热力耦合实验台制造技术

一种热力耦合实验台，包括加热系统和力加载系统，以及数据采集与控制系统，其特征在于：加热系统中的加热炉为分合式，由两个炉体组成，两者炉口相对，在两个炉体之间设置有试件安装台；炉体安装在移动平台上，分别位于试件安装台的两侧，移动平台与基础面之间采用导轨导轮连接，以驱动机构带动沿导轨作相向运动；两个炉体运动到试件安装台的预定位置处将炉口对接，此时试件位于两炉口之间、试件受热面暴露在炉体内；或者，单个炉体运动到试件安装台的预定位置处将炉口封闭，此时试件位于炉口处、试件受热面暴露在炉体内。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及对建筑构件或结构在火灾场景下的响应行为进行实验和研究的设备。
技术介绍
现有用于火灾条件下建筑构件与结构实验的相关实验台，主要分为垂直炉和水平炉，采用的都是整炉方式，炉体一般都是固定的，绝大部分只能开展板、梁等简单构件的热响应实验。力载荷的施加通常只能用均布砝码的方式加以实现，但这样往往无法施加大的力载荷与动态力作用，更无法较为真切的模拟建筑构件或结构所承受的力载荷。部分实验台采用横跨加热炉的加载装置，虽然可以获得比较大的力载荷，但增加了炉体被破坏的可能性，同时也约束了试验的多样性，增加了试验准备工作的难度。由于炉体固定，试件的几何结构与加热模式也受到了极大限制，试件的准备与安装工作难度加大。试件受力破坏变形后，可能对加热炉造成毁坏，也是约束现有实验台使用的一个重要因素。由于以上因素的限制，现有实验台的功能都较为单一，特别是对在热--力耦合作用下的实验工作，研究的对象和研究的范围受到了很大的限制，无法开展多种形式的实验工作，不能对火灾条件下建筑结构的行为进行更为深入的研究。因此，如何对多种形式的建筑试件在施加力载荷的同时，又可以模拟火灾环境、对试件施加热载荷并提供多种形式的热学与力学边界条件，是一个迫切需要解决的问题。要解决以上问题，就必须解决加热系统、力加载系统以及试件研究需求的相互兼容问题，目前所存在的固定式的水平炉和垂直炉无法满足热一力耦合试验的深入研究工作的需要。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种能够对建筑构件或结构同时施加热载荷和力载荷、模拟火灾条件下的热学与力学环境的热力耦合作用实验台。本技术的技术解决方案如下整个实验台包括加热系统和力加载系统，以及数据采集与控制系统，本技术的特征在于加热系统中的加热炉为分合式，由两个炉体组成，两者炉口相对，在两个炉体之间设置有试件安装台；炉体安装在移动平台上，分别位于试件安装台的两侧，移动平台与基础面之间采用导轨导轮连接，以驱动机构带动沿导轨作相向运动；两个炉体运动到试件安装台的预定位置处将炉口对接，此时试件位于两炉口之间、试件受热面暴露在炉体内；或者，单个炉体运动到试件安装台的预定位置处将炉口封闭，此时试件位于炉口处、试件受热面暴露在炉体内。在上述方案中，所述的炉口对接或封闭采用可塑性热力框作为接口或封口，可塑性热力框的形状、尺寸与试件及加热炉炉口的形状、尺寸相适应；框体上根据需要预留试件孔或者加力孔，其形状、尺寸、数量及位置与试件和传力臂的形状、尺寸以及试件的受热、受力方式相适应。在上述方案中，所述的力加载系统为四柱力学框架结构，四柱下端增加用以支撑试件的辅助支撑梁。也就是说，本技术针对现有技术存在的问题，首次提出了以分合式的双向运动加热炉及其可塑性热力框的接口或封口、四柱力学加载系统、数据采集与控制系统而组合成的实验台结构体系。此实验台系统，解决了实验过程中对试件同时施加力载荷与热载荷的兼容性问题。使得在实验过程中，试件可以在各种不同的力与热的耦合作用下发生变形，而且变形不会对加热炉造成不利影响。既保证了力学系统与热学系统的相对独立性，又能满足实验要求。同时，结合美国911事件，火灾导致世贸中心1号、2号、7号楼最后倒塌的结果，本实验台重点着眼于重大建筑火灾作用下建筑结构的性能反应。与目前已有的加热系统相比较，本实验台可开展快速升温、多种受火方式——尤其是重大建筑火灾作用下各种构件的多面受热方式的实验，可为试件提供不同的边界条件。从而得以满足对重大建筑火灾条件下复杂建筑结构实验的研究需要。为深入而科学地认识火灾作用下建筑构件行为与建筑结构坍塌的条件提供研究平台。这种方式极大提高了实验台操作的灵活性，增加了实验的多样性，降低了实验人员的工作强度与实验准备时间，整个系统的自动化程度高，测量与控制系统采用微机反馈控制方式，使测量结果更为准确，可满足多种几何形状与结构的试样(如建筑节点、框架、网格结构等)的实验需要。从而极大提高了实验台的效益与性能。同时，实验台可以分别单独开展热学实验与力学实验，并具有很好的扩充性，如在四柱力学系统的中间区域额外安装冲力系统，可以开展冲力与热的耦合作用实验等等。附图说明图1给出了热力耦合实验台的系统原理框图。图2给出了实验台结构示意图。图3、图4分别给出了移动平台结构示意图的主视、侧视图。图5、图6分别给出了加热炉结构示意图的主视、侧视图。图7、图8给出了四柱力加载系统的框架结构以及试件支撑件结构示意图。其中，试件支撑件分别为支撑墩结构(图7，可适用于非受限试验)、辅助支撑梁结构(图8，可适用于受限或非受限试验)。图9～18给出了可塑性热力框典型结构示意图。其中，图9～12反映试件受热方式，分别为三面、单面、两面、单面(但顶面暴露于空气中)受热；图13～18反映试件受力方式，分别为L型节点、十字型节点、柱、T型节点、梁、L型节点(但节点在炉外)的受力示意图。图中各部件的标号如下1--加热炉，2--四柱力学框架结构，3--移动平台，4--可塑性热力框，5--试件安装台，6--试件，7--变速箱，8--力作动器，9--力分配梁，10--传力臂，11--燃烧器安装孔，12--导轨，13--导轮，14--齿条，15--齿轮，16--载炉平板，17--电动机，18--加热炉炉墙，19--加热炉炉腔，20--吸火孔，21--烟道，22--承力主横梁，23--支撑墩，24--辅助支撑梁。具体实施方式实验台的总体结构及工作过程如下实验台结构主要由可相对运动的分合式的加热炉，双向运动的移动平台，可塑性热力框，四柱框式力加载系统，数据采集与控制系统组成。由于采用双向运动加热系统，这样在实验台的中间区域可以设置一易于工作人员操作的试件安装台，以便于对实验试件的准备与安装。首先将加热炉分离，实验试件安置于移动平台之间的试件安装台上，通过试件安装台上方的四柱框式力学加载系统中的力作动器对试件施加力载荷，然后利用双向运动的移动平台，使加热炉的两个炉体相对运动至预设的位置处对接。加热炉的对接处可通过热力框或试件本身进行围合，以形成封闭的炉腔。开启加热炉燃烧系统对试件施加热载荷，试件在热—力耦合作用下的响应行为通过数据采集系统进行采集，同时可通过传感器与微机控制系统对加载系统的力载荷与加热炉炉腔的温度、压力进行反馈控制。加热炉的两个炉体也可分别单独运动至预定位置，开展实验工作。此时加热炉的炉口可通过热力框或试件本身进行封闭。不启用加热炉时，实验台也可开展常温下的力学实验工作。实验台可开展以下研究工作对梁、柱、板等一般构件进行多种力学荷载和热负荷的研究；对建筑节点与框架结构进行研究；对多跨网格建筑结构进行研究；对不同材料(钢筋混凝土、钢结构等)的试件进行研究等等。实验台的各主要部分的结构特点与功能1、加热系统加热系统是整个实验台的核心部分，它所要完成的功能是模拟火灾场景下构件所处的温度环境，对试件施加热载荷。它包括分合式加热炉和移动平台。加热炉主要由炉体，燃烧系统及其自控系统组成。与其它实验台不同的是，本实验台加热炉的炉体为分合式，由两个可相对运动闭合或分开的炉体组成，两者炉口相对，分别位于力加载系统的两侧，在两个炉体之间的区域设置有试件安装台。这两个炉体可相互结合组成一个整体开展实验，也可单独开展实验。当构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：厉培德，陈长坤，秦俊，姚斌，范维澄，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：实用新型
国别省市：