一种用于钢索结构受火损伤的试验装置及使用方法

摘要

本申请公开一种用于钢索结构受火损伤与冷却处理的试验装置，包括高温煅烧炉，冷却装置、加载装置，高温煅烧炉包括高温煅烧炉内壁、高温煅烧炉外壁，高温煅烧炉为两个半圆环形结构，高温煅烧炉的两个半圆环结构下端可闭合或者远离，所述加载装置为微机控制电子压力试验机，加载装置两端均固定一个夹紧装置，用于夹紧固定试件的两端，高温煅烧炉、冷却装置可沿着加载装置左右移动，冷却装置设置有若干个喷水口，喷水口连接控温式冷却水箱，使用明火加热及喷水冷却，更真实地模拟钢索结构在使用过程中突遇大火时的状况。

说明书

技术领域

本发明用于钢索结构安全检测领域，用于钢索结构在受火损伤后，采用不同温度明火加热及水温冷却处理的试验装置及其使用方法。

背景技术

随着我国基建事业的发展，钢索结构在工程中的应用越来越广泛，但水火无情，钢索在使用过程中难免遭遇火灾等自然灾害，在其受火冷却后屈服强度、极限强度等力学性能指标都会发生明显变化。特别是高温处理后采用不同温度水对钢索结构冷却，其损伤情况将有所不同；即使采用相同温度水冷却，钢索结构的屈服强度、极限强度等力学性能指标也会受到不同加热温度的影响。钢索结构的屈服强度、极限强度等力学性能指标对于结构的安全性至关重要，因此检测钢索结构高温冷却后力学指标具有重大意义。本装置用于模拟现实火灾中钢索的损伤状况，能够对试验构件均匀加热，并在加热后迅速对钢索结构构件进行冷却处理。而现有的方法是加热与冷却单独进行，且加热处理与冷却间隔时间较长，不能用于真实的火灾损伤环境，因此，设计一种加热后即时冷却的装置具有重大意义。

有鉴于此，为了实现更真实的还原现实火灾后喷水冷却的处理方式，对试验构件加热后迅速对试验构件进行降温处理，提出一种用于钢索结构受火损伤与冷却处理的试验装置及使用方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可以对钢索结构在规定火温处理后，再经控制水温冷却的试验装置。

本发明所采用的技术方案如下：一种用于钢索结构受火损伤与冷却处理的试验装置，包括高温煅烧炉1，冷却装置2、加载装置13、控制系统，所述高温煅烧炉1包括高温煅烧炉内壁5、高温煅烧炉外壁6，高温煅烧炉1为两个半圆环形结构，高温煅烧炉1的两个半圆环形上端通过铰接轴31铰接，高温煅烧炉1的两个半圆环结构下端可闭合或者远离，高温煅烧炉1的半圆环结构的外壁6分别铰接一个电动拉杆7的一端，电动拉杆7的另一端分别铰接在滑移支架一8上，滑移支架一8上端固定铰接轴31，电动拉杆7的伸、缩用于高温煅烧炉1的两半圆环结构下端的闭合、远离，若干个喷火口3嵌入固定在高温煅烧炉内壁5上，喷火口3沿着高温煅烧炉1的圆周方向成排布置，通过操作面板23控制那一排喷火口3工作，或者控制一排中的哪几个喷火口工作，喷火口3内侧端部朝向高温煅烧炉1的两个半圆环形结构下端闭合时的中心布置，喷火口3外侧端部连接有气源，并且连接气源的管路上设置有电磁阀；

所述加载装置13为微机控制电子压力试验机，加载装置13两端均固定一个夹紧装置12，用于夹紧固定试件21的两端；

所述的滑移装置一32包括滑移支架一8，滑移支架一8沿着左右方向移动，滑移装置二33与滑移支架一8结构相同；

所述冷却装置2包括喷水口16、流水槽17、导流管道19，所述的导流管道19为两个，固定在均沿着左右方向水平设置，分别位于试件21上方的前、后侧，导流管道19固定在滑移装置二33的滑移架二上端，所述的导流管道19上连接并固定有多个沿着前后方向布置的喷水口16，导流管道19连接水源；

所述的微机控制电子压力试验机、电动拉杆7、夹紧装置12、电磁阀通过线路与控制系统连接。

优选地，所述的滑移支架一8呈倒置的U形，电动拉杆7的另一端分别铰接在滑移支架一8临近的U形的竖直边上，滑移支架一8的U形两平行边端部均固定电动转动轮一20，电动转动轮一20沿着滑移导轨14左右方向移动，滑移装置二33的电动转动轮二沿着滑移导轨14左右方向移动，电动转动轮一20、电动转动轮二通过线路与控制系统连接。

优选地，所述夹紧装置12包括底座4、压爪9、液压臂10、托板11、弹簧22，加载装置13的一个端部分别固定一个底座4，底座4上部与左右侧分别设置的滑动柱沿着上下方向滑动连接，滑动柱上端分别固定一个压爪9，两个压爪9相对设置，托板11的左、右端分别固定一个滑柱下端，托板11与底座之间设置有弹簧22，底座4上部固定液压臂10，液压臂10外伸端固定向下伸出压在托板11上，液压臂10的控制阀通过线路与控制系统连接。

优选地，导流管道19左端封闭，一个导流管道19右端连接并固定一个水泵29，水泵29的进水口连通控温水箱25，水泵29通过线路与控制系统连接。

优选地，控温式冷却水箱15包括储水箱24、控温水箱25、闸阀26、连通管道27、电子温度控制器28，储水箱24上端设置有注水口30，所述的储水箱24下端固定控温水箱25，储水箱24通过连通管道27连通，通管道27上设置有闸阀26，所述的控温水箱25内固定电子温度控制器28，控温式冷却水箱15固定在滑移装置二33的滑移支架二上端，电子温度控制器28、闸阀26通过线路与控制系统连接。

优选地，所述的滑移装置二33的滑移支架二前、后侧U形边分别固定一个防护壳18，用于防止喷水口16喷出的水喷溅，操作面板23固定在防护壳18上，操作面板23固定在防护壳18远离喷水口16的一侧。

优选地，所述高温煅烧炉内壁5涂有防火隔热涂料，高温煅烧炉内壁5与高温煅烧炉外壁6之间设置有夹层空间，夹层空间内填充防火隔热材料，用于降低试件加热时高温煅烧炉1在试验时内部产生的高温辐射对炉体的高温损伤。

优选地，所述的气源为天然气。

优选地，加载装置13上端固定集水槽17，用于收集冷却水。

一种用于钢索结构受火损伤与冷却处理的试验装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：控制系统控制电动转动轮二转动，滑移装置二33的电动转动轮二沿着滑移导轨14移动到滑移导轨14的右端；

步骤二：控制系统控制电动拉杆7缩回，两个电动拉杆7向内缩回则高温煅烧炉1的两个半圆环结构下端远离，控制系统控制电动转动轮一20转动，滑移装置二33的电动转动轮二沿着滑移导轨14移动到滑移导轨14的左端；

步骤三：将试件21两端放置在左、右侧的夹紧装置12的底座4上，通过液压臂10向下对托板11施加向下的推力，两个滑柱分别带动压爪9向下发生位移，将试件21固定在左、右侧夹紧装置12的底座4上，实现将试件21两端固定在加载装置13上；

步骤四：控制系统控制电动转动轮一20转动，滑移装置二33的电动转动轮二沿着滑移导轨14移动到滑移导轨14的中间；

步骤五：控制系统控制两个电动拉杆7向外伸出，高温煅烧炉1的两个半圆环结构下端闭合，试件21位于高温煅烧炉内壁5的中心轴线位置；

步骤六：通过注水口30将冷却水加入上层储水箱24中，打开闸阀26，储水箱24中的冷却水通过连通管道27进入下层的控温水箱25，电子温度控制器28根据操作面板23中录入的冷却水温度加热调整水的温度，待试件21冷却时使用，控制系统控制加载装置13对试件21记载设定的轴向荷载；

步骤七：控制系统控制其中一个或几个喷火口3处于通气燃烧状态，对试件21进行局部或整体加热，并一直加热到试验所需温度以及试验所需时间；

步骤八：控制系统控制喷火口3处于断气熄火状态，控制系统控制电动拉杆7收缩，高温煅烧炉1的两个半圆环结构下端相互远离，控制电动转动轮一20转动,滑移支架一8移动到滑移导轨14左端；

步骤九：控制滑移装置二33的电动转动轮二沿着滑移导轨14向左移动，导流管道19位于试件21的上方后，到达指定位置，电动转动轮二停止转动；

步骤十：控制系统控制水泵29开始工作，控温式水箱15中的冷却水在一定压力作用下，沿导流管道19送至喷水口16，并将冷却水经喷水口16喷出，喷淋在试件21表面，对试件21进行冷却处理，直至试件冷却；

步骤十一：控制系统控制左、右侧夹紧装置12的液压臂10向上拉动托板11，两个滑柱分别带动压爪9向上移动，取下试件21，完成一个试件21的受火损伤过程模拟试验。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.使用明火加热，能够更真实的模拟钢索结构在使用过程中突遇大火时的状况；

2.通过对喷火口的错位排列，可以实现对试件均匀加热，防止试件受火时因受热不均匀，同时可以通过控制喷火口的工作数量实现试件局部加热和整体加热的自由切换；

3.可以通过控制不同火温、不同冷却水温模拟真实情况；

4.火损后实现快速冷却处理，减少在空气中冷却对钢索结构的影响。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是高温煅烧装置总体结构示意图；

图2是高温煅烧炉内部结构示意图；

图3是底座正视图；

图4是底座俯视图；

图5是夹持装置示意图；

图6是夹持装置的压爪示意图；

图7是控温冷却装置总装示意图；

图8是控温冷却装置侧视图；

图9是控温式冷却水箱剖面示意图；

图10是冷却装置内部冷却水喷洒装置示意图；

图11是滑移装置示意图；

图12是用于钢索结构受火损伤的试验装置总装图。

附图标记说明：1、高温煅烧炉；2、冷却装置；3、喷火口；4、底座；5、高温煅烧炉内壁；6、高温煅烧炉外壁；7、电动拉杆；8、滑移支架一；9、压爪；10、液压臂；11、托板；12、夹紧装置；13、加载装置；14、滑移导轨；15、控温式冷却水箱；16、喷水口；17、集水槽；18、防护壳；19、导流管道；20、电动转动轮一；21、试件；22、弹簧；23、操作面板；24、储水箱；25、控温水箱；26闸阀；27、连通管道；28、电子温度控制器；29、水泵；30、注水口；31、铰接轴；32、滑移装置一；33、滑移装置二。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和可行性更加清楚详细，下面结合附图及实施例，对本发明进行详细说明。应当理解，以下所述具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1～图11，一种用于钢索结构受火损伤与冷却处理的试验装置，包括高温煅烧炉1，冷却装置2、加载装置13、滑移导轨14、防护壳18、操作面板23、滑移装置一32、滑移装置二33、控制系统，所述操作面板23固定在防护壳18上，以附图3的上下、左右方向定义本申请的上下、左右方向，以便描述本申请，所述夹紧装置12包括底座4、压爪9、液压臂10、托板11、弹簧22，加载装置13的左、右端分别固定一个夹紧装置12，底座4下端分别固定在加载装置13的一个端部，底座4上部与左右侧分别设置的滑动柱沿着上下方向滑动连接，滑动柱上端分别固定一个压爪9，两个压爪9相对设置，托板11的左、右端分别固定一个滑柱下端，托板11与底座之间设置有弹簧22，底座4上部固定液压臂10，液压臂10外伸端固定向下伸出压在托板11上，使用时，在操作面板23上设置试验所需试验参数，如：加热温度、时间，冷却水温度，轴向荷载，轴向荷载通过加载装置13施加到试件21上，将试件21两端放置在左、右侧的夹紧装置12的底座4上，通过液压臂10向下对托板11施加向下的推力，两个滑柱分别带动压爪9向下发生位移，将试件21固定在左、右侧夹紧装置12的底座4上，实现将试件21两端固定在加载装置13上。

所述加载装置13为微机控制电子压力试验机(WAW1000C)，可以在水平方向对试件施加1000KN的拉力。集水槽17固定于加载装置13上部，用于收集冷却水。

所述的滑移装置一32包括滑移支架一8、电动转动轮一20，所述的加载装置13的前、后侧分别设置一根滑移导轨14，滑移导轨14沿着左右方向水平设置，且与试件21平行设置，滑移支架一8呈倒置的U形，滑移支架一8的U形两平行边端部均固定电动转动轮一20，电动转动轮一20沿着滑移导轨14左右方向移动。所述的滑移装置一32与滑移装置二33结构相同。滑移装置二33的电动转动轮二沿着滑移导轨14左右方向移动。

所述高温煅烧炉1包括喷火口3、高温煅烧炉内壁5、高温煅烧炉外壁6，所述高温煅烧炉内壁5涂有防火隔热涂料，高温煅烧炉内壁5与高温煅烧炉外壁6之间设置有夹层空间，夹层空间内填充防火隔热材料，用于降低试件加热时高温煅烧炉1在试验时内部产生的高温辐射对炉体的高温损伤。高温煅烧炉1为两个半圆环形结构，高温煅烧炉1为两个半圆环形上端通过铰接轴31铰接，高温煅烧炉1的两个半圆环结构下端可闭合或者远离，高温煅烧炉1的半圆环结构的外壁6分别铰接一个电动拉杆7的一端，电动拉杆7的另一端分别铰接在滑移支架一8临近的U形的竖直边上，两个电动拉杆7向外伸出则高温煅烧炉1的两个半圆环结构下端闭合，两个电动拉杆7向内缩回则高温煅烧炉1的两个半圆环结构下端远离，所述喷火口3为若干个，喷火口3嵌入高温煅烧炉1内，喷火口3在高温煅烧炉内壁5上固定，且喷火口3沿着高温煅烧炉1的圆周方向成排布置，通过操作面板23控制那一排喷火口3工作，或者控制一排中的哪几个喷火口工作，喷火口3朝向高温煅烧炉1的两个半圆环形结构下端闭合时的中心布置，便于均匀加热，喷火口3连接有气源，并且连接气源的管路上设置有电磁阀，所用气源优选的采用天然气，其热流量可达4.2千瓦时，加热温度可达1200摄氏度，当前期加载设备就位后，根据操作面板23中输入的加热参数，控制其中一个或几个喷火口3处于工作或关闭状态，对试件21进行局部或全部加热，并一直加热到试验所需温度以及试验所需时间。

所述控温式冷却水箱15包括储水箱24、控温水箱25、闸阀26、连通管道27、电子温度控制器28。储水箱24上端设置有注水口30，所述的储水箱24下端固定控温水箱25，储水箱24通过连通管道27连通，通管道27上设置有闸阀26，所述的控温水箱25内固定电子温度控制器28，试验人员试验前通过注水口30将冷却水加入上层储水箱24中，打开闸阀26，储水箱24中的冷却水通过连通管道27进入下层的控温水箱25，电子温度控制器28根据操作面板23中录入的冷却水温度加热调整水的温度，待试件21加热后冷却时使用。

所述冷却装置2包括喷水口16、流水槽17、防护壳18、导流管道19、水泵29，所述的导流管道19为两个，固定在均沿着左右方向水平设置，分别位于试件21上方的前、后侧，导流管道19固定在滑移装置二33的滑移架二上端。所述的导流管道19上连接并固定有多个沿着前后方向布置的喷水口16，导流管道19左端封闭，一个导流管道19右端连接并固定一个水泵29，水泵29的进水口连通控温水箱25。水泵29出水口与导流管道19右端连通。

所述的微机控制电子压力试验机、电磁阀、电动拉杆7、液压臂10、电动转动轮一20、电子温度控制器28、水泵29、闸阀26通过线路与控制系统连接，控制系统通过线路连接操作面板23。

试件21在高温煅烧炉1中加热达到设定时间后，电动拉杆7收缩，高温煅烧炉1的两个半圆环结构下端相互远离，下部打开，打开至能够通过夹紧装置12后，滑移支架一8移动到滑移导轨14左端，滑移装置二33的电动转动轮二沿着滑移导轨14向左移动，导流管道19位于试件21的上方后，到达指定位置，电动转动轮二停止转动，此时试件21位于冷却位置，即喷水口16集中喷水处。水泵29开始工作，控温式水箱15中调配好的冷却水在一定压力作用下，沿导流管道19送至喷水口16，并将冷却水经喷水口16喷出，喷淋在试件21表面，对试件21进行冷却处理，直至试件冷却，达到试验目的，喷淋时产生的废水经集水槽17收集后，由排水口排出，控制系统控制左、右侧夹紧装置12的液压臂10向上拉动托板11，两个滑柱分别带动压爪9向上移动，取下试件21，完成一个试件21的受火损伤过程模拟试验。