一种钢结构节点的抗火试验装置

1.本发明涉及建筑结构抗火试验领域，特别是一种钢结构节点的抗火试验装置。


背景技术：

2.钢结构建筑是打通房地产业、建筑业、冶金业之间的行业界线的一种新型的建筑体系，是一种具备良好应用前景的钢结构建筑体系。相比传统的混凝土建筑，钢结构建筑用钢板或型钢替代了钢筋混凝土，所成建筑强度更高，抗震性更好。此外由于构件可以工厂化、标准化制造，便于现场安装，因而能够极大的缩短建筑工期。由于钢材的可重复利用性，拆除时还可以显著减少建筑垃圾，具备绿色环保特点，从而被世界各国广泛应用于工业及民用建筑中。钢结构建筑在高层、超高层建筑上的应用日益成熟，逐渐成为主流的建筑工艺，是未来建筑的发展方向。
3.钢结构建筑中钢结构节点起着把梁上荷载和楼面荷载传递给支柱的中间转换站的作用，因此其相关性能参数尤为重要，包括其在火灾高温环境下，其性能参数是否能够达到标准尤为重要，若在火灾发生时，钢结构节点被破坏了，则会导致整个楼面发生塌陷，因此加强钢结构节点设计是及其重要和必要的，对于钢结构节点的设计的一个重要环境就是对设计好的钢结构节点进行抗火试验，看其是否能达到所预期的性能，现有技术中的钢结构节点抗火试验装置主要试验项目集中在钢结构节点在高温状态下的纯弯或拉弯等性能，还没有对钢结构节点处在高温下的角度变化状况进行特别的研究，由于钢结构节点处在高温下的角度变化状况直接决定了火灾中在钢结构建筑的抵抗坍塌能力，超过预设的角度变化状况会直接影响钢结构建筑的稳定性。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种钢结构节点的抗火试验装置，通过对钢结构节点施加高温，通过力的加载，获得节点梁以钢结构节点为顶角的转动角度、以及设定时间段内的实时转动角速度、实时转动角加速度，为钢结构节点在高温状态下的角度变化性能参数积累研究数据，以便于根据该角度变化性能参数数据更好的设计钢结构节点。
5.本发明的技术方案是：一种钢结构节点的抗火试验装置，包括反力体，节点柱上端和反力体上端相固定，节点柱与节点梁的左端固定连接，节点柱和节点梁的连接节点上设置有加热机构，节点梁通过加载梁与第一加载机构连接，其中第一加载机构与加载梁之间还设有第一压力传感器，还包括：
6.受压块，固定于所述节点梁的右端；
7.施压块，位于受压块的右侧，与受压块相接触，其中二者的接触面为相同曲率的圆弧面，所述圆弧面的圆心位于所述连接节点处；所述施压块与水平设置的导向柱滑动连接，导向柱固定于反力体上；
8.第二加载机构，位于施压块和反力体之间，与反力体相固定，第二加载机构和施压
块之间还设有第二压力传感器；
9.受压块滑动弧长测量系统，用于测量设定时间段内受压块向下沿圆弧面滑动的弧长；
10.工控机，与所述受压块滑动弧长测量系统信号连接，根据所述弧长以及受压块右端面到所述连接节点的长度计算出节点梁的转动角度、以及设定时间段内的实时转动角速度、实时转动角加速度。
11.上述受压块滑动弧长测量系统包括：
12.导电滑条，沿纵向镶嵌于施压块的圆弧面上；
13.导电触头，镶嵌于受压块的弧形面上，且与所述导电滑条相接触；
14.电阻测量仪，分别与导电滑条的上端头以及导电触头电连接，用于实时测量导电滑条的上端头和导电触头之间的导电滑条电阻值，所述工控机根据该电阻值得到对应的导电滑条的上端头和导电触头之间的导电滑条的长度值，该长度值即为受压块向下沿圆弧面滑动的弧长值；所述工控机包括设于其内部的计时模块。
15.上述导电触头以及导电滑条分别通过导线与电阻测量仪电连接，其中与导电触头电连接的导线穿过受压块内部开设的第一导线通道穿出受压块后与电阻测量仪电连接，与导电滑条电连接的导线穿过施压块内部开设的第二导线通道穿出施压块后与电阻测量仪电连接。
16.上述连接节点上设有温度传感器，所述温度传感器以及加热机构分别与所述工控机信号连接，所述工控机根据温度传感器实时检测的温度值来控制所述加热机构的加热功率，使得对连接节点的加热温度维持在设定温度范围内。
17.上述施压块的右端开设有两个水平的导向通道，所述反力体的右端固定有两个所述导向柱，两个导向通道和两个导向柱一一对应，且各导向柱均插接于对应的导向通道内并与导向通道滑动连接。
18.上述施压块的右端的中部开设有凹腔，所述第二加载机构位于凹腔内。
19.上述第一加载机构、第一压力传感器、第二加载机构、第二压力传感器均与工控机信号连接，所述工控机根据第一压力传感器实时检测的压力值来控制所述第一加载机构的加载功率，使得其加载力处于设定的第一加载力范围内；所述工控机根据第二压力传感器实时检测的压力值来控制所述第二加载机构的加载功率，使得其加载力处于设定的第二加载力范围内。
20.上述节点柱上端通过固定件与反力体上端相固定。
21.本发明的有益效果：本发明提供了一种钢结构节点的抗火试验装置，通过对钢结构节点施加高温，通过力的加载，获取节点梁以钢结构节点为顶角的转动角度、以及设定时间段内的实时转动角速度、实时转动角加速度，为钢结构节点在高温状态下的角度变化性能参数积累研究数据，以便于根据该角度变化性能参数数据更好的设计钢结构节点。
附图说明
22.图1为本发明的整体结构示意图；
23.图2为本发明的电系统连接框图。
具体实施方式
24.下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.参见图1-图2，本发明实施例提供了一种钢结构节点的抗火试验装置，包括反力体1，节点柱2上端和反力体1上端相固定，节点柱2与节点梁3的左端固定连接，节点柱2和节点梁3的连接节点上设置有加热机构19，加热机构19用于向连接节点提供实验所要求的温度，节点梁3通过加载梁18与第一加载机构17连接，第一加载机构17通过加载梁18将力传递给节点梁3使得节点梁3绕连接节点产生一定的实验转角，其中第一加载机构17与加载梁18之间还设有第一压力传感器16，通过第一压力传感器16能够实时测量第一加载机构17所加载的力是否在实验所需的加载力范围内。本发明钢结构节点的抗火试验装置还包括受压块4、施压块5、第二加载机构15、受压块滑动弧长测量系统以及工控机13。其中受压块4固定于所述节点梁3的右端，施压块5位于受压块4的右侧，与受压块4相接触，施压块5通过向受压块4施加压力来模拟节点梁3在实际建筑中的沿其纵向所施加的结构力。受压块4和施压块5二者的接触面为相同曲率的圆弧面22，且圆心重合，圆弧面22的圆心位于所述连接节点处；所述施压块5与水平设置的导向柱7滑动连接，导向柱7固定于反力体1上。第二加载机构15位于施压块5和反力体1之间，与反力体1相固定，通过第二加载机构15向施压块5施加压力，施压块5进而将压力施加给受压块4，其中第二加载机构15和施压块5之间还设有第二压力传感器14，用于实时测量第二加载机构15所加载的力是否在实验要求的范围内。受压块滑动弧长测量系统用于测量设定时间段内受压块4向下沿圆弧面22滑动的弧长，即用于测量受压块4与施压块5之间相对运动时滑动过的弧长；工控机13与所述受压块滑动弧长测量系统信号连接，根据所述弧长以及受压块4右端面到所述连接节点的长度(即所述弧长所对应的半径，为提前设计好的已知长度参数)计算出节点梁3的转动角度、以及设定时间段内的实时转动角速度、实时转动角加速度(根据弧长的实时数据以及预先设计的所述半径值便能够实时计算出所述节点梁3相应的转动角度、实时转动角速度以及实时转动角加速度)。本实施例通过对钢结构节点施加高温，通过力的加载，获取节点梁以钢结构节点为顶角的转动角度、以及设定时间段内的实时转动角速度、实时转动角加速度，为钢结构节点在高温状态下的角度变化性能参数积累研究数据，以便于根据该角度变化性能参数数据更好的设计钢结构节点。其中实时转动角速度可在任意时间点取该时间点处的微小时间段δt内转过的角度δα除以该微小时间段δt而得到；同理，实时转动角加速度即为任意时间点取该时间点处的转动角速度的变化率，这些实时参数均可通过工控机计算得到。
27.进一步地，所述受压块滑动弧长测量系统包括导电滑条12、导电触头6以及电阻测量仪11等。其中导电滑条12沿纵向镶嵌于施压块5的圆弧面22上。导电触头6镶嵌于受压块4的弧形面22上，且与所述导电滑条12实时相接触。当节点梁3处于初始状态，即第一加载机构17未加载力时，所述导电触头6与导电滑条12的上端头相接触。所述电阻测量仪11分别与
导电滑条12的上端头以及导电触头6电连接，用于实时测量导电滑条12的上端头和导电触头6之间的导电滑条12电阻值，其中不同的电阻值对应唯一的导电触头6沿导电滑条12滑动的长度，较佳地，导电滑条12沿其长度方向其电阻率均匀设置，所述工控机13根据该电阻值得到对应的导电滑条12的上端头和导电触头6之间的导电滑条12的长度值，该长度值即为受压块4向下沿圆弧面22滑动的弧长值(其中电阻值和导电触头6沿导电滑条12滑动的弧长值之间的对应关系预先存储于工控机内，工控机根据电阻值直接能够得到相应的弧长值)；所述工控机13包括设于其内部的计时模块，用于测试时计时。本发明通过导电触头6滑动过的导电滑条12的长度对应的电阻值能够方便的得到所滑过的弧长值，其结构简单，便于设计，不需要过于负责的电控件。
28.进一步地，所述导电触头6以及导电滑条12分别通过导线10与电阻测量仪11电连接，其中与导电触头6电连接的导线10穿过受压块4内部开设的第一导线通道9穿出受压块4后与电阻测量仪11电连接，与导电滑条12电连接的导线10穿过施压块5内部开设的第二导线通道23穿出施压块5后与电阻测量仪11电连接。该实施例将导线10通过相应的导线通道而引出，避免了导线10在试验工作中对造成的干扰，也避免了导线可能被运动部件扯断。
29.进一步地，所述连接节点上设有温度传感器21，所述温度传感器21以及加热机构19分别与所述工控机13信号连接，所述工控机13根据温度传感器21实时检测的温度值来控制所述加热机构19的加热功率，使得对连接节点的加热温度维持在设定温度范围内，本实施例通过温度传感器配合工控机能够自动化的实现加热机构的自动恒温加热，从而可靠的模拟连接节点遭受火灾时受热的状态。
30.进一步地，所述施压块5的右端开设有两个水平的导向通道8，所述反力体1的右端固定有两个所述导向柱7，两个导向通道8和两个导向柱7一一对应，且各导向柱7均插接于对应的导向通道8内并与导向通道8滑动连接，通过该实施例能够实现施压块5对受压块4在水平方向施力，该力进而传递给节点梁3。所述施压块5的右端的中部开设有凹腔24，所述第二加载机构15位于凹腔24内。
31.进一步地，所述第一加载机构17、第一压力传感器16、第二加载机构15、第二压力传感器14均与工控机13信号连接，所述工控机13根据第一压力传感器16实时检测的压力值来控制所述第一加载机构17的加载功率，使得其加载力处于设定的第一加载力范围内；所述工控机13根据第二压力传感器14实时检测的压力值来控制所述第二加载机构15的加载功率，使得其加载力处于设定的第二加载力范围内。进一步地，所述节点柱2上端通过固定件20与反力体1上端相固定。
32.综上所述，本发明公开的钢结构节点的抗火试验装置，通过对钢结构节点施加高温，通过力的加载，获取节点梁以钢结构节点为顶角的转动角度、以及设定时间段内的实时转动角速度、实时转动角加速度，为钢结构节点在高温状态下的角度变化性能参数积累研究数据，以便于根据该角度变化性能参数数据更好的设计钢结构节点。
33.以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。