模拟钢结构在火灾中破坏的试验装置的制作方法

本实用新型涉及防护工程技术领域，尤其涉及一种模拟钢结构在火灾中破坏的试验装置。

背景技术：

钢结构具有质量轻，施工速度快，用料少及造价低等优点，这些显著优点使得钢材广泛应用于土木工程领域。但钢材的耐火性能较差，属于不耐火材料。在国内外火灾案例中，未做防火措施的钢结构温度达到540℃时，钢结构耐火极限为2.5h，当温度达到600℃时，钢结构基本丧失其强度，从而导致建筑损伤甚至倒塌。因此，研究火灾条件下钢结构构件失稳是十分必要的。

目前国内针对研究火灾情况下钢结构的力学性能试验成果显著，但绝大多数为材料性能研究或火灾后钢结构力学性能研究，而针对火灾发生时钢结构力学性能的研究较少。

本技术领域的技术人员致力于解决上述技术缺陷。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的技术目的在于解决在实验室条件下，研究火灾对钢结构构件力学性能的损伤。

为实现上述技术目的，本实用新型提供了一种模拟钢结构在火灾中破坏的试验装置，包括外部防护箱体、机械加载系统、加热系统和保护系统；

所述机械加载系统至少包括压力传感器、钢立柱、反力钢梁、耐高温千斤顶、阻热耐压垫块、耐高温钢垫块、耐高温混凝土支座和电机，所述反力钢梁从所述外部防护箱体的两侧预留孔洞内横穿并与所述钢立柱固定连接，所述压力传感器和所述钢立柱均位于所述外部防护箱体的外侧；

所述加热系统至少包括隔热外壳、超高温数显温度计探头、加热器和显示控制仪表；

所述保护系统为电路集成箱，所述电路集成箱至少包括自动熔断器。

优选的，所述反力钢梁采用耐火钢且表面喷涂防火涂料。

优选的，所述耐高温千斤顶采用电动螺旋式千斤顶。

优选的，所述隔热外壳采用双层夹石棉耐火玻璃。

本实用新型的有益效果：

本实用新型由于上述结构设计，外部防护箱体和隔热外壳均采用双层夹石棉耐火玻璃，双重保障试验的顺利进行及试验人员的人身安全；

机械加载系统可通过电机输出保证耐高温千斤顶的顶力不随试验过程中钢结构试件的变形而变化；

加热系统可以通过调节合金电炉丝的电阻得到试验所需温度，同时隔热外壳可以隔绝高温，减少热量损失，从而使钢结构试件迅速加热而耐高温千斤顶和反力钢梁处于安全可控状态；

保护系统可以提高试验的安全性，保障试验人员的人身安全和试验仪器的可靠性，适用于实验室环境下，模拟火灾对钢结构力学性能的影响。

附图说明

图1为本实用新型正视的结构示意图；

图2为本实用新型俯视的结构示意图。

图中：1外部防护箱体、2压力传感器、3钢立柱、4反力钢梁、5耐高温千斤顶、6阻热耐压垫块、7耐高温钢垫块、8钢结构试件、9耐高温混凝土支座、10电机、11隔热外壳、12超高温数显温度计探头、13加热器、14显示控制仪表、15自动熔断器。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

实施例：

如图1-图2所示，一种模拟钢结构在火灾中破坏的试验装置，包括外部防护箱体1、机械加载系统、加热系统和保护系统；

机械加载系统至少包括压力传感器2、钢立柱3、反力钢梁4、耐高温千斤顶5、阻热耐压垫块6、耐高温钢垫块7、耐高温混凝土支座9和电机10，反力钢梁4从外部防护箱体1的两侧预留孔洞内横穿并与钢立柱3通过高强螺栓相连，压力传感器2和钢立柱3均位于外部防护箱体1的外侧；

加热系统至少包括隔热外壳11、超高温数显温度计探头12、加热器13和显示控制仪表14，加热器13采用可控温式合金电炉丝加热空气，通过调节电阻的方式控制试验温度，试验最大允许温度为800℃；显示控制仪表14可以调节加热器13的电阻，从而精确控制加热器13温度；

保护系统为电路集成箱，电路集成箱至少包括自动熔断器15，自动熔断器15可以防止装置中出现电路短路或高温破坏。自动熔断器15包括温度传感器和位移传感器，当温度传感器检测到钢结构试件8温度超过试验允许温度或温度上升过快时，保护系统直接断开加热器13电源；当位移传感器检测到耐高温千斤顶5位移过大或位移速度增加值过快时，保护系统断开耐高温千斤顶5电源及加热器13电源。

具体的，反力钢梁4采用耐火钢且表面喷涂防火涂料。

具体的，耐高温千斤顶5采用电动螺旋式千斤顶。

具体的，耐高温混凝土支座9用耐高温混凝土浇筑，放钢结构试件8区域应局部使用高强耐高温混凝土浇筑。

具体的，隔热外壳11采用双层夹石棉耐火玻璃，隔热外壳11上部开洞口与耐高温钢垫块7面积一致，然后将隔热外壳11分为两半，便于试验时组装。

试验实施步骤如下：

步骤1、试验开始后，按照试验方案制作相应钢结构试件8并将构件打磨光滑，从而排除油漆和锈蚀对试验的影响；

步骤2、机械加载系统安装完毕后，将钢结构试件8放入固定位置，顶部上方分别放置耐高温钢垫块7，阻热耐压垫块6，将耐高温千斤顶5调整对准钢结构试件8顶部中心位置，从而保证钢结构试件8处于轴心受压状态；当耐高温千斤顶5对准完毕后，合并隔热外壳11同时保证隔热外壳11无缝隙；然后接通电源打开电机10，使耐高温千斤顶5对钢结构试件8施加试验所需的轴力；

步骤3、打开加热系统，加热器13迅速加热钢结构试件8，超高温数显温度计探头12时刻监测钢结构试件8不同位置的温度；试验过程中，试验人员应时刻观察钢结构试件8的形态变化，同时应当实时记录耐高温千斤顶5的顶力、位移及实验装置各部位的温度变化情况；

步骤4、通过保护系统设定耐高温千斤顶5的轴力上限值和位移值，当位移值或轴力值超过安全设定标准后，系统应在显示控制仪表14中报警并自动关闭电机10和加热器13的电源；保护系统还应在不同钢结构试件8设置温度传感器，当某一钢结构试件8温度超过预警值，系统应在显示控制仪表14中报警并自动关闭加热器13的电源；

试验过程中控制系统还可以采集钢结构试件8的试验数据，如温度值、耐高温千斤顶5位移值、耐高温千斤顶5对钢结构试件8施加的轴力值等，从而方便后期数据处理，最后通过分析试验数据得出模拟火灾情况下钢结构试件8力学性能的变化规律，从而为实际工程提供指导。

综上所述，本实用新型发明可以研究模拟火灾对钢结构试件力学性能的影响。保护系统通过控制位移和温度两方面因素，大大增强了试验的安全性，同时保护了试验人员的人身安全。外部防护箱体和加热系统中11.隔热外壳双重保障了热源与试验人员的隔离，同时隔热外壳为可拼接装置，方便试验操作，适用于实验室环境下模拟火灾对钢结构力学性能的影响。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。