专利名称:无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统，包括试验炉装置（1）、加载物（2）和数据采集控制装置（3），数据采集控制装置包括工业控制计算机（31）、热电偶传感器（32）、位移传感器（33）、高温应变片传感器（34）、无线收发回路、火焰控制回路和数据控制显示回路，无线收发回路包括信号放大电路及单片机模块（35）、无线发送模块（36）和无线接收模块（37），热电偶传感器、位移传感器和高温应变片传感器分别通过信号放大电路及单片机模块与无线发送模块连接，无线接收模块与工业控制计算机连接。本系统便于钢筋混凝土试验板中温度、位移及应变数据的采集，减小有线方式在布线、数据传输方面存在的困难。
【专利说明】无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钢筋混凝土板抗火试验系统，具体是一种无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统，属于建筑结构分析及测量控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的高速发展，人们生活水平和质量得以较大的提高，近年来国内高层建筑大量涌现，建筑物一旦失火，对人们的生命和财产造成巨大损失。
[0003]建筑构件的耐火等级主要是根据标准的耐火试验测得的，即在规定的升温条件、压力条件、加载条件、受火条件等要求下，检测墙、柱、梁、楼板等构件能否满足稳定性、完整性、绝热性等要求，研宄现有结构的抗火性能以及如何通过合理设计来提高建筑结构、构件的抗火能力是当前建筑火灾领域研宄的重要课题。
[0004]钢筋混凝土楼板作为建筑结构中的重要水平构件之一，不仅承受结构的竖向荷载，还起着水平分隔的作用，当建筑发生火灾时，其受火面积较大，受火相对较为严重，所以研宄结构中钢筋混凝土楼板在火灾中的抗火性能，进行合理的抗火设计，具有重要的意义。
[0005]研宄混凝土板的火灾行为与抗火性能时，随着数据采集系统的采集点越来越多、所涉及到的测量信号和信号源的类型越来越多、对测量的要求也越来越高，由于试验过程中温度较高，对线材的要求较高，现在的采用有线数据测量和采集的系统若采用远距离操作，势必加大试验成本，且存在布线复杂、功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂，对测试环境要求较高等问题。
【发明内容】
[0006]针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种无线多路热电偶钢筋混凝土板抗火试验系统，能够便于混凝土板中混凝土截面温度和钢筋温度、位移及应变数据的采集，大大减小有线方式在布线、数据传输等方面存在的问题。
[0007]为了实现上述目的，本无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统包括试验炉装置、加载物和数据采集控制装置；
[0008]所述的试验炉装置包括炉体、炉底板、供油管道、一体式燃烧器和排烟通道；炉体采用耐火材料保护，包括拼装炉墙和连接件，拼装炉墙之间通过连接件连接，炉体上设置有燃烧器安装孔，炉体顶面和钢筋混凝土试验板之间设置钢球和钢滚轴，用耐火材料填充钢球和钢滚轴之间的空隙；炉底板固定连接在炉体底部，上面设有排烟口 ；供油管道环绕地设置在炉体外部，供油管道与燃油供给机构及燃油箱连通；一体式燃烧器的喷口面向炉体内部设置，并穿过炉体上的燃烧器安装孔安装在供油管道上且与供油管道连通，一体式燃烧器与供油管道的连接处安装连接有电子伺服阀及点火器；排烟通道与炉底板的排烟口连通；
[0009]所述的加载物设置为多件，均匀放置在钢筋混凝土试验板上；
[0010]所述的数据采集控制装置包括工业控制计算机、热电偶传感器、位移传感器、高温应变片传感器、无线收发回路、火焰控制回路和数据控制显示回路等；热电偶传感器设置为多件，分别设置在炉体内壁上和钢筋混凝土试验板内，沿炉体内壁、沿钢筋混凝土试验板板厚方向及钢筋表面设置；位移传感器设置为多件，均布设置在钢筋混凝土试验板板面上；高温应变片传感器设置为多件，均布设置在钢筋混凝土试验板板面上及钢筋表面；无线收发回路包括信号放大电路及单片机模块、无线发送模块和无线接收模块等，热电偶传感器、位移传感器和高温应变片传感器分别与信号放大电路及单片机模块电连接，信号放大电路及单片机模块与无线发送模块电连接，无线接收模块与工业控制计算机电连接；工业控制计算机与一体式燃烧器上的电子伺服阀及点火器电连接。
[0011]作为进一步改进方案，所述的试验炉装置还包括水循环管道，水循环管道包裹于排烟通道外部、并通过电子伺服阀与水泵连接；所述的数据采集控制装置还包括炉温控制回路，工业控制计算机与水循环管道上的电子伺服阀电连接。
[0012]作为本实用新型的进一步改进方案，所述的热电偶传感器采用K型热电偶。
[0013]作为本实用新型的进一步改进方案，所述的高温应变片传感器采用耐火温度在950 0C的超高温封装焊接应变片。
[0014]作为进一步改进方案，所述的钢球和钢滚轴直径尺寸设置为80?100 mm,钢球之间的间距取钢筋混凝土试验板板厚的3?5倍。
[0015]作为进一步改进方案，所述的耐火材料采用耐火纤维棉。
[0016]作为进一步改进方案，所述的炉体上设置观火孔。
[0017]与现有技术相比，本无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统由于采用无线控制方式，因此克服了传统有线控制钢筋混凝土板抗火试验系统的布线复杂、功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂等缺点，维护方便、应用灵活、可靠性高，且成本较低；炉内温度采用热电偶测量，可对炉内温度进行实时监控，并能随时进行调节，使得炉内温度能很好的符合IS0834国际标准升温曲线或其他设定的升温曲线；另外设有位移采集回路和应变采集回路，可以同时测量板平面内、外位移和钢筋应变等参数。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的纵向剖视图；
[0019]图2是图1的A-A剖视图；
[0020]图3是数据采集控制装置连接示意图；
[0021]图4是试验板断面内温度测点的布置示意图。
[0022]图中:1、试验炉装置，11、炉体，12、炉底板，13、供油管道，14、一体式燃烧器，15、排烟通道，16、钢球，17、钢滚轴，18、水循环管道，2、加载物，3、数据采集控制装置，31、工业控制计算机，32、热电偶传感器，33、位移传感器，34、高温应变片传感器，35、信号放大电路及单片机模块，36、无线发送模块，37、无线接收模块，4、钢筋混凝土试验板，5、耐火材料，6、燃油供给机构及燃油箱，7、水泵。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0024]如图1、图2、图3所示，本无线多路热电偶钢筋混凝土板抗火试验系统包括试验炉装置1、加载物2和数据采集控制装置3。
[0025]所述的试验炉装置I包括炉体11、炉底板12、供油管道13、一体式燃烧器14和排烟通道15 ;
[0026]炉体11采用耐火材料保护，包括拼装炉墙和连接件，拼装炉墙之间通过连接件连接，炉体11上设置有燃烧器安装孔，炉体11顶面和钢筋混凝土试验板4之间设置钢球16和钢滚轴17，如图1所示，钢球16和钢滚轴17用于支撑钢筋混凝土试验板4，用合适的柔性耐火材料5填充钢球16和钢滚轴17之间的空隙；
[0027]炉底板12固定连接在炉体11底部，上面设有排烟口 ；
[0028]供油管道13环绕地设置在炉体11外部，供油管道13与燃油供给机构及燃油箱6连通；
[0029]一体式燃烧器14的喷口面向炉体11内部设置，并穿过炉体11上的燃烧器安装孔安装在供油管道13上且与供油管道13连通，一体式燃烧器14与供油管道13的连接处安装连接有电子伺服阀及点火器；
[0030]排烟通道15与炉底板12的排烟口连通。
[0031]所述的加载物2设置为多件，均匀放置在钢筋混凝土试验板4上。
[0032]所述的数据采集控制装置3包括工业控制计算机31、热电偶传感器32、位移传感器33、高温应变片传感器34、无线收发回路、火焰控制回路和数据控制显示回路等；
[0033]热电偶传感器32设置为多件，分别设置在炉体11内壁上和钢筋混凝土试验板4内，沿炉体11内壁、沿钢筋混凝土试验板4板厚方向及钢筋表面设置；
[0034]位移传感器33设置为多件，均布设置在钢筋混凝土试验板4板面上；
[0035]高温应变片传感器34设置为多件，均布设置在钢筋混凝土试验板4板面上及钢筋表面；
[0036]无线收发回路包括信号放大电路及单片机模块35、无线发送模块36和无线接收模块37等，热电偶传感器32、位移传感器33和高温应变片传感器34分别与信号放大电路及单片机模块35电连接，信号放大电路及单片机模块35与无线发送模块36电连接，无线接收模块36与工业控制计算机31电连接；
[0037]工业控制计算机31与一体式燃烧器上的电子伺服阀及点火器电连接。
[0038]热电偶是利用热电效应进行温度测量，即两种不同成份的导体如热电偶丝材或热电极两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中会产生电动势，即热电势；位移计由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成，当铁芯处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为零，当铁芯在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小，并与位移量成线性关系；应变片是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，使用时将其牢固地固定在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。
[0039]本无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统在使用前，首先根据钢筋混凝土试验板4的尺寸建造合适的炉体11并安装炉底板12、供油管道13、一体式燃烧器14和排烟通道15等其他部件，在炉体11顶部和试验板之间安放钢球16和钢滚轴17，用合适的耐火材料5填充钢球16和钢滚轴17之间的空隙；
[0040]接着沿试验板4板厚方向每隔一段距离以及钢筋表面设置多个热电偶传感器32、在钢筋混凝土试验板4板面上均布设置多个位移传感器33、在钢筋混凝土试验板4板面上及钢筋表面均布设置多个高温应变片传感器34，再将多个热电偶传感器32之间、多个位移传感器33之间和多个高温应变片传感器34之间分别用导线连接，然后分别与信号放大电路及单片机模块35相连，然后将信号放大电路及单片机模块35连接到无线发送模块36，最后将无线接收模块37通过RS232接口与工业控制计算机31相连、工业控制计算机31通过导线与一体式燃烧器14上的电子伺服阀及点火器连接，在钢筋混凝土试验板4上放置与结构设计使用荷载等效的加载物2如配重块等后，即可利用计算机控制点火进行试验。
[0041]试验过程中，热电偶传感器32采集多路温度数据、位移传感器33采集多路位移数据、高温应变片传感器34采集多路位移数据，分别经信号放大电路、冷端补偿、滤波、同步采样保持等处理后，输入单片机A / D接口进行转换，转换后的温度数据、位移数据和应变数据分别由与单片机连接的无线发送模块36发射到无线接收模块36，工业控制计算机31通过RS232接口接收发来的数据并传送到显示回路予以显示。
[0042]一般情况下，炉温的控制可以通过火焰控制回路进行控制，即工业控制计算机31通过RS232接口接收发来的炉温数据发出指令控制一体式燃烧器14上的电子伺服阀的开合大小来控制供油量的大小，但是炉体11内部温度的降低仅通过减小供油量控制，其降低速度很缓慢，因此为了进一步快速有效控制炉温，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的试验炉装置I还包括水循环管道18，水循环管道18包裹于排烟通道15外部、并通过电子伺服阀与水泵7连接；所述的数据采集控制装置3还包括炉温控制回路，工业控制计算机31与水循环管道18上的电子伺服阀电连接，通过控制水循环管道18上的电子伺服阀的开合大小控制循环水的流速，当炉温高时，循环水的流速加快，当炉温低时，关闭循环水，进而实现快速有效控制炉温。
[0043]由于K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，因此，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的热电偶传感器32采用K型热电偶。
[0044]由于试验过程中炉温较高，因此为了保证有效地测量应变，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的高温应变片传感器34采用耐火温度在950°C的超高温封装焊接应变片。
[0045]根据GB/T 50152-2012《混凝土结构试验方法标准》和GB/T 9978.1-2008《建筑构件耐火试验方法》，为保证单位长度上的载荷及足够的支撑力度，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的钢球16和钢滚轴17直径尺寸设置为80?100 mm，钢球16之间的间距取钢筋混凝土试验板4板厚的3?5倍。
[0046]为了保证钢球16和钢滚轴17之间的空隙填充密实，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的耐火材料5采用耐火纤维棉。
[0047]为了便于观察炉体I内火焰的燃烧情况以及试件受火等情况，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的炉体11上设置观火孔。
[0048]实施例:设计钢筋混凝土试验板4的长X宽尺寸为3600 mm X 2600 mm,板厚为100mm。对该受面内约束作用的钢筋混凝土板进行抗火试验。
[0049]炉体11由90 mm钢板(外)和200 mm耐火纤维棉(内)构成，总厚度为300 mm,最终确定炉体的长X宽尺寸为3000 mm X 2000 mm，在炉体每边的炉墙上均匀布置两个一体式燃烧器14，炉体11顶部和钢筋混凝土试验板4之间设置直径均为90 mm的钢球16和钢滚轴17作为支撑，钢球间距在长边方向取400 mm,短边方向取300 mm，用耐火纤维棉填充钢球16和钢滚轴17之间的空隙；在钢筋混凝土试验板4内布置K型热电偶和超高温封装焊接应变片，沿板厚方向每隔20cm以及钢筋表面设置一个K型热电偶，位移计和钢筋应变片布置在相应测点；在试验板4板面上均匀布置20kg的荷载物，模拟均布活荷载2KN/ Hf ;排烟通道15和水循环管道18均处在有效的工作范围内，便于及时排烟及降温。
[0050]数据采集控制装置连接示意图如图3所示。
[0051]试验板断面内温度测点的布置示意图如图4所示。
[0052]电路连接后，调试相关试验仪器，通过工业控制计算机控制点火，开始试验，即可采集相关试验数据。
[0053]本无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统可实时采集试验中板内混凝土和钢筋温度、板的平面内、外位移和钢筋高温应变等参数，由于采用无线控制方式，因此克服了传统有线控制钢筋混凝土板抗火试验系统的布线复杂、功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂等缺点，维护方便、应用灵活、可靠性高，且成本较低，能够对钢筋混凝土试验板进行多路温度数据的无线采集，大大减小有线方式在布线、数据传输等方面存在的问题；炉内温度采用热电偶测量，可对炉内温度进行实时监控，并能随时进行调节，使得炉内温度能很好的符合IS0834国际标准升温曲线或其他设定的升温曲线。
【权利要求】
1.一种无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统，包括试验炉装置(1)、加载物(2)和数据采集控制装置(3);试验炉装置(I)包括炉体(11)、炉底板(12)、供油管道(13)、一体式燃烧器(14)和排烟通道(15);炉体(11)采用耐火材料保护，包括拼装炉墙和连接件，拼装炉墙之间通过连接件连接，炉体(11)上设置有燃烧器安装孔，炉体(11)顶面和钢筋混凝土试验板(4 )之间设置钢球(16 )和钢滚轴(17 )，用耐火材料(5 )填充钢球(16 )和钢滚轴(17 )之间的空隙；炉底板(12)固定连接在炉体(11)底部，上面设有排烟口 ；供油管道(13)环绕地设置在炉体(11)外部，供油管道(13)与燃油供给机构及燃油箱(6)连通；一体式燃烧器(14)的喷口面向炉体(11)内部设置，并穿过炉体(11)上的燃烧器安装孔安装在供油管道(13)上且与供油管道(13)连通，一体式燃烧器(14)与供油管道(13)的连接处安装连接有电子伺服阀及点火器；排烟通道(15)与炉底板(12)的排烟口连通；加载物(2)设置为多件，均匀放置在钢筋混凝土试验板(4)上；数据采集控制装置(3)包括工业控制计算机(31)、火焰控制回路和数据控制显示回路，工业控制计算机(31)与一体式燃烧器上的电子伺服阀及点火器电连接，其特征在于， 所述的数据采集控制装置(3)还包括热电偶传感器(32)、位移传感器(33)、高温应变片传感器(34)和无线收发回路；热电偶传感器(32)设置为多件，分别设置在炉体(11)内壁上和钢筋混凝土试验板(4)内，沿炉体(11)内壁、沿钢筋混凝土试验板(4)板厚方向及钢筋表面设置；位移传感器(33)设置为多件，均布设置在钢筋混凝土试验板(4)板面上；高温应变片传感器(34)设置为多件，均布设置在钢筋混凝土试验板(4)板面上及钢筋表面；无线收发回路包括信号放大电路及单片机模块(35)、无线发送模块(36)和无线接收模块(37)，热电偶传感器(32)、位移传感器(33)和高温应变片传感器(34)分别与信号放大电路及单片机模块(35)电连接，信号放大电路及单片机模块(35)与无线发送模块(36)电连接，无线接收模块(36)与工业控制计算机(31)电连接。2.根据权利要求1所述的无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统，其特征在于，所述的试验炉装置(I)还包括水循环管道(18)，水循环管道(18)包裹于排烟通道(15)外部、并通过电子伺服阀与水泵(7)连接；所述的数据采集控制装置(3)还包括炉温控制回路，工业控制计算机(31)与水循环管道(18 )上的电子伺服阀电连接。3.根据权利要求1或2所述的无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统，其特征在于，所述的热电偶传感器(32)采用K型热电偶。4.根据权利要求1或2所述的无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统，其特征在于，所述的高温应变片传感器(34)采用耐火温度在950°C的超高温封装焊接应变片。5.根据权利要求1或2所述的无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统，其特征在于，所述的钢球(16)和钢滚轴(17)直径尺寸设置为80?100 mm,钢球(16)之间的间距取钢筋混凝土试验板(4)板厚的3?5倍。6.根据权利要求1或2所述的无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统，其特征在于，所述的耐火材料(5)采用耐火纤维棉。7.根据权利要求1或2所述的无线控制钢筋混凝土板抗火试验系统，其特征在于，所述的炉体(11)上设置观火孔。
【文档编号】G01N25-00GK204269577SQ201420637809
【发明者】王勇, 袁广林, 李军, 安晓莉, 李志奇, 王立磊, 舒前进, 李庆涛, 师丽霞 [申请人]中国矿业大学