一种拉伸试验件、拉伸试验装置及拉伸试验方法与流程

本发明涉及一种模拟火灾高温环境对钢筋拉伸试验影响中的拉伸试验件、拉伸试验装置及试验方法。

背景技术：

随着社会的飞速发展，城市人口日益密集，高层建筑数量激增，燃气、电器的使用也日趋广泛，建筑火灾发生的可能性逐渐增大，控制火灾蔓延的难度也越来越大，建筑结构的火灾问题日益突出。

火灾产生高温环境，高温环境下混凝土内部孔隙中的蒸汽压易引发高温爆裂，使钢筋混凝土结构的保护层脱落，使钢筋直接暴露于火灾高温中而快速软化屈服，从而增加结构坍塌的风险。即使不发生高温爆裂，在火灾高温的持续作用下，混凝土构件内的钢筋也会因温度的逐渐升高，而引起力学性能的下降。

传统的钢筋高温拉伸试验方法，是先采用加热设备对待试验的钢筋进行加热，然后通过高温钳将加热后的钢筋放置到拉伸试验机上进行拉伸加载，以试验高温对钢筋性能的影响，拉伸试验机包括可相对和相背移动的加载头，试验时钢筋的两端分别与对应的加载头相连。传统的这种试验方式存在以下问题：1、待试验的钢筋整体长度较长，容易出现各部位受热不均，这将会影响试验结果；2、钢筋在经高温钳夹持到拉伸试验机的过程中，钢筋的温度会发生变化，导致钢筋达不到目标温度，影响对钢筋的实验效果；3、对钢筋进行拉伸试验，为了获得更充分的试验数据，往往需要对多根钢筋进行拉伸试验，现有技术中对各钢筋进行分别加热，一方面效率较低，另外一方面也会造成资源的浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种拉伸试验件，以解决现有技术中钢筋长度较长，加热时容易受热不均而导致拉伸试验结果不准确的问题；本发明的目的还在于提供一种使用该拉伸试验件的拉伸试验装置及拉伸试验方法。

为解决上述技术问题，本发明中拉伸试验件的技术方案如下：

一种拉伸试验件，包括试验件本体，试验件本体外围设置有间隔布置的用于与上炉壁、下炉壁上的试件穿孔相对应的隔热层，隔热层之间的试验件本体形成用于被加热装置加热的升温段，隔热层相背侧的试验件本体的两端形成用于与拉伸试验装置的加载头连接的连接段。

隔热层为与试验件本体浇筑成整体结构的混凝土隔热层。

试验件本体由整根钢筋制成，或者所述试验件本体由中部的钢纤维试件及固定于钢纤维试件两端的连接钢筋构成，隔热层固定于钢纤维试件与连接钢筋连接处的外围。

本发明中拉伸试验装置的技术方案为：

拉伸试验装置，包括加热装置、拉伸试验机和拉伸试验件，拉伸试验机包括可相对移动和相背移动的加载头，拉伸试验件包括试验件本体，所述加热装置包括加热炉，加热炉的上炉壁和下炉壁上设置有试件穿孔，试验件本体外围设置有间隔布置的用于与上炉壁、下炉壁上的试件穿孔相对应的隔热层，隔热层之间的试验件本体形成用于被加热装置加热的升温段，隔热层相背侧的试验件本体的两端形成用于与拉伸试验装置的加载头连接的连接段，各隔热层分别处于对应的试件穿孔中，试验件本体两端的连接段分别处于加热炉的上下两侧。

隔热层为与试验件本体浇筑成整体结构的混凝土隔热层。

试验件本体由整根钢筋制成，或者所述试验件本体由中部的钢纤维试件及固定于钢纤维试件两端的连接钢筋构成，隔热层固定于钢纤维试件与连接钢筋连接处的外围。

拉伸试验件有至少两个，各拉伸试验件沿前后方向间隔布置，加热炉上设置有与拉伸试验件对应布置的固定装置，固定装置包括能够对拉伸试验件进行夹持和松开的夹持部，加热装置还包括加热炉支架，加热炉相对加热炉支架可前后移动。

加热炉的底部设置有实现加热炉相对加热炉支架前后移动的行走轮。

固定装置设置于加热炉的底部以对拉伸试验件下侧的隔热层进行夹持固定。

拉伸试验装置还包括大变形引申计，大变形引申计包括上下并列布置的可相对移动和相背移动的上测量臂和下测量臂，上测量臂、下测量臂分别与加热炉上下两侧的隔热层相连。

本发明中钢筋拉伸试验方法的技术方案为：

钢筋拉伸试验方法，该方法包括以下步骤，第一步，将至少两个拉伸试验件分别穿装于加热炉上对应的试件穿孔中，拉伸试验件两端的连接段分别位于加热炉的上下两侧，拉伸试验件的隔热层分别与上下位置的试件穿孔位置对应，固定装置的夹持部对相应拉伸试验件进行夹持临时固定；第二步，通过加热炉对各拉伸试验件的升温段进行加热；第三步，拉伸试验装置的加载头对其中一个拉伸试验件的连接段相连，将大变形引申计的上测量臂、下测量臂与上下两侧的隔热层相连，松开该拉伸试验件对应的固定装置，通过拉伸试验装置对该拉伸试验件进行拉伸加载，通过大变形引申计测量拉伸试验件的加载变形量l，通过公式l-f*l/k获得升温段的变形量，上述公式中f表示拉伸试验机的加载头对拉伸试验件的加载力，k表示常温下钢筋的弹性系数，l=试验件本体的总长减去未拉伸之前升温段的长度；第四步，松开加载头与拉伸试验件的连接，前后移动加热炉，将其它的拉伸试验件的连接段移动至与加载头位置对应处，重复第三步，依次完成对各拉伸试验件的拉伸试验。

本发明的有益效果为：本发明中，升温段两侧的试验件本体外围均固定有隔热层，通过加热装置对拉伸试验件进行加热时，只有升温段的试验件本体被加热，升温段两侧的试验件本体并不被加热，基本保持常温状态，因此实际真正被加热的升温段的长度被缩短，温度基本可以保持均匀一致，通过公式l-f*l/k获得升温段的变形量，l表示大变形引申计测量拉伸试验件的加载变形量，f表示拉伸试验装置对拉伸试验件的加载力，l表示试验件本体的总长与升温段长度的差即常温段试验件本体的长度，k表示常温下钢筋的弹性系数，可以准确获得升温段的变形量，从而获得温度对钢筋抗拉的影响。

附图说明

图1是本发明中拉伸试验装置的一个实施例的结构示意图；

图2是图1中加热装置与拉伸试验装置的配合示意图；

图3是图1中固定装置与隔热层的配合示意图。

具体实施方式

拉伸试验装置的实施例如图1~3所示：包括加热装置、拉伸试验机、拉伸试验件17和大变形引申计7。拉伸试验机为常规的钢筋拉伸试验机，其包括底座14，底座上设置有四个立柱2，立柱2上导向移动装配有可上下移动的横梁1，横梁和1底座上分别设置有用于与钢筋连接的加载头，本实施例中将横梁上的加载头称为上加载头3，底座上的加载头称为下加载头13，其中下加载头被加载机构驱动，本实施例中的加载机构为竖向布置的加载缸，上加载头、下加载头属于现有技术，在此对其结构不再详述。

加热装置包括加热炉支架12和内设有电阻加热丝的加热炉5，加热炉的底部设置有与加热炉支架沿前后方向导向移动配合的行走轮10，加热炉支架上设置有沿前后方向布置的刻度线21。加热炉包括上炉壁16、下炉壁20和设置于上炉壁16、下炉壁20之间的四周炉壁18，加热炉整体呈长度沿前后方向延伸的长方体盒状结构。加热炉的上炉壁和下炉壁上设置有上下对应布置的试件穿孔24，本实施例中试件穿孔24有六个，各试件穿孔沿前后方向间隔布置。加热炉的底部设置有分别与各下侧的试件穿孔相对应的固定装置19，固定装置用于对拉伸试验件17进行临时固定，其包括能够对拉伸试验件进行夹持和松开的夹持部，在本实施例中固定装置包括固定于下炉壁底部的与对应试件穿孔同轴线布置的环形固定座22，夹持部由沿径向螺纹连接于环形固定座上的顶紧螺钉23构成。

拉伸试验件包括竖向布置的试验件本体，本实施例中试验件本体有整根钢筋制成，试验件本体的两端为用于与拉伸试验装置的加载头连接的连接段15，两个连接段的相邻侧的试验件本体外围浇筑固定有上下间隔布置的隔热层4，本实施例中，隔热层为与试验件本体浇筑成整体结构的混凝土隔热层，位置靠上的隔热层称为上隔热层4，位置靠下的隔热层称为下隔热层9。上隔热层4、下隔热层9之间的试验件本体部分形成用于被加热装置加热的升温段8。大变形引申计包括上下并列布置的可相对移动和相背移动的上测量臂6和下测量臂11，上测量臂6、下测量臂11分别与加热炉上下两侧的隔热层相连，具体的在隔热层上设置有水平插孔，上测量臂、下测量臂可以直接插接于对应的水平插孔中实现与隔热层相连。

使用时，将六个拉伸试验件分别穿装于对应的试件穿孔中，位置靠上的隔热层与位置靠上的试件穿孔相对应，位置靠下的隔热层与位置靠下的试件穿孔相对应。试验件本体两端的连接段分别位于加热炉的上下两侧，旋拧顶紧螺钉顶住对应钢筋试验件的下侧的隔热层，实现对各拉伸试验件的临时固定。然后通过加热炉对各拉伸试验件的升温段进行加热，各拉伸试验件被同时加热，一方面可以节省能源，另外也可以保证各拉伸试验件试验温度的一致性，在各拉伸试验件被加热的过程中，基本只有升温段受热，升温段上下两侧的试验件本体被隔热层包裹而不被加热，保持常温状态。上加载头下行，下加载头上行实现与其中一个钢筋试验件的两端连接，大变形引申计的上测量臂、下测量臂分别与对应的隔热层相连，松开对应的固定装置，然后加载机构通过下加载头对试验件本体施加拉力，变形引申计测拉伸试验件的整体价值变形量为l，升温段的加载变形量l1=l-f*l/k，上述公式中f表示拉伸试验机的加载头对拉伸试验件的加载力，k表示常温下钢筋的弹性系数，l=试验件本体的总长减去未拉伸之前升温段的长度，可以准确的获得升温段的变形量，完成一个拉伸试验件的拉伸后，前后移动加热炉，可以完成对其它拉伸试验件的拉伸试验，获得多组试验数据，加热炉试验过程中炉腔温度保持一致。在本发明的其它实施例中，当需要对不同的拉伸试验件进行拉伸试验时，试验件本体也可以发生变化，比如说在需要对钢筋纤维进行拉伸试验时，试验件本体可以由中部钢纤维试件及固定于钢纤维试件两端的连接钢筋构成，隔热层固定于钢纤维试件与连接钢筋连接处的外围。在本发明的其它实施例中：隔热层还可以由其它材料制成，比如说隔热棉；试件穿孔的个数可以根据需要进行设置，比如说两个、三个或其它个数。

拉伸试验件的实施例如图1~2所示，拉伸试验件的具体结构与上述各拉伸试验装置实施例中所述的拉伸试验件相同，在此不再详述。

钢筋拉伸试验方法的实施例：该方法包括以下步骤，第一步，将至少两个拉伸试验件分别穿装于加热装置的加热炉上对应的试件穿孔中，拉伸试验件两端的连接段分别位于加热炉的上下两侧，拉伸试验件的隔热层分别与上下位置的试件穿孔位置对应，固定装置的夹持部对相应拉伸试验件进行夹持临时固定；第二步，通过加热炉对各拉伸试验件的升温段进行加热；第三步，拉伸试验机的加载头对其中一个拉伸试验件的连接段相连，松开该拉伸试验件对应的固定装置，将大变形引申计的上测量臂、下测量臂与上下两侧的隔热层相连，通过拉伸试验机对该拉伸试验件进行拉伸加载，通过大变形引申计测量拉伸试验件的加载变形量l，通过公式l-f*l/k获得升温段的变形量，上述公式中f表示拉伸试验机的加载头对拉伸试验件的加载力，k表示常温下钢筋的弹性系数，l=试验件本体的总长减去未拉伸之前升温段的长度；第四步，松开加载头与拉伸试验件的连接，前后移动加热炉，将其它的拉伸试验件的连接段移动至与加载头位置对应处，重复第三步，依次完成对各拉伸试验件的拉伸试验。本方法中的拉伸试验件、加热装置、拉伸试验机与上述各拉伸试验装置实施例中所述的拉伸试验件、加热装置和拉伸试验机相同，在此不再详述。