适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉制造技术

本申请涉及建筑结构防灾减灾技术领域，提供一种适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉，包括基座、下炉体、上炉体、上炉体移动装置、高频激光测距传感器以及控制系统等；下炉体和上炉体均采用分体设计，且下炉体可左右滑动地安装在基座上，上炉体可上下滑动地安装在下炉体外，并与上炉体移动装置连接；高频激光测距传感器与控制系统连接，并将测量到的距离及速度传输给控制系统；控制系统与上炉体移动装置连接，用以根据所述距离及速度控制上炉体移动装置带动上炉体沿下炉体滑动，并与试验三维框架结构的竖向变形同步。本申请可以适应于三维框架结构并允许被测三维框架结构发生大变形，能实现电阻炉与三维框架结构较好的协同变形效果。

Collaborative deformation resistance furnace for fire test of three-dimensional frame structure

The application relates to the technical field of building structure disaster prevention and mitigation, and provides a collaborative deformation resistance furnace suitable for fire test of three-dimensional frame structure, including base, lower furnace body, upper furnace body, upper furnace body moving device, high frequency laser ranging sensor and control system, etc.; the lower furnace body and upper furnace body are designed in separate parts, and the lower furnace body can be slidably installed on the base left and right, and the upper furnace body can be slidably installed on the base The upper furnace body can be slidably installed outside the lower furnace body and connected with the moving device of the upper furnace body; the high frequency laser ranging sensor is connected with the control system and transmits the measured distance and speed to the control system; the control system is connected with the moving device of the upper furnace body to control the moving device of the upper furnace body to drive the upper furnace body to slide along the lower furnace body according to the distance and speed, and is three-dimensional with the test The vertical deformation of the frame structure is synchronous. The application can adapt to the three-dimensional frame structure and allow large deformation of the measured three-dimensional frame structure, and can achieve a better cooperative deformation effect of the resistance furnace and the three-dimensional frame structure.

【技术实现步骤摘要】
适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉
本申请涉及建筑结构防灾减灾
，具体涉及一种适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉。
技术介绍
建筑物在火灾中的倒塌，是火灾的次生灾害之一，火灾给人类的生命财产造成了极大的损失。钢结构不耐火，当温度升高到600℃时，钢材将丧失大部分强度，造成受火构件的破坏，进而引起周边构件的相继失效，甚至结构倒塌，即连续性倒塌。因此，研究如何防止钢结构在火灾中发生连续性倒塌，具有重要的现实意义。目前，国内外对火灾下钢框架结构的连续性倒塌试验研究相对较少，多处于数值模拟状态。出现这种情况的主要原因是试验研究耗费金钱多时间长，其次是缺少一种能适用于三维框架结构火灾试验的电阻炉。目前的电阻炉多只能进行平面框架结构火灾试验或者是不含楼板的三维框架结构火灾试验。而且，现有适用于平面框架结构火灾试验的电阻炉存在以下缺陷：(1)由于其高度是固定的，只能加热单一高度的试件；(2)只能适用于平面框架的火灾试验；(3)保温装置挂在试件上，变形是被动的，有些试验构件可能不方便吊挂保温装置；(4)试件装置大变形后，保温装置下沉，炉体上方出现较大空隙，热气会露出，电炉难以继续升温。
技术实现思路
本申请的目的在于，克服现有技术的不足，拓展火灾下钢结构抗连续性倒塌的研究手段，提供一种适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉，以适应于三维框架结构并允许被测三维框架结构发生大变形，能实现电阻炉与三维框架结构较好的协同变形效果。为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：一种适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉，包括基座、下炉体、上炉体、发热电阻丝、上炉体移动装置、高频激光测距传感器以及控制系统；下炉体包括第一下炉体和第二下炉体，第一下炉体和第二下炉体相对设置，且分别可左右滑动地安装在基座上，两者对合后形成下炉体；上炉体包括第一上炉体和第二上炉体，第一上炉体可上下滑动地套设在第一下炉体外侧，第二上炉体可上下滑动地套设在第二下炉体外侧，第一上炉体和第二上炉体对合后形成上炉体；上炉体与上炉体移动装置连接，并在上炉体移动装置的驱动下沿下炉体上下滑动；下炉体的内侧壁表面及上炉体的内顶壁表面均布设有发热电阻丝；对应于第一上炉体和第二上炉体相对合的位置，在第一上炉体和第二上炉体的顶部中间位置还分别开设有相对的凹槽，用以穿过试验三维框架结构的受火框架柱；高频激光测距传感器设置有若干个，且分别与控制系统连接，用以向试验三维框架结构上部的非受火梁或板的下表面发射激光，以测量试验三维框架结构上部的非受火梁或板的下表面在受火框架柱发生屈曲时的竖向变形下降的距离及速度，并将所述距离及速度传输给控制系统；控制系统与上炉体移动装置连接，用以根据所述距离及速度控制上炉体移动装置带动上炉体沿下炉体滑动，并与试验三维框架结构的竖向变形同步。进一步，若干高频激光测距传感器可以均安装在试验三维框架结构上部的非受火梁或板下表面正下方的电阻炉的上表面，并垂直向试验三维框架结构上部的非受火部分梁或板下表面发射激光，相互之间不会受到影响。在本申请中，高频激光测距传感器的位置可以根据具体情况调整，例如可以安装在试验三维框架结构上部的非受火梁或板下表面的竖向变形最大的位置下方；或者，高频激光测距传感器还可以安装在整个装配式电阻炉外部附近其他位置，如固定于上炉体正上方的试验三维框架结构上部的非受火梁板下表面，或放置于地面或地面的固定物体之上等。进一步，可以在第一上炉体、第二上炉体的外侧各自安装一组上炉体移动装置；两组上炉体移动装置均可左右滑动地安装在基座上，并分别用以控制第一上炉体、第二上炉体上下滑动；在本申请中，下炉体的内侧壁表面及上炉体的顶部内表面均布设有发热电阻丝；与下炉体相接触滑动的上炉体内壁表面不设发热电阻丝，非工作状态下与下炉体相接触的上炉体的顶部内壁表面也不设发热电阻丝。进一步，第一上炉体、第二上炉体、第一下炉体以及第二下炉体内布设的发热电阻丝分别与不同的炉体开关连接，以便于在试验过程中可通过控制不同炉体开关来实现受火框架柱的均匀升温。进一步，在上炉体、下炉体的内表面均设置有保温材料。在本申请中，上炉体与下炉体的接触处均为轻触，为了做到上炉体与下炉体之间为轻触状态，在设计炉体尺寸的时候，可让上炉体的内壁和下炉体的外壁是接触的，且两者接触的表面平整光滑，且上炉体的保温材料可采用具有一定变形能力的柔性材料。上炉体与下炉体之间为轻触可保证上炉体沿下移的过程中不受到阻碍。在本申请中，第一下炉体与第一上炉体构成左侧炉体，第二下炉体与第二上炉体构成右侧炉体；工作状态下，左、右侧炉体可以对合连接在一起。进一步，对应于第一上炉体和第二上炉体相对合的位置，在第一上炉体和第二上炉体的外侧壁上还安装有相对设置的两个插销，用以在左、右侧炉体对合后，通过两个插销相互插合将左、右侧炉体连接在一起。进一步，控制系统还可以将试验三维框架结构上部的非受火梁板下表面竖向变形下降的距离以及速度直接进行输出，此时输出的结果即为试件变形的大小和速度。进一步，上炉体和/或下炉体内还设置有温度传感器，温度传感器与控制系统连接，用于将测量到的上、下炉体内部的温度变化传输至控制系统，并可通过控制系统输出。进一步，控制系统中还设置有与处理器连接的显示设备，用以输出试件变形的大小和速度，以及上、下炉体内部的温度变化。在本申请中，上炉体的竖向移动受到控制系统的控制，不可自由上升或下降。在本申请中，可以调整上炉体与下炉体之间的接触距离大小以调整受火框架柱以适应不同高度的试验构件，但在电阻炉的尺寸确定的情况下，这个可调整的高度是有一个范围的。因为，当受火框架柱屈曲时，上炉体与下炉体之间的接触距离最大，此时柱高为该电阻炉在该试验三维框架受载条件下能适用的最小柱高，比这个高度大的试验构件都可适用该电阻炉，但受火框架柱的受火高度会有一个最大值。在本申请中，还可以通过调整上炉体与下炉体之间的接触距离大小以调整受火框架柱受火的高度，并以此调整受火框架柱的被加热区域，但这个过程只能调整受火框架柱从柱底至一定柱高的受火区域，例如不能实现柱底不受热而柱底以上部分受热。与现有技术相比，本申请的有益效果在于：(1)本申请不但可以适用于平面框架的火灾试验，而且还将整个电炉分成了上下两半，上炉体可相对于下炉体上下移动，以适用并实现适应三维框架大变形的能力。(2)本申请所述装配式电阻炉采用了高频激光测距，并结合高频激光测距的数据，实现上炉体运动的自动控制。(3)本申请所述装配式电阻炉可适应不同高度的试验试件，并且在一定范围内，这个高度可以连续调整。(4)本申请所述装配式电阻炉的上炉体的运动是主动控制的，在试验中，可根据不同的试验需求调整试验框架结构被加热的区域。(5)试件大变形后，上炉体与下炉体之间不会出现空隙，可继续升温或实现较好的保温效果。附图说明图1为本申请实施例提供的适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉的构造示意图。图2为本申请实施例提供的基座和导轨的示意图。图3为本申请实施例提供的下炉体的示意图。图4为本申请实施例提供的非工作状态下单侧炉体的示意图。图5为本申请实施例提供的电炉主动控制系统的逻辑图。图6为本实施例提供的适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉的安装完成状态的示意图。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉，其特征在于：包括基座(2)、下炉体(3)、上炉体(5)、发热电阻丝、上炉体移动装置(6)、高频激光测距传感器(7)以及控制系统；下炉体(3)包括第一下炉体和第二下炉体，第一下炉体和第二下炉体相对设置，且分别可左右滑动地安装在基座(2)上，两者对合后形成下炉体(3)；上炉体(5)包括第一上炉体和第二上炉体，第一上炉体可上下滑动地套设在第一下炉体外侧，第二上炉体可上下滑动地套设在第二下炉体外侧，第一上炉体和第二上炉体对合后形成上炉体(5)；上炉体(5)与上炉体移动装置(6)连接，并在上炉体移动装置(6)的驱动下沿下炉体(3)上下滑动；下炉体(3)的内侧壁表面及上炉体(5)的内顶壁表面均布设有发热电阻丝；对应于第一上炉体和第二上炉体相对合的位置，在第一上炉体和第二上炉体的顶部中间位置还分别开设有相对的凹槽，用以穿过试验三维框架结构(10)的受火框架柱(9)；高频激光测距传感器(7)设置有若干个，且分别与控制系统连接，用以向试验三维框架结构(10)上部的非受火梁或板的下表面发射激光，以测量试验三维框架结构(10)上部的非受火梁或板的下表面在受火框架柱(9)发生屈曲时的竖向变形下降的距离及速度，并将前述距离及速度传输给控制系统；控制系统与上炉体移动装置(6)连接，用以根据所述距离及速度控制上炉体移动装置(6)驱动上炉体(5)沿下炉体(3)滑动，并与试验三维框架结构(10)的竖向变形同步。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉，其特征在于：包括基座(2)、下炉体(3)、上炉体(5)、发热电阻丝、上炉体移动装置(6)、高频激光测距传感器(7)以及控制系统；下炉体(3)包括第一下炉体和第二下炉体，第一下炉体和第二下炉体相对设置，且分别可左右滑动地安装在基座(2)上，两者对合后形成下炉体(3)；上炉体(5)包括第一上炉体和第二上炉体，第一上炉体可上下滑动地套设在第一下炉体外侧，第二上炉体可上下滑动地套设在第二下炉体外侧，第一上炉体和第二上炉体对合后形成上炉体(5)；上炉体(5)与上炉体移动装置(6)连接，并在上炉体移动装置(6)的驱动下沿下炉体(3)上下滑动；下炉体(3)的内侧壁表面及上炉体(5)的内顶壁表面均布设有发热电阻丝；对应于第一上炉体和第二上炉体相对合的位置，在第一上炉体和第二上炉体的顶部中间位置还分别开设有相对的凹槽，用以穿过试验三维框架结构(10)的受火框架柱(9)；高频激光测距传感器(7)设置有若干个，且分别与控制系统连接，用以向试验三维框架结构(10)上部的非受火梁或板的下表面发射激光，以测量试验三维框架结构(10)上部的非受火梁或板的下表面在受火框架柱(9)发生屈曲时的竖向变形下降的距离及速度，并将前述距离及速度传输给控制系统；控制系统与上炉体移动装置(6)连接，用以根据所述距离及速度控制上炉体移动装置(6)驱动上炉体(5)沿下炉体(3)滑动，并与试验三维框架结构(10)的竖向变形同步。2.根据权利要求1所述的适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉，其特征在于：若干高频激光测距传感器(7)均安装在试验三维框架结构(10)上部的非受火梁或板下表面正下方的电阻炉的上表面，并垂直向试验三维框架结构(10)上部的非受火部分梁或板下表面发射激光。3.根据权利要求1所述的适用于三维框架结构火灾试验的协同变形电阻炉，其特征在于：基座(2)上安装有第一导轨(1)；第一下炉体和第二下炉体的底部均安装有第一滚轮，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋彬辉，尹中原，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43