CN107798943B - 受弯构件火灾试验炉 - Google Patents

受弯构件火灾试验炉 Download PDF

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Abstract

本发明属于火灾试验装置技术领域，具体涉及一种受弯构件火灾试验炉。本发明解决钢结构受弯构件在实验中没有受到高压水的冲击，不能完全真实的模拟在整个火灾过程中受到的各种环境的影响。本发明一种受弯构件火灾试验炉，由火灾模拟仓、加热装置、控制***、加荷装置、固定装置、高压出水***、排水装置和图像采集装置组成，所述的火灾模拟仓由外壳和炉衬组成，在外壳的端部设置有仓门，在外壳上设有观察玻璃，观察玻璃可观察到火灾模拟仓内的情况，在火灾模拟仓炉衬的下方设有排风扇，在火灾模拟仓上方设通风口。

Description

受弯构件火灾试验炉
技术领域
本发明属于火灾试验装置技术领域，具体涉及一种受弯构件火灾试验炉。
背景技术
随着钢材在建设工程中的大范围使用，其在各种环境下的性能日益成为人们关注的焦点，近些年来一起起的火灾让人们对钢材在这种情况下的性能引起了重视，而在建筑物中，受弯构件如梁、柱等作为房屋建筑的承重结构，在此情况下起着至关重要的作用，然而在火灾发生时受弯构件受到高温时其性能会发生劣化。同时，在灭火过程中，高压水会急剧降低其表面温度，使钢材发生剧烈收缩，其自身的极限抗压强度及抗折强度大大降低，更进一步的，高压水所带来的冲击对于此时的受弯构件又是一种负荷，当其不能承受自身的荷载时，受弯构件断裂，后果不堪设想。现有的钢结构高温抗压实验机只能模拟火灾发生时高温及其荷载对钢结构受弯构件的影响，并不能模拟其后续的一系列反应。比如受弯构件在受到高压水枪冲击后的损坏程度。所得的的试验结果与实际情况依然具有很大的差异。
发明内容
本发明根据钢结构受弯构件在实验中没有受到高压水的冲击，不能完全真实的模拟在整个火灾过程中受到的各种环境的影响，对比在常温下正常降温的受弯构件的损伤程度与受到高压水冲击的损伤程度，两者差异十分明显的问题，提供一种受弯构件火灾试验炉。
本发明为解决上述问题而采取的技术方案为：
一种受弯构件火灾试验炉，由火灾模拟仓、加热装置、控制***、加荷装置、固定装置、高压出水***、排水装置和图像采集装置组成，所述的火灾模拟仓由外壳和炉衬组成，炉衬设在外壳内并在炉衬和外壳之间设置一层隔热层，在外壳的端部设置有仓门，且仓门的门框设置在外壳的端部，门框的竖杆通过转轴设置在外壳的端部使得门框可沿着外壳进行开和关，仓门的中间通过转轴设置在门框上使得仓门可沿着门框旋转，在仓门上设有可控密封式把手用于将仓门关闭时固定在外壳上，在外壳上设有观察玻璃，观察玻璃可观察到火灾模拟仓内的情况，在火灾模拟仓炉衬的下方至少一个角上设有排风扇，在火灾模拟仓炉衬上方至少一个角上设通风口；
所述的加热装置包括多个煤气喷头和燃气源，所述的多个煤气喷头分别设置在火灾模拟仓炉衬的内壁上，燃气源与多个煤气喷头相连接；
所述的加荷装置包括至少一个伸缩千斤顶，所述至少一个伸缩千斤顶均匀设置在火灾模拟仓炉衬顶壁上，每个伸缩千斤顶的活塞杆都为空腔结构且在活塞杆上设有冷却水管，冷却水管上分别设有进水口和出水口，所述的进水口和出水口都由耐高温水管外接到外壳的外部；
所述的固定装置包括轨道、试件固定架和试件活动架，轨道固定在火灾模拟仓炉衬底部，试件固定架固定设置在轨道的端部靠近火灾模拟仓炉衬的底部，试件活动架活动设置在轨道上且可在轨道上滑动，在试件固定架和试件活动架的顶部均设置一个固定框，两个固定框相对的一侧为敞口结构以方便固定试件；在轨道上安装有运输小车，在运输小车上焊接有两个千斤顶，在运输时将两个千斤顶的活塞上升至与试件固定架相平齐的地方以协助运输试件；
所述的高压出水***包括水压增压泵和多个水喷头，所述多个水喷头分别设置在火灾模拟仓炉衬的内壁上，水压增压泵设置在火灾模拟仓的外部并通过管道与多个水喷头相连接；
所述的排水装置包括盛水器和出水管，盛水器放置在火灾模拟仓位于轨道的下方，在盛水器的底部设有出水管，出水管的另一端延伸到火灾模拟仓的外部；
所述控制***由控制柜和设置在控制柜内的电源装置和调节装置组成，调节装置包括温度控制部分和水压调节部分，所述温度控制部分由煤气阀门、热电偶、1号巡检仪、1号信号处理器和1号电压放大器构成，热电偶设置在炉衬的内表面用于测量火灾模拟仓内的温度并将温度信号传输给1号巡检仪，1号巡检仪将其转化为数字信号并与1号巡检仪上事先设定好的数字信号进行比较，并将比较产生的偏差传输给1号信号处理器，1号信号处理器接收到偏差后通过1号电压放大器以控制煤气阀门的开或关；水压控制部分包括水压增压泵阀门与热电偶、2号巡检仪、2号信号处理器和2号电压放大器，热电偶设置在炉衬的内表面用于测量火灾模拟仓内的温度并将温度信号传输给2号巡检仪，2号巡检仪将其转化为数字信号与2号巡检仪上事先设定好的数字信号进行比较，并将比较产生的偏差传输给2号信号处理器，当偏差为零时，2号信号处理器通过2号电压放大器和计时器发出打开水压增压泵阀门的指令，此时，计时器接到指令后开始工作，当计时结束时，将指令传输给水压增压泵阀门，水压增压泵阀门打开，当出水足够后，可手动关闭水压增压泵阀门；
所述的图像采集装置包括两个数码摄像机，两个数码摄像机设置在火灾模拟仓的两侧以实时记录试件各个阶段的图像。
优选地，本发明在所述外壳和仓门的内表面和外表面都分别涂一层耐腐蚀层，在火灾模拟仓内除了观察玻璃以外的区域均设置一层内衬。
优选地，本发明所述的炉衬和内衬都由耐火砖砌成。
优选地，本发明在所述固定框的顶部均设有调整螺栓。
本发明采用上述技术方案，根据钢结构受弯构件在实验中受到高压水的冲击，完全真实的模拟在整个火灾过程中受到的各种环境的影响，对比在常温下正常降温的受弯构件的损伤程度与受到高压水冲击的损伤程度，使试验结果与实际情况相符合。
附图说明
图1为火灾模拟仓的立体图；
图2为图1的侧剖面图；
图3为图1的炉体外观图；
图4为加热装置及高压出水装置的位置结构示意图；
图5为炉门的结构示意图；
图6为千斤顶的结构示意图；
图7为冷却管结构示意图；
图8为固定装置的结构示意图；
图9为轨道的结构示意图；
图10为炉体俯视图；
图11为排风扇结构示意图；
图12为炉门剖面图；
图13为控制***的结构框图。
具体实施方式
实施例1
一种受弯构件火灾试验炉，由火灾模拟仓、加热装置、控制***、加荷装置、固定装置、高压出水***、排水装置和图像采集装置组成，由图1可知，所述的火灾模拟仓由外壳1和炉衬2组成，炉衬2设在外壳1内并在炉衬2和外壳1之间设置一层隔热层3，外壳1采用钢板焊接而成，并在钢板的两侧喷耐火耐腐蚀耐酸碱的漆，炉衬2采用耐火砖砌筑而成，可定期更换，隔热层3采用石棉作为垫层，在外壳1的端部设置有仓门4，由图12可知该装置的仓门4外部采用钢板焊接而成，其内部采用耐火砖砌筑而成，内侧耐火砖在炉门处相对凸起，使得密封更为紧密，由图5可知，仓门4的门框5设置在外壳1的端部，门框5的竖杆通过转轴设置在外壳1的端部使得门框5可沿着外壳1进行开和关，仓门4的中间通过转轴设置在门框5的端部40、41上使得仓门4可沿着门框5旋转，使门的打开的空间扩大，便于拿取试件，避免不必要的危险，在仓门4上设有可控密封式把手6用于将仓门4关闭时固定在外壳1上，仓门4的把手6由隔绝高温的材料构成，可保证试验人员的安全。由图3及图4可知在外壳1上设有观察玻璃42，均由耐高温玻璃制成，通过观察玻璃42可观察到火灾模拟仓内的情况，便于图像采集装置采集图像，在火灾模拟仓炉衬的下方至少一个角上设有排风扇7，可置换炉内浑浊气体，由图11可知风扇结构示意图，在火灾模拟仓炉衬上方至少一个角上设通风口8，保证炉体内气压平衡；
由图1及图7可知，所述的加热装置包括多个煤气喷头9和燃气源10，所述的多个煤气喷头9分别设置在火灾模拟仓炉衬2的内壁上，煤气喷头9位于两侧炉壁下方，其喷射方向朝向试件所在的部位，可以达到1800℃高温，燃气源10与多个煤气喷头9相连接，在试验进行时不断供给燃气；
由图1及图6可知，所述的加荷装置包括至少一个伸缩千斤顶11，千斤顶11上可测量其施加的力和位移，所述至少一个伸缩千斤顶11均匀设置在火灾模拟仓炉衬2顶壁上，由图7可知，每个伸缩千斤顶11的活塞杆12都为空腔结构且在活塞杆上设有冷却水管43，冷却水管43上分别设有进水口13和出水口14，所述的进水口13和出水口14都由耐高温水管外接到外壳1的外部，在加热状态下可以通过进水口13进水，出水口14出水，通过流动冷水冷却压头；
由图2及图10可知，所述的固定装置包括轨道15、试件固定架16和试件活动架17，轨道15固定在火灾模拟仓炉衬2底部，且轨道15贯穿炉体内部，试件固定架16固定设置在轨道15的端部靠近火灾模拟仓炉衬2的底部，试件固定架16共有两个支撑杆，其中一个支撑杆与轨道15相连，另一个支撑杆与后方炉体相连，两支撑杆将试件固定架16固定于炉体后方，由图8及图9可知，试件活动架17活动设置在轨道15上且可在轨道15上滑动，试件活动架17下方设有与轨道相契合的底座44，可使试件活动架17通过在轨道上滑动调节来适应试件的长度，试件活动架17也可在轨道上拆卸下来，便于运送试件，在试件固定架16和试件活动架17的顶部均设置一个固定框19，两个固定框19均是由五块钢板焊接而成的一个小正方体，其相对的一侧为敞口结构以方便固定试件，在图8中可知固定框上方有调整螺栓39，用以固定试件，固定装置均由耐高温钢材制成；在轨道上安装有运输小车20，在运输小车20上焊接有两个千斤顶21，在运输时将两个千斤顶21的活塞18上升至与试件固定架相平齐的地方以协助运输试件；
由图1及图4中可知，所述的高压出水***包括水压增压泵22和多个水喷头23，所述多个水喷头23分别设置在火灾模拟仓炉衬2的内壁上，水压增压泵22设置在火灾模拟仓的外部并通过管道与多个水喷头23相连接，水压增压泵22内可储存水，可设定水压，在喷水时，可依照设定好的水压源源不断的喷水；
由图1及图10可知，所述的排水装置包括盛水器24和出水管25，盛水器24放置在火灾模拟仓位于轨道15的下方，在盛水器24的底部设有出水管25，出水管25的另一端延伸到火灾模拟仓的外部，盛水器24可将试验过程中的水收集起来，试验完后经出水管25排出；
由图13可知，所述控制***由控制柜26和设置在控制柜26内的电源装置和调节装置组成，调节装置包括温度控制部分和水压调节部分，所述温度控制部分由煤气阀门35、热电偶28、1号巡检仪29、1号信号处理器31和1号电压放大器33构成，热电偶28设置在炉衬2的内表面用于测量火灾模拟仓内的温度并将电压信号U1传输给1号巡检仪29，热电偶28测出的电压信号U1与仓内的温度成比例，1号巡检仪29将接收到的电压信号U1与1号巡检仪29上事先设定好的电压U2所需保温温度进行比较，并将比较产生的偏差ΔU1传输给1号信号处理器31处理，当ΔU1在某一范围内时1号信号处理器31通过1号电压放大器33以控制煤气阀门35的开或关；水压控制部分包括水压增压泵阀门36与热电偶28、2号巡检仪30、2号信号处理器32和2号电压放大器34，热电偶28设置在炉衬2的内表面用于测量火灾模拟仓内的温度并将电压信号U1传输给2号巡检仪30，2号巡检仪30接收到电压信号U1后与2号巡检仪30上事先设定好的电压信号U2进行比较，并将比较产生的偏差ΔU2传输给2号信号处理器32，当偏差为零时，2号信号处理器32通过2号电压放大器34和计时器27发出打开水压增压泵阀门36的指令，此时，计时器27接到指令后开始工作，当计时结束时，将指令传输给水压增压泵阀门36，水压增压泵阀门36打开，当出水足够后，可手动关闭水压增压泵阀门36；
由图3可知，所述的图像采集装置包括两个数码摄像机37，两台数码摄像机37均由三角支架38支撑至一定高度，使其能通过耐高温玻璃42拍摄到仓内具体的情况便于数据处理和分析，两个数码摄像机37设置在火灾模拟仓的两侧以实时记录试件各个阶段的图像。
本发明在所述外壳1和仓门4的内表面和外表面都分别涂一层耐腐蚀层，在火灾模拟仓内除了观察玻璃42以外的区域均设置一层内衬。
本发明所述的炉衬2和内衬都由耐火砖砌成。
具体操作步骤：
1、打开炉门4，通过小车20将试件固定在固定装置上，选择合适的垫片及调整螺栓39将试件固定好，关闭炉门。
2、开启电源，并打开调节装置，设定好所需的加热温度、保温时间和所需水压后，打开数码摄像机37。
3、使用加荷装置给予试件适当的荷载。
4、打开加热***，自动控制煤气喷头9使试件按照试验的要求受热，并打开排风扇7，使炉内气体保持洁净，灼烧完成后关闭加热***，计时器27自动开始计时，当时间到达时，水压增压泵开始出水，达到试验要求后，关闭水压增压泵22。
5、在数码摄像机37上采集图像并分析，打开出水管25，将仓内的水排净。
若为柱体时，可将试件固定好后，将炉体直立起来，更加贴合实际情况。

Claims (4)

1.一种受弯构件火灾试验炉，其特征是由火灾模拟仓、加热装置、控制***、加荷装置、固定装置、高压出水***、排水装置和图像采集装置组成，所述的火灾模拟仓由外壳(1)和炉衬(2)组成，炉衬(2)设在外壳(1)内并在炉衬(2)和外壳(1)之间设置一层隔热层(3)，在外壳(1)的端部设置有仓门(4)，且仓门(4)的门框(5)设置在外壳(1)的端部，门框(5)的竖杆通过转轴设置在外壳(1)的端部使得门框(5)可沿着外壳(1)进行开和关，仓门(4)的中间通过转轴设置在门框(5)上使得仓门(4)可沿着门框(5)旋转，在仓门(4)上设有可控密封式把手(6)用于将仓门(4)关闭时固定在外壳(1)上，在外壳(1)上设有观察玻璃(42)，观察玻璃(42)可观察到火灾模拟仓内的情况，在火灾模拟仓炉衬(2)的下方至少一个角上设有排风扇(7)，在火灾模拟仓炉衬(2)上方至少一个角上设通风口(8)；
所述的加热装置包括多个煤气喷头(9)和燃气源(10)，所述的多个煤气喷头(9)分别设置在火灾模拟仓炉衬(2)的内壁上，燃气源(10)与多个煤气喷头(9)相连接；
所述的加荷装置包括至少一个伸缩千斤顶(11)，所述至少一个伸缩千斤顶(11)均匀设置在火灾模拟仓炉衬(2)顶壁上，每个伸缩千斤顶(11)的活塞杆(12)都为空腔结构且在活塞杆上设有冷却水管(43)，冷却水管(43)上分别设有进水口(13)和出水口(14)，所述的进水口(13)和出水口(14)都是由耐高温水管外接到外壳(1)的外部；
所述的固定装置包括轨道(15)、试件固定架(16)和试件活动架(17)，轨道(15)固定在火灾模拟仓炉衬(2)底部，试件固定架(16)固定设置在轨道(15)的端部靠近火灾模拟仓炉衬(2)的底部，试件活动架(17)活动设置在轨道(15)上且可在轨道(15)上滑动，在试件固定架(16)和试件活动架(17)的顶部均设置一个固定框(19)，两个固定框(19)相对的一侧为敞口结构以方便固定试件；在轨道上安装有运输小车(20)，在运输小车(20)上焊接有两个千斤顶(21)，在运输时将两个千斤顶(21)的活塞(18)上升至与试件固定架相平齐的地方以协助运输试件；
所述的高压出水***包括水压增压泵(22)和多个水喷头(23)，所述多个水喷头(23)分别设置在火灾模拟仓炉衬(2)的内壁上，水压增压泵(22)设置在火灾模拟仓的外部并通过管道与多个水喷头(23)相连接；
所述的排水装置包括盛水器(24)和出水管(25)，盛水器(24)放置在火灾模拟仓位于轨道(15)的下方，在盛水器(24)的底部设有出水管(25)，出水管(25)的另一端延伸到火灾模拟仓的外部；
所述控制***由控制柜(26)和设置在控制柜(26)内的电源装置和调节装置组成，调节装置包括温度控制部分和水压调节部分，所述温度控制部分由煤气阀门(35)、热电偶(28)、1号巡检仪(29)、1号信号处理器(31)和1号电压放大器(33)构成，热电偶(28)设置在炉衬(2)的内表面用于测量火灾模拟仓内的温度并将温度信号传输给1号巡检仪(29)，1号巡检仪(29)将其转化为数字信号并与1号巡检仪(29)上事先设定好的数字信号进行比较，并将比较产生的偏差传输给1号信号处理器(31)，1号信号处理器(31)接收到偏差后通过1号电压放大器(33)以控制煤气阀门(35)的开或关；水压控制部分包括水压增压泵阀门(36)与热电偶(28)、2号巡检仪(30)、2号信号处理器(32)和2号电压放大器(34)，热电偶(28)设置在炉衬(2)的内表面用于测量火灾模拟仓内的温度并将温度信号传输给2号巡检仪(30)，2号巡检仪(30)将其转化为数字信号与2号巡检仪(30)上事先设定好的数字信号进行比较，并将比较产生的偏差传输给2号信号处理器(32)，当偏差为零时，2号信号处理器(32)通过2号电压放大器(34)和计时器(27)发出打开水压增压泵阀门(36)的指令，此时，计时器(27)接到指令后开始工作，当计时结束时，将指令传输给水压增压泵阀门(36)，水压增压泵阀门(36)打开，当出水足够后，可手动关闭水压增压泵阀门(36)；
所述的图像采集装置包括两个数码摄像机(37)，两个数码摄像机(37)设置在火灾模拟仓的两侧以实时记录试件各个阶段的图像。
2.根据权利要求1所述的受弯构件火灾试验炉，其特征是在所述外壳(1)和仓门(4)的内表面和外表面都分别涂一层耐腐蚀层，在火灾模拟仓内除了观察玻璃(42)以外的区域均设置一层内衬。
3.根据权利要求1所述的受弯构件火灾试验炉，其特征是所述的炉衬(2)和内衬都由耐火砖砌成。
4.根据权利要求1所述的受弯构件火灾试验炉，其特征是在所述固定框(19)的顶部均设有调整螺栓(39)。
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