一种可调节构件约束方向高温环境加载系统

1.本发明涉及火灾或震火耦合技术领域，具体涉及一种可调节构件约束方向高温环境加载系统。


背景技术：

2.当前，多灾种耦合致灾机理与防控研究已上升为国家重大需求，其中火灾与地震是发生最频繁的耦合灾害，可能会衍生重大事故灾难。当前国内进行模拟构件火灾下或震后火轴压试验时，多采用高温试验炉进行试验。
3.但试验过程中存在以下几个问题：（1）加载设备一般只能满足构件受力点为单向铰支座或全刚节点支座，不能随意控制构件约束方向。
4.（2）常规火灾试验炉因加载设备不能置于炉内，不能通过横向限位装置保证构件完全受轴压作用。
5.（3）常规加载设备一般采用千斤顶，在构件进行高温试验时，不能有效保证千斤顶不会因试验时温度升高而发生故障。
6.（4）常规加载设备量程较短，而火灾下构件变形较大，容易引起轴压限位装置脱落。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种可调节构件约束方向高温环境加载系统，其可进行构件高温、常温下轴压试验，同时具备加载量程可调的特点，可更便捷控制构件受约束方向，更容易模拟火灾下真实的构件破坏情况。
8.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种可调节构件约束方向高温环境加载系统，包括加载连接架、千斤顶、千斤顶防火罩板、球铰顶部支座、球铰、限位加劲肋挡板、球铰底部支座、支座防火罩板和载荷传感器；载荷传感器固定连接于加载连接架的底部，千斤顶的顶部与载荷传感器软连接，千斤顶的底部与千斤顶防火罩板连接，千斤顶防火罩板的底部与球铰顶部支座的顶部连接，球铰底部支座上设有球腔，球铰包括一体成型的上部圆柱体和下部球体，球铰的上部圆柱体与球铰顶部支座固定连接，球铰的下部球体设置于球铰底部支座的球腔内；限位加劲肋挡板设置于球铰底部支座上，对球铰进行约束限位；支座防火罩板连接于球铰底部支座的底部。
9.作为本发明的进一步优选，所述支座防火罩板内部设有井型加劲肋，支座防火罩板的井型加劲肋厚度大于支座防火罩板的外缘板厚度，且支座防火罩板的空腔填充有防火纤维棉，支座防火罩板顶部与球铰底部支座的连接方式为螺栓连接。
10.作为本发明的进一步优选，还包括循环水冷装置，千斤顶防火罩板内部设有井型
加劲肋，千斤顶防火罩板顶板与千斤顶通过螺栓连接，循环水冷装置可拆卸的紧密连接于千斤顶防火罩板的井型加劲肋外壁上；所述千斤顶防火罩板的井型加劲肋内圈空腔填充防火纤维棉。
11.作为本发明的进一步优选，所述循环水冷装置包括四块带有循环水通道凹槽的铝板和冷却进出水管，通过进水口和出水口与外接冷却进出水管相连，铝板朝向千斤顶防火罩板的井型加劲肋的一侧覆有耐高温隔水层。
12.作为本发明的进一步优选，还包括竖直限位杆和竖直限位环；竖直限位环均匀分布于千斤顶上，竖直限位杆设置于加载连接架的底部，竖直限位杆均匀分布于载荷传感器的周围，竖直限位杆穿过竖直限位环进行限位。
13.作为本发明的进一步优选，还包括水准泡，水准泡内嵌于所述球铰限位座上四个角部。
14.作为本发明的进一步优选，球铰底部支座包括球铰承压座和球铰限位座；球铰承压座包括底部圆形支座防火罩板连接板、中部圆柱形钢承压座和顶部限位座连接厚板，所述支座防火罩板连接板与所述支座防火罩板螺栓连接，所述钢承压座与所述限位座连接厚板整体中心设有球铰承压腔，所述球铰承压腔表面覆有抗压能力强且摩擦系数小的持力涂层，所述限位座连接厚板上部设有开孔与所述球铰限位座螺栓连接；所述球铰限位座边缘与所述限位座连接厚板边缘贴合，厚度小于比所述限位座连接厚板的厚度，所述球铰限位座与所述限位加劲肋挡板通过螺栓可拆卸式连接，所述球铰限位座中心处设有开口上窄下宽的球铰固定腔防止球铰脱落。
15.作为本发明的进一步优选，所述竖直限位杆包括上竖直限位杆和下竖直限位杆，上竖直限位杆为圆柱形且下部设有螺纹孔，所述上竖直限位杆顶部与所述加载连接架的底板焊接固定，所述下竖直限位杆穿过所述竖直限位环并通过其上部设有的螺纹杆与上竖直限位杆连接固定。
16.作为本发明的进一步优选，所述球铰顶部支座的上下部为等厚钢板，所述球铰顶部支座的上下部钢板之间设有圆柱形钢支撑和十字型矩形钢支撑，所述球铰顶部支座与所述千斤顶防火罩板螺栓连接。
17.作为本发明的进一步优选，所述加载连接架自下而上包括加载连接架底板、十字型支撑和加载连接架加厚板，所述载荷传感器固定于所述加载连接架底板下方，所述载荷传感器通过与所述千斤顶的软连接实现实时监测构件所受荷载。
18.本发明具有如下有益效果：（1）本发明安装了可拆卸式限位装置，通过此装置可实现对球铰不同方向的约束，在构件轴压试验时，可满足构件多工况下不同约束要求。
19.（2）本发明的循环水冷装置，采用循环水冷却，循环水系统冷却金属板置于千斤顶防火罩板井型加劲肋内圈外表面，水腔环绕并大面积遍布冷却金属板表面，可有效降低金属板与井型加劲肋的温度，既节省用水又可满足冷却效果。
20.（3）本发明中的限位杆与竖直限位杆连接板连接，限位杆通过千斤顶上的竖直限位环约束千斤顶对构件实施轴向压力，同时上下限位杆采用可拆卸式连接，可根据千斤顶量程调节限位杆长度，在试验后若限位杆发生较大变形不满足以后试验需求时也可进行拆卸更换。
21.（4）本发明设有水准泡，通过水准泡可实现球铰支座的水平校准，保证构件不偏心受压。
附图说明
22.图1为本发明实施例提供的一种可调节构件约束方向高温环境加载系统的结构示意图；图2为本发明实施例提供的支座防火罩板的结构示意图；图3为本发明实施例提供的球铰支座整体的结构示意图；图4为本发明实施例提供的球铰支座整体的连接示意图；图5为本发明实施例提供的球铰及球铰顶部支座的结构示意图；图6为本发明实施例提供的球铰底部支座的结构剖切示意图；图7为本发明实施例提供的千斤顶防火罩板的结构示意图；图8为本发明实施例提供的循环水冷装置的结构示意图；图9为本发明实施例提供的竖直限位杆的结构示意图；图10为本发明实施例提供的一种可调节构件约束方向高温环境加载系统的连接示意图。
23.附图标记说明：1、加载连接架；2、竖直限位杆；3、竖直限位环；4、千斤顶；5、循环水冷装置；6、千斤顶防火罩板；7、球铰顶部支座；8、球铰；9、限位加劲肋挡板；10、水准泡；11、球铰底部支座；12、支座防火罩板；13、载荷传感器；14、球铰限位座；15、球铰承压座。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
25.本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
26.如图1所示，一种可调节构件约束方向高温环境加载系统，包括球铰8，所述球铰8下部球体位于球铰底部支座11球形空腔内，所述球铰底部支座11下部连接支座防火罩板12，所述球铰底部支座11上部四边设有限位加劲肋挡板9，球铰上部圆柱体与球铰顶部支座7固定连接，所述球铰顶部支座7上部连接千斤顶防火罩板6，所述千斤顶防火罩板6上部与千斤顶4连接，所述千斤顶4的顶部与固定在加载连接架1上的载荷传感器13软连接，所述加载连接架1底部还焊接有四根竖直限位杆2，所述千斤顶4上设有四个限位孔供所述竖直限位杆2穿下保证千斤顶4轴向加载，所述千斤顶4中部带有四个竖直限位环3，四根竖直限位杆2固定在加载连接架11底板上并穿过所述千斤顶4中部竖直限位环3圆孔，所述球铰底部支座11上部四角处设有水准泡10，所述千斤顶防火罩板6设有循环水冷装置5，所述循环水冷装置5与外部进水口以及出水口相连。
27.如图2所示，所述支座防火罩板12采用耐火钢材，其内部设有井型加劲肋，所述井
型加劲肋厚度比支座防火罩板12外缘板略厚，所述井型加劲肋的中心区域与试验构件支座螺栓连接，所述支座防火罩板12的空腔由防火纤维棉填充，保证高温试验过程中试验炉内的热量不会向上传递破坏支座，所述支座防火罩板12顶部与球铰底部支座11螺栓连接。
28.如图3-6所示，所述球铰底部支座11由球铰承压座15和球铰限位座14组成；所述球铰承压座15由底部圆形支座防火罩板连接板、中部圆柱形钢承压座和顶部限位座连接厚板组成，所述支座防火罩板连接板与所述支座防火罩板12螺栓连接，所述钢承压座与所述限位座连接厚板整体中心设有球铰承压腔，所述球铰承压腔表面覆有tin（氮化钛）持力涂层，所述限位座连接厚板上部设有开孔与所述球铰限位座14螺栓连接；所述球铰限位座14边缘与所述限位座连接厚板边缘贴合，厚度比所述限位座连接厚板稍薄，所述球铰限位座14与所述限位加劲肋挡板9通过螺栓可拆卸式连接，所述水准泡10内嵌于所述球铰限位座14上部四个角部，所述球铰限位座14中心处设有开口上窄下宽的球铰固定腔防止球铰脱落支座。
29.所述限位加劲肋挡板9由连接板、加劲肋和限位板组成，所述连接球铰承压座15与所述球铰限位座14采用高强螺栓连接，所述限位加劲肋挡板材料选用高强耐火钢板，所述连接板、加劲肋和限位板之间通过焊缝连接，所述限位板与所述球铰顶部支座7相接触面覆有tin（氮化钛）持力涂层。
30.所述球铰8由下部球体与上部圆柱体为一个整体，采用高强耐火钢，所述球铰8下部球体置于所述球铰底部支座11各部分拼装成的球腔内，所述球铰8上部圆柱体与所述球铰顶部支座7焊接固定；所述球铰顶部支座7上下部为等厚钢板，所述球铰顶部支座上下部钢板之间设有圆柱形钢支撑和十字型矩形钢支撑，所述球铰顶部支座7与所述千斤顶防火罩板6螺栓连接。
31.如图7-8所示，所述千斤顶防火罩板6采用耐火钢材，其内部设有井型加劲肋，所述千斤顶防火罩板6顶板与千斤顶4螺栓连接，所述循环水冷装置5与所述井型加劲肋外壁可拆卸式紧密连接；所述井型加劲肋内圈空腔填充防火纤维棉；所述循环水冷装置5由四块导热能力强且带有循环水通道凹槽的铝板构成并通过进水口和出水口与外接冷却进出水管相连，所述铝板向井型加劲肋内壁面除循环水通道凹槽以外皆覆有耐高温隔水层，所述耐高温隔水层以有机硅树脂为主要原料来防止循环水溢出循环水通道凹槽，通过所述循环水冷装置5与防火纤维棉保护所述千斤顶4不会因温度升高而损坏。
32.如图9所示，所述竖直限位杆2采用高强耐火钢，所述竖直限位杆由上下两根圆柱形竖直限位杆拼装组成，所述上竖直限位杆为圆柱形且下部设有螺纹孔，所述上竖直限位杆顶部与所述加载连接件底板焊接固定，所述下竖直限位杆穿过所述竖直限位环3并通过其上部设有的螺纹杆与上竖直限位杆连接固定。
33.所述加载连接架1自下而上由加载连接架底板、十字型支撑和加载连接架加厚板组成，所述加载连接架采用高强耐火钢，所述载荷传感器13固定于所述加载连接架底板下方，所述载荷传感器13通过与所述千斤顶4的软连接实现实时监测构件所受荷载。
34.如图10所示，一种可调节构件约束方向高温环境加载系统自下而上由所述支座防火罩板12、球铰底部支座11、限位加劲肋挡板9、水准泡10、球铰8、球铰顶部支座7、千斤顶防火罩板6、循环水冷装置5、千斤顶4、竖直限位环3、竖直限位杆2和加载连接架1组装而成。
35.在进行高温下构件轴压试验时，试验构件可与所述支座防火罩板罩板12、球铰底
部支座11螺栓连接，所述支座防火罩板12的空腔由防火纤维棉填充，保证试验过程中试验炉内的热量不会溢出炉体进而破坏支座；试验构件支座约束的不同工况可通过所述限位加劲肋挡板9在所述球铰限位座14上部的安装数量与位置进行调整；自并包括所述球铰8以上所有部件都不会发生横向移动，所述球铰底部支座11及其连接的所述支座防火罩板12、限位加劲肋挡板9和水准泡10依据所述限位加劲肋挡板9的具体安装情况发生不同程度和方向的转动；所述循环水冷装置5通过进水口和出水口与外接冷却进出水管相连，保护所述千斤顶4不会因温度升高而损坏；所述加载连接架1顶部与反力架固定连接保证荷载有效传递。
36.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。