由于构件之间相互约束，每个构件内部产生很大的热应力，同时，随着温度升高，建筑构件、尤其是金属构件强度显著降低，承载能力大幅下降，这些因素造成建筑物在发生火灾情况下垮塌的突然性和不可预测性，使灭火抢险工作面临极大风险。

发明内容

本发明提供了一种大型构件热膨胀试验机，它能对建筑构件进行高温加载试验，测量构件热膨胀率和热应力，研究构件在高温条件下的承载能力，预测其临界破坏条件，为建筑防火设计、新型建筑材料研制、建筑施工以及消防科研和指挥人员提供科学依据。

本发明采用技术方案的基本构思是：一种大型构件热膨胀试验机，包括加载机架、液压***、测量控制***、高温炉及其支架、试件定位装置，加载机架包括左右横梁，由四根承压柱连接固定，从而构成一个封闭框架，在加载机架其中一横梁上安装加载油缸；高温炉包括可分离的炉体和炉盖，炉体的两面正墙均设置窗口，炉体的下面设有炉体支架，炉体支架下部安装滚轮；支架包括支架体，支架体上安装导轨，支架体下面设置高度调整机构；试件定位装置包括定位架、轴承、螺杆、丝母，炉体支架通过其上安装的丝母连接螺杆，螺杆还通过轴承连接定位架。

本发明的有益效果是，对于大型试件，特别是异型、不规则试件，装卸试件不方便，而且在试验过程中试件破断时有可能发生倾倒，存在安全隐患，采用卧式加载机架较好地解决了上述问题；在进行高温试验时，高温炉可沿支架导轨从试验空间内移出，用吊装设备辅助将大型试件安装到高温炉中，然后再将高温炉推回到试验空间内，试验后用同样方法拆卸试样，高温炉设计成顶开、贯穿式结构，并可以沿支架导轨移动，方便大型构件试样的安装；试件定位装置具有高度调整功能，在试件受载压实后，可以降低高度，使定位装置与试件脱开，从而完全消除摩擦力对试验结果的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为加载机架结构示意图；

图3为高温炉及支架的主视图；

图4为高温炉及支架的俯视图；

图5为试件定位装置结构示意图。

图中：加载机架1  液压***2  测量控制***3  高温炉机构4  试件定位装置5  左横梁101  加载油缸102  承压柱103  右横梁104  炉体401  炉盖402  窗口403  炉体支架404  滚轮405  支架体406  导轨407  高度调整机构408  高温炉409  支架410  定位架501  轴承502  螺杆503  丝母504

具体实施方式

如图1所示，本发明由加载机架1、液压***2、测量控制***3和高温炉机构4、试件件定位装置5等组成。

加载机架如图2所示，左、右横梁101、104由四根承压柱103连接固定，从而构成一个封闭框架，在加载机架其中一横梁上安装加载油缸102，能够对大型构件施加压向载荷，另一横梁上安装载荷传感器和变形传感器，试验过程中可以同时测量构件所受载荷和所产生的变形。左、右横梁101、104和四根承压柱103之间的空间为试验空间，用于放置高温炉409和安装被测试构件。

建筑构件，特别是混凝土构件属于脆性材料，在受压试验过程中直至试件破坏，其整体变形很小。普通压力试验机进行大型试件压缩试验时，通常采用沿试件长度取中间一段(标距)，测量试件标距范围内变形的方法，不测量试件整体变形，因此试验机加载机架刚性不需要很高。本发明为真实模拟构件在超静定约束以及高温条件下的受力和变形条件，对试件进行整体加热，同时测量试件整体变形和热应力，机架本身变形将对测量结果产生明显影响，因此对试验机加载机架刚性要求很高。加载机架1采用四根大直径结构钢为承压柱103，和整体铸钢箱型横梁101、104组成超高刚性机架，整机刚性超过1mm/GN。在试验过程中机架本身变形几乎可以忽略不计，可以很好的满足试验需要。

图3、图4为高温炉409及支架410的主视图和俯视图。高温炉409包括可分离的炉体401和炉盖402，炉体401的两面正墙均设置窗口403，炉体401的下面设有炉体支架404，炉体支架404下部安装滚轮405；支架410包括支架体406，支架体406上安装导轨407，支架体406下面设置高度调整机构408，高温炉409可以沿支架410上的导轨407移动，支架410位置和高度可调，支架410安装在地面上，并采用螺栓和加载机架1连接成一体。在进行高温试验时，先将高温炉409沿支架410上的导轨407从试验空间内移出，用吊装设备辅助将大型试件安装到高温炉409中，然后再将高温炉409推回到试验空间内。试验后用同样方法拆卸试样。

高温炉409采用电加热，分段测温和控温，保证整个炉膛内各处温度均匀一致。高温炉409采用PLC控制，可以实现台阶式加热和循环加热。高温炉控制单元留有接口，可以将多路温度信号传输到试验机测量控制***计算机中，实现试验力、位移(变形)、温度同步采集、处理和显示。

图5为试件定位装置5。试件定位装置5包括定位架501、轴承502、螺杆503、丝母504，炉体支架404通过其上安装的丝母504连接螺杆503，螺杆503还通过轴承502连接定位架501。试件定位装置5安装在高温炉炉底上，试件定位装置5具有高度调整功能，能够适应不同尺寸构件试样，实现试件件与加载油缸102中心线对中，可以将试件整体托起，在试件受载压实后，可以降低高度，使试件定位装置5与试件脱开，从而完全消除摩擦力对试验结果的影响。

本发明试验模式一般可以分为两种：

模式一：建筑物中，构件之间通过焊接、铆接、螺栓等方式连接成一体，构件之间互相约束，形成一个超静定结构。正常情况下，构件既已经存在一定内应力。为了模拟构件真实受力情况，试验时首先由加载***对构件施加一定的压向载荷值，并且在随后的试验过程中一直保持这个载荷值不变。在保持载荷值不变的条件下对构件进行加热，测量其热膨胀变形情况。试验过程中，随着温度升高，构件发生热膨胀，由于是载荷控制模式，电液伺服控制***将自动调整加载油缸102活塞位置，维持力值不变。

模式二：试验时，首先由加载***对构件施加一定值的压向载荷，使其发生一定变形，并在随后的试验过程中一直维持这个变形量。此时，构件本身已经存在一定内应力。随后对构件进行加热，测量其在受热条件下产生的热应力。试验过程中，随着温度升高，构件发生热膨胀，由于是位移控制模式，电液伺服控制***维持活塞位置不变，构件膨胀受限，构件内应力将显著增加，内应力增加值即热应力。

两种试验模式下，高温炉409均可以设定成台阶式加热，或循环加热。加热参数通过PLC设定，温度、时间等参数均同步显示在测量控制***3的计算机屏幕上。

Claims (1)

1.一种大型构件热膨胀试验机，包括加载机架(1)、液压***(2)、测量控制***(3)、高温炉机构(4)、试件定位装置(5)，其特征在于，加载机架(1)包括左、右横梁(101、104)，由四根承压柱(103)连接固定，从而构成一个封闭框架，在加载机架(1)其中一横梁上安装加载油缸(102)；高温炉机构(4)由高温炉(409)及其支架(410)组成，高温炉(409)包括可分离的炉体(401)和炉盖(402)，炉体(401)的两面正墙均设置窗口(403)，炉体(401)的下面设有炉体支架(404)，炉体支架(404)下部安装滚轮(405)，支架(410)包括支架体(406)，支架体(406)上安装导轨(407)，支架体(406)下面设置高度调整机构(408)；试件定位装置(5)包括定位架(501)、轴承(502)、螺杆(503)、丝母(504)，炉体支架(404)通过其上安装的丝母(504)连接螺杆(503)，螺杆(503)还通过轴承(502)连接定位架(501)。

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