[发明专利]一种双钢板-混凝土组合剪力墙单面受火试验装置及方法

权利要求书

1.一种双钢板-混凝土组合剪力墙单面受火试验装置，其特征在于：包括水平试验炉装置、加载装置、温度测量装置、位移采集装置、控制系统和数据采集系统；

所述水平试验炉装置包括炉体、燃烧器、风机、烟道、天然气管道、风管、炉压计和高温摄像头；所述炉体由两片第一炉壁和两片第二炉壁围成，其上覆盖炉盖，所述炉壁和炉盖由外侧钢板和内侧陶瓷纤维棉组成；所述燃烧器安装在两片第一炉壁上，同时与天然气管道和风管相连，风管连接风机；所述烟道设置在炉膛底部，用耐火砖砌筑，埋置在地下，并通向室外烟囱；所述高温摄像头连接有水冷装置，安装在所述第一炉壁和所述第二炉壁上；所述炉压计安装在所述第一炉壁上；

所述加载装置包括水平反力架、分配梁、加载梁、千斤顶和承重刚架；所述水平反力架由两根纵向钢梁、第一横向钢梁、第二横向钢梁和四根加腋梁组成，安放于所述承重刚架上方；第一横向钢梁和第二横向钢梁两端通过高强螺栓与纵向钢梁相连；加腋梁通过高强螺栓分别与纵向钢梁和横向钢梁相连；所述纵向钢梁内侧翼缘上焊有拖板，拖板上开有两个长圆孔；第一横向钢梁的内侧翼缘上焊有千斤顶托座；

所述分配梁通过高强螺栓与所述加载梁相连；所述加载梁两端腹板外伸，外伸部分开有螺栓孔，通过螺栓连接在纵向钢梁的拖板上；

所述千斤顶内置力传感器，并和液压系统相连，所述千斤顶放置在所述第一横向钢梁的千斤顶托座上；

所述温度测量装置包括用于测量炉温的铠装K型热电偶、分别用于测量双钢板-混凝土组合剪力墙受火面钢板及内部混凝土温度的第一普通K型热电偶和第二普通K型热电偶，用于测量双钢板-混凝土组合剪力墙背火面温度的压簧式K型热电偶和非接触红外测温仪；

所述位移采集装置包括第一拉线式位移计、第二拉线式位移计、第一位移计安装架和第二位移计安装架；所述第一拉线式位移计和第二拉线式位移计分别安装在第一位移计安装架和第二位移计安装架上；所述第一位移计安装架和第二位移计安装架分别放置在所述纵向钢梁上和地面上；

所述数据采集系统通过布置在各测点的热电偶、炉压计、位移计和力传感器分别采集温度、炉压、位移和力数据；所述控制系统通过设备内置元件控制千斤顶、燃烧器和风机。

2.根据权利要求1所述的一种双钢板-混凝土组合剪力墙单面受火试验装置，其特征在于：所述承重刚架由一根顶梁、两根立柱和两根地梁组成，顶梁两端通过高强螺栓连接在立柱上，立柱焊接在地梁上；所述承重刚架与所述炉体同高，并放置在所述炉体的两端。

3.根据权利要求1所述的一种双钢板-混凝土组合剪力墙单面受火试验装置，其特征在于：所述纵向钢梁、横向钢梁、分配梁和加载梁的腹板中心在一个水平面上，双钢板-混凝土组合剪力墙通过高强螺栓安装在加载梁和第二横向钢梁之间。

4.根据权利要求1所述的一种双钢板-混凝土组合剪力墙单面受火试验装置，其特征在于：所述第一位移计安装架由两榀横向刚架和一根纵向钢管组成；所述横向刚架由立杆和横杆组成，横杆两端焊接在立杆顶端，每根立杆下端焊接在一块方钢板上；所述纵向钢管两端点焊在所述横杆中部；所述第二位移计安装架由一根方钢管和一根短H型钢组成，方钢管下端焊接在所述短H型钢腹板上。

5.一种利用上述装置进行双钢板-混凝土组合剪力墙单面受火试验的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）购置长度与双钢板-混凝土组合剪力墙中混凝土厚度相同的陶瓷板，在陶瓷板长度方向的1/4、1/2、3/4长度处居中钻出小孔；截取3根第二普通K型热电偶，将每根热电偶的第一偶丝从陶瓷板的一个小孔穿过，并与该热电偶的第二偶丝焊接一块，制成热电偶预埋件；

2）制作双钢板-混凝土组合剪力墙的钢结构部分，在各温度测点的背火面钢板上开第一圆孔，将切割出的圆钢片取走，并在圆钢片中心开第二圆孔；在第一圆孔对应的受火面钢板的内侧焊接短钢管，短钢管和第一圆孔保持同心；将长度比双钢板-混凝土组合剪力墙的厚度大50mm的钢管插入第一圆孔，并套在短钢管上顶紧受火面钢板内侧；

3）往双钢板-混凝土组合剪力墙的双钢板间浇筑混凝土，待混凝土初凝后，将钢管从双钢板-混凝土组合剪力墙上抽出，在留下的孔洞内放入热电偶预埋件，并用和已浇筑混凝土相同型号的水泥砂浆将孔洞填实，待水泥砂浆初凝后，在第一圆孔内放入圆钢片，将热电偶线从第二圆孔穿出，将圆钢片周边与背火面钢板焊接；在受火面和背火面钢板各温度测点上分别点焊第一螺母和第二螺母；

4）将浇筑完成后的双钢板-混凝土组合剪力墙试件在自然环境下养护60天以上，养护期间避免淋雨；

5）将两榀承重刚架分别放置在炉体两端的地面上，并与炉体的第二炉壁平行；将水平反力架放置在承重刚架上，水平反力架的纵向钢梁与承重刚架的顶梁垂直；

6）用螺栓将加载梁安装在纵向钢梁上；通过高强螺栓将分配梁固定在加载梁上；

7）用高强螺栓将双钢板-混凝土组合剪力墙试件的顶板和底板分别固定在加载梁和第二横向钢梁上，试件受火面朝下直接面对炉膛；

8）用陶瓷纤维棉将双钢板-混凝土组合剪力墙试件的顶板、底板、高强螺栓以及纵向钢梁、加载梁和第二横向钢梁面向炉膛的一侧严密包裹；

9）用电钻在双钢板-混凝土组合剪力墙试件的背火面钢板上钻出若干小孔；并在背火面钢板上各平面外位移测点处焊上第一短钢筋；

10）将测量双钢板-混凝土组合剪力墙试件受火面钢板的第一普通K型热电偶丝穿入陶瓷管，并将热电偶丝一端和螺杆一起拧入受火面钢板上的第一螺母，将热电偶丝的另一端拉出炉膛接入数据采集系统；

11）将压簧式K型热电偶压入背火面钢板上的第二螺母，将铠装K型热电偶插入第一炉壁；将所有的热电偶编号并接入数据采集系统；

12）将连有液压系统的千斤顶放置在第一横向钢梁的千斤顶托座上，并将千斤顶柱塞的中心对准分配梁的中心；

13）将炉盖遮在双钢板-混凝土组合剪力墙试件与纵向钢梁之间，并将有缝隙的地方用陶瓷纤维棉进行堵塞；

14）将第一位移计安装架放置在水平反力架的纵向钢梁上，将测量平面外位移的第一拉线式位移计固定在第一位移计安装架的纵向钢管上，第一拉线式位移计的拉线通过耐高温钢丝连接在第一短钢筋上，把第一拉线式位移计的信号线接入数据采集系统；

15）在加载梁和第二横向钢梁远离炉膛的一侧翼缘上焊接第二短钢筋；将第二位移计安装架放置在地面上，将测量平面内位移的第二拉线式位移计固定在第二位移计安装架的方钢管上，把第二拉线式位移计的拉线连接在第二短钢筋上，把第二拉线式位移计的信号线接入数据采集系统；

16）打开数据采集系统和控制系统，查看接线是否准确，并设定火灾试验升温曲线；

17）启动液压液系统通过千斤顶对双钢板-混凝土组合剪力墙试件预加载，并同步启动数据采集系统采集位移和温度；保持荷载恒定5min无异常后卸载；将数据采集系统清零后重新开始采集，再次启动液压液系统加载到预定荷载，保持荷载恒定15min；

18）打开高温摄像头，对受火面钢板的变形情况进行拍摄；操纵控制系统启动风机和燃烧器，控制系统自动通过调节风量和天然气量保证炉温和设定火灾试验升温曲线一致，同时炉压不超过设定值，并自动控制液压液系统使千斤顶的压力保持不变；

19）试验过程中，观察并记录钢板表面的溢水情况、试件局部及整体变形情况；及时清理钢板表面的积水；每隔5分钟用非接触红外测温仪测量试件背火面钢板的温度；

20）试验结束后，取出试件，仔细观察试件受火面的破坏现象。