CN109916747A - 一种建筑结构构件火与冲击实时耦合试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种建筑结构构件火与冲击实时耦合试验方法，该方法采用耦合试验***，所述耦合试验***包括约束***、升温***、冲击***以及控制和数据采集***；约束***提供构件两侧边界条件，施加预加载荷；升温***驱动高温炉，控制并反馈升温过程；冲击***控制并反馈落锤高度，判定并反馈炉***置，释放落锤；控制和数据采集***用于数据采集，协调约束、升温、冲击***。本发明可实现火和冲击的实时耦合，真实模拟工程发生火灾，建筑结构构件如钢管混凝土柱等承受冲击或***引起实际倒塌的过程，为建筑结构构件在火灾情况下的承受撞击能力进行准确的评估；试验过程中全自动化进行，避免了偶然误差，试验结果真实性、准确性与可靠性高。

Description

一种建筑结构构件火与冲击实时耦合试验方法

技术领域

本发明涉及建筑结构构件性能检测领域，具体地说是涉及一种建筑结构构件火与冲击实时耦合的试验方法。

背景技术

冲击与火耦合的结构安全性研究具有广泛的研究背景和急切的研究需求。高温下建筑结构构件的抗冲击性能不仅考量其耐火性能，同时也是衡量其发生火灾时安全性和可靠度的重要参数，是建筑结构构件设计和制造的重要参考指标。

因两类载荷截然不同的性质(冲击属于动力载荷，加载在几毫秒内结束；火属于准静力载荷，加载通常需要数十分钟或更长)，两者耦合的试验迄今为止尚未见报道。如钢管混凝土柱在发生火灾情况下，对钢管混凝土柱承受撞击或***的工况或者说能力，目前尚缺乏合理准确的评估手段。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种建筑结构构件火与冲击实时耦合试验方法，该试验方法可真实模拟工程发生火灾，建筑结构构件承受冲击或***引起实际倒塌的过程，为建筑结构构件在火灾情况下的承受撞击能力进行准确的评估。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种建筑结构构件火与冲击实时耦合试验方法，该试验方法采用实时耦合试验***，所述试验***包括约束***、升温***、冲击***以及控制和数据采集***；

所述约束***包括固定端、滑动可调节底座、加载组件和液压组件一，试件的一端与固定端连接，试件的另一端与滑动可调节底座连接，滑动可调节底座通过加载组件与用于施加轴压的液压组件一连接；

所述升温***包括用于对试件升温的高温炉和用于驱动高温炉前后移动的牵引组件，所述高温炉呈长方体形，包括前门板块、后板块、上板块、下板块、端部盖板一和端部盖板二，上板块、下板块、后板块和端部盖板二共同连接形成固定部分，在端部盖板二上设置有用于试件嵌入的缺口，前门板块的顶边通过合页与上板块的一边铰接，前门板块和端部盖板一连接形成活动部分，活动部分能够相对于固定部分开合；

在上板块的顶部设置有前门板开启电机和定滑轮一，前门板开启电机的转轴与钢丝绳的一端连接，钢丝绳的另一端绕过定滑轮一后与前门板块的下部连接；

所述前门板块、后板块、上板块和下板块的内侧均设置有保温棉，在保温棉的内侧均设置有加热带，加热带与控制开关相连接；

所述牵引组件包括液压组件二，液压组件二包括双作用千斤顶二、液压泵站二和油管，双作用千斤顶二通过油管与液压泵站二连接，双作用千斤顶水平布置，双作用千斤顶的缸体与设置在高温炉后侧的刚性侧板连接，双作用千斤顶的活塞杆端部与高温炉的后板块连接，通过双作用千斤顶推动高温炉水平移动；在高温炉的下板块底部设置有炉体支架，在炉体支架的下方设置有滑动轨道，在炉体支架的底脚处设置有能够沿滑动轨道来回运动的滚轮；

所述冲击***位于约束***所固定试件的上方位置处，包括落锤，落锤的顶部与通电电磁铁相吸附，电磁铁上端与钢绞线的一端连接，钢绞线的另一端绕过定滑轮二后与提升电机连接，所述电磁铁还与电线连接；在落锤的两侧竖向布置有用于对落锤导向的刚性槽钢；

所述控制和数据采集***包括信号线、荷载传感器一、荷载传感器二、测距仪一、测距仪二、热电偶一、热电偶二、红外对管、测速仪、加速度传感器、高速摄像机和位移计；

所述荷载传感器一和位移计均设置在加载组件上，分别用于测量试件的轴向压力及位移；所述测距仪二设置在上板块上，用于测量落锤的高度；所述热电偶一和热电偶二均设置在高温炉的内部，且热电偶二与试件相接触，热电偶一和热电偶二均与信号线连接，其中热电偶一用于测量炉膛内的温度，热电偶二用于测量试件表面的温度；所述测距仪一设置在高温炉的后板块上，用于在回撤高温炉时测量高温炉的后板块和刚性侧板之间的距离；所述红外对管包括相配合的发射端和接收端，红外对管的发射端设置在刚性槽钢的底部，红外对管的接收端设置在高温炉的上板块和前门板块的外侧，红外对管用于在释放落锤前监测高温炉是否已撤回到位；所述测速仪设置在刚性槽钢的下部内侧，用于测量落锤撞击试件前的速度；所述载荷传感器二设置在落锤的底部，用于测量落锤撞击过程中的撞击力；所述加速度传感器设置在落锤的顶部，用于测量落锤撞击试件过程中的加速度，且以此反算撞击力，并与荷载传感器二测得的撞击力进行对比和校正；

该试验方法包括以下步骤：

第一步，试验开始，通过控制和数据采集***输入目标轴力、温度和冲击速度，根据冲击速度计算落锤高度；

第二步，将待测试试件的两端分别与固定端和滑动可调节底座固定；

第三步，开启前门板开启电机，前门板开启电机通过钢丝绳拉动前门板块，使前门板块向上开启；

第四步，开启液压组件二，通过双作用千斤顶二推动高温炉沿滑动轨道向试件侧滑动，通过测距仪一实时反馈高温炉后板块和刚性侧板之间的距离；当炉体到达目标位置后，试件恰好置于高温炉的端部盖板二的缺口中，布置热电偶一和热电偶二，然后通过前门板开启电机控制前门板块下放闭合；

第五步，控制电磁铁处于通电状态，落锤的顶部与通电电磁铁相吸附，并开启提升电机，提升电机通过钢绞线将落锤提升至目标高度，通过测距仪二测量和反馈落锤的高度；

第六步，通过液压组件一，给试件施加轴力至目标值，然后开启控制开关，通过加热带给高温炉升温，升温过程中通过热电偶一测量和反馈炉膛内的温度，通过热电偶二测量和反馈试件表面的温度；

第七步，当高温炉升温至目标温度，并保温一定时间后，再次通过前门板开启电机将前门板块向上开启，然后通过液压组件二控制高温炉后撤，与此同时关闭控制开关，加热带停止加热；

第八步，通过红外对管监测高温炉是否已撤回到位，当确定高温炉已撤回到位后，控制电磁铁断电，释放落锤；

第九步，通过测速仪测量落锤撞击试件前的速度，通过荷载传感器二测量撞击过程中的撞击力，通过加速度传感器测量落锤撞击试件过程中的加速度，且以此反算撞击力，并与荷载传感器二测得的撞击力进行对比和校正；通过高速摄像机实时记录并显示冲击过程的图像信息；

第十步，通过控制和数据采集***采集存储数据，移除落锤，移除试件，试验结束。

本发明通过约束***、升温***、冲击***以及控制和数据采集***的协同工作，可实现火和冲击的实时耦合，真实模拟工程发生火灾，建筑结构构件承受冲击或***引起实际倒塌的过程，填补了试验空白。

本发明中高温炉可与冲击***实时耦合，即在高温炉加温达到预定数值后被撤离瞬间完成冲击试验，防止因暴露太久造成的温度降低现象。高温炉通过对加热带的布置，或者说对加热带的选择启用，可以实现均匀加温，非均匀加温(如仅上部加温，仅下部加温，沿跨度实现温度梯度变化等)，以适应不同工程实际要求。

本发明中控制和数据采集***可集中控制加热温度、施加轴力和起吊高度，能够实现火和冲击实时耦合，试验过程中全自动化进行，避免了偶然误差，试验结果真实性、准确性与可靠性高。

优选的，所述固定端包括固定端下部底座、固定端上部顶盖和夹具一，固定端下部底座通过高强螺栓固定在刚性支撑一上，刚性支撑一包括底板、顶板和连接在底板和顶板之间的竖直支撑板，在顶板上平行开设有若干个用以调整固定端位置的长条形沟槽；夹具一的上部分内嵌于固定端上部顶盖，夹具一的下部分内嵌于固定端下部底座，上部顶盖和下部底座通过高强螺栓连接，试件的一端夹持于夹具一中；

所述滑动可调节底座包括滑动端下部底座、滑动端上部顶盖、夹具二、两个滑动槽和一个钢棒，滑动端下部底座开有贯穿的孔洞，两个滑动槽分别布置在滑动端下部底座的两侧，滑动槽中部掏空，通过高强螺栓固定在第二刚性支撑上，钢棒穿过滑动端下部底座和两个滑动槽；夹具二的上部分内嵌于上部顶盖，夹具二的下部分内嵌于下部底座，上部顶盖和下部底座通过高强螺栓连接，试件的另一端夹持于夹具二中；

所述弹性加载组件包括两个槽钢、一个弹簧、一个H型钢和一个保护盖板，H型钢的一部分通过高强螺栓和滑动可调节底座相连，弹簧的两端各连接一个槽钢，保护盖板将两个槽钢和弹簧全部覆盖，并将H型钢的另一部分覆盖，保护盖板通过高强螺栓和第二刚性支撑连接；将两个槽钢分别称为第一槽钢和第二槽钢，弹簧通过第一槽钢及荷载传感器一与H型钢相接触；

所述液压组件包括双作用千斤顶一、油管和液压泵站一，双作用千斤顶一的缸体通过高强螺栓与第二刚性支撑连接，双作用千斤顶一的活塞杆端部与第二槽钢接触，双作用千斤顶一通过油管与液压泵站一连接。

本发明采用上述结构设计，在轴压、火与冲击实时耦合试验过程中，通过刚度适中的圆形弹簧对试件施加轴力，这样，相同轴力情况下可以有相当大的压缩量，能够保证对由于滑动端移动造成的“空缺”进行及时的补充，在滑动端位移过大时，保证弹簧与滑动端之间不“脱轨”。

优选的，所述刚性槽钢竖向布置，且两个竖向布置的刚性槽钢呈对称分布，每一个刚性槽钢上焊接有一个导向轨，所述导向轨沿刚性槽钢的长度方向布设，在落锤的两侧设置有与导向轨相适配的导向槽。本发明采用上述结构，能够对落锤起到较好的导向作用，确保落锤能够竖直正向冲击试件，降低试验误差。

优选的，所述滑动槽上设置有固定孔，所述第二刚性支撑上设置有若干个长条形沟槽，固定孔的孔洞大小与长条形沟槽的宽度一致，滑动槽能够根据需要固定在第二刚性支撑的不同位置处。

在做建筑结构构件(一端滑动、一端固定)轴压、火与冲击实时耦合的工况时，滑动端下部的四个螺栓孔放开；在做建筑结构构件(两端固定)火与冲击实时耦合的工况时，滑动端下部用四个高强螺栓固定在刚性支撑上，可保证试验底座适应不同的试验工况。

所述沟槽为长条形，方便底座固定位置的调整，可以弥补装置左右两侧不对称引起的误差，这有利于进一步地减小试验装置的***误差。

本发明通过设备的底座可以灵活实现是否施加轴向力，从而同时适应于结构工程中梁(无轴力)和柱(有轴力)的试验要求。进行柱的试验时，因有弹簧装置的作用，可以准确模拟柱因撞击发生渐进倒塌所对应的轴力减弱现象。

优选的，所述第一刚性支撑和第二刚性支撑均通过若干数量的地锚固定在刚性底板上，可以进一步提高试验***的稳定性，便于拆卸。

本发明的有益技术效果是：

本发明通过约束***、升温***、冲击***以及控制和数据采集***的协同工作，可实现火和冲击的实时耦合，真实模拟工程发生火灾，建筑结构构件如钢管混凝土柱等承受冲击或***引起实际倒塌的过程，为建筑结构构件在火灾情况下的承受撞击能力进行准确的评估；试验过程中全自动化进行，避免了偶然误差，试验结果真实性、准确性与可靠性高。

本发明滑动端下部底座可通过高强螺栓固定在第二刚性支撑上，实现两端固定的试验工况，真实的反映发生火灾情况下，建筑结构构件遭受冲击荷载时的反映，本发明可实现多样的试验工况。

本发明整体结构简单、紧凑，试验操作简便。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明耦合试验方法的流程图；

图2为本发明方法所涉及耦合试验***的整体结构示意图；

图3为本发明耦合试验***中升温***的结构示意图；

图4为图3的另一角度视图；

图5为本发明升温***中高温炉的结构原理示意图；

图6为本发明耦合试验***中冲击***的结构示意图；

图7为本发明耦合试验***中约束***的结构示意图；

图8为本发明约束***中固定端的结构示意图；

图9为本发明约束***中滑动可调节底座的结构示意图；

图10为本发明约束***中加载组件和液压组件的结构示意图。

图中：1、约束***；2、升温***；3、冲击***；4、控制和数据采集***；

1-1、试件；1-2、刚性支撑一；1-3、刚性支撑二；1-4、固定端；1-5、滑动可调节底座；1-6、加载组件；1-7、液压组件一；1-8、固定端下部底座；1-9、固定端上部顶盖；1-10、滑动端下部底座；1-11、滑动端上部顶盖；1-12、夹具一；1-13、夹具二；1-14、弹簧；1-15、双作用千斤顶一；1-16、液压泵站一；1-17、沟槽；1-18、滑动槽；1-19、钢棒；1-20、H型钢；1-21、槽钢；1-22、保护盖板；1-23、高强螺栓；

2-1、高温炉；2-2、液压组件二；2-3、滑动轨道；2-4、炉体支架；2-5、前门板块；2-6、后板块；2-7、上板块；2-8、下板块；2-9、端部盖板一；2-10、端部盖板二；2-11、刚性侧板；2-12、双作用千斤顶二；2-13、液压泵站二；2-14、油管；2-15、控制开关；2-16、前门板开启电机；2-17、合页；2-18、钢丝绳；2-19、定滑轮一；

3-1、落锤；

4-1、信号线；4-2、荷载传感器一；4-3、测距仪二；4-4、热电偶一；4-5、热电偶二；4-6、测距仪一；4-7、红外对管接收端；4-8、红外对管发射端；4-9、测速仪；4-10、加速度传感器；4-11、荷载传感器二；4-12、高速摄像机；4-13、位移计。

具体实施方式

结合附图，一种建筑结构构件火与冲击实时耦合试验方法，该试验方法基于耦合试验***，所述耦合试验***包括约束***1、升温***2、冲击***3以及控制和数据采集***4。

所述约束***1包括固定端1-4、滑动可调节底座1-5、加载组件1-6和液压组件一1-7，试件1-1的一端与固定端连接，试件的另一端与滑动可调节底座连接，滑动可调节底座通过加载组件1-6与用于施加轴压的液压组件一1-7连接。

所述升温***2包括用于对试件升温的高温炉2-1和用于驱动高温炉前后移动的牵引组件，所述高温炉2-1呈长方体形，包括前门板块2-5、后板块2-6、上板块2-7、下板块2-8、端部盖板一2-9和端部盖板二2-10，上板块、下板块、后板块和端部盖板二共同连接形成固定部分，在端部盖板二上设置有用于试件嵌入的缺口，前门板块的顶边通过合页2-17与上板块2-7的一边铰接，前门板块和端部盖板一连接形成活动部分，活动部分能够相对于固定部分开合。在上板块的顶部设置有前门板开启电机2-16和定滑轮一2-19，前门板开启电机的转轴与钢丝绳2-18的一端连接，钢丝绳2-18的另一端绕过定滑轮一后与前门板块的下部连接。所述前门板块、后板块、上板块和下板块的内侧均设置有保温棉，在保温棉的内侧均设置有加热带，加热带与控制开关相连接。加热带可选用市售产品，优选加热带由若干个高温陶瓷加热片连接组成。上述四块加热带中，每块加热带的加热温度可根据试验需要进行自由调节。

所述牵引组件包括液压组件二2-2，液压组件二包括双作用千斤顶二2-12、液压泵站二2-13和油管2-14，双作用千斤顶二通过油管与液压泵站二连接，双作用千斤顶水平布置，双作用千斤顶的缸体与设置在高温炉后侧的刚性侧板连接，双作用千斤顶的活塞杆端部与高温炉的后板块连接，通过双作用千斤顶推动高温炉水平移动。在高温炉的下板块底部设置有炉体支架2-4，在炉体支架的下方设置有滑动轨道2-3，在炉体支架的底脚处设置有能够沿滑动轨道来回运动的滚轮。

所述冲击***位于约束***所固定试件的上方位置处，包括落锤3-1，落锤的顶部与通电电磁铁相吸附，电磁铁上端与钢绞线的一端连接，钢绞线的另一端绕过定滑轮二后与提升电机连接。所述电磁铁还与电线连接，电线的另一端头可与电线收纳装置连接。在落锤的两侧竖向布置有用于对落锤导向的刚性槽钢。

所述控制和数据采集***包括信号线4-1、荷载传感器一4-2、测距仪二4-3、热电偶一4-4、热电偶二4-5、测距仪一4-6、红外对管(红外对管接收端4-7、红外对管发射端4-8)、测速仪4-9、加速度传感器4-10、荷载传感器二4-11、高速摄像机4-12和位移计4-13。所述荷载传感器一和位移计均设置在加载组件上，分别用于测量试件的轴向压力及位移。所述测距仪二设置在上板块上，用于测量落锤的高度。所述热电偶一和热电偶二均设置在高温炉的内部，且热电偶二与试件相接触，热电偶一和热电偶二均与信号线连接，其中热电偶一用于测量炉膛内的温度，热电偶二用于测量试件表面的温度。所述测距仪一设置在高温炉的后板块上，用于在回撤高温炉时测量高温炉的后板块和刚性侧板之间的距离。所述红外对管包括相配合的发射端和接收端，红外对管的发射端设置在刚性槽钢的底部，红外对管的接收端设置在高温炉的上板块和前门板块的外侧，红外对管用于在释放落锤前监测高温炉是否已撤回到位。当红外对管接收端4-7能收到红外对管发射端4-8所发出的信号时，说明高温炉还没有撤回到位；反之，收不到信号时说明高温炉已撤出，可以释放落锤了。所述测速仪设置在刚性槽钢的下部内侧，用于测量落锤撞击试件前的速度。所述载荷传感器二设置在落锤的底部，用于测量落锤撞击过程中的撞击力。所述加速度传感器设置在落锤的顶部，用于测量落锤撞击试件过程中的加速度，且以此反算撞击力，并与荷载传感器二测得的撞击力进行对比和校正。

该试验方法包括以下步骤：

第一步，试验开始，通过控制和数据采集***输入目标轴力、温度和冲击速度，根据冲击速度计算落锤高度；

第二步，将待测试试件的两端分别与固定端和滑动可调节底座固定；

第三步，开启前门板开启电机，前门板开启电机通过钢丝绳拉动前门板块，使前门板块向上开启；

第四步，开启液压组件二，通过双作用千斤顶二推动高温炉沿滑动轨道向试件侧滑动，通过测距仪一实时反馈高温炉后板块和刚性侧板之间的距离；当炉体到达目标位置后，试件恰好置于高温炉的端部盖板二的缺口中，布置热电偶一和热电偶二，然后通过前门板开启电机控制前门板块下放闭合；

第五步，控制电磁铁处于通电状态，落锤的顶部与通电电磁铁相吸附，并开启提升电机，提升电机通过钢绞线将落锤提升至目标高度，通过测距仪二测量和反馈落锤的高度；

第六步，通过液压组件一，给试件施加轴力至目标值，然后开启控制开关，通过加热带给高温炉升温，升温过程中通过热电偶一测量和反馈炉膛内的温度，通过热电偶二测量和反馈试件表面的温度；

第七步，当高温炉升温至目标温度，并保温一定时间后，再次通过前门板开启电机将前门板块向上开启，然后通过液压组件二控制高温炉后撤，与此同时关闭控制开关，加热带停止加热；

第八步，通过红外对管监测高温炉是否已撤回到位，当确定高温炉已撤回到位后，控制电磁铁断电，释放落锤；

第九步，通过测速仪测量落锤撞击试件前的速度，通过荷载传感器二测量撞击过程中的撞击力，通过加速度传感器测量落锤撞击试件过程中的加速度，且以此反算撞击力，并与荷载传感器二测得的撞击力进行对比和校正；通过高速摄像机实时记录并显示冲击过程的图像信息；

第十步，通过控制和数据采集***采集存储数据，移除落锤，移除试件，试验结束。

本发明通过约束***、升温***、冲击***以及控制和数据采集***的协同工作，可实现火和冲击的实时耦合，真实模拟工程发生火灾，建筑结构构件承受冲击或***引起实际倒塌的过程，填补了试验空白。

本发明中控制和数据采集***可集中控制加热温度、施加轴力和起吊高度，能够实现火和冲击实时耦合，试验过程中全自动化进行，避免了偶然误差，试验结果真实性、准确性与可靠性高。

作为对本发明的进一步设计，所述固定端包括固定端下部底座1-8、固定端上部顶盖1-9和夹具一1-12，固定端下部底座通过高强螺栓固定在刚性支撑一1-2上。刚性支撑一包括底板、顶板和连接在底板和顶板之间的竖直支撑板，在顶板上平行开设有若干个用以调整固定端位置的长条形沟槽。夹具一的上部分内嵌于固定端上部顶盖，夹具一的下部分内嵌于固定端下部底座，上部顶盖和下部底座通过高强螺栓连接，试件的一端夹持于夹具一中。

所述滑动可调节底座包括滑动端下部底座1-10、滑动端上部顶盖1-11、夹具二1-13、两个滑动槽1-18和一个钢棒1-19。滑动端下部底座开有贯穿的孔洞，两个滑动槽分别布置在滑动端下部底座的两侧，滑动槽中部掏空，通过高强螺栓固定在第二刚性支撑上，钢棒穿过滑动端下部底座和两个滑动槽。夹具二的上部分内嵌于上部顶盖，夹具二的下部分内嵌于下部底座，上部顶盖和下部底座通过高强螺栓连接，试件的另一端夹持于夹具二中。

所述弹性加载组件包括两个槽钢1-21、一个弹簧1-14、一个H型钢1-20和一个保护盖板1-22，H型钢1-20的一部分通过高强螺栓和滑动可调节底座相连，弹簧1-14的两端各连接一个槽钢，保护盖板将两个槽钢和弹簧全部覆盖，并将H型钢的另一部分覆盖，保护盖板通过高强螺栓和第二刚性支撑连接。将两个槽钢分别称为第一槽钢和第二槽钢，弹簧通过第一槽钢及荷载传感器一与H型钢相接触。所述液压组件包括双作用千斤顶一1-15、油管和液压泵站一1-16，双作用千斤顶一的缸体通过高强螺栓与第二刚性支撑连接，双作用千斤顶一的活塞杆端部与第二槽钢接触，双作用千斤顶一通过油管与液压泵站一连接。

本发明采用上述结构设计，在轴压、火与冲击实时耦合试验过程中，通过刚度适中的圆形弹簧对试件施加轴力，这样，相同轴力情况下可以有相当大的压缩量，能够保证对由于滑动端移动造成的“空缺”进行及时的补充，在滑动端位移过大时，保证弹簧与滑动端之间不“脱轨”。

更进一步的，所述刚性槽钢竖向布置，且两个竖向布置的刚性槽钢呈对称分布，每一个刚性槽钢上焊接有一个导向轨，所述导向轨沿刚性槽钢的长度方向布设，在落锤的两侧设置有与导向轨相适配的导向槽。本发明采用上述结构，能够对落锤起到较好的导向作用，确保落锤能够竖直正向冲击试件，降低试验误差。

进一步的，所述滑动槽上设置有固定孔，所述第二刚性支撑上设置有若干个长条形沟槽1-17，固定孔的孔洞大小与长条形沟槽的宽度一致，滑动槽能够根据需要固定在第二刚性支撑的不同位置处。

在做建筑结构构件(一端滑动、一端固定)轴压、火与冲击实时耦合的工况时，滑动端下部的四个螺栓孔放开；在做建筑结构构件(两端固定)火与冲击实时耦合的工况时，滑动端下部用四个高强螺栓固定在刚性支撑上，可保证试验底座适应不同的试验工况。

所述沟槽为长条形，方便底座固定位置的调整，可以弥补装置左右两侧不对称引起的误差，这有利于进一步地减小试验装置的***误差。

本发明通过设备的底座可以灵活实现是否施加轴向力，从而同时适应于结构工程中梁(无轴力)和柱(有轴力)的试验要求。进行柱的试验时，因有弹簧装置的作用，可以准确模拟柱因撞击发生渐进倒塌所对应的轴力减弱现象。

更进一步的，所述第一刚性支撑和第二刚性支撑均通过若干数量的地锚固定在刚性底板上，可以进一步提高试验***的稳定性，便于拆卸。

本发明建筑结构构件火与冲击实时耦合试验***包括约束***、升温***、冲击***和控制***，各***的功能及相互之间的控制关系概括如下：

约束***的功能主要是提供构件两侧边界条件，施加预加载荷。升温***的功能主要是驱动高温炉，控制并反馈升温过程。冲击***的功能主要是控制并反馈落锤高度，判定并反馈炉***置，得控制和数据采集***指令，释放落锤。控制和数据采集***的功能主要是控制数据采集，协调约束、升温、冲击***。

关于总体传感器布置，约束***包括载荷传感器，其集成在加载组件上。升温***包括热电偶若干，分别置于试件表面和炉体内部；红外对管一列，其发射端置于刚性槽钢底部，接收端置于炉体顶板和前门板块；测距仪，置于炉体后板块；控制开门装置(前门板开启电机、钢丝绳和定滑轮一)，置于炉体上板块。冲击***包括加速度和速度传感器。控制和数据采集***包括应变片、高速相机、位移计等，协调约束、升温、冲击***的线路。

具体工作时，约束***发出目标载荷指令，测量、反馈载荷施加过程。升温***的温度控制部分发出目标温度指令，测量、反馈温度信号；制动部分发出高温炉移位指令，反馈高温炉位置。冲击***发出目标冲击速度指令，发出落锤触发命令，反馈炉***置。

本发明控制和数据采集***包括数据采集***Ⅰ和数据采集***Ⅱ，数据采集***Ⅰ主要是在开始阶段对预加轴力、升温过程中温度变化等信息的采集；数据采集***Ⅱ主要是对撞击过程中撞击力、加速度、速度、位移计和高速摄像机等数据的采集。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种建筑结构构件火与冲击实时耦合试验方法，其特征在于：该试验方法采用实时耦合试验***，所述试验***包括约束***、升温***、冲击***以及控制和数据采集***；

所述约束***包括固定端、滑动可调节底座、加载组件和液压组件一，试件的一端与固定端连接，试件的另一端与滑动可调节底座连接，滑动可调节底座通过加载组件与用于施加轴压的液压组件一连接；

所述升温***包括用于对试件升温的高温炉和用于驱动高温炉前后移动的牵引组件，所述高温炉呈长方体形，包括前门板块、后板块、上板块、下板块、端部盖板一和端部盖板二，上板块、下板块、后板块和端部盖板二共同连接形成固定部分，在端部盖板二上设置有用于试件嵌入的缺口，前门板块的顶边通过合页与上板块的一边铰接，前门板块和端部盖板一连接形成活动部分，活动部分能够相对于固定部分开合；

在上板块的顶部设置有前门板开启电机和定滑轮一，前门板开启电机的转轴与钢丝绳的一端连接，钢丝绳的另一端绕过定滑轮一后与前门板块的下部连接；

所述前门板块、后板块、上板块和下板块的内侧均设置有保温棉，在保温棉的内侧均设置有加热带，加热带与控制开关相连接；

所述牵引组件包括液压组件二，液压组件二包括双作用千斤顶二、液压泵站二和油管，双作用千斤顶二通过油管与液压泵站二连接，双作用千斤顶水平布置，双作用千斤顶的缸体与设置在高温炉后侧的刚性侧板连接，双作用千斤顶的活塞杆端部与高温炉的后板块连接，通过双作用千斤顶推动高温炉水平移动；在高温炉的下板块底部设置有炉体支架，在炉体支架的下方设置有滑动轨道，在炉体支架的底脚处设置有能够沿滑动轨道来回运动的滚轮；

所述冲击***位于约束***所固定试件的上方位置处，包括落锤，落锤的顶部与通电电磁铁相吸附，电磁铁上端与钢绞线的一端连接，钢绞线的另一端绕过定滑轮二后与提升电机连接，所述电磁铁还与电线连接；在落锤的两侧竖向布置有用于对落锤导向的刚性槽钢；

所述控制和数据采集***包括信号线、荷载传感器一、荷载传感器二、测距仪一、测距仪二、热电偶一、热电偶二、红外对管、测速仪、加速度传感器、高速摄像机和位移计；

所述荷载传感器一和位移计均设置在加载组件上，分别用于测量试件的轴向压力及位移；所述测距仪二设置在上板块上，用于测量落锤的高度；所述热电偶一和热电偶二均设置在高温炉的内部，且热电偶二与试件相接触，热电偶一和热电偶二均与信号线连接，其中热电偶一用于测量炉膛内的温度，热电偶二用于测量试件表面的温度；所述测距仪一设置在高温炉的后板块上，用于在回撤高温炉时测量高温炉的后板块和刚性侧板之间的距离；所述红外对管包括相配合的发射端和接收端，红外对管的发射端设置在刚性槽钢的底部，红外对管的接收端设置在高温炉的上板块和前门板块的外侧，红外对管用于在释放落锤前监测高温炉是否已撤回到位；所述测速仪设置在刚性槽钢的下部内侧，用于测量落锤撞击试件前的速度；所述载荷传感器二设置在落锤的底部，用于测量落锤撞击过程中的撞击力；所述加速度传感器设置在落锤的顶部，用于测量落锤撞击试件过程中的加速度，且以此反算撞击力，并与荷载传感器二测得的撞击力进行对比和校正；

该试验方法包括以下步骤：

第一步，试验开始，通过控制和数据采集***输入目标轴力、温度和冲击速度，根据冲击速度计算落锤高度；

第二步，将待测试试件的两端分别与固定端和滑动可调节底座固定；

第三步，开启前门板开启电机，前门板开启电机通过钢丝绳拉动前门板块，使前门板块向上开启；

第四步，开启液压组件二，通过双作用千斤顶二推动高温炉沿滑动轨道向试件侧滑动，通过测距仪一实时反馈高温炉后板块和刚性侧板之间的距离；当炉体到达目标位置后，试件恰好置于高温炉的端部盖板二的缺口中，布置热电偶一和热电偶二，然后通过前门板开启电机控制前门板块下放闭合；

第五步，控制电磁铁处于通电状态，落锤的顶部与通电电磁铁相吸附，并开启提升电机，提升电机通过钢绞线将落锤提升至目标高度，通过测距仪二测量和反馈落锤的高度；

第六步，通过液压组件一，给试件施加轴力至目标值，然后开启控制开关，通过加热带给高温炉升温，升温过程中通过热电偶一测量和反馈炉膛内的温度，通过热电偶二测量和反馈试件表面的温度；

第七步，当高温炉升温至目标温度，并保温一定时间后，再次通过前门板开启电机将前门板块向上开启，然后通过液压组件二控制高温炉后撤，与此同时关闭控制开关，加热带停止加热；

第八步，通过红外对管监测高温炉是否已撤回到位，当确定高温炉已撤回到位后，控制电磁铁断电，释放落锤；

第九步，通过测速仪测量落锤撞击试件前的速度，通过荷载传感器二测量撞击过程中的撞击力，通过加速度传感器测量落锤撞击试件过程中的加速度，且以此反算撞击力，并与荷载传感器二测得的撞击力进行对比和校正；通过高速摄像机实时记录并显示冲击过程的图像信息；

第十步，通过控制和数据采集***采集存储数据，移除落锤，移除试件，试验结束。

2.根据权利要求1所述的一种建筑结构构件火与冲击实时耦合试验方法，其特征在于：所述固定端包括固定端下部底座、固定端上部顶盖和夹具一，固定端下部底座通过高强螺栓固定在刚性支撑一上，刚性支撑一包括底板、顶板和连接在底板和顶板之间的竖直支撑板，在顶板上平行开设有若干个用以调整固定端位置的长条形沟槽；夹具一的上部分内嵌于固定端上部顶盖，夹具一的下部分内嵌于固定端下部底座，上部顶盖和下部底座通过高强螺栓连接，试件的一端夹持于夹具一中；

所述滑动可调节底座包括滑动端下部底座、滑动端上部顶盖、夹具二、两个滑动槽和一个钢棒，滑动端下部底座开有贯穿的孔洞，两个滑动槽分别布置在滑动端下部底座的两侧，滑动槽中部掏空，通过高强螺栓固定在第二刚性支撑上，钢棒穿过滑动端下部底座和两个滑动槽；夹具二的上部分内嵌于上部顶盖，夹具二的下部分内嵌于下部底座，上部顶盖和下部底座通过高强螺栓连接，试件的另一端夹持于夹具二中；

所述弹性加载组件包括两个槽钢、一个弹簧、一个H型钢和一个保护盖板，H型钢的一部分通过高强螺栓和滑动可调节底座相连，弹簧的两端各连接一个槽钢，保护盖板将两个槽钢和弹簧全部覆盖，并将H型钢的另一部分覆盖，保护盖板通过高强螺栓和第二刚性支撑连接；将两个槽钢分别称为第一槽钢和第二槽钢，弹簧通过第一槽钢及荷载传感器一与H型钢相接触；

所述液压组件包括双作用千斤顶一、油管和液压泵站一，双作用千斤顶一的缸体通过高强螺栓与第二刚性支撑连接，双作用千斤顶一的活塞杆端部与第二槽钢接触，双作用千斤顶一通过油管与液压泵站一连接。

3.根据权利要求1所述的一种建筑结构构件火与冲击实时耦合试验方法，其特征在于：所述刚性槽钢竖向布置，且两个竖向布置的刚性槽钢呈对称分布，每一个刚性槽钢上焊接有一个导向轨，所述导向轨沿刚性槽钢的长度方向布设，在落锤的两侧设置有与导向轨相适配的导向槽。