CN211122612U - 一种钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置，属于安全工程实验技术领域。该试验装置包括承力架、力传感器、千斤顶、位移计、隔热垫块和试验构件；试验构件内部安装有多个热电偶温度传感器；在试验构件平面上，热电偶温度传感器均匀布置，且关于横、纵隔板对称；在试验构件厚度方向，热电偶温度传感器按一定梯度布置。本实用新型能得到钢壳混凝土组合结构在火灾高温下的力学行为，包括：火灾高温下构件截面温度分布规律，构件变形发展规律，热力耦合作用下损伤演化特征等；本实用新型还能得出火灾工况下钢壳混凝土组合结构承载能力变化，通过对比耐火试验前后构件力学特征试验结果，对火灾高温对构件承载力的影响进行评估。
Description
技术领域
本实用新型属于安全工程实验技术领域，涉及一种钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置。
背景技术
钢壳沉管隧道结构较为复杂，其外部钢壳同时具有防水和承重两个功能，因此钢壳的稳定性及耐久性对于隧道整体结构安全具有重要意义。海底沉管隧道由于其长大体型、海洋和江河环境、深水条件等原因，使得其一旦发生火灾，后果往往较陆上交通隧道更为严重，修复也极为困难。随着沉管隧道建设热潮的兴起，加强沉管隧道防灾基础理论研究是眼下当务之急。钢壳混凝土组合结构在火灾高温下的力学行为及功能特性缺乏研究基础，因此针对钢壳混凝土组合结构的工作特性，确定一种钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验方法具有重要工程意义。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置，用于研究钢壳混凝土组合结构在火灾高温下的力学行为，包括火灾高温下构件截面温度分布规律，构件变形发展规律，热力耦合作用下损伤演化特征等；研究火灾工况下钢壳混凝土组合结构承载能力变化，通过对比耐火试验前后构件力学特征试验结果，对火灾高温对构件承载力的影响进行评估。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置，包括承力架(1)、力传感器(2)、千斤顶(3)、位移计(4)、隔热垫块(5)和试验构件(6)；
所述试验构件(6)安装座实验台支座(7)上，用于支撑试验构件；
所述位移计(4)安装在实验台支座位置对应的试验构件表面，以及试验构件底部跨中和2个四分点处，用于检测试验构件在压力加载试验过程中的位移数据；
所述力传感器(2)安装在承力架(1)和千斤顶(3)之间，用于检测试验构件在试验工程中承受的压力；
所述隔热垫块(5)放置在千斤顶(3)和试验构件(6)之间，用于隔绝试验构件(6)的热量，并对试验构件起保护作用。
进一步，所述试验构件(6)内部安装有多个热电偶温度传感器；在试验构件平面上，热电偶温度传感器均匀布置，且关于横、纵隔板对称；在试验构件厚度方向，热电偶温度传感器按一定梯度布置。
进一步，数据采集器分别与各位移计和热电偶温度传感器连接，记录位移-时间曲线和温度-时间曲线。
进一步，所述试验构件(6)由内部钢板、钢壳和混凝土组成，所述内部钢板由横、纵隔板和短钢板，所述短钢板分为横、纵向短钢板；所述横、纵隔板相互垂直，且其两端与钢壳连接；所述横、纵向短钢板仅一端与钢壳连接，另一端悬空在试验构件内部。
进一步，所述纵向短钢板是T型钢板；所述横向短钢板上等距分布有焊钉。
进一步，所述横、纵隔板将试验构件(6)内部分为等大的大区间，所述短钢板均匀的分布在大区间内。
本实用新型的有益效果在于：通过本实用新型装置试验能够得到钢壳混凝土组合结构在火灾高温下的力学行为，包括：火灾高温下构件截面温度分布规律，构件变形发展规律，热力耦合作用下损伤演化特征等；还能够得出火灾工况下钢壳混凝土组合结构承载能力变化，通过对比耐火试验前后构件力学特征试验结果，对火灾高温对构件承载力的影响进行评估。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
图1为试验构件实验安装示意图；
图2为试验构件内部结构平面图；
图3为图2的A-A视图；
图4为图2的B-B视图；
图5安装有热电偶温度传感器的试验构件平面图；
图6为图5的A-A视图；
图7为图5的B-B视图；
附图标记：1-承力架，2-力传感器，3-千斤顶，4-位移计，5-隔热垫块，6-试验构件，7-实验台支座，61-热电偶温度传感器，62-横隔板，63-纵隔板，64-焊钉，65-纵向短钢板，66-横向短钢板，67-混凝土，68-钢壳。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～7，图1为一种钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置，包括承力架1、力传感器2、千斤顶3、位移计4、隔热垫块5和试验构件6；
试验构件6安装座实验台支座7上，用于支撑试验构件。位移计4安装在实验台支座位置对应的试验构件表面，以及试验构件底部跨中和2个四分点处，用于检测试验构件在压力加载试验过程中的位移数据。力传感器2安装在承力架1和千斤顶3之间，用于检测试验构件在试验工程中承受的压力。隔热垫块5放置在千斤顶3和试验构件6之间，用于隔绝试验构件6的热量，并对试验构件起保护作用。
试验构件6内部安装有多个热电偶温度传感器；在试验构件平面上，热电偶温度传感器均匀布置，且关于横、纵隔板对称；在试验构件厚度方向，热电偶温度传感器按一定梯度布置。数据采集器分别与各位移计和热电偶温度传感器连接，记录位移-时间曲线和温度-时间曲线。试验构件由内部钢板、钢壳和混凝土组成，所述内部钢板由横、纵隔板和短钢板，所述短钢板分为横、纵向短钢板；所述横、纵隔板相互垂直，且其两端与钢壳连接；所述横、纵向短钢板仅一端与钢壳连接，另一端悬空在试验构件内部。纵向短钢板是T型钢板；横向短钢板上等距分布有焊钉。横、纵隔板将试验构件内部分为等大的大区间，所述短钢板均匀的分布在大区间内。
实施例：本实施例构件了一种试验构件的模型，反映钢壳混凝土结构的几何特征、构造特点和力学特点，因此先确定构件截面型式，之后确定构件跨径，进而确定试验构件尺寸。如图2～4所示，试验构件总长为2m，梁高为0.5m，宽度为0.5m。构件内侧钢板和外侧钢板(即钢壳)厚度均为10mm，钢材采用Q420B，横、纵向隔板厚度为4mm，钢材采用Q390B，其余钢材采用Q345B。纵隔板间距取1m，混凝土强度为C50。首先按照尺寸要求切割好各片钢板，在钢板画好焊钉的定位线，在对应的定位线上焊接指定尺寸的焊钉(焊钉64间距100mm)。其次拼装各片焊好焊钉的钢板，按照设计要求进行焊接拼装(纵向短钢板65间距300mm，横向短钢板66间距100mm)，焊接过程尽量保证各钢板位置精确，钢材的加工将在相应的钢构件制作公司进行实施，混凝土在实验室进行拌制，并进行浇筑和养护。
钢壳混凝土组合结构温度测点布置如图5～7所示，考虑横、纵隔板对温度传递的影响，制作的构件取管节结构中横、纵隔板相接处，平面上温度测点沿横、纵隔板对称布置(温度测点横向间距500mm，纵向间距125mm)；构件截面深度方向，在距离构件底面不同位置处按一定梯度布置温度测点，从受火面到背火面，温度测点的布置间距按照25mm、25mm、50mm、100mm、200mm的规律递增。
基于上述实施例中构造的钢壳混凝土组合结构构件的热力耦合加载试验方法，具体包括以下步骤：
1)用行车将试验构件吊入耐火试验炉上方，并置于实验台支座上；
2)连接各位移计，热电偶温度传感器并与数据采集器进行连通，安置力传感器和隔热垫块位于千斤顶的端部；
3)试验开始前，先对钢壳混凝土构件进行预加载，预加载值为10kN，然后卸载，该操作目的在于使各数据采集设备进入正常工作状态，使荷载、位移关系趋于稳定。然后对构件施加设计荷载，使荷载处于稳定状态，并记录此时构件变形数据；
4)打开数据采集仪，准备记录温度-时间曲线和位移-时间曲线。点燃耐火试验炉，对构件进行升温，在升温过程中，保持集中荷载恒定。升温过程按确定的火灾工况进行设定；
5)数据采集仪从点火时刻开始，每10s记录一次各测点的温度，每隔30s记录一次构件结构位移值，且观察构件展示出的宏观损伤现象及变形特征，直至耐火试验结束或结构构件发生破坏，停止试验；
6)耐火试验结束后，对各个构件开展静载试验，变形通过设置于支座、跨中和2个四分点共5个位移计进行测量，逐级加载，试验过程中记录各测点的结构位移及结构损伤特征、变形特征，直至结构构件破坏停止试验，记录破坏时所施加的最大荷载；
7)整理分析获取的试验数据，对比不同试验阶段和不同火灾工况下结构构件的变形情况和承载力降低效应，对比不同构件的破坏形式及温度、变形分布规律。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置，其特征在于，该试验装置包括承力架(1)、力传感器(2)、千斤顶(3)、位移计(4)、隔热垫块(5)和试验构件(6)；
所述试验构件(6)安装座实验台支座(7)上，用于支撑试验构件；
所述位移计(4)安装在实验台支座位置对应的试验构件表面，以及试验构件底部跨中和2个四分点处，用于检测试验构件在压力加载试验过程中的位移数据；
所述力传感器(2)安装在承力架(1)和千斤顶(3)之间，用于检测试验构件在试验工程中承受的压力；
所述隔热垫块(5)放置在千斤顶(3)和试验构件(6)之间，用于隔绝试验构件(6)的热量，并对试验构件起保护作用。
2.根据权利要求1所述的钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置，其特征在于，所述试验构件(6)内部安装有多个热电偶温度传感器；在试验构件平面上，热电偶温度传感器均匀布置，且关于横、纵隔板对称；在试验构件厚度方向，热电偶温度传感器按一定梯度布置。
3.根据权利要求1所述的钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置，其特征在于，数据采集器分别与各位移计和热电偶温度传感器连接，记录位移-时间曲线和温度-时间曲线。
4.根据权利要求1所述的钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置，其特征在于，所述试验构件(6)由内部钢板、钢壳和混凝土组成，所述内部钢板由横、纵隔板和短钢板，所述短钢板分为横、纵向短钢板；所述横、纵隔板相互垂直，且其两端与钢壳连接；所述横、纵向短钢板仅一端与钢壳连接，另一端悬空在试验构件内部。
5.根据权利要求4所述的钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置，其特征在于，所述纵向短钢板是T型钢板；所述横向短钢板上等距分布有焊钉。
6.根据权利要求4所述的钢壳混凝土组合结构构件热力耦合加载试验装置，其特征在于，所述横、纵隔板将试验构件(6)内部分为等大的大区间，所述短钢板均匀的分布在大区间内。
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| CN115598050A (zh) * | 2022-11-04 | 2023-01-13 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司（Cn） | 一种用于拉索内部钢丝腐蚀监测的传感器 |
| CN115615835A (zh) * | 2022-09-14 | 2023-01-17 | 南京交通职业技术学院 | 混凝土构件承载力校验装置 |
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