隧道顶板耐火性能测试装置及测试方法与流程

本发明涉及隧道顶板耐火性能测试装置及测试方法。

背景技术：

随着经济的快速发展和社会的不断进步，以地铁和地下交通枢纽为代表的交通隧道日益增多，钢筋混凝建筑结构有因其常温强度高、自重轻、制造简便、施工速度快、塑韧性好等特点，在我国公路隧道建筑中被广泛采用。但是隧道工程的快速发展也裹挟着火灾事故的频发，钢筋混凝建筑结构通常不耐火，当混凝土中的钢筋承受温度达到250℃时强度下降很快，受热达到350℃时强度降低约50％，500℃时强度下降80％以上。因而在火灾高温作用下，钢筋混凝结构建筑物倒塌危险剧增。为此国内外学者投入大量精力进行隧道耐火性能研究。

因为隧道的背火面是山体，无法将测温热电偶从背火面插入混凝土内部钢筋网处，因此隧道竣工后耐火性能测试难以进行。目前研究隧道结构耐火性能最行之有效方法是局部足尺火灾试验，当前常用的是将构件侧立单面受火，这种方法简单方便但更适合侧墙受火，对顶板适用性不足。因此，为研究隧道顶板耐火特性，为之后降低防火投资，亦为灾后救援提供可能，旨在发明一种顶板耐火性能测试装置，使其更能符合隧道顶板受火情形受热均匀、节省燃料、操作方便。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了隧道顶板耐火性能测试装置及测试方法，解决了上述背景技术中对隧道顶板耐火性能测试适用性不足等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了隧道顶板耐火性能测试装置，包括一上开口的火灾炉、若干支座、用于模拟隧道顶板的构件和密封结构；所述火灾炉、构件和密封装置包围形成一密封的炉膛；

所述支座竖立于所述炉膛内部，与所述火灾炉的炉壁具有相同高度；

所述构件架置于所述支座上；

所述密封结构包括4交错放置的炉盖和用于密封所述炉盖与火灾炉之间的空隙的至少一耐火砖。

在本发明一较佳实施例中，所述隧道顶板耐火性能测试装置还包括防火棉包绕于由黏土砖砌筑的所述支座的外壁面。

在本发明一较佳实施例中，所述支座的顶部和/或内部还铺设有钢筋。

在本发明一较佳实施例中，所述支座数量为4，居中阵列布置于炉膛内部。

在本发明一较佳实施例中，所述构件基于原型隧道结构制作而成，其底面为矩形，具有四个平整的侧面，构件厚度方向的尺寸构造与原型隧道相同。

本发明还提供了隧道顶板耐火性能测试装置的测试方法，包括以下步骤：

1)制作构件：所述构件，基于原型隧道结构制作而成，其底面为矩形，具有四个平整的侧面，厚度方向的尺寸构造与原型隧道相同；

2)制作支座：明确支座位置，根据所述构件计算出满足受力和受火需求的支座截面尺寸，由黏土砖砌筑，砌筑所述支座至倒数第二层砖时，在拌合砂浆中埋设钢筋，继续铺设黏土砖，在所述支座顶部放置钢筋，用防火棉包裹所述支座及支座顶部的钢筋；

3)架设构件并密封：将所述构件架设至所述支座上方，用4块炉盖分别架设在所述火灾炉的炉壁顶部，所述炉盖的边缘与所述构件相互顶抵，用耐火砖密封所述炉盖与火灾炉的炉壁之间的空隙；

4)利用火灾炉控制系统发出指令开始试验，进行数据采集。

在本发明一较佳实施例中，步骤3)还包括：内部密封性检查：架设最后一块炉盖前，进行炉膛内部防火及密封性能检查。

在本发明一较佳实施例中，步骤3)还包括：外部密封性检查：检查装置整体密闭性，用防火棉填塞缝隙。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.炉膛结构、支座设计合理，最后封炉阶段封堵的洞口很小，封炉之前可派人进入炉内，从内部检查试验装置的密闭性，可做到较好的密闭效果，保证试样有效受热面积的前提下大大降低了实验过程中的燃料用量，节约能源，降低了实验成本；

2.采用底部单面受热方式，减少了燃烧过程中炉膛横截面的蜗流区，保证炉膛横向温度更加均匀稳定；

3.试验装置制作简单，装卸构件操作方便，减轻了实验人员的劳动强度；

4.火灾炉内的温度变化由计算机控制，数据采集和现象观察都表现为板的特征，数据采集由计算机自动完成，试验精度和效率较高。

附图说明

图1绘示了本发明隧道顶板耐火性能测试装置的剖面图；

图2绘示了本发明隧道顶板耐火性能测试装置的支座分布阵列图；

图3绘示了本发明隧道顶板耐火性能测试装置的密封结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例与附图具体说明本发明的内容：

请参看图1-3，隧道顶板耐火性能测试装置，包括一上开口的火灾炉1、若干支座3、用于模拟隧道顶板的构件5和密封结构；所述火灾炉1、构件5和密封装置包围形成一密封的炉膛12；

所述支座3竖立于所述炉膛12内部，与所述火灾炉1的炉壁14具有相同高度；

所述构件5架置于所述支座3上；

所述密封结构包括4交错放置的炉盖72和用于密封所述炉盖72与火灾炉1之间的空隙的至少一耐火砖74。

在本实施例中，所述支座3数量为4，居中阵列布置于炉膛12内部。所述支座3的顶部和/或内部还铺设有钢筋32，所述隧道顶板耐火性能测试装置还包括防火棉76包绕于由黏土砖砌筑的所述支座3的外壁面。

为尽可能模拟原型隧道结构，本实施例所述构件5基于原型隧道结构制作而成，其底面为矩形，具有四个平整的侧面，构件5厚度方向的尺寸构造与原型隧道相同，平整的侧面有利于与所述炉盖72相互顶抵，减少彼此间的缝隙。

利用本实施例装置的隧道顶板耐火性能测试方法包括以下步骤：

1)制作构件5：所述构件5，基于原型隧道结构制作而成，其截面的长宽均小于火灾炉1平面，其底面为矩形，具有四个平整的侧面，厚度方向的尺寸构造与原型隧道相同；

2)制作支座3：明确支座3位置，支座3的作用是将构件5支起，所以其承载力必须大于构件5重力。若支座3的截面尺寸设计得过小，则难以同时满足稳定承载构件5的要求；若支座3的截面尺寸设计得过大，又会减少构件5的受火面积，不利于温度在构件5内传递。所以，制作支座3时需通过承载力计算出每个支座3的平面尺寸，再根据计算所得的尺寸决定每层的用转数目和砖块摆放形式，从而设计出同时满足受力和受火两个要求的尺寸。

支座3由黏土砖砌筑，为使构件5的重力能够充分传递给支座3，在砌筑所述支座3至倒数第二层砖时，在拌合砂浆中埋设φ8的3×3钢筋网。继续铺设黏土砖，为使构件5底部均能受火，在支座3顶部均匀平行放置5根φ12短钢筋32。砌筑完成后支座3与炉壁14高度相同，四个支座3的上表面应处于同一水平面，表面平整。

因支座3整体设置于火灾炉1中，需全面受火，为减少高温对支座3的破坏，所以其外周需采取保护措施，即用防火棉76包裹所述支座3及支座3顶部的钢筋32。

3)架设构件5并密封：将所述构件5架设至所述支座3上方，先将两块炉盖72架设在所述火灾炉1的炉壁14上，紧紧顶抵所述构件5的左右两侧；在炉壁14上方留下和炉盖72厚度相同的空隙，用耐火砖74在此处砌墙至与炉盖72上表面持平，封堵该空隙；再架设另一对炉盖72顶抵构件5另外两侧，第三个炉盖72吊装到位后，派人从对面的洞口进入炉内进行内部密封性检查，检查内部的防火棉76敷设情况，对可能发生漏火处及时封堵。接着进行外部密封性检查，用防火棉76填塞剩余缝隙，最后在确保内部密闭性可以达到要求后，利用最后一块炉盖72将整个装置密封。

4)利用火灾炉1控制系统发出指令开始试验，进行数据采集。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。