本發(fā)明涉及一種建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)試驗系統(tǒng)及試驗方法，具體是一種組合式框架結(jié)構(gòu)的抗火試驗系統(tǒng)及試驗方法，屬于建筑結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

火災(zāi)是各種災(zāi)害中發(fā)生最頻繁且最具毀滅性的災(zāi)害之一，其發(fā)生的頻率居各種災(zāi)害之首，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們生活水平和質(zhì)量得以較大的提高，近年來國內(nèi)高層建筑大量涌現(xiàn)，建筑物一旦失火，對人們的生命和財產(chǎn)將造成巨大損失，因此研究建筑結(jié)構(gòu)的抗火性能是當前建筑火災(zāi)領(lǐng)域研究的重要課題。

近年來國內(nèi)學者針對火災(zāi)方面的研究主要以建筑材料性能以及如梁、柱、板等基本構(gòu)件的抗火性能為主，由于火災(zāi)模擬試驗裝置高度及跨度等尺寸的限制，對于框架結(jié)構(gòu)的抗火性能研究較少，使得框架結(jié)構(gòu)抗火性能理論研究也難以深入；在實際火災(zāi)中建筑框架結(jié)構(gòu)的梁、柱、板等構(gòu)件由于其變形受到框架結(jié)構(gòu)的約束會表現(xiàn)出與單獨基本構(gòu)件明顯不同的受力性能和變形性能。

研究建筑框架結(jié)構(gòu)的火災(zāi)行為與抗火性能時，如果不考慮框架結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的相互約束的影響，有可能導(dǎo)致某些情況下通過試驗得到的基本構(gòu)件內(nèi)力、變形和耐火極限與實際結(jié)構(gòu)構(gòu)件差別較大，致使其邊界條件與實際結(jié)構(gòu)不符，無法準確地反映框架結(jié)構(gòu)的火災(zāi)行為，框架結(jié)構(gòu)的局部抗火性能對建筑整體結(jié)構(gòu)抗火性能有較大影響，因此開展框架結(jié)構(gòu)抗火性能研究具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值，建立組合式框架結(jié)構(gòu)體系抗火試驗系統(tǒng)也十分必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種組合式框架結(jié)構(gòu)抗火試驗系統(tǒng)及試驗方法，可以實現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)的受火試驗，進而便于研究約束作用對框架結(jié)構(gòu)抗火性能的影響規(guī)律，從而可以根據(jù)試驗數(shù)據(jù)指導(dǎo)框架結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計。

為了實現(xiàn)上述目的，本組合式框架結(jié)構(gòu)抗火試驗系統(tǒng)包括固定爐體箱體、爐頂蓋、爐側(cè)門、移動爐體箱體、平移裝置、煙道、燃氣控制裝置、反力框架和控制及數(shù)據(jù)采集裝置，固定爐體箱體、移動爐體箱體和反力框架均通過鋼筋混凝土基座安裝在地面上；

所述的固定爐體箱體設(shè)置在固定安裝于鋼筋混凝土基座的混凝土底座上，固定爐體箱體至少設(shè)置為一件、是頂面和一個側(cè)面開放的箱型結(jié)構(gòu)，固定爐體箱體的箱型結(jié)構(gòu)上貫穿設(shè)有具有電子點火機構(gòu)的噴嘴，固定爐體箱體的外表面上設(shè)有吊耳和多個對應(yīng)頂面和側(cè)面開放位置的連接部件；

所述的煙道與固定爐體箱體連通連接；

所述的平移裝置安裝于鋼筋混凝土基座上，且平移方向?qū)?yīng)固定爐體箱體的開放側(cè)面方向；

所述的移動爐體箱體至少設(shè)置為一件、是頂面和相對設(shè)置的兩個側(cè)面開放的箱型結(jié)構(gòu)，移動爐體箱體的箱型結(jié)構(gòu)尺寸與固定爐體箱體的箱型結(jié)構(gòu)尺寸配合，移動爐體箱體設(shè)置在平移裝置上、且開放的兩個側(cè)面對應(yīng)固定爐體箱體的開放側(cè)面方向設(shè)置，移動爐體箱體的箱型結(jié)構(gòu)上也貫穿設(shè)有具有電子點火機構(gòu)的噴嘴，移動爐體箱體的外表面上也設(shè)有吊耳和多個對應(yīng)頂面和側(cè)面開放位置的連接部件；

所述的爐頂蓋對應(yīng)架設(shè)安裝在固定爐體箱體和移動爐體箱體的頂端，爐頂蓋與固定爐體箱體和移動爐體箱體數(shù)量和尺寸配合至少設(shè)置為兩件，爐頂蓋上設(shè)有爐頂蓋吊耳；

所述的爐側(cè)門與固定爐體箱體和移動爐體箱體尺寸配合豎直方向設(shè)置在固定爐體箱體或移動爐體箱體的開放側(cè)面位置，包括鉸接轉(zhuǎn)軸和側(cè)蓋扣件；固定爐體箱體和/或移動爐體箱體和/或爐頂蓋和/或爐側(cè)門通過連接部件互相連接圍成密閉的箱型爐體結(jié)構(gòu)；

所述的燃氣控制裝置包括控制閥、燃氣入口管路和燃氣管路；燃氣供應(yīng)源通過管路依次與控制閥、燃氣入口管路和燃氣管路連通連接，燃氣管路與噴嘴連通連接；

所述的反力框架包括反力架柱、反力架支撐梁、反力架橫梁和反力架豎向加載梁；反力架柱設(shè)置為多件、圍繞箱型爐體結(jié)構(gòu)通過反力架柱與混凝土基座連接裝置固定連接在鋼筋混凝土基座上，反力架支撐梁和反力架橫梁固定設(shè)置在反力架柱頂端，反力架柱、反力架支撐梁和反力架橫梁共同圍成穩(wěn)固支撐框架結(jié)構(gòu)；反力架豎向加載梁對應(yīng)爐頂蓋的位置設(shè)置在反力框架上，反力架豎向加載梁底平面上固定設(shè)有豎直向下設(shè)置的安裝套筒，安裝套筒內(nèi)固定設(shè)有加載千斤頂，加載千斤頂?shù)纳炜s端上固定設(shè)有穿接在爐頂蓋上的加載傳遞隔熱柱體，加載千斤頂通過液壓管路與液壓系統(tǒng)連接；

所述的控制及數(shù)據(jù)采集裝置包括傳感器、控制柜、溫度調(diào)節(jié)回路、加載回路、數(shù)據(jù)輸出回路和故障報警回路；傳感器包括設(shè)置在加載千斤頂上的壓力傳感器、位移傳感器和貫穿設(shè)置在固定爐體箱體箱型結(jié)構(gòu)上的熱電偶；控制柜包括控制器，控制器分別與壓力傳感器、位移傳感器、熱電偶、噴嘴的電子點火機構(gòu)、控制閥和液壓系統(tǒng)電連接。

作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的平移裝置包括平移小車和鋼導(dǎo)軌，平移小車設(shè)置為多件、包括鋼支撐和車輪，鋼支撐通過車輪架設(shè)在鋼導(dǎo)軌上、且鋼支撐的上平面與混凝土底座的上平面平齊，每個平移小車上承載一個移動爐體箱體。

作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的反力架豎向加載梁通過豎直方向設(shè)置的滑移定位機構(gòu)與反力架柱連接。

作為本發(fā)明的進一步改進方案，本組合式框架結(jié)構(gòu)抗火試驗系統(tǒng)還包括多個對稱設(shè)置的斜支撐，斜支撐一端固定安裝于鋼筋混凝土基座、另一端與固定爐體箱體和/或移動爐體箱體上的連接部件固定連接。

作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的故障報警回路包括空氣低壓報警裝置，所述的控制柜的控制器與空氣低壓報警裝置電連接。

作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的固定爐體箱體和/或移動爐體箱體上設(shè)置觀測窗口。

一種組合式框架結(jié)構(gòu)抗火試驗系統(tǒng)試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.吊裝框架結(jié)構(gòu)試驗構(gòu)件：將受火框架構(gòu)件吊裝就位在火災(zāi)試驗爐中易于受火和加載的位置，框架構(gòu)件的底端固定在鋼筋混凝土槽道內(nèi)；

b.爐體搭建：根據(jù)框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸確定試驗需求的跨度和高度，將固定爐體箱體與移動爐體箱體進行密封組合，將爐頂蓋、爐側(cè)門吊裝密封連接；

c.加載準備：操作控制柜使控制器控制加載千斤頂伸出將加載傳遞隔熱柱體頂靠在框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件上；

d.爐內(nèi)溫度控制：操作控制柜使控制器打開控制閥，燃氣進入燃氣管路并通過噴嘴在箱型爐體結(jié)構(gòu)內(nèi)噴出，控制器控制電子點火機構(gòu)點火，通過熱電偶的反饋，在達到目標溫度后控制器進行恒溫保持控制；

e.加載試驗：操作控制柜使控制器控制加載千斤頂對框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加載、直至構(gòu)件破壞，采集系統(tǒng)對試驗數(shù)據(jù)進行保存并輸出，同時控制器關(guān)閉控制閥，達到設(shè)定時間后拆除爐頂蓋使爐體自然冷卻至室溫，將構(gòu)件運出并對試驗爐內(nèi)部進行清理，試驗結(jié)束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本組合式框架結(jié)構(gòu)抗火試驗系統(tǒng)改進了現(xiàn)有框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件火災(zāi)試驗技術(shù)與實際建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件約束不相符合的缺點，進而可深入研究框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的火災(zāi)行為以及約束作用對框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火性能的影響規(guī)律；試驗系統(tǒng)安裝、拆卸方便，試驗效率高；爐內(nèi)溫度采用熱電偶測量，可對爐內(nèi)溫度進行實時監(jiān)控，并能隨時進行調(diào)節(jié)，使得爐內(nèi)溫度能很好的符合I SO834國際標準升溫曲線或其他設(shè)定的升溫曲線；同時可以實時采集試驗中位移和高溫加載數(shù)值等參數(shù)，從而可以根據(jù)試驗數(shù)據(jù)研究框架結(jié)構(gòu)的在火災(zāi)過程中的受力及變形規(guī)律，指導(dǎo)框架結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明單層結(jié)構(gòu)試驗爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明雙層組合式框架結(jié)構(gòu)試驗爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明多跨組合式框架結(jié)構(gòu)試驗爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明反力框架俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明反力框架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、固定爐體箱體，2、移動爐體箱體，4、混凝土底座，5、鋼筋混凝土基座，6、斜支撐，7、噴嘴，8、觀測窗口，9、吊耳，10、連接部件，11、爐頂蓋，12、爐頂蓋吊耳，13、煙道，14、鉸接轉(zhuǎn)軸，15、爐側(cè)門，16、爐門扣件，17、熱電偶，18、燃氣入口管路，19、控制閥，20、燃氣管路，21、控制柜，22、反力墻，23、水平拉梁，24，反力架柱，25、加載千斤頂，26、安裝套筒，27、反力架豎向加載梁，28、反力架支撐梁，29、反力架橫梁，30、反力架柱與混凝土基座連接裝置，31、鋼導(dǎo)軌，32、車輪，33、鋼支撐。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1至圖4所示，本組合式框架結(jié)構(gòu)抗火試驗系統(tǒng)包括固定爐體箱體1、爐頂蓋11、爐側(cè)門15、移動爐體箱體2、平移裝置、煙道13、燃氣控制裝置、反力框架和控制及數(shù)據(jù)采集裝置，固定爐體箱體1、移動爐體箱體2和反力框架均通過鋼筋混凝土基座5安裝在地面上。

所述的固定爐體箱體1設(shè)置在固定安裝于鋼筋混凝土基座5的混凝土底座4上，固定爐體箱體1至少設(shè)置為一件、是頂面和一個側(cè)面開放的箱型結(jié)構(gòu)，固定爐體箱體1的箱型結(jié)構(gòu)上貫穿設(shè)有具有電子點火機構(gòu)的噴嘴7，固定爐體箱體1的外表面上設(shè)有吊耳9和多個對應(yīng)頂面和側(cè)面開放位置的連接部件10。

所述的煙道13與固定爐體箱體1連通連接。

所述的平移裝置安裝于鋼筋混凝土基座5上，且平移方向?qū)?yīng)固定爐體箱體1的開放側(cè)面方向。

所述的移動爐體箱體2至少設(shè)置為一件、是頂面和相對設(shè)置的兩個側(cè)面開放的箱型結(jié)構(gòu)，移動爐體箱體2的箱型結(jié)構(gòu)尺寸與固定爐體箱體1的箱型結(jié)構(gòu)尺寸配合，移動爐體箱體2設(shè)置在平移裝置上、且開放的兩個側(cè)面對應(yīng)固定爐體箱體1的開放側(cè)面方向設(shè)置，移動爐體箱體2的箱型結(jié)構(gòu)上也貫穿設(shè)有具有電子點火機構(gòu)的噴嘴7，移動爐體箱體2的外表面上也設(shè)有吊耳9和多個對應(yīng)頂面和側(cè)面開放位置的連接部件10，移動爐體箱體2可通過連接部件10與固定爐體箱體1實現(xiàn)固定連接。

所述的爐頂蓋11對應(yīng)架設(shè)安裝在固定爐體箱體1和移動爐體箱體2的頂端，爐頂蓋11與固定爐體箱體1和移動爐體箱體2數(shù)量和尺寸配合至少設(shè)置為兩件，爐頂蓋11上設(shè)有爐頂蓋吊耳12，爐頂蓋11可通過連接部件10與固定爐體箱體1和/或移動爐體箱體2實現(xiàn)固定連接。

所述的爐側(cè)門15與固定爐體箱體1和移動爐體箱體2尺寸配合豎直方向設(shè)置在固定爐體箱體1或移動爐體箱體2的開放側(cè)面位置，包括鉸接轉(zhuǎn)軸14和爐門扣件16，爐側(cè)門15可沿鉸接轉(zhuǎn)軸14中心旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)與固定爐體箱體1或移動爐體箱體2的打開與關(guān)閉、可通過爐門扣件16與固定爐體箱體1或移動爐體箱體2固定連接；固定爐體箱體1和/或移動爐體箱體2和/或爐頂蓋11和/或爐側(cè)門15通過連接部件10互相連接圍成密閉的箱型爐體結(jié)構(gòu)。

所述的燃氣控制裝置包括控制閥19、燃氣入口管路18和燃氣管路20；燃氣供應(yīng)源通過管路依次與控制閥19、燃氣入口管路18和燃氣管路20連通連接，燃氣管路20與噴嘴7連通連接。

如圖5、圖6所示，所述的反力框架包括反力架柱24、反力架支撐梁28、反力架橫梁29和反力架豎向加載梁27；反力架柱24設(shè)置為多件、圍繞箱型爐體結(jié)構(gòu)通過反力架柱與混凝土基座連接裝置30固定連接在鋼筋混凝土基座5上，反力架支撐梁28和反力架橫梁29固定設(shè)置在反力架柱24頂端，反力架柱24、反力架支撐梁28和反力架橫梁29共同圍成穩(wěn)固支撐框架結(jié)構(gòu)；反力架豎向加載梁27對應(yīng)爐頂蓋11的位置設(shè)置在反力框架上，反力架豎向加載梁27底平面上固定設(shè)有豎直向下設(shè)置的安裝套筒26，安裝套筒26內(nèi)固定設(shè)有加載千斤頂25，加載千斤頂25的伸縮端上固定設(shè)有穿接在爐頂蓋11上的加載傳遞隔熱柱體，加載千斤頂25通過液壓管路與液壓系統(tǒng)連接；通過控制加載千斤頂25的伸出可使加載傳遞隔熱柱體頂靠在箱型爐體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件上實現(xiàn)對框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加載。

所述的控制及數(shù)據(jù)采集裝置包括傳感器、控制柜21、溫度調(diào)節(jié)回路、加載回路、數(shù)據(jù)輸出回路和故障報警回路；傳感器包括設(shè)置在加載千斤頂25上的壓力傳感器、位移傳感器和貫穿設(shè)置在固定爐體箱體1箱型結(jié)構(gòu)上的熱電偶17；控制柜21包括控制器，控制器分別與壓力傳感器、位移傳感器、熱電偶17、噴嘴7的電子點火機構(gòu)、控制閥19和液壓系統(tǒng)電連接，控制器可以控制燃氣進入燃氣管路20并通過噴嘴7在箱型爐體結(jié)構(gòu)密閉空間內(nèi)噴出點火加熱模擬火災(zāi)、可以通過控制液壓系統(tǒng)的啟閉實現(xiàn)對箱型爐體結(jié)構(gòu)的加載、可以通過傳感器的反饋存儲并輸出相關(guān)數(shù)據(jù)。

本組合式框架結(jié)構(gòu)抗火試驗系統(tǒng)的箱型爐體結(jié)構(gòu)為可組合可移動試驗爐，根據(jù)試驗需求可進行橫向與豎向組合，有多種組合方式，可分別模擬不同的跨度和高度，例如單層單跨結(jié)構(gòu)、單層多跨結(jié)構(gòu)、雙層單跨結(jié)構(gòu)、雙層多跨的結(jié)構(gòu)等，箱型爐體結(jié)構(gòu)橫向由固定爐體箱體1和一個或多個移動爐體箱體2組成，箱型爐體結(jié)構(gòu)豎向由單個或多個固定爐體箱體1和移動爐體箱體2及爐頂蓋11組成，根據(jù)試驗需求的高度可進行組合。

本組合式框架結(jié)構(gòu)抗火試驗系統(tǒng)在使用時，首先，將構(gòu)件吊運放置于爐中預(yù)定位置并固定；根據(jù)受火框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸確定試驗爐需求的跨度和高度，將固定爐體箱體1與移動爐體箱體2進行組合，將爐頂蓋11、爐側(cè)門15吊裝連接，要求安全且密封性良好；；然后操作控制柜21使控制器控制千斤頂25對框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加荷載；然后操作控制柜21使控制器打開控制閥19，燃氣進入燃氣管路20并通過噴嘴7在箱型爐體結(jié)構(gòu)內(nèi)噴出，控制器控制電子點火機構(gòu)點火，通過熱電偶17的反饋，在達到目標溫度后控制器進行恒溫保持控制；然后操作控制柜21使控制器控制加載千斤頂25對框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加載、直至構(gòu)件破壞，控制器對試驗數(shù)據(jù)進行保存并輸出，同時控制器關(guān)閉控制閥19，達到設(shè)定時間后拆除爐頂蓋11使爐體自然冷卻至室溫，將構(gòu)件運出并對試驗爐內(nèi)部進行清理，試驗結(jié)束；本組合式框架結(jié)構(gòu)抗火試驗系統(tǒng)可實時采集爐溫及爐壓，控制爐溫按設(shè)定曲線進行升溫，實時采集試驗中溫度、位移和高溫加載數(shù)值等參數(shù)。

為了便于根據(jù)需要組合移動爐體箱體2，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的平移裝置包括平移小車和鋼導(dǎo)軌31，平移小車設(shè)置為多件、包括鋼支撐33和車輪32，鋼支撐33通過車輪32架設(shè)在鋼導(dǎo)軌31上、且鋼支撐33的上平面與混凝土底座4的上平面平齊，每個平移小車上承載一個移動爐體箱體2。

為了便于根據(jù)不同尺寸的框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件調(diào)節(jié)反力架豎向加載梁27在豎直方向上的位置、進而實現(xiàn)減小加載傳遞隔熱柱體的長度尺寸，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的反力架豎向加載梁27通過豎直方向設(shè)置的滑移定位機構(gòu)與反力架柱24連接。

為了增加箱型爐體結(jié)構(gòu)在加載過程中的穩(wěn)定性，作為本發(fā)明的進一步改進方案，本組合式框架結(jié)構(gòu)抗火試驗系統(tǒng)還包括多個對稱設(shè)置的斜支撐6，斜支撐6一端固定安裝于鋼筋混凝土基座5、另一端與固定爐體箱體1和/或移動爐體箱體2上的連接部件10固定連接。

為了增加反力框架在加載過程中的穩(wěn)定性，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的反力框架還包括反力墻22和水平拉梁23，反力墻22垂直于地面設(shè)置并與之固定連接，如圖5所示，反力墻22通過水平設(shè)置的水平拉梁23與反力架柱24固定連接、且水平拉梁23對應(yīng)反力架豎向加載梁27設(shè)置。

為了提高故障報警回路的準確性，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的故障報警回路包括空氣低壓報警裝置，所述的控制柜21的控制器與空氣低壓報警裝置電連接，通過空氣低壓報警裝置感知氣壓報警，故障時空氣氣壓降低后控制器控制控制閥19自動關(guān)閉切斷氣源，確保燃氣不泄露。

為了便于觀察箱型爐體結(jié)構(gòu)內(nèi)火焰的燃燒情況以及框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受火等情況，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的固定爐體箱體1和/或移動爐體箱體2上設(shè)置觀測窗口8。

本組合式框架結(jié)構(gòu)抗火試驗系統(tǒng)改進了現(xiàn)有框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件火災(zāi)試驗技術(shù)與實際建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件約束不相符合的缺點，進而可深入研究框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的火災(zāi)行為以及約束作用對框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火性能的影響規(guī)律；試驗系統(tǒng)安裝、拆卸方便，試驗效率高；爐內(nèi)溫度采用熱電偶測量，可對爐內(nèi)溫度進行實時監(jiān)控，并能隨時進行調(diào)節(jié)，從而可以根據(jù)試驗數(shù)據(jù)指導(dǎo)框架結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計。