本發(fā)明涉及火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)損傷評(píng)定技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可考慮多種非四周受火后混凝土柱的擬靜力試驗(yàn)裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

雖然火災(zāi)高溫會(huì)對(duì)鋼筋、混凝土的力學(xué)性能及二者的粘結(jié)錨固性能造成不同程度的損傷，但大多數(shù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)損傷評(píng)定、加固修復(fù)后還可以正常使用，從而發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的殘余力學(xué)性能進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，并據(jù)此制定受損結(jié)構(gòu)的修復(fù)和加固方案，對(duì)確保火災(zāi)后修復(fù)結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性具有十分重要的意義。

目前火災(zāi)后混凝土柱的壓彎承載性能、受剪承載性能、抗震性能方面的研究已取得一定的成果，但這些成果大多是針對(duì)四面受火情況下進(jìn)行的。建筑結(jié)構(gòu)中的混凝土柱受填充墻的影響，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，可能受到三面受火、鄰面受火甚至單面受火等非四周受火方式，不同受火方式下混凝土柱橫截面的過(guò)火溫度場(chǎng)分布特性不一樣，且水平荷載作用下不同受火方式后混凝土柱的受壓區(qū)、剪壓區(qū)混凝土的損傷程度可能存在較大差異，從而導(dǎo)致不同受火方式后混凝土柱的壓彎承載性能、受剪承載性能、抗震性能等的損傷特性也不同。顯然，受火方式對(duì)火災(zāi)后混凝土柱(含異形柱，下同)承載性能的損傷評(píng)定影響很大，非四周受火后混凝土柱的損傷評(píng)定不能簡(jiǎn)單套用現(xiàn)有的四周受火后混凝土柱損傷評(píng)定的研究成果。因此，研究非四周受火后混凝土柱的承載性能及其災(zāi)損特性就顯得尤為重要，其研究成果對(duì)火災(zāi)后混凝土柱的損傷評(píng)定和加固設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。然而，目前有關(guān)不同受火方式后混凝土柱受剪承載性能和抗震性能方面的試驗(yàn)研究成果很少。

現(xiàn)有的火災(zāi)后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)裝置及實(shí)現(xiàn)方法，普通存在以下問(wèn)題：(1)試驗(yàn)裝置難以進(jìn)行非四周受火后混凝土柱的擬靜力試驗(yàn)，現(xiàn)有的混凝土柱擬靜力試驗(yàn)成果均是針對(duì)四周受火后情況，尚未見(jiàn)到不同受火方式后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)研究成果的報(bào)道。為考察高溫下不同受火方式的影響，現(xiàn)有的有限試驗(yàn)均采用在試件表面粘貼覆蓋若干層防火棉后放入爐膛內(nèi)按四周受火方式進(jìn)行火災(zāi)試驗(yàn)來(lái)近似模擬未受火面，這與真實(shí)火災(zāi)試驗(yàn)中未受火面的環(huán)境溫度和熱邊界條件存在較大差異。(2)現(xiàn)有的火災(zāi)后混凝土柱式構(gòu)件剩余承載性能試驗(yàn)，通常高溫下未持荷或者高溫下持荷但熄火后卸載、待試件冷卻至常溫后吊出爐膛再進(jìn)行受火后承載性能試驗(yàn)，存在升降溫全過(guò)程中試件的持荷和災(zāi)后承載性能試驗(yàn)中持荷不連續(xù)的問(wèn)題。然而，實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)中的混凝土柱在火災(zāi)發(fā)生時(shí)和發(fā)生后承受的荷載均保持連續(xù)。高溫下是否持荷，或者熄火后是否卸載，均會(huì)影響火災(zāi)后混凝土和鋼筋的初始應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)，進(jìn)而可能影響其災(zāi)后承載性能，特別是高溫下持荷較大時(shí)，其影響程度比將加大。為較全面考察高溫下持荷的影響，在明火試驗(yàn)、災(zāi)后混凝土柱的擬靜力試驗(yàn)中保持豎向荷載的連續(xù)性是必要的。(3)現(xiàn)有的抗火試驗(yàn)裝置周邊未設(shè)置剛度足夠大的反力墻，因此，無(wú)法安裝水平拉壓伺服加載裝置，并對(duì)受火后混凝土柱直接進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，只能將試件吊出后運(yùn)至抗震試驗(yàn)室進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)。(4)擬靜力試驗(yàn)時(shí)，試件的高度通常取水平荷載作用下框架柱反彎點(diǎn)至柱根部的距離加上地梁的高度。而且，火災(zāi)試驗(yàn)時(shí)需要將試件柱頂?shù)臄U(kuò)大頭露在爐膛空間的外部，以便施加豎向荷載。因此，受火后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)裝置中明火加熱爐體宜具有合適的爐膛高度，約在1500～2500mm之間較為合理。然而，目前常見(jiàn)的垂直構(gòu)件耐火試驗(yàn)爐的爐膛高度為3000mm，不太適合用于擬靜力試驗(yàn)的試件的火災(zāi)試驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有試驗(yàn)裝置的缺點(diǎn)和不足之處，提供一種可靠的非四周受火后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，以模擬真實(shí)火災(zāi)場(chǎng)景和水平荷載作用，測(cè)試非四周受火后混凝土柱的受剪承載性能和抗震性能并研究其損傷機(jī)理。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)的：

一種非四周受火后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)裝置，它包括爐體、豎向反力架、水平反力墻、豎向荷載加載裝置、水平拉壓伺服加載裝置、固定裝置、基礎(chǔ)平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制中心，其中爐體、豎向反力架、水平反力墻和固定裝置設(shè)于基礎(chǔ)平臺(tái)上；

豎向反力架包括兩榀縱向剛架和架設(shè)于兩榀縱向剛架之間的橫向鋼梁，爐體設(shè)置在豎向反力架內(nèi)，所述爐體由三面固定爐壁、一面活動(dòng)爐壁和爐蓋圍成，所述混凝土柱試件設(shè)于活動(dòng)爐壁處并通過(guò)活動(dòng)爐壁的配合使混凝土柱試件的至少一側(cè)面于爐膛之內(nèi)受火，所述爐蓋上設(shè)有缺口以使所述混凝土柱試件頂端伸出；

所述混凝土柱試件底端通過(guò)所述固定裝置固定于基礎(chǔ)平臺(tái)上，所述豎向荷載加載裝置安裝在所述橫向鋼梁底面以用于施加豎向載荷至所述混凝土柱試件頂端，所述水平拉壓伺服加載裝置安裝在水平反力墻上以用于施加橫向載荷至所述混凝土柱試件；

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括用于采集爐膛內(nèi)氣壓的氣壓采集系統(tǒng)、用于采集爐膛和混凝土柱試件內(nèi)部溫度的溫度采集系統(tǒng)、用于采集混凝土柱試件位移的位移采集系統(tǒng)、用于采集混凝土柱試件應(yīng)變的應(yīng)變采集系統(tǒng)、以及用于采集豎向荷載加載裝置和水平拉壓伺服加載裝置荷載的荷載采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的信息傳送至控制中心。

優(yōu)選的，所述爐體還包括天然氣管路、排煙道、水循環(huán)管路、點(diǎn)火燒嘴和風(fēng)機(jī)；天然氣管路于所述三個(gè)固定爐壁外側(cè)呈u形環(huán)繞并與市政天然氣管道相連；排煙道砌于所述基礎(chǔ)平臺(tái)之上并設(shè)于三個(gè)固定爐壁的內(nèi)側(cè)，在拐角處穿出固定爐壁，經(jīng)水循環(huán)管路后由外置的煙筒將煙氣向外排出，排煙道上表面設(shè)有若干個(gè)排煙口；各個(gè)固定爐壁上分別安裝風(fēng)機(jī)和點(diǎn)火燒嘴，點(diǎn)火燒嘴受控于控制中心。

優(yōu)選的，所述活動(dòng)爐壁由兩個(gè)一字形爐壁加上中間開(kāi)口部分內(nèi)利用磚塊砌筑臨時(shí)性填充墻組合而成，臨時(shí)性填充墻內(nèi)表面利用高溫膠粘貼連續(xù)的防火棉，并用預(yù)埋的鉬絲連接件固定；所述混凝土柱試件設(shè)于所述中間開(kāi)口部分，通過(guò)預(yù)設(shè)受火狀態(tài)砌筑所述臨時(shí)性填充墻。

優(yōu)選的，所述豎向反力架包括四根鋼柱和兩根縱向鋼梁，四根鋼柱固定于所述基礎(chǔ)平臺(tái)上并和兩根縱向鋼梁形成所述兩榀縱向剛架，鋼柱與縱向鋼梁的連接端面上有2排連接孔，縱向鋼梁可根據(jù)需要上下移動(dòng)至合適位置后與鋼柱連接；縱向鋼梁的上下翼緣有2排連接孔，所述橫向鋼梁兩端的上翼緣分別通過(guò)螺栓固定于縱向鋼梁的下翼緣；橫向鋼梁位于所述爐體中間的正上方，并垂直于所述水平反力墻立面。

優(yōu)選的，所述豎向荷載加載裝置包括帶球鉸的千斤頂、水平滾動(dòng)支座和壓力傳感器，帶球鉸千斤頂通過(guò)水平滾動(dòng)支座懸掛于所述橫向鋼梁的下翼緣上，壓力傳感器設(shè)于帶球鉸千斤頂和所述混凝土柱試件頂面之間。

優(yōu)選的，所述水平拉壓伺服加載裝置包括拉壓伺服千斤頂、第一加載板、第二加載板、錨桿和錨栓；拉壓伺服千斤頂固定于所述水平反力墻上，第一加載板和第二加載板分別固定在所述混凝土柱試件頂部的兩端，錨桿穿過(guò)第一加載板和第二加載板與所述混凝土柱試件固定；第二加載板通過(guò)錨栓與拉壓伺服千斤頂連接；拉壓伺服千斤頂內(nèi)置壓力傳感器和位移傳感器。

優(yōu)選的，所述固定裝置包括2個(gè)固定塊、2個(gè)鋼梁、2個(gè)手動(dòng)千斤頂、若干套螺栓桿和螺母；鋼梁放置于所述混凝土柱試件地梁的上表面，螺栓桿穿過(guò)鋼梁上預(yù)留的螺栓孔、通過(guò)螺母與預(yù)埋在基礎(chǔ)平臺(tái)上的地錨連接；固定塊安裝于所述混凝土柱試件地梁兩端，每個(gè)固定塊通過(guò)螺栓桿和螺母與預(yù)埋在基礎(chǔ)平臺(tái)上的地錨連接；2個(gè)手動(dòng)千斤頂分別安裝于固定塊和所述混凝土柱試件地梁之間并頂緊所述混凝土柱試件端面。

優(yōu)選的，所述氣壓采集系統(tǒng)、溫度采集系統(tǒng)、位移采集系統(tǒng)、荷載采集系統(tǒng)、應(yīng)變采集系統(tǒng)分別通過(guò)在測(cè)點(diǎn)處安裝氣壓傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量。

一種基于上述非四周受火后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

建造混凝土基礎(chǔ)平臺(tái)，澆筑前做好鋼筋、型鋼和地錨的預(yù)埋；建造混凝土水平反力墻，然后建造適合非四周受火后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)的爐體，安裝豎向反力架、豎向荷載加載裝置和水平拉壓伺服加載裝置；

設(shè)計(jì)制作混凝土柱試件，待養(yǎng)護(hù)至預(yù)定時(shí)間后，吊裝混凝土柱試件，根據(jù)設(shè)定的受火方式砌筑臨時(shí)填充墻并在內(nèi)側(cè)粘貼防火棉，爐膛內(nèi)進(jìn)行防火材料的鋪設(shè)，蓋上爐蓋后，爐蓋缺口處與混凝土柱試件的縫隙塞防火棉；

布置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

點(diǎn)火進(jìn)行持荷混凝土柱非四周受火方式下火災(zāi)試驗(yàn)，熄火冷卻后，移走爐蓋、拆除臨時(shí)性填充墻、移走活動(dòng)爐壁以及防火材料，安裝固定裝置，利用豎向荷載加載裝置和水平拉壓伺服加載裝置進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)。

優(yōu)選的，點(diǎn)火試驗(yàn)開(kāi)始后，控制中心接收爐溫和爐壓信息并控制實(shí)時(shí)爐溫按照設(shè)定升溫曲線(xiàn)升溫，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)溫度、位移和壓力傳感器采集試驗(yàn)過(guò)程中所述混凝土柱試件的火災(zāi)響應(yīng)參數(shù)。

優(yōu)選的，在擬靜力試驗(yàn)過(guò)程中，觀(guān)測(cè)所述混凝土柱試件的裂縫寬度、發(fā)展過(guò)程和混凝土柱的破壞形態(tài)，采集試驗(yàn)過(guò)程施加的豎向力、水平力，以及關(guān)鍵部分的位移、應(yīng)變等試驗(yàn)結(jié)果；所述水平拉壓伺服加載裝置進(jìn)行單向推覆過(guò)程試驗(yàn)或低周反復(fù)加載試驗(yàn)。

優(yōu)選的，所述混凝土柱試件為倒t形試件，頂部具有擴(kuò)大頭；所述豎向荷載加載裝置施加的豎向力作用線(xiàn)通過(guò)所述試件頂部擴(kuò)大頭上表面的形心，所述水平拉壓伺服加載裝置施加的水平力作用線(xiàn)通過(guò)所述試件頂部擴(kuò)大頭側(cè)面的形心。

本發(fā)明中：

(1)非四周受火混凝土柱擬靜力試驗(yàn)裝置的豎向反力架、水平反力墻和固定裝置的基礎(chǔ)均為基礎(chǔ)平臺(tái)，試驗(yàn)裝置整體形成一個(gè)自平衡裝置?；A(chǔ)平臺(tái)上預(yù)埋有2排地錨，用于安裝固定裝置，實(shí)現(xiàn)混凝土柱底為固定端約束?；馂?zāi)試驗(yàn)時(shí)在豎向荷載作用下混凝土柱試件的地梁與地面間不會(huì)發(fā)生滑移，因此，混凝土柱試件直接放置于基礎(chǔ)平臺(tái)上。擬靜力試驗(yàn)時(shí)，利用固定裝置約束混凝土柱試件地梁的上表面和兩個(gè)側(cè)面，柱試件根部為固定端。

(2)非四周受火后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)包括試件的非四周受火的火災(zāi)試驗(yàn)、火災(zāi)后擬靜力試驗(yàn)兩個(gè)步驟，柱試件的形式為倒t形試件。為滿(mǎn)足火災(zāi)試驗(yàn)時(shí)試件頂部伸出爐蓋以便施加豎向荷載，試件設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先根據(jù)爐膛的高度適當(dāng)調(diào)整試件地梁的高度，若出現(xiàn)爐膛高度不夠的情況，也可在爐壁上方利用磚塊砌筑臨時(shí)性填充墻以增加爐膛高度。另外火災(zāi)試驗(yàn)時(shí)，需要對(duì)臨時(shí)性填充墻和地錨、地梁等進(jìn)行防火保護(hù)。當(dāng)試件承受的豎向荷載較小或受火時(shí)間較短時(shí)，高溫下是否持荷和卸載對(duì)災(zāi)后承載性能影響較小，高溫下試件可以不施加豎向荷載或者點(diǎn)火前施加荷載、熄火后卸載。當(dāng)試件承受的豎向荷載較大，或者受火時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，高溫下是否持荷和卸載可能對(duì)災(zāi)后承載性能影響較大，則從火災(zāi)試驗(yàn)開(kāi)始至擬靜力試驗(yàn)結(jié)束的全過(guò)程中，豎向荷載加載裝置施加的軸力保持恒定。

(3)可利用計(jì)算機(jī)控制爐膛按iso834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線(xiàn)或其他的設(shè)定升溫曲線(xiàn)升溫。爐體的三面爐壁固定，第四面爐壁根據(jù)混凝土柱的受火方式，由兩個(gè)一字形活動(dòng)爐壁加上中間約1m寬開(kāi)口部分內(nèi)利用磚塊砌筑臨時(shí)性填充墻組合而成。通過(guò)靈活布置活動(dòng)爐壁并利用磚塊砌筑少量的臨時(shí)性填充墻，可實(shí)現(xiàn)混凝土柱試件三面、鄰面、單面等多種非四周的受火方式。與活動(dòng)爐壁相對(duì)的固定爐壁上安裝有一個(gè)高溫?cái)z像頭，用來(lái)監(jiān)測(cè)火災(zāi)燃燒情況及試件外觀(guān)情況。爐蓋對(duì)應(yīng)固定爐壁u形開(kāi)口的中心處有800×800mm的缺口，供火災(zāi)試驗(yàn)時(shí)柱試件頂部從該缺口處伸出爐蓋，以便在試件頂面利用豎向荷載加載裝置施加荷載。

(4)可對(duì)試件同時(shí)施加豎向荷載和水平荷載，從而混凝土柱可連續(xù)進(jìn)行火災(zāi)試驗(yàn)、災(zāi)后擬靜力試驗(yàn)，而無(wú)需將試件從爐膛內(nèi)吊出運(yùn)至抗震試驗(yàn)室進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)。豎向反力架的縱向鋼梁的位置可以上、下調(diào)整，進(jìn)而可將中間橫向鋼梁和豎向荷載加載裝置調(diào)整至合適的高度。帶球鉸千斤頂通過(guò)水平滾動(dòng)支座懸掛于橫向鋼梁的下翼緣上，這樣火災(zāi)試驗(yàn)和擬靜力試驗(yàn)時(shí)，豎向荷載的作用位置可隨柱頂上表面形心的平移而水平移動(dòng)，確保豎向荷載始終通過(guò)柱頂截面的形心。豎向荷載加載裝置從點(diǎn)火試驗(yàn)開(kāi)始至擬靜力試驗(yàn)結(jié)束全過(guò)程中可連續(xù)施加恒定的軸力、無(wú)需卸載，這與實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生火災(zāi)時(shí)的情況一致。水平拉壓伺服加載裝置的安裝高度可根據(jù)試件的高度進(jìn)行調(diào)整，施加的水平力合力作用線(xiàn)通過(guò)柱頂擴(kuò)大頭側(cè)面的形心，可對(duì)試件施加單向推覆荷載和低周水平反復(fù)荷載，分別用于混凝土柱試件的受剪性能試驗(yàn)和擬靜力試驗(yàn)。

(5)火災(zāi)試驗(yàn)時(shí)通過(guò)在測(cè)點(diǎn)處安裝氣壓傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器等分別用于監(jiān)測(cè)爐膛氣壓、爐膛和試件內(nèi)部測(cè)點(diǎn)的溫度、試件頂部的豎向位移和試件非受火面的側(cè)向位移、試件承受的豎向軸力?；馂?zāi)后擬靜力試驗(yàn)時(shí)，分別通過(guò)試件頂部的壓力傳感器、拉壓伺服加載裝置內(nèi)置的壓力傳感器監(jiān)測(cè)試件承受的豎向軸力、水平力，通過(guò)位移傳感器監(jiān)測(cè)試件頂部擴(kuò)大頭水平荷載作用點(diǎn)處的水平位移和平面外位移、地梁的水平位移和豎向位移，通過(guò)應(yīng)變片量測(cè)混凝土表面關(guān)鍵部位的應(yīng)變，利用裂縫寬度觀(guān)測(cè)儀和鋼尺測(cè)量裂縫的寬度和長(zhǎng)度。各自的測(cè)量電信號(hào)和爐體內(nèi)點(diǎn)火燒嘴的控制電信號(hào)可通過(guò)線(xiàn)路管道與爐體旁邊控制中心連接，利用計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、升溫過(guò)程和擬靜力試驗(yàn)加載過(guò)程的自動(dòng)控制。

本發(fā)明提供了一套能夠較好地進(jìn)行非四周受火后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)裝置，以模擬真實(shí)火災(zāi)場(chǎng)景和水平荷載作用，可以用來(lái)測(cè)試混凝土柱在不同受火方式下溫度場(chǎng)、耐火極限等火災(zāi)行為，以及災(zāi)后水平荷載作用下強(qiáng)度、延性、滯回耗能等剩余承載性能；測(cè)試非四周受火后混凝土柱的受剪承載性能和抗震性能并研究火災(zāi)高溫對(duì)其承載性能的損傷機(jī)理，為火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)的安全性鑒定和修復(fù)加固提供依據(jù)。本發(fā)明的有益效果有：本發(fā)明能較好地適用于非四周受火后混凝土柱的擬靜力試驗(yàn)，能夠較好地模擬不同受火方式的影響，從而更加科學(xué)地進(jìn)行不同受火方式后混凝土柱受剪承載性能和抗震性能研究，為非四周受火后混凝土柱受剪承載性能和抗震性能的損傷評(píng)定提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明試驗(yàn)裝置的俯視圖。

圖2為圖1中的a-a剖面示意圖。

圖3為圖2中a區(qū)域的局部放大示意圖。

圖4為混凝土柱不同受火方式實(shí)現(xiàn)的示意圖，其中a為三面受火、b為鄰面受火、c為單面受火、d為t型柱的一種受火方式。

圖5為圖4中爐體a-a立面示意圖。

圖6為爐蓋的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

結(jié)合圖1～圖6，本實(shí)施例的非四周受火后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)裝置包括爐體1、豎向反力架2、水平反力墻3、豎向荷載加載裝置4、水平拉壓伺服加載裝置5、固定裝置6、基礎(chǔ)平臺(tái)7、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制中心8?；A(chǔ)平臺(tái)7作為爐體1、豎向反力架2、水平反力墻3、固定裝置6的基礎(chǔ)。豎向反力架2由四根鋼柱21、兩根縱向鋼梁22、一根中間橫向鋼梁23組成。基礎(chǔ)平臺(tái)7上預(yù)埋有2排、每排18個(gè)地錨71，相鄰地錨71的縱向間距600mm、橫向間距200mm，用于安裝固定裝置6和倒t形混凝土柱試件9，實(shí)現(xiàn)擬靜力試驗(yàn)時(shí)混凝土柱底為固定端約束。

爐體1包括爐壁11、爐蓋12、天然氣管路13、排煙道14、水循環(huán)管路、溫度傳感器15、點(diǎn)火燒嘴16、線(xiàn)路管道17、風(fēng)機(jī)18和高清攝像頭19。爐壁11由相對(duì)的兩固定爐壁111、位于兩固定爐壁111之間的固定爐壁112和活動(dòng)爐壁圍成。活動(dòng)爐壁根據(jù)混凝土柱9的受火方式，由兩個(gè)一字形活動(dòng)爐壁113加上中間約1m寬開(kāi)口部分內(nèi)利用磚塊砌筑臨時(shí)性填充墻114組合而成，混凝土柱試件9設(shè)于所述中間開(kāi)口部分，通過(guò)預(yù)設(shè)受火狀態(tài)砌筑所述臨時(shí)性填充墻114，可形成混凝土柱試件的三面、相鄰兩面、單面等多種非四周受火方式，參見(jiàn)圖4所示。爐體1的長(zhǎng)度3700mm，寬度3200mm，高度1600mm，爐壁厚度350mm。臨時(shí)性填充墻114內(nèi)表面利用高溫膠粘貼連續(xù)的防火棉，并用預(yù)埋的鉬絲連接件固定。三個(gè)固定爐壁的內(nèi)側(cè)設(shè)有排煙道14，排煙道14的寬度450mm，高度600mm。兩個(gè)相對(duì)的固定爐壁111上每面安裝有2個(gè)風(fēng)機(jī)18和自動(dòng)點(diǎn)火燒嘴16，第三個(gè)固定爐壁112上安裝有3個(gè)風(fēng)機(jī)18和自動(dòng)點(diǎn)火燒嘴16、1個(gè)高溫?cái)z像頭19。三個(gè)固定爐壁外側(cè)u形環(huán)繞的天然氣管路13經(jīng)過(guò)一個(gè)減壓閥后與市政天然氣管道相連。排煙道14砌于基礎(chǔ)平臺(tái)7之上，排煙道14在拐角處穿出固定爐壁，經(jīng)水循環(huán)管路后由外置的煙筒將煙氣向外排出，排煙道14上表面設(shè)有若干個(gè)排煙口141。爐蓋12對(duì)應(yīng)固定爐壁u形開(kāi)口的中心處有800×800mm的缺口121，參見(jiàn)圖6所示，供火災(zāi)試驗(yàn)時(shí)，柱試件9頂部伸出爐蓋12。溫度傳感器15(例如熱電偶)設(shè)置在爐壁內(nèi)側(cè)靠近點(diǎn)火燒嘴16內(nèi)側(cè)。點(diǎn)火燒嘴16受控于控制中心8。

豎向反力架2的四根鋼柱21固結(jié)于基礎(chǔ)平臺(tái)7上，鋼柱21位置關(guān)于固定爐壁的中間豎軸對(duì)稱(chēng)，四根鋼柱21和兩根縱向鋼梁22形成兩榀縱向剛架。鋼柱21與縱向鋼梁22的連接端面上有2排連接孔，縱向鋼梁22可根據(jù)需要上下移動(dòng)至合適位置后與鋼柱21固接?？v向鋼梁22的上下翼緣有2排連接孔，中間橫向鋼梁23兩端的上翼緣分別通過(guò)4根螺栓連接固定于縱向鋼梁22的下翼緣。中間橫梁23位于爐體1中間的正上方，并垂直于水平反力墻3立面。鋼柱21、縱向鋼梁22和橫向鋼梁23均設(shè)有連續(xù)分布的加勁肋。

如圖2和圖3所示，豎向荷載加載裝置4由帶球鉸的千斤頂41、水平滾動(dòng)支座42、壓力傳感器和鋼板組成，帶球鉸千斤頂41通過(guò)水平滾動(dòng)支座42懸掛于橫向鋼梁23的下翼緣上。帶球鉸千斤頂41和混凝土柱試件9頂面之間從上至下設(shè)有壓力傳感器和方形鋼板。水平拉壓伺服加載裝置5包括拉壓伺服千斤頂51、鋼板52和第一連接件53、第一加載板54、第二加載板55、第二連接件56、錨桿57和錨栓58。拉壓伺服千斤頂51通過(guò)鋼板52和第一連接件53固定于水平反力墻3上。第一加載板54和第二加載板55分別固定在試件9頂部擴(kuò)大頭的兩端。錨桿57穿過(guò)第一加載板54和第二加載板55與試件9擴(kuò)大頭固定連接。第二加載板55通過(guò)第二連接件56和錨栓58與拉壓伺服千斤頂51連接。拉壓伺服千斤頂51內(nèi)置壓力傳感器和位移傳感器。固定裝置6包括2個(gè)固定塊61、2個(gè)鋼梁62、2個(gè)手動(dòng)千斤頂63、若干套螺栓桿和螺母。鋼梁62放置于混凝土試件9地梁的上表面，螺栓桿64穿過(guò)鋼梁62上預(yù)留的2個(gè)螺栓孔、通過(guò)螺母與預(yù)埋在基礎(chǔ)平臺(tái)7上的地錨71連接，擰緊螺母65可壓緊試件9的地梁。固定塊61安裝于距柱試件9地梁兩端面約600mm處，每個(gè)固定塊61對(duì)應(yīng)地錨71的位置預(yù)留4個(gè)孔洞，通過(guò)4個(gè)螺栓桿和螺母固定于基礎(chǔ)平臺(tái)7上。2個(gè)手動(dòng)千斤頂63安裝于2個(gè)固定塊61和試件9地梁的2個(gè)端面之間，并頂緊試件9的地梁端面。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括爐膛內(nèi)部測(cè)點(diǎn)的氣壓采集系統(tǒng)、爐膛內(nèi)部和試件內(nèi)部測(cè)點(diǎn)的溫度采集系統(tǒng)、試件擴(kuò)大頭中心處水平位移等關(guān)鍵部位變形的采集系統(tǒng)、荷載采集系統(tǒng)。各自的測(cè)量電信號(hào)和爐體內(nèi)點(diǎn)火燒嘴的控制電信號(hào)可通過(guò)線(xiàn)路管道里面的導(dǎo)線(xiàn)與爐體旁邊控制中心8連接?？刂浦行?可對(duì)點(diǎn)火燒嘴16的自動(dòng)點(diǎn)火、爐膛升溫過(guò)程等進(jìn)行自動(dòng)控制。

本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)方法按以下步驟實(shí)施：

(1)首先建造混凝土基礎(chǔ)平臺(tái)，澆筑前需要做好鋼筋、型鋼和地錨的預(yù)埋。

(2)建造混凝土水平反力墻，澆筑前需要做好鋼筋，螺栓孔等預(yù)埋。

(3)建造適合非四周受火后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)的爐體。固定爐壁的內(nèi)側(cè)由耐火磚砌筑而成，耐火磚表面用高溫膠粘貼纖維防火氈板，爐壁的外側(cè)采用耐火鋼板制作，爐壁內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間填充耐火纖維。爐蓋主要采用耐火鋼和纖維防火氈板制作，爐蓋上方裝有4個(gè)吊環(huán)，便于吊裝爐蓋。

(4)安裝豎向反力架、豎向荷載加載裝置和水平拉壓伺服加載裝置。

(5)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)吭O(shè)計(jì)制作倒t形混凝土柱(含異形柱)試件。以圖4中三面受火后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)為例，制作倒t形混凝土柱試件，試件總長(zhǎng)度1880mm。混凝土柱身的截面尺寸300mm×300mm、對(duì)應(yīng)的柱身長(zhǎng)度為800mm，地梁寬度400mm，長(zhǎng)度1100mm，高度800mm。擴(kuò)大頭截面寬度300mm、高度350mm，長(zhǎng)度280mm。

(6)待試件養(yǎng)護(hù)至預(yù)定時(shí)間后，吊裝倒t形混凝土柱試件，根據(jù)圖4中三面受火方式砌筑臨時(shí)填充墻114并在內(nèi)側(cè)粘貼防火棉。爐膛內(nèi)的地錨周邊鋪滿(mǎn)耐火磚，并在上表面鋪2層纖維防火棉進(jìn)行防火保護(hù)，試件地梁的暴露部分也覆蓋耐火棉進(jìn)行防火保護(hù)。蓋上爐蓋后，爐蓋缺口處與試件的縫隙塞好防火棉，布置采集系統(tǒng)，利用豎向荷載加載裝置施加軸力至恒定，軸壓比為0.25。利用該試驗(yàn)裝置點(diǎn)火進(jìn)行持荷混凝土柱非四周受火方式下火災(zāi)試驗(yàn)，采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

(7)熄火冷卻后，移走爐蓋、拆除臨時(shí)性填充墻、移走活動(dòng)爐壁和地梁上覆蓋的防火棉以及周邊鋪滿(mǎn)的耐火磚，安裝固定裝置防止地梁滑移?；炷帘砻嬲迟N應(yīng)變片、布置位移傳感器。利用水平拉壓伺服加載裝置進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，觀(guān)測(cè)破壞過(guò)程和形態(tài)，采集相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)。從火災(zāi)試驗(yàn)開(kāi)始至擬靜力試驗(yàn)結(jié)束的全過(guò)程中，豎向荷載加載裝置施加的軸力保持恒定。水平拉壓伺服加載裝置可根據(jù)需要按力控制或位移控制加載，可進(jìn)行單向推覆過(guò)程試驗(yàn)，也可以進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗(yàn)。

上述實(shí)施例僅用來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的一種非四周受火后混凝土柱擬靜力試驗(yàn)裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。