專利名稱：熱力耦合實驗臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對建筑構(gòu)件或結(jié)構(gòu)在火災(zāi)場景下的響應(yīng)行為進(jìn)行實驗和研究的設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有用于火災(zāi)條件下建筑構(gòu)件與結(jié)構(gòu)實驗的相關(guān)實驗臺，主要分為垂直爐和水平爐，采用的都是整爐方式，爐體一般都是固定的，絕大部分只能開展板、梁等簡單構(gòu)件的熱響應(yīng)實驗。力載荷的施加通常只能用均布砝碼的方式加以實現(xiàn)，但這樣往往無法施加大的力載荷與動態(tài)力作用，更無法較為真切的模擬建筑構(gòu)件或結(jié)構(gòu)所承受的力載荷。部分實驗臺采用橫跨加熱爐的加載裝置，雖然可以獲得比較大的力載荷，但增加了爐體被破壞的可能性，同時也約束了試驗的多樣性，增加了試驗準(zhǔn)備工作的難度。由于爐體固定，試件的幾何結(jié)構(gòu)與加熱模式也受到了極大限制，試件的準(zhǔn)備與安裝工作難度加大。試件受力破壞變形后，可能對加熱爐造成毀壞，也是約束現(xiàn)有實驗臺使用的一個重要因素。由于以上因素的限制，現(xiàn)有實驗臺的功能都較為單一，特別是對在熱--力耦合作用下的實驗工作，研究的對象和研究的范圍受到了很大的限制，無法開展多種形式的實驗工作，不能對火災(zāi)條件下建筑結(jié)構(gòu)的行為進(jìn)行更為深入的研究。
因此，如何對多種形式的建筑試件在施加力載荷的同時，又可以模擬火災(zāi)環(huán)境、對試件施加熱載荷并提供多種形式的熱學(xué)與力學(xué)邊界條件，是一個迫切需要解決的問題。要解決以上問題，就必須解決加熱系統(tǒng)、力加載系統(tǒng)以及試件研究需求的相互兼容問題，目前所存在的固定式的水平爐和垂直爐無法滿足熱--力耦合試驗的深入研究工作的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)ㄖ?gòu)件或結(jié)構(gòu)同時施加熱載荷和力載荷、模擬火災(zāi)條件下的熱學(xué)與力學(xué)環(huán)境的熱力耦合作用實驗臺。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下整個實驗臺包括加熱系統(tǒng)和力加載系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，本發(fā)明的特征在于加熱系統(tǒng)中的加熱爐為分合式，由兩個爐體組成，兩者爐口相對，在兩個爐體之間設(shè)置有試件安裝臺；爐體安裝在移動平臺上，分別位于試件安裝臺的兩側(cè)，移動平臺與基礎(chǔ)面之間采用導(dǎo)軌導(dǎo)輪連接，以驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動沿導(dǎo)軌作相向運(yùn)動；兩個爐體運(yùn)動到試件安裝臺的預(yù)定位置處將爐口對接，此時試件位于兩爐口之間、試件受熱面暴露在爐體內(nèi)；或者，單個爐體運(yùn)動到試件安裝臺的預(yù)定位置處將爐口封閉，此時試件位于爐口處、試件受熱面暴露在爐體內(nèi)。
在上述方案中，所述的爐口對接或封閉采用可塑性熱力框作為接口或封口，可塑性熱力框的形狀、尺寸與試件及加熱爐爐口的形狀、尺寸相適應(yīng)；框體上根據(jù)需要預(yù)留試件孔或者加力孔，其形狀、尺寸、數(shù)量及位置與試件和傳力臂的形狀、尺寸以及試件的受熱、受力方式相適應(yīng)。
在上述方案中，所述的力加載系統(tǒng)為四柱力學(xué)框架結(jié)構(gòu)，四柱下端增加用以支撐試件的輔助支撐梁。
也就是說，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，首次提出了以分合式的雙向運(yùn)動加熱爐及其可塑性熱力框的接口或封口、四柱力學(xué)加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)而組合成的實驗臺結(jié)構(gòu)體系。此實驗臺系統(tǒng)，解決了實驗過程中對試件同時施加力載荷與熱載荷的兼容性問題。使得在實驗過程中，試件可以在各種不同的力與熱的耦合作用下發(fā)生變形，而且變形不會對加熱爐造成不利影響。既保證了力學(xué)系統(tǒng)與熱學(xué)系統(tǒng)的相對獨(dú)立性，又能滿足實驗要求。同時，結(jié)合美國911事件，火災(zāi)導(dǎo)致世貿(mào)中心1號、2號、7號樓最后倒塌的結(jié)果，本實驗臺重點(diǎn)著眼于重大建筑火災(zāi)作用下建筑結(jié)構(gòu)的性能反應(yīng)。與目前已有的加熱系統(tǒng)相比較，本實驗臺可開展快速升溫、多種受火方式——尤其是重大建筑火災(zāi)作用下各種構(gòu)件的多面受熱方式的實驗，可為試件提供不同的邊界條件。從而得以滿足對重大建筑火災(zāi)條件下復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)實驗的研究需要。為深入而科學(xué)地認(rèn)識火災(zāi)作用下建筑構(gòu)件行為與建筑結(jié)構(gòu)坍塌的條件提供研究平臺。
這種方式極大提高了實驗臺操作的靈活性，增加了實驗的多樣性，降低了實驗人員的工作強(qiáng)度與實驗準(zhǔn)備時間，整個系統(tǒng)的自動化程度高，測量與控制系統(tǒng)采用微機(jī)反饋控制方式，使測量結(jié)果更為準(zhǔn)確，可滿足多種幾何形狀與結(jié)構(gòu)的試樣(如建筑節(jié)點(diǎn)、框架、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等)的實驗需要。從而極大提高了實驗臺的效益與性能。
同時，實驗臺可以分別單獨(dú)開展熱學(xué)實驗與力學(xué)實驗，并具有很好的擴(kuò)充性，如在四柱力學(xué)系統(tǒng)的中間區(qū)域額外安裝沖力系統(tǒng)，可以開展沖力與熱的耦合作用實驗等等。


圖1給出了熱力耦合實驗臺的系統(tǒng)原理框圖。
圖2給出了實驗臺結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3、圖4分別給出了移動平臺結(jié)構(gòu)示意圖的主視、側(cè)視圖。
圖5、圖6分別給出了加熱爐結(jié)構(gòu)示意圖的主視、側(cè)視圖。
圖7、圖8給出了四柱力加載系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)以及試件支撐件結(jié)構(gòu)示意圖。其中，試件支撐件分別為支撐墩結(jié)構(gòu)(圖7，可適用于非受限試驗)、輔助支撐梁結(jié)構(gòu)(圖8，可適用于受限或非受限試驗)。
圖9～18給出了可塑性熱力框典型結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖9～12反映試件受熱方式，分別為三面、單面、兩面、單面(但頂面暴露于空氣中)受熱；圖13～18反映試件受力方式，分別為L型節(jié)點(diǎn)、十字型節(jié)點(diǎn)、柱、T型節(jié)點(diǎn)、梁、L型節(jié)點(diǎn)(但節(jié)點(diǎn)在爐外)的受力示意圖。
圖中各部件的標(biāo)號如下1--加熱爐，2--四柱力學(xué)框架結(jié)構(gòu)，3--移動平臺，4--可塑性熱力框，5--試件安裝臺，6--試件，7-變速箱，8--力作動器，9--力分配梁，10--傳力臂，11--燃燒器安裝孔，12--導(dǎo)軌，13--導(dǎo)輪，14--齒條，15--齒輪，16-載爐平板，17--電動機(jī)，18--加熱爐爐墻，19--加熱爐爐腔，20--吸火孔，21--煙道，22--承力主橫梁，23--支撐墩，24--輔助支撐梁。
具體實施例方式
實驗臺的總體結(jié)構(gòu)及工作過程如下實驗臺結(jié)構(gòu)主要由可相對運(yùn)動的分合式的加熱爐，雙向運(yùn)動的移動平臺，可塑性熱力框，四柱框式力加載系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)組成。由于采用雙向運(yùn)動加熱系統(tǒng)，這樣在實驗臺的中間區(qū)域可以設(shè)置一易于工作人員操作的試件安裝臺，以便于對實驗試件的準(zhǔn)備與安裝。首先將加熱爐分離，實驗試件安置于移動平臺之間的試件安裝臺上，通過試件安裝臺上方的四柱框式力學(xué)加載系統(tǒng)中的力作動器對試件施加力載荷，然后利用雙向運(yùn)動的移動平臺，使加熱爐的兩個爐體相對運(yùn)動至預(yù)設(shè)的位置處對接。加熱爐的對接處可通過熱力框或試件本身進(jìn)行圍合，以形成封閉的爐腔。開啟加熱爐燃燒系統(tǒng)對試件施加熱載荷，試件在熱—力耦合作用下的響應(yīng)行為通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集，同時可通過傳感器與微機(jī)控制系統(tǒng)對加載系統(tǒng)的力載荷與加熱爐爐腔的溫度、壓力進(jìn)行反饋控制。
加熱爐的兩個爐體也可分別單獨(dú)運(yùn)動至預(yù)定位置，開展實驗工作。此時加熱爐的爐口可通過熱力框或試件本身進(jìn)行封閉。不啟用加熱爐時，實驗臺也可開展常溫下的力學(xué)實驗工作。
實驗臺可開展以下研究工作對梁、柱、板等一般構(gòu)件進(jìn)行多種力學(xué)荷載和熱負(fù)荷的研究；對建筑節(jié)點(diǎn)與框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究；對多跨網(wǎng)格建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究；對不同材料(鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等)的試件進(jìn)行研究等等。
實驗臺的各主要部分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能1、加熱系統(tǒng)加熱系統(tǒng)是整個實驗臺的核心部分，它所要完成的功能是模擬火災(zāi)場景下構(gòu)件所處的溫度環(huán)境，對試件施加熱載荷。它包括分合式加熱爐和移動平臺。
加熱爐主要由爐體，燃燒系統(tǒng)及其自控系統(tǒng)組成。與其它實驗臺不同的是，本實驗臺加熱爐的爐體為分合式，由兩個可相對運(yùn)動閉合或分開的爐體組成，兩者爐口相對，分別位于力加載系統(tǒng)的兩側(cè)，在兩個爐體之間的區(qū)域設(shè)置有試件安裝臺。這兩個爐體可相互結(jié)合組成一個整體開展實驗，也可單獨(dú)開展實驗。當(dāng)構(gòu)成整體時，兩個爐體的爐口應(yīng)將被測試件夾在中間、然后對接，使試件受熱面暴露在爐體內(nèi)。當(dāng)試件形狀、尺寸與爐口形狀、尺寸相適應(yīng)時，試件即可作為兩個爐口之間的接口(例如矩形框架內(nèi)側(cè)面受熱的試件)；如果不合適，則可通過隔熱材料制作的可塑性熱力框?qū)⒈粶y試件作適當(dāng)包覆、通過兩個爐體的爐口將可塑性熱力框夾住，使試件受熱面暴露在爐體內(nèi)，可塑性熱力框即可作為兩個爐體之間的接口。為便于夾持，可在爐口周圍設(shè)置活動手柄用以將兩個爐體之間固緊。當(dāng)某個爐體單獨(dú)使用時，應(yīng)將被測試件置于爐口處、使試件受熱面暴露在爐體內(nèi)。與前述對接情況相似，可采用試件本身(例如矩形板材單面受熱的試件)或通過可塑性熱力框作為封口、對爐口進(jìn)行封閉。爐體內(nèi)的燃燒系統(tǒng)以對角線布置為佳，便于形成熱流循環(huán)，使熱量分布均勻。它不僅可提供標(biāo)準(zhǔn)溫升火災(zāi)環(huán)境，也可模擬重大建筑火災(zāi)條件下快速溫升的熱環(huán)境。還能為試件提供多種受火方式和熱學(xué)邊界條件(如為板提供雙面受火的邊界條件、或一面受火一面水冷恒溫條件等)，從而為更深入和全面的實驗研究工作提供條件。
加熱爐安裝在移動平臺上，該移動平臺是實現(xiàn)加熱爐兩爐體運(yùn)動至預(yù)定位置的承重驅(qū)動平臺。為提高實驗臺自動化程度，可采用雙向電動平臺的形式，移動平臺與基礎(chǔ)面之間采用導(dǎo)軌導(dǎo)輪連接，以電機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動使移動平臺沿導(dǎo)軌作相向運(yùn)動。它使整個實驗裝置能夠更為緊湊地組合在一起。
2、可塑性熱力框可塑性熱力框是本發(fā)明提出的用于實現(xiàn)加熱系統(tǒng)、力加載系統(tǒng)以及試件研究需求相互兼容的主要部件。在試件不能單獨(dú)作為接口或封口時，就要采用可塑性熱力框作補(bǔ)充，使?fàn)t口對接或封閉。它是采用輕型隔熱材料(例如高鋁纖維、多晶莫來石纖維、氧化鋁纖維等)制作的框體，呈立體狀，其形狀、尺寸應(yīng)與試件及加熱爐爐口的形狀、尺寸相適應(yīng)，并可根據(jù)實驗需要進(jìn)行適時裁制加工，以適應(yīng)不同試件的需求。它作為熱力耦合實驗臺加熱系統(tǒng)與力加載系統(tǒng)耦合的接口，所有的加工孔都在其上制作，以保證爐體的完整性框體上應(yīng)預(yù)留允許試件穿過的試件孔，以使試件受熱面處于加熱爐內(nèi)而試件支撐點(diǎn)處于加熱爐外；還應(yīng)根據(jù)施加力載荷的方式所需而預(yù)留允許傳力臂穿過的加力孔(傳力臂應(yīng)采用耐高溫的剛性材料制作，例如碳化硅材料，它可單獨(dú)使用、或與力分配梁一起使用，將力作動器所施加的力傳遞給試件)，以使力作動器以及試件支撐件處于加熱爐外，保證力加載系統(tǒng)的各個器件免受高溫?zé)嶙饔?。試件孔和加力孔的形狀、尺寸、?shù)量及位置與被測試件和傳力臂的形狀、尺寸以及被測試件的受熱、受力方式相適應(yīng)。圖9～18中給出了幾種典型的例子(但并不限于此)。當(dāng)使用單個爐體時，可塑性熱力框應(yīng)與試件相適應(yīng)、兩者一起組合成“整體”，對爐口起到封閉的作用。
可塑性熱力框的強(qiáng)度、柔韌性以及幾何加工形狀可根據(jù)不同實際需要加以選擇。由于可塑性熱力框具有很好的可塑性能與緩沖性能，因而可根據(jù)試件的幾何形狀加于加工，同時在試驗過程中不會因為邊框受力而受損以至影響試驗，其適當(dāng)?shù)娜彳浶赃€能保證試件邊界力學(xué)條件在實驗過程中的一致性。
3、力加載系統(tǒng)力加載系統(tǒng)是熱—力耦合實驗臺中對試件施加力載荷的部分，被用來模擬火災(zāi)環(huán)境中試件所處的力學(xué)環(huán)境與受限約束條件。本發(fā)明采用常規(guī)的四柱框式力加載系統(tǒng)，主要由四柱力學(xué)框架、力載荷控制系統(tǒng)、液壓式力作動器、液壓油源、分油器及管路系統(tǒng)等組成。它可按預(yù)設(shè)的載荷形式為試驗提供動載荷。
同時，可在四柱下端增加輔助支撐梁用以支撐試件。與通常所用的支撐墩不同的是，在開展梁構(gòu)件試驗時，輔助支撐梁與四柱框架及試件一起構(gòu)成了自反力框架體系，降低了對地基的影響；當(dāng)試件所處位置較高時，用輔助支撐梁支撐也可增加穩(wěn)定性，避免了采用高支撐墩所帶來的失穩(wěn)問題；并且，輔助支撐梁可為試件提供受限約束邊界條件，足以承受試件膨脹受限所產(chǎn)生的內(nèi)部生成力，從而更能模擬符合實際火災(zāi)中的力學(xué)邊界條件。
在開展較低位置的試驗時，還可以采用試件安裝臺上的支撐墩支撐試件。
而且，由于采用四柱框式力加載系統(tǒng)，試件安裝臺的側(cè)面沒有阻擋，使試件的長度不受加載系統(tǒng)的限制，從而使實驗系統(tǒng)滿足多跨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等實驗的要求。
4、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)計算機(jī)數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)主要用來完成對火災(zāi)實驗臺整個流程所必需的數(shù)據(jù)采集，順序控制，時間控制，回路調(diào)節(jié)及上位監(jiān)視作用(可利用已有技術(shù))。本發(fā)明采用的是一個集中監(jiān)視分散控制的系統(tǒng)，當(dāng)上位監(jiān)視設(shè)備發(fā)生故障或沒有使用時，現(xiàn)場各控制設(shè)備還可以繼續(xù)工作，對整個實驗過程沒有影響。系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分有智能儀表，上位監(jiān)視設(shè)備及數(shù)據(jù)通訊。
上位計算機(jī)控制主要用于監(jiān)視實驗處理過程中的技術(shù)參數(shù)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及系統(tǒng)維護(hù)等；當(dāng)反饋參數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)臨界值時，可啟用緊急反應(yīng)系統(tǒng)，中斷實驗過程。同時，工程師可對控制模式以及參數(shù)等進(jìn)行修改。
本實驗臺將采用激光等非接觸測量方式來測試構(gòu)件的形變位移，提高了測量的精度。同時采用紅外熱像儀測試建筑構(gòu)件的背火面溫度場，并利用超聲波測試儀測試材料的性能與火災(zāi)后的損壞情況，實驗臺可測試受火后試件的應(yīng)力、應(yīng)變參數(shù)。
數(shù)據(jù)采集所選用的傳感器根據(jù)GB9978-88進(jìn)行選用，主要測量信號包括爐腔溫度與壓力，試件溫度、撓度以及端部壓力等。
通過計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對加熱爐爐體位置、爐腔溫度與壓力、載荷力等參數(shù)進(jìn)行反饋控制。
本發(fā)明實驗工作過程如下1、提升力加載作動器，分開加熱爐，空出試件工作區(qū)；2、在工作區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備實驗試件，安裝熱電偶、位移傳感器等實驗測量裝置；3、在試件周圍用可塑性熱力框加以圍合；4、對試件施加力載荷；5、合上加熱爐，加上可塑性熱力框，形成一個加熱爐整體；6、啟動燃燒裝置，施加熱載荷；7、開始實驗，采集實驗數(shù)據(jù)；8、實驗結(jié)束，關(guān)閉燃燒器，卸去力學(xué)加載；9、加熱爐兩部分反向運(yùn)動而分開；10、拆撤測量裝置，移走試驗試件。
本發(fā)明的具體實施例如下(但本發(fā)明并不限于此)可塑性熱力框以高鋁纖維板為材料，厚度取0.4m，外圍尺寸與爐體接口處的尺寸相一致為2m×2m，具體強(qiáng)度與形狀可根據(jù)實際的實驗需要加以選擇與加工。
加熱爐體爐體采用立方、平吊頂結(jié)構(gòu)，外部尺寸高2m，寬2m，各部分長1m，有效加熱面積為1.6m×1.2m。以60號槽鋼為骨架，用40號角鋼連接，形成堅固穩(wěn)定的鋼架結(jié)構(gòu)，外表面采用不銹鋼板封裝，組成爐體的外部形態(tài)、支撐耐火材料并保護(hù)耐火材料不受外力撞擊。隔熱層使用高鋁纖維毯，由不銹鋼鉤和高鋁陶瓷管掛在鋼架上，耐火層采用多晶莫來石纖維。鋼架、鋼板、隔熱層、耐火層一起構(gòu)成爐墻。這樣既堅固耐用，又實現(xiàn)爐體的輕型化。大大提高爐體的保溫性能，有利于節(jié)約燃料。煙氣自爐底吸火孔和煙道進(jìn)入可伸縮的軟管式煙囪經(jīng)風(fēng)機(jī)排到室外。兩爐體分別安裝于各自的電動平臺上，底部通過載爐平板與電動平臺的傳動部分相連接，由傳動機(jī)構(gòu)牽引，可在水平軌道上前后移動。后移時，兩爐體分開，便于裝載工件，安裝檢測儀器；前移時，兩爐體對接，接口處采用可塑性熱力框或試件本身的邊框進(jìn)行圍護(hù)封閉，同時可用手柄固緊，合分方便自如；或者單個爐體獨(dú)自使用，爐口采用可塑性熱力框或試件本身所構(gòu)成的平面進(jìn)行圍護(hù)封閉，以適當(dāng)?shù)膴A具固緊。爐體內(nèi)形成封閉的爐腔，提供燃燒空間。
燃燒系統(tǒng)燃燒采用國際先進(jìn)的比例燃燒技術(shù)，可以根據(jù)實驗要求把溫度控制在一定的溫度范圍內(nèi)。液化氣主管路由調(diào)壓器、穩(wěn)壓、安全保護(hù)裝置組成，確保供氣的穩(wěn)定和安全。燃燒器選用兩只30KW的丙烷燃燒爐頭。試驗溫度可達(dá)1000℃，爐頭交錯分布在爐體兩側(cè)墻上。燃料采用丙烷氣體。爐頭的助燃空氣管道上裝有伺服馬達(dá)驅(qū)動的碟閥，自動調(diào)整助燃空氣的流量和風(fēng)壓，同時在燃?xì)夤艿郎嫌幸恢槐壤y控制燃?xì)獾牧髁?，從而實現(xiàn)燃?xì)饪諝獬杀壤兓?。溫控由熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線，程序溫度控制器，伺服馬達(dá)組成。熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線將溫度信號送入溫控器中，溫控器將采樣來的信號和程序設(shè)定溫度比較后，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后，產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)電流信號至伺服電動機(jī)來控制火焰的尺寸，從而達(dá)到控制爐腔溫度的目的。該智能溫度控制器可以預(yù)輸入程序(升溫曲線)，加熱器啟動后，溫度會隨著程序設(shè)定值的變化而變化，不需要人為干預(yù)，從而保證實驗的準(zhǔn)確性和重復(fù)性?？刂萍氨O(jiān)視系統(tǒng)將符合相應(yīng)的IEC標(biāo)準(zhǔn)和中國標(biāo)準(zhǔn)GBJ93-88。
雙向電動平臺A)車體結(jié)構(gòu)部分雙向電動平臺基礎(chǔ)由4根2米長鋼質(zhì)導(dǎo)軌做基準(zhǔn)，主要起負(fù)載平臺、爐體和導(dǎo)向作用，4個導(dǎo)輪在其上面往復(fù)滾動，帶動車體。車體由8號鋼組成框架，框架面上鋪A3鋼板的載爐平板，其厚度為10mm，框架下有導(dǎo)輪支架和齒條定位板及齒條。
雙向電動平臺外圍由12號槽鋼制作成防護(hù)框架及隱蔽型導(dǎo)管電路槽，框架面由2mm厚花紋板做面板，安裝成型。其外圍為半隱蔽式安裝。
B)車體傳動部分雙向電動平臺載爐車移動結(jié)構(gòu)主要由電動機(jī)(2.2KW)為動力源，電動機(jī)啟動后通過連軸器帶動變速箱，由變速箱做出所需轉(zhuǎn)速后，再由連軸器作用給動力齒輪，通過動力齒輪對裝在電動平臺載爐車下的齒條咬合，使電動平臺載爐車在導(dǎo)軌上往復(fù)移動，電動平臺載爐車往復(fù)移動是通過電器部分轉(zhuǎn)換而成。
雙向電動平臺的移動采用齒輪與齒條咬合，兩端裝有限位裝置，用以保證電動雙向平臺載爐車在規(guī)定行程范圍內(nèi)往復(fù)行駛，不得超過行駛范圍。
四柱力學(xué)框架結(jié)構(gòu)本機(jī)系統(tǒng)根據(jù)熱力實驗公稱50T壓力設(shè)計制造，當(dāng)然也可選擇其他規(guī)格載荷尺寸，只要對四柱框架結(jié)構(gòu)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整即可。力學(xué)框架通過預(yù)埋的地腳螺栓固定在地面上，高5m，寬1.4m，長3.1m。外形結(jié)構(gòu)為四柱框架式，由立柱、承力主橫梁、輔助支撐梁和50T液壓動力頭(即力作動器)等部件組成。立柱采用32號工字型鋼。實驗工作壓力的傳輸，主橫梁的升降以及雙向電動平臺的控制全部采用由控制臺按指令實行自動控制。橫梁通過8根高強(qiáng)螺栓和輔助支撐梁與立柱連接在一起，主橫梁下工作面安裝有承載50T液壓動力頭，實驗工作壓力的傳輸通過高壓油路經(jīng)控制臺按指令實現(xiàn)自動工作，實驗工作壓力的指示通過液壓系統(tǒng)的壓力指示和安裝于動力頭部位的壓力傳感器可實現(xiàn)與微機(jī)對接，通過位移標(biāo)尺可記錄實驗體表面受力彎曲變形位移。為實現(xiàn)對實驗體的多點(diǎn)同時不同壓力的試驗，主橫梁下工作面設(shè)有動力頭可移動鍵槽和特殊鎖緊裝置，可實現(xiàn)主橫梁同時安裝多個動力頭和主動力頭在主橫梁受力面做多點(diǎn)平滑位移并配有可伸縮高壓供油系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用激光位移計與繩式位移計或差動位移計測量試件的撓度，這些位移計固定在與四立柱相連、橫跨加熱爐的支架上。采用鎳鉻鎳硅型號的熱電偶，預(yù)埋在試件內(nèi)預(yù)定位置或與銅片焊貼在試件表面，對溫度場進(jìn)行測量。采用力傳感器對試件端部的力進(jìn)行測量。采用紅外熱像儀對試件表面的溫度場變化過程進(jìn)行熱成像。利用超聲波測試儀測試材料的性能與火災(zāi)后的損壞情況。所有的數(shù)據(jù)采集與控制均通過計算機(jī)數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)自動采集控制。
實驗舉例a、多跨網(wǎng)格建筑結(jié)構(gòu)熱力耦合實驗網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的一個單元與加熱爐的爐口相銜接(單元結(jié)構(gòu)作為接口)。在其上部加載力作用研究多跨網(wǎng)格局部單元受火對其它單元以及整個網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的影響情況。
b、鋼框架結(jié)構(gòu)熱力耦合實驗門式鋼框架處于加熱爐的爐口處，同時利用可塑性熱力框?qū)υ嚰逻呥M(jìn)行圍護(hù)封閉。對鋼框架內(nèi)部受熱后的性能響應(yīng)行為進(jìn)行研究。
c、鋼梁端部受限熱力耦合實驗將鋼梁的端部固定在四柱力學(xué)框架的輔助支撐梁上，在鋼梁的上部施加力載荷，合上加熱爐，并利用可塑性熱力框加以圍合，施加熱載荷，開展實驗。
權(quán)利要求
1.一種熱力耦合實驗臺，包括加熱系統(tǒng)和力加載系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于加熱系統(tǒng)中的加熱爐為分合式，由兩個爐體組成，兩者爐口相對，在兩個爐體之間設(shè)置有試件安裝臺；爐體安裝在移動平臺上，分別位于試件安裝臺的兩側(cè)，移動平臺與基礎(chǔ)面之間采用導(dǎo)軌導(dǎo)輪連接，以驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動沿導(dǎo)軌作相向運(yùn)動；兩個爐體運(yùn)動到試件安裝臺的預(yù)定位置處將爐口對接，此時試件位于兩爐口之間、試件受熱面暴露在爐體內(nèi)；或者，單個爐體運(yùn)動到試件安裝臺的預(yù)定位置處將爐口封閉，此時試件位于爐口處、試件受熱面暴露在爐體內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的熱力耦合實驗臺，其特征在于所述的爐口對接或封閉采用可塑性熱力框作為接口或封口，可塑性熱力框的形狀、尺寸與試件及加熱爐爐口的形狀、尺寸相適應(yīng)；框體上根據(jù)需要預(yù)留試件孔或者加力孔，其形狀、尺寸、數(shù)量及位置與試件和傳力臂的形狀、尺寸以及試件的受熱、受力方式相適應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1所述的熱力耦合實驗臺，其特征在于所述的力加載系統(tǒng)為四柱力學(xué)框架結(jié)構(gòu)，四柱下端增加用以支撐試件的輔助支撐梁。
全文摘要
本發(fā)明是一種熱力耦合實驗臺，涉及對建筑構(gòu)件或結(jié)構(gòu)在火災(zāi)場景下的響應(yīng)行為進(jìn)行實驗和研究的設(shè)備。包括加熱系統(tǒng)和力加載系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于加熱系統(tǒng)中的加熱爐為分合式，由兩個爐體組成，安裝在移動平臺上，兩者爐口相對，在兩個爐體之間設(shè)置有試件安裝臺；爐口的對接或封閉采用可塑性熱力框或試件作為接口或封口。本實驗臺解決了實驗過程中對試件同時施加力載荷與熱載荷的兼容性問題，可開展快速升溫、多種受火方式——尤其是重大建筑火災(zāi)作用下各種構(gòu)件的多面受熱方式的實驗，可為試件提供不同的邊界條件。
文檔編號G09B25/04GK1627056SQ20031011260
公開日2005年6月15日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者厲培德, 陳長坤, 秦俊, 姚斌, 范維澄 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)