專利名稱：一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封閉箱體實驗裝置的制作方法
技術領域：
當建筑物發(fā)生火災時，玻璃的破裂脫落將會導致火勢蔓延，研究玻璃在熱載荷作用 下的破裂脫落，屬于建筑物在火災中安全工程領域，也是當前火災科學領域的熱點之一， 本發(fā)明具體涉及一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封閉箱體實驗裝置。
背景技術：
在現(xiàn)代建筑中，玻璃廣泛應用于建筑物的門、窗、頂棚、墻體等部位。由于玻璃是一種脆 性材料，在熱載荷作用下，玻璃將可能發(fā)生破裂乃至脫落。當建筑物發(fā)生火災時，玻璃的脫 落將會導致火勢蔓延、人員安全疏散受阻等諸多問題，因此研究玻璃在熱載荷作用下的破 裂脫落是當前安全工程領域尤其是火災科學領域的熱點之一。目前的實驗裝置主要分為兩類一類是全尺寸熱釋放速率實驗臺，如IS09705實 驗臺，它能夠較為真實地模擬受限空間的火災溫度分布，這種實驗臺在目前應用較多，但是 由于該標準實驗臺并不是專門用來研究玻璃的破裂脫落，雖然能夠模擬真實的火災場景， 但是對于導致玻璃破裂脫落的一些影響因素考慮不夠全面，只能夠改變少量的實驗條件進 行玻璃破裂實驗，難以達到全面揭示熱載荷作用下玻璃破裂的內(nèi)在機理。同時由于此類實 驗臺的熱源主要是油池火或固體可燃物火，難以控制火源的熱釋放速率，也難以觀測玻璃 破裂脫落全過程。還有一類是自行設計的實驗臺，其規(guī)格大小不一，一般以小尺寸為主，這 類實驗臺一般可以改變的實驗工況不多，僅能實現(xiàn)少數(shù)工況的更換，如改變玻璃種類、安裝 方式等。因此，這類試驗臺難以實現(xiàn)對多參數(shù)作用下玻璃破裂機制的研究。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封 閉箱體實驗裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)多工況、多因素變化，進行熱載荷作用下玻璃破裂脫落的 研究。本發(fā)明為實現(xiàn)其目的所采取的技術方案一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封閉箱 體實驗裝置，采用組裝式箱體結(jié)構(gòu)，所述組裝式箱體包括輻射源(熱源)箱體和含玻璃墻箱 體，兩者均安裝在底部裝有車輪的鋼軌上，在所述輻射源箱體與含玻璃墻箱體之間設置一 個或一個以上中空的子箱體，實際所述子箱體具有一至五個或多于五個，具有不同寬度、可 靈活拆卸組裝，主要作用是調(diào)節(jié)熱源與待測玻璃之間的距離；所述含玻璃墻箱體內(nèi)設置玻 璃安裝墻體。所述輻射源箱體內(nèi)的輻射加熱部件選用剛玉管外繞電阻絲構(gòu)成，所述剛玉管安裝 在輻射源墻體上。所述含玻璃墻箱體頂部設置排煙管道、水幕管道和噴頭；在含玻璃墻箱體底部設 置下水口和集水箱。所述輻射源箱體和含玻璃墻箱體側(cè)面設置緊固螺旋桿。所述含玻璃墻箱體固定在鋼軌上。
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所述輻射源箱體可在鋼軌上滑動。本發(fā)明采用可以多重調(diào)節(jié)輻射源作為熱源，進行熱載荷作用下玻璃破裂實驗。在 實驗中，可以實現(xiàn)輻射源同玻璃距離、輻射源升溫速率、玻璃種類、玻璃平面大小、玻璃的厚 度、玻璃邊緣平整度、玻璃固定框架的材質(zhì)、玻璃邊緣遮蔽寬度、玻璃邊緣固定填充物、水幕 角度、水幕噴射的流量、水幕噴頭個數(shù)、水幕噴射方式等實驗工況的調(diào)節(jié)，較為全面地考慮 了影響玻璃破裂的可能影響因素。同時由于輻射源的升溫速率可以進行有效控制，可以在 一定程度上避免其它實驗裝置升溫速率過快，玻璃破裂過程難以進行觀察的缺陷。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施方式
作進一步描述。圖1為本發(fā)明整體立體示意圖。圖中1為輻射源箱體，2為剛玉管，3為電阻絲， 4-1為一號子箱體，4-2為二號子箱體，5為含玻璃墻箱體，6為玻璃安裝墻體，7為玻璃固定 框架，8為玻璃，9為下水口，10為集水箱，11為排煙管道，12為水幕管道及噴頭，13為螺旋 桿，14為鋼軌，15為車輪。圖2為本發(fā)明整體平面示意圖。圖中1為輻射源箱體，4-1為一號子箱體，4-2為 二號子箱體，4-3為三號子箱體，4-4為四號子箱體，4-5為五號子箱體，5為含玻璃墻箱體， 6為玻璃安裝墻體，8為玻璃，9為下水口，10為集水箱，11為排煙管道，12為水幕管道及噴 頭，14為鋼軌，15為車輪，16為控制柜，17為水泵，18為風機，19為攝像機，20為鐵架臺
圖3為輻射源示意圖。圖中21為輻射源墻體，2為剛玉管，3為電阻絲。圖4為玻璃安裝墻體示意圖。其中6為玻璃安裝墻體、7為玻璃固定框架、8為玻
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具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。如圖1、2所示，本發(fā)明采用組裝箱體式結(jié)構(gòu)輻射源箱體1和含玻璃墻箱體5均安 裝在底部裝有車輪15的鋼軌14上，在輻射源箱體1與含玻璃墻箱體5之間設置一個或一 個以上子箱體，該子箱體具有不同寬度、可靈活拆卸組裝、是具有四個面的中空箱體。本例 中暫選用五個子箱體，其中一號和二號子箱4-1和4-2，寬度均為500mm ；三號子箱體4_3寬 度為IOOmm ；四號和五號子箱體4-4和4_5，寬度均為200mm。子箱體的主要作用是調(diào)節(jié)輻 射源箱體1與含玻璃墻箱體5之間的距離，也就是調(diào)節(jié)實驗中熱源與玻璃之間的距離。在 輻射源箱體1內(nèi)設有輻射加熱部件，該輻射加熱部件選用剛玉管外繞電阻絲構(gòu)成，剛玉管2 安裝在輻射源箱體內(nèi)的輻射源墻體21上，如圖3所示。在含玻璃墻箱體5內(nèi)設置玻璃安裝墻體6及玻璃固定框架7，待測玻璃8即安裝在 玻璃固定框架7上，如圖4所示。在含玻璃墻箱體5頂部設置排煙管道11、水幕管道和噴頭；排煙管道11同風機18 連接，起到箱體內(nèi)排煙作用；水幕管道同水泵17連接，水泵起到調(diào)節(jié)管道供水壓力作用；在 待測玻璃兩側(cè)設置多個水幕噴頭。在含玻璃墻箱體底部設置有下水(或出水)口 9和集水箱 10。輻射源箱體1和含玻璃墻箱體5側(cè)面設置緊固件螺旋桿13。含玻璃墻箱體5是固 定在鋼軌14上的，而輻射源箱體1可在鋼軌上滑動，根據(jù)實驗需要以調(diào)節(jié)它們之間的距離。含玻璃墻箱體、輻射源箱體加上五個子箱體組裝之后，內(nèi)部空腔有效尺寸為2000X1000X1000 (mm)。主箱體內(nèi)部襯有IOOmm厚的硅酸鋁耐火纖維板，內(nèi)部耐火纖維板涂上高溫防水涂 料。主箱體外部包有涂漆薄鋼板，頂部為平吊結(jié)構(gòu)，表面安裝有噴漆掛板。箱體底部設置有 鋼軌(道)，各個子箱體安裝在軌道上。在軌道框架下設有車輪四只，可以實現(xiàn)箱體的整體移動。在主箱體另一端，含玻璃墻箱體內(nèi)設有玻璃安裝墻體，待測玻璃安裝在玻璃固 定框架內(nèi)?？砂惭b六種(根據(jù)需要可定做更多規(guī)格)不同尺寸的玻璃800mmX800mm、 600mmX 600mm、300mmX 300mm、800mmX 600mm、800mmX 300mm、600mmX 300mm，玻璃的厚度可 以選擇從4mm至30mm范圍內(nèi)進行安裝，可以安裝不同類型玻璃。玻璃的安裝框架為不銹鋼 框架，能夠自由更換材質(zhì)，實現(xiàn)玻璃固定框架的材質(zhì)自由更換。玻璃固定框架的寬度采用固 定式設計，可以設計不同寬度的玻璃固定框架。輻射升溫系統(tǒng)由剛玉管(Φ35)外繞電阻絲(Φ3. 00Cr25A15)構(gòu)成，其設計功率為 90kW。溫控系統(tǒng)安裝在控制柜上，主要由智能溫控表和可控硅組成，控制輻射加熱功率。排煙管道和排煙風機，主要用作箱體內(nèi)的水蒸氣和煙氣排放。水幕系統(tǒng)包括水幕、水管、加長管、水幕噴頭、水泵(LR-300)、下水(出水)管道 口和集水箱(槽)。水幕安裝在玻璃墻體兩側(cè)，分別在玻璃兩側(cè)設置噴頭，可以實現(xiàn)全部三種 功能的水幕冷卻型水幕、阻火型水幕和防火型水幕。其中水幕噴射到玻璃的角度可以實現(xiàn) 從0°至90°之間調(diào)整?？刂乒穹謩e安裝有智能溫控表、壓力計、流量計、風機開關按鈕等。采用15段編程 控制溫度調(diào)節(jié)，可根據(jù)需要設置升溫速率。壓力計和流量計分別記錄水幕管道的壓力和流量。測量系統(tǒng)主要由鐵架臺、熱電偶、熱流計、高溫應變片、攝像機(或高速攝像儀)等 構(gòu)成。熱電偶和熱流計通過鐵架臺的固定，布置在玻璃待測位置，內(nèi)部和外部均進行布設。 高溫應變片布置在待測玻璃表面待測位置。普通攝像機布置在箱體外部，從玻璃背火面進 行拍攝。另外還有數(shù)據(jù)采集儀、動態(tài)應變儀等必備的采集儀器。實施例1，研究玻璃8在不同壓力水幕保護下破裂行為。各參數(shù)確定為玻璃8 選定600mmX600mm，厚度為6mm ；玻璃固定框架7材質(zhì)為不銹鋼，厚度為1mm，框架高度為 20mm ；玻璃的邊緣進行磨邊處理；玻璃的安裝方式為固定框架7中間放置玻璃，框架內(nèi)用石 膏(石膏粉兌水)填充，玻璃8兩側(cè)石膏均為4mm厚；輻射升溫速率分為三個階段，第一階段 以20°C /min從常溫升至300°C，第二階段以10°C /min從300°C升高至800°C，第三階段在 800°C保溫10分鐘；輻射源箱體1與玻璃8距離為1500mm ；水幕管道和噴頭12在加熱到7 分鐘時開啟水泵17，開始實施噴淋，供水管道內(nèi)壓力為0. IMPa (或0. 2MPa、0. 3MPa)，在玻 璃8兩側(cè)同時施加水幕，開啟每側(cè)中央位置的噴頭(兩側(cè)各一個)，噴頭出水口位置是垂直向 下；排煙風機18在水幕打開后開啟。首先將玻璃安裝墻體6安裝在含玻璃墻箱體5上，用螺絲固定牢玻璃安裝墻體6 的四個角，然后將鐵架臺20放置在玻璃安裝墻體6的兩側(cè)(背火面和向火面)，選定玻璃固 定框架7，放置待測玻璃8在玻璃固定框架7中間，通過添加填充物(兩側(cè)4mm厚石膏)，使玻 璃8同框架之間固定。把裝有玻璃8的玻璃固定框架7安裝在玻璃安裝墻體6上，在玻璃8表面布置熱電偶和高溫應變片。布置水幕管道及噴頭12，確保水幕噴淋和排煙管道11正 常工作。根據(jù)實驗方案，將輻射源墻體1、含玻璃墻箱體5和500mm寬的一號子箱體4_1和 500mm寬的二號子箱體4_2進行組裝，在各箱體結(jié)合處，貼上一層較薄的耐火棉，然后用主 箱體外部安裝的螺旋桿13進行壓緊，完成箱體安裝。根據(jù)實驗設置，使用控制柜16上的智能溫控表設置溫度升高曲線，第一階段以 200C /min從常溫升至300°C，第二階段以10°C /min從300°C升高至800°C，第三階段在 800°C保溫10分鐘。調(diào)試外部測量和數(shù)據(jù)采集儀器，如攝像機19、數(shù)據(jù)采集儀、動態(tài)應變儀 等。設置好所有的儀器后，開始加熱，啟動各測量儀器，記錄實驗數(shù)據(jù)和圖像。根據(jù)實驗方 案，施加0. IMPa (或0. 2MPa、0. 3MPa)水幕，開啟排煙風機18。實驗中能夠直接得到待測玻璃8上各測量點的溫度曲線、玻璃8破裂時間、脫落時 間、玻璃8表面的應變和觀測到玻璃8破裂全過程，進而分析各參數(shù)對玻璃8破裂脫落的影 響。實驗結(jié)束后，關閉輻射源、各類控制儀器，切斷電源、水源。實施例2，玻璃8厚度對玻璃破裂脫落的影響。各參數(shù)確定為玻璃8大小定為 300mmX300mm,厚度為4mm、6mm、10mm、12mm、19mm ；玻璃固定框架7材質(zhì)為不銹鋼，厚度為 0. 7mm，框架高度為IOmm ；玻璃的邊緣不做磨邊處理；玻璃的安裝方式為框架中間放置玻璃 8，框架內(nèi)用膠條填充，膠條的厚度為4mm，填充在玻璃8的兩側(cè)；輻射源升溫速率為第一階 段以15°C /min從常溫升高至600°C，第二階段在600°C保溫10分鐘；輻射源距離玻璃8為 2000mm ；水幕系統(tǒng)及排煙系統(tǒng)均不開啟。通過下面實驗方案開始實驗。將玻璃安裝墻體6安裝在含玻璃墻箱體5上，用螺 絲固定牢玻璃安裝墻體6的四個角，然后將鐵架臺20放置在玻璃安裝墻體6的兩側(cè)(背火 面和向火面)，根據(jù)待測玻璃8的厚度(4mm、6mm、10mm、12mm)加填充物(4mm厚膠條)，使玻璃 8同框架之間固定。把裝有玻璃8的玻璃固定框架7安裝在玻璃安裝墻體6上，在玻璃8表 面布置好熱電偶和高溫應變片。根據(jù)實驗方案，將輻射源墻體l、500mm寬一號子箱體4-1 和二號子箱體4-2、200mm寬四號子箱體4_4和五號子箱體4_5、IOOmm寬三號子箱體4_3和 含玻璃墻箱體5進行組裝，在各箱體結(jié)合處，貼上一層較薄的耐火棉，然后用箱體外部安裝 的螺旋桿13進行壓緊，完成箱體安裝。根據(jù)實驗設置，在控制柜16上智能溫控表設置溫度升高速率，第一階段以15°C / min從常溫升高至60(TC，第二階段在60(TC保溫10分鐘。調(diào)試外部測量和數(shù)據(jù)采集儀器， 如攝像機19、數(shù)據(jù)采集儀、動態(tài)應變儀等。設置好所有的儀器后，開始加熱，啟動各測量儀 器，記錄實驗數(shù)據(jù)和圖像。實驗中能夠直接得到玻璃8上各測量點的溫度曲線、玻璃破裂時間、脫落時間、玻 璃表面的應變和觀測到玻璃破裂全過程，進而分析各參數(shù)對玻璃破裂脫落的影響
實驗結(jié)束后，關閉輻射源，關閉各類控制儀器，切斷電源、水源。
本裝置的一些硬件設施可進行簡單改造就可增加一些實驗參數(shù)。可改變熱載荷的方式進行試驗，如使用明火進行試驗，可以在輻射源箱體1內(nèi)部 放置油盤或者固體可燃物進行實驗。另外箱體底部也可以進行改造，安裝燃燒器，并外接氣 瓶，就可以使用氣體火焰進行實驗。
實驗的水幕噴淋可以進行改造，可將水幕噴頭更換為水噴淋噴頭和細水霧噴頭， 可以模仿火災中高溫玻璃受到水流的直接噴射或者保護而破裂脫落的行為等。
權利要求
1.一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封閉箱體實驗裝置，其特征在于本裝置采用組裝式 箱體結(jié)構(gòu)，所述組裝式箱體包括輻射源箱體(1)和含玻璃墻箱體(5)，兩者均安裝在底部裝 有車輪(15)的鋼軌(14)上，在所述輻射源箱體(1)與含玻璃墻箱體(5)之間設置一個或一 個以上中空的子箱體；所述輻射源箱體(1)內(nèi)設有輻射加熱部件，所述含玻璃墻箱體(5)內(nèi) 設置玻璃安裝墻體(6)及玻璃固定框架(7)。
2.如權要求1所述一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封閉箱體實驗裝置，其特征在于所 述子箱體具有不同寬度、可靈活拆卸組裝。
3.如權要求1所述一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封閉箱體實驗裝置，其特征在于所 述輻射源箱體(1)內(nèi)的輻射加熱部件選用剛玉管(2 )外繞電阻絲構(gòu)成，所述剛玉管(2 )安裝 在輻射源墻體(21)上。
4.如權要求1所述一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封閉箱體實驗裝置，其特征在于所 述含玻璃墻箱體(5)設置排煙管道(11)和風機(18)、水幕管道和噴頭(12)及水泵(17);在 含玻璃墻箱體(5)底部設置下水口(9)和集水箱(10)。
5.如權要求1所述一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封閉箱體實驗裝置，其特征在于所 述輻射源箱體(1)和含玻璃墻箱體(5)側(cè)面設置緊固螺旋桿(13)。
6.如權要求1或4或5所述一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封閉箱體實驗裝置，其特 征在于所述含玻璃墻箱體(5)固定在鋼軌(14)上。
7.如權要求1或3或5所述一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封閉箱體實驗裝置，其特 征在于所述輻射源箱體(1)可在鋼軌(14)上滑動。
全文摘要
本發(fā)明公開一種熱載荷作用下玻璃破裂脫落封閉箱體實驗裝置，由組裝式箱體、輻射升溫系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、水幕噴淋系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)組成。采用多重調(diào)節(jié)輻射源，實現(xiàn)輻射源同玻璃距離、輻射源升溫速率、玻璃種類、平面大小、厚度及邊緣平整度、玻璃固定框架的材質(zhì)、玻璃邊緣遮蔽寬度、玻璃邊緣固定填充物、室內(nèi)壓力、水幕角度、水幕噴射的流量、水幕噴頭個數(shù)、水幕噴射方式調(diào)節(jié)，較為全面地考慮熱荷載作用下玻璃破裂的影響因素。同時由于輻射源的升溫速率可以進行有效控制，可以在一定程度上避免其它實驗裝置升溫過快、玻璃破裂過程難以進行觀察的缺陷。
文檔編號G01N25/00GK102072918SQ20101055834
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權日2010年11月25日
發(fā)明者孫金華, 張毅, 王青松 申請人:中國科學技術大學