一种水平建筑构件耐火试验加载方法及加载装置与流程

本发明涉及建筑构件耐火试验技术，具体涉及一种水平建筑构件耐火试验加载方法及加载装置。

背景技术：

耐火试验是通过模拟真实火灾的方式来检测建筑构件耐火性能的一种试验方法，通过进行耐火极限试验，可正确地评判被测试件的耐火性能，从而为建筑设计和验收提供指导性的数据，从而提高建筑物的火灾安全性。

对于楼板，屋顶，梁等承重的水平建筑构件，不仅在建筑结构中起到水平分隔的作用，更加重要的是承受了结构竖向荷载的作用，因此对于水平承重分隔构件耐火性能的判定准则中，规定对试件施加恒定的试验荷载后进行耐火试验，并对其承载能力，耐火完整性以及耐火隔热性进行测量判定。并规定如果试件的“承载能力”已不符合要求，则自动认为试件的“隔热性”和“完整性”不符合要求。由此可见，对于承重水平建筑构件来说，其在耐火试验中的承载能力最为重要。因此，如何准确的施加设计荷载，并保证在试验过程中恒定不变对于试件承重能力的判定尤为重要。

根据构件耐火极限测试的国家标准规定，试验加载装置可采用液压、机械或重物。目前，在国内外绝大多数实验室，大多都采用重物加载的方式，也就是在试件背火面人工堆积额定重量的预制混凝土块或金属块实现设计均布荷载。而且由于标准规定，加载装置与试件表面的接触点的面积总和不应超过水平试件表面积的10％，因此，一般均采用把大量重物堆高的方式实现。这样的加载方式不仅试验装置原始，重物堆高安装起来费工费时而且垮塌风险极大，当试件在测试过程中产生较大变形时，堆积的重物很容易跟随试件的变形发生位置移动，有可能造成局部的集中荷载；若构件发生垮塌，堆积重物更会直接掉入试验炉内，造成试验仪器的破坏。因此，需要提供一种安装灵活便捷，与试件接触面积小并且安全有效的机械化加载方法和装置。

另外，有一些实验机构则通过固定于地面的反力架、并利用安装在反力架上部横梁的千斤顶对试件背火面施加荷载。缺点在于，该种加载装置通常为固定结构，只能够对额定大小的构件的固定位置进行加载，对于非标准尺寸的试验样品难以完成模拟均布荷载的要求。而且在水平试验炉上采用大量的反力架以及千斤顶，以及众多的管路线路排布，定会极大的减小了炉膛上方的可操作空间，为试验样品的吊装以及炉上作业带来诸多不便。因此，设计一套可移动的，并能适合全尺寸水平承重建筑构件耐火性能试验使用而且荷载恒定的加载方法和装置，对于不同试件的耐火性能的评估十分重要。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种水平建筑构件耐火试验加载方法。该水平建筑构件耐火试验加载方法可以实现在耐火试验过程中对不同尺寸的水平建筑构件持续施加恒定的荷载，从而对水平建筑构件的承载能力进行有效评价。同时，本发明还提供了一种实现上述水平建筑构件耐火试验加载方法的加载装置。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本水平建筑构件耐火试验加载方法，包括以下步骤：

1)安装支撑结构：在试验炉长度方向两端设置承压立柱，承压管架的长度方向两端与承压立柱连接，而承压管架的宽度方向两端与试验炉连接；

2)加载载荷装置的安装：将试验样品安装至水平耐火试验炉上，通过吊机将液压加载系统承压横梁吊到试验炉上方，且将承压横梁的两端分别固定在位于试验炉长度方向两端的承压立柱上端；多个钢结构架通过第一滑块安装于承压横梁，而每个钢结构架通过第二滑块连接有多个独立控制的液压缸；

3)施加载荷：通过第一滑块和第二滑块调整好各个液压缸的位置，各液压缸通过液压管路与液压站连通；此时，控制器设定目标油压值，并开启液压站进行加压；

4)耐火试验：待所有使用的液压缸的活塞杆都顺利伸出，活塞杆的下端顶紧试验样品，且荷载量达到恒定后，试验炉启动按标准温升曲线进行升温，以对试验样品进行加热试验样品在升温过程中，液压站的油压值数据通过转换器输送至数据处理装置，以进行分析和记录；

5)停止试验：试验炉停止加热，液压缸的活塞杆全部收缩复位，关闭液压管路，且松开液压缸与液压路管之间连接的快速接头；最后通过吊机将加载载荷装置，并移除测试样品。

优选的，在步骤3)中，控制器设定目标油压值的偏差值小于或等于2.5％。

优选的，在步骤4)中，试验炉启动前，液压站加压的时间大于或等于15min。

优选的，在步骤4)中，液压站的油压值数据每间隔30s～60s内传输一次给数据处理装置。

一种实现上述的水平建筑构件耐火试验加载方法的加载装置，包括固定于试验炉长度方向两端的承压立柱、承压管架、承压横梁、多个钢结构架、液压站、控制器和数据处理装置，所述承压横梁安装于承压立柱的上端，所述承压管架的长度方向两端与承压立柱的中部连接，所述承压管架的宽度方向两端与试验炉连接；多个钢结构架的上端均通过第一滑块安装于承压横梁，每个钢结构架的下端设有多个第二滑块，且每个第二滑块安装有独立控制的液压缸；所述液压缸通过液压管路与液压站连接，所述液压站与控制器连接，所述数据处理装置通过转换器与控制器连接。

优选的，所述液压缸的活塞杆下端设有万向支脚，此万向支脚通过轴承与活塞杆连接，且万向支脚的支脚板与轴承之间垫加有耐高温垫。

优选的，所述钢结构架与承压横梁互相垂直；所述钢结构架的两端通过支杆支承于承压管架宽度方向的两端。

优选的，所述液压管路包括主供油管路、主回油管路、与钢结构架数量相等的支供油管路和与钢结构架数量相等的支回油管路，各条支供油管路安装于相应的钢结构架的一侧，各条支回油管路安装于相应的钢结构架的另一侧；所有的支供油管路均通过主供油管路与液压站的出口连接，所有的支回油管路均通过主回油管路与液压站的入口连接；位于每条钢结构架下方的多个液压缸的入口分别通过相应的球阀开关与相应的支供油管路连接；位于每条钢结构架下方的多个液压缸的出口分别通过相应的球阀开关与相应的支回油管路连接。

优选的，所述第一滑块包括上滑板、下滑板和多根连接螺杆，所述上滑板和下滑板分别位于承压横梁的上面和下面，且所述上滑板和下滑板之间通过连接螺杆连接，所述钢结构架的上面通过焊接与下滑板连接。

优选的，所述第二滑块包括滑块体和多个锁紧螺栓，所述滑块体上端设有倒T形槽，所述滑块体通过T形槽与钢结构架的下端滑动连接；所述液压缸通过插销安装于滑块体的下端；当液压缸定位好后，所述滑块体通过锁紧螺栓与钢结构架锁紧连接。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、本发明摒除了龙门架式的固定方式，采用在试验炉外围增加承压立柱和承压管架构成支撑结构，并将承压管架、承压横梁、多条钢结构架和多个液压缸构成的加载载荷装置安装于支撑结构，这使加载装置与试验炉分离，并配合使用液压快速接头与液压站连接，实现了大型液压加载系统的可移动性，安装简单快速而且节省人力，并能大大节省炉体上方空间，为测试样品吊装以及炉上作业提供便利。

2、本发明中的各个液压缸可通过相应的第一滑块和第二滑块进行纵向和横向的移动，每个液压缸都能独立加载的可能性，对于不同尺寸的测试样品可随时增减加载点数量，满足对测试样品进行模拟均布载荷或集中荷载的要求。

3、本发明使用的液压控制系统通过调节目标油压值可轻易控制单个液压缸的加载量，通过换算得到的荷载值精度高，配合液压加载随动的特性，保证在试验期间承压管架、承压横梁、多条钢结构架、多个液压缸和液压站等构成加载系统能跟随测试样品变形速度迅速响应，保持荷载的恒定。同时，更可通过接口转换器将油压数值转换成数字信号对加载量进行实时记录并保存分析,保证了试验结果的精确性。

附图说明

图1是本发明的水平建筑构件耐火试验加载方法的结构示意图。

图2是图1中A-A方向的剖视图。

图3是图1中B-B方向的剖视图。

图4是本发明的液压缸与第二滑块的连接结构示意图。

图5是本发明的液压管路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种水平建筑构件耐火试验加载方法，包括以下步骤：

1)安装支撑结构：在试验炉长度方向两端设置承压立柱，承压管架的长度方向两端与承压立柱连接，而承压管架的宽度方向两端与试验炉连接；

2)加载载荷装置的安装：将试验样品安装至水平耐火试验炉上，通过吊机将液压加载系统承压横梁吊到试验炉上方，且将承压横梁的两端分别固定在位于试验炉长度方向两端的承压立柱上端；多个钢结构架通过第一滑块安装于承压横梁，而每个钢结构架通过第二滑块连接有多个独立控制的液压缸；

3)施加载荷：通过第一滑块和第二滑块调整好各个液压缸的位置，各液压缸通过液压管路与液压站连通；此时，控制器设定目标油压值，并开启液压站进行加压；

4)耐火试验：待所有使用的液压缸的活塞杆都顺利伸出，活塞杆的下端顶紧试验样品，且荷载量达到恒定后，试验炉启动按标准温升曲线进行升温，以对试验样品进行加热试验样品在升温过程中，液压站的油压值数据通过转换器输送至数据处理装置，以进行分析和记录；

5)停止试验：试验炉停止加热，液压缸的活塞杆全部收缩复位，关闭液压管路，且松开液压缸与液压路管之间连接的快速接头；最后通过吊机将加载载荷装置，并移除测试样品。

在步骤3)中，控制器设定目标油压值的偏差值小于或等于2.5％。其中目标油压值得确定可通过设计荷载值进行计算所得，计算公式如下：

其中，F为设计荷载值，D为油缸内径，在液压控制器里输入计算得到的油压目标值P。

在步骤4)中，试验炉启动前，液压站加压的时间大于或等于15min。

在步骤4)中，液压站的油压值数据每间隔30s～60s内传输一次给数据处理装置。

当测试样品为一个4800mm长×3200mm宽×200mm厚的楼板结构，按设计要求需在耐火试验过程中，对试件背火面施加2.0kN/m²均布设计荷载，该样品在跨度为4500mm时的极限弯曲变形量为253mm。

根据压力公式F＝S×P计算，此次加载总加载量等于：

4.8m×3.2m×2.0kN/m²＝30.72kN；

本实施例中，采用钢结构架5数量为6组，液压缸6个数共24个，液压缸缸径为30mm，有效行程为400mm。加压万向支脚7的支脚板尺寸为150mm。

根据计算，使用的液压缸单个施加的压力F＝30.72kN/24＝1.28kN。

根据公式计算，：

目标油压值

试验前液压控制器输入目标油压值为1.812Mpa，油压偏差值设置为0.045Mpa。

如图1～图5所示，一种实现上述的水平建筑构件耐火试验加载方法的加载装置，包括固定于试验炉1长度方向两端的承压立柱2、承压管架3、承压横梁4、多个钢结构架5、液压站6、控制器7和数据处理装置8，所述承压横梁4安装于承压立柱2的上端，所述承压管架3的长度方向两端与承压立柱2的中部连接，所述承压管架3的宽度方向两端与试验炉1连接；多个钢结构架5的上端均通过第一滑块9安装于承压横梁4，每个钢结构架5的下端设有多个第二滑块10，且每个第二滑块10安装有独立控制的液压缸11；所述液压缸11通过液压管路12与液压站6连接，所述液压站6与控制器7连接，所述数据处理装置8通过转换器13与控制器7连接。

在实际工作中，所述承压横梁4和承压立柱2均采用H型钢制成。承压立柱2底端通过地脚螺栓固定在试验炉1长度方向两端的混凝土基座上，混凝土基座预埋有钢筋。为保证承压横梁4安装的稳定性，承压横梁4的H型钢两侧的两翼板之间沿承压横梁4全长焊接有封口加固钢板14。承压横梁4的两端与承压支柱2的顶部均预留四个螺丝孔，安装固定时使用螺栓连接固定。而承压管架3采用环形方管制成，承压管架3长度方向两端的外侧与承压立柱2固定连接。为了进一步保证承压管架3的稳定性，而承压管架3宽度方向两端的底部与试验炉1的四周焊接，以保证承压管架3的稳定性，从而保证提高承压立柱2的支承强度，提高工作的可靠性。

所述钢结构架5与承压横梁4互相垂直。其中，本实施例里钢结构架5的数量为6个，且均呈条状，也采用H型钢制成。此6个钢结构架5均通第一滑块9安装于承压横梁4的下面，6个钢结构架5互相平行设置。为保证钢结构架5的稳定性，钢结构架5的两端通过支杆29分别支承于承压管架3宽度方向的两端。其中支杆29的上端通过螺丝与钢结构架固定连接，而支杆29的下端与承压管架3滑动连接。每个钢结构架5通过第二滑块10连接有4个液压缸11。因6个钢结构架5均通第一滑块9安装于承压横梁4的下面，而4个液压缸11通过第二滑块10安装于钢结构架5。则液压缸11可通过第一滑块9进行纵向移动(即沿承压横梁4的轴线方向移动)，同时，液压缸11还可通过第二滑块10进行横向移动(即沿钢结构架5的轴线方向移动)，同时每个液压缸11为单独控制，从而对于不同尺寸的测试样件可随时增减加载点数量，满足对试件进行模拟均布载荷或集中荷载的要求。而本实施例中的数据处理装置8为计算机。

所述液压缸11的活塞杆下端设有万向支脚15，此万向支脚15通过轴承与活塞杆连接，且万向支脚15的支脚板与轴承之间垫加有耐高温垫。此结构保证液压缸移动的顺畅性，而耐高温垫也液压缸11起到保护的作用。

所述液压管路12包括主供油管路16、主回油管路17、与钢结构架5数量相等的支供油管路18和与钢结构架5数量相等的支回油管路19，各条支供油管路18安装于相应的钢结构架5的一侧，各条支回油管路19安装于相应的钢结构架5的另一侧；所有的支供油管路18均通过主供油管路16与液压站6的出口连接，所有的支回油管路19均通过主回油管路17与液压站6的入口连接；位于每条钢结构架5下方的多个液压缸11的入口分别通过相应的球阀开关20与相应的支供油管路18连接；位于每条钢结构架5下方的多个液压缸11的出口分别通过相应的球阀开关20与相应的支回油管路19连接。具体的，为保证足够的压力，主供油路管16采用两条，每三条支供油路管18为一组与其中一条主供油路管16连接。支供油路管18通过相应的液压软管21与主供油路管16连接，以保证两者之间连接紧密性。为保证连接的紧密性，支回油路管19也通过相应的液压软管21与主回油路管17连接。

如图3所示，所述第一滑块9包括上滑板22、下滑板23和多根连接螺杆24，所述上滑板22和下滑板23分别位于承压横梁4的上面和下面，且所述上滑板22和下滑板23之间通过连接螺杆24连接，所述钢结构架5的上面通过焊接与下滑板23连接。此结构简单、安装方便。

如图4所示，所述第二滑块10包括滑块体25和多个锁紧螺栓26，所述滑块体25上端设有倒T形槽27，所述滑块体25通过T形槽27与钢结构架5的下端滑动连接；所述液压缸11通过插销28安装于滑块体25的下端；当液压缸11定位好后，所述滑块体25通过锁紧螺栓26与钢结构架5锁紧连接。此结构简单、安装方便。在具体使用中，液压缸11沿钢结构架5的轴线滑动，以根据试验样品调整适当的位置，当位置确定好后，即定位好后，拧紧锁紧螺栓26，以防止液压缸11工作时，即对试验样品加载时产生滑动。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。