基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置及方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置及方法。

背景技术

在大厦建筑受到撞击下引发大火的同时将构件周围隔热材料撞损，高温作用致使建筑钢材软化，会导致结构连续性倒塌，从而引发大厦坍塌；随着燃气应用的普及和日益发展，也增加了火灾、爆炸等事故发生的频率。目前，常见建筑结构的抗连续性倒塌设计理论与设计方法日趋完善。然而，根据大量火灾事故资料表明，在自然火灾和建筑火灾等火灾事故中，后者占据着主要地位，给建筑结构安全带来了严重危害，造成大量人员伤亡和财产损失，抗火研究已成为建筑结构防灾减灾研究的主要方向。因此，对建筑结构在火灾下的研究具有重要意义。

火灾试验炉是当前模拟建筑结构在高温下承载力以及破坏模式的一种重要试验设备，并且在实验过程中试验构件实时测量的水平力和弯矩对于分析结构抗连续性倒塌性能是较为重要实验数据。但是由于试验构件在装配到火灾试验炉内及试验过程中由于空间狭小等试验条件限制，同时为满足构件实际边界条件，则需要提供足够的水平反力以及耐高温性能，同时可以适用于不同尺寸构件的连接支座，这些要求使得火灾试验炉中试验构件水平力和弯矩的测量比较困难。

故，目前需要解决无法对火灾试验炉中试验构件水平力和弯矩进行测量的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服无法对火灾炉试验中试验构件水平力和弯矩进行测量的问题，提出了一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置及方法，能够在火灾炉试验中及狭小空间下使用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，包括传力结构，所述传力结构的一端固定连接反力架，所述传力结构的另一端安装连接件，所述连接件设置连接孔，所述连接孔与火灾试验炉的试验构件可拆卸连接，所述传力结构连接数据采集仪，所述反力架的底部安装在承台上；所述传力结构设置两个，两个传力结构对称设置，所述连接件设置两个，所述传力结构包括旋转结构、反力板和反力块；所述旋转结构包括第一旋转结构和第二旋转结构，所述第一旋转结构的一端固定在反力架上，所述第一旋转结构的另一端与反力板远离反力块的一侧连接，所述第二旋转结构的一端与反力块远离反力板的一侧连接，所述第二旋转结构的另一端与连接板连接。

进一步地，所述反力块设置带有螺纹的内槽；所述带有螺纹的内槽连接螺纹杆；所述螺纹杆上自反力块侧依次安装第二螺母、测力传感器、第一螺母，所述测力传感器设置螺纹孔，所述测力传感器的外圈设置螺栓，所述测力传感器远离反力块的一侧通过螺栓连接反力板，所述测力传感器远离反力块的一侧连接反力板，所述反力板设置开孔，所述第一螺母贯穿开孔，所述开孔直径大于第一螺母外接圆直径。

进一步地，所述测力传感器为轮辐式拉压传感器，所述测力传感器与数据采集仪连接。

进一步地，所述螺纹杆采用高强度螺纹杆，所述第一螺母和第二螺母均采用高强度螺母。

进一步地，所述反力架内壁设置限位孔，所述限位孔为椭圆形，所述限位孔设置两个，两个限位孔与两个传力结构的螺纹杆位置对应。

进一步地，所述第一旋转结构包括耳板二与耳板一，所述耳板二与耳板一通过第一销轴连接，所述第二旋转结构包括耳板三与耳板四，所述耳板三与耳板四通过第二销轴连接。

进一步地，所述耳板二与耳板一的个数比例为1:2；所述耳板三与耳板四的个数比例为1:2。

进一步地，所述反力架外侧与内侧均固定连接加劲肋，所述加劲肋为梯形，所述反力架外侧的加劲肋设置有四个，所述反力架内侧的加劲肋设置有两个；所述反力架的底部开设螺纹孔，所述螺纹孔设置有四个。

进一步地，所述可拆卸连接包括所述连接件的连接孔通过螺栓与火灾试验炉的试验构件连接或者连接件通过长螺栓和夹板与试验构件连接。

一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力的测量方法，利用所述的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，其特征在于，包括以下步骤：将基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置安装完成进行试验，火灾试验炉的试验构件移动时通过连接板对传力结构产生拉压水平力，通过传力结构实时输出毫伏信号传递到数据采集仪，记录试验构件的拉压水平力，将数据采集仪记录的试验构件的拉压水平力带入公式，所述公式具体为数据采集仪记录的试验构件的拉压水平力乘以两个连接件之间的距离，获得任意时刻与基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置连接的试验构件弯矩。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，通过传力结构释放了当试验构件沿纵向位移或转动时对测量装置产生的弯矩，从而降低了在试验过程中对测量装置的损坏可能，能够在火灾炉试验中及狭小空间下使用，不管试验构件端部受到压力还是拉力都可以通过数据采集仪采集到实时数据，实现对火灾炉试验中试验构件水平力和弯矩的测量。

本发明提供的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，采用轮辐式拉压传感器，大幅度减小了装置所占体积，使基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置可以在火灾炉试验中及狭小空间下使用，提高基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置的精度同时，且通过反力板传递反力可以大幅度提高基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置的测量量程，反力架与反力板通过第一旋转结构连接、反力块与连接件通过第二旋转结构连接，使得反力板、螺纹杆、第二螺母、反力块、第一螺母组成的模块形成二力杆结构，释放了当试验构件沿纵向位移或转动时对测量装置产生的弯矩，从而降低了在试验过程中对测量装置的损坏。

本发明提供的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置具有可调节性，通过改变螺纹杆起始位置从而使螺纹杆进行伸缩，可以实现在水平方向上的调节，使基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置可以适用于不同尺寸的试验构件，当试验构件产生纵向位移时，反力架上的椭圆形限位孔可使螺纹杆在纵向上下移动，适用于当试验构件产生大变形情况下，提高测量装置的适用性。

本发明提供的基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置具有可拆卸和可更换性，由于基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置各部分均为装配式，保证了装置可快速安装和拆卸，可随时根据试验情况进行调整，基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置还可根据具体试验情况更换装置与试验构件的连接形式，同时可以根据所需量程更换耳板、测力传感器、反力块等，从而实现该装置的可更换性。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置示意图。

图2为本发明基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置主视图。

图3为本发明基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置后视图。

图4为本发明基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置俯视图。

图5为本发明基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置与火灾试验炉装配示意图。

图6为本发明基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置测力传感器与反力板连接细节图。

其中，1.反力架；2.耳板一；3.第一销轴；4.耳板二；5.螺纹杆；6.测力传感器；7.反力板；8.第二螺母；9.反力块；10.耳板三；11.耳板四；12.连接件；13.火灾试验炉；14.承台；15.第二销轴；16.第一螺母。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，包括传力结构，传力结构的一端固定连接反力架1，传力结构的另一端安装连接件12，连接件12设置连接孔，连接孔与火灾试验炉13的试验构件可拆卸连接，传力结构连接数据采集仪，反力架1的底部安装在承台14上；传力结构设置两个，两个传力结构对称设置，连接件12设置两个，传力结构包括旋转结构、反力板7和反力块9；旋转结构包括第一旋转结构和第二旋转结构，第一旋转结构的一端固定在反力架1上，第一旋转结构的另一端与反力板7远离反力块9的一侧连接，第二旋转结构的一端与反力块9远离反力板7的一侧连接，第二旋转结构的另一端与连接板12连接。

反力块9设置带有螺纹的内槽；带有螺纹的内槽连接螺纹杆5；螺纹杆5上自反力块9侧依次安装第二螺母8、测力传感器6、第一螺母16，测力传感器6设置螺纹孔，测力传感器6的外圈设置螺栓，测力传感器6远离反力块9的一侧通过螺栓连接反力板7，测力传感器6远离反力块9的一侧通过螺栓连接反力板7，反力板7设置开孔，第一螺母16贯穿开孔，开孔直径大于第一螺母外接圆直径。

测力传感器6为轮辐式拉压传感器。测力传感器6连接数据采集仪。螺纹杆5采用高强度螺纹杆，第一螺母16和第二螺母8均采用高强度螺母。

反力架1内壁设置限位孔，限位孔为椭圆形，限位孔设置有两个，两个限位孔与两个传力结构的螺纹杆5位置对应。

第一旋转结构包括耳板二4与耳板一2，耳板二4与耳板一2通过第一销轴3连接，第二旋转结构包括耳板三10与耳板四11，耳板三10与耳板四11通过第二销轴15连接。

耳板二4与耳板一2的个数比例为1:2；耳板三10与耳板四11的个数比例为1:2。

反力架1外侧与内侧均固定连接加劲肋，加劲肋为梯形，反力架1外侧的加劲肋设置有四个，反力架1内侧的加劲肋设置有两个；反力架1的底部开设螺纹孔，螺纹孔设置有四个。

可拆卸连接包括连接件12的连接孔通过螺栓与火灾试验炉13的试验构件连接或者连接件12通过长螺栓和夹板与试验构件连接。

一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力的测量方法，利用基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，包括以下步骤：将基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置安装完成进行试验，火灾试验炉13的试验构件移动时通过连接板12对传力结构产生拉压水平力，通过传力结构实时输出毫伏信号传递到数据采集仪，记录试验构件的拉压水平力，利用数据采集仪记录的试验构件的拉压水平力乘以两个连接件12之间的距离，可得出任意时刻与基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置连接的试验构件弯矩。

实施例二

参见图1、图2、图3、图4、图5，一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，包括反力架1、反力板7、测力传感器6、螺纹杆5和连接件12。反力架1内壁上下各两对耳板二4，耳板二4通过第一销轴3与耳板一2连接，耳板一2固定于反力板7上，且左右关于反力板7对称，螺纹杆5穿过反力板7与测力传感器6，测力传感器6采用轮辐式拉压传感器，螺纹杆5采用高强度螺纹杆，并且另一端固定于反力块9内，测力传感器6通过螺栓安装在反力板7上，且两侧各有第一螺母16和第二螺母8将测力传感器6与螺纹杆5固定，第一螺母16和第二螺母8均采用高强度螺母，反力块9上连接两耳板三10，耳板三10与耳板四11通过第二销轴15连接，耳板四11与连接件12相连。其中连接件12、耳板四11、第二销轴15、耳板三10、反力块9、螺纹杆5、高强螺母8、测力传感器6、反力板7、耳板一2、第一销轴3、耳板二4、反力架1，依次构成测量装置的传力路径。

反力架1外壁侧有四个梯形加劲肋且左右对称焊接，内壁侧有两个梯形加劲肋同样左右对称焊接，且与外壁侧两边的加劲肋平齐焊接，并且反力架1内壁上下各有一椭圆形限位孔，且反力架1底板上开有四个螺纹孔。

螺纹杆5穿过反力板7，且拧入内带螺纹的测力传感器6内，并通过第一螺母16和第二螺母8将轮辐式拉压传感器固定，并且末端拧入带有螺纹内槽的反力块9中。

测力传感器6外圈设置螺栓，反力板7与测力传感器6通过高强螺栓固定。反力板7设有开孔。

耳板二4与耳板一2通过第一销栓3构成第一旋转结构，耳板二4与耳板一2的个数呈1:2设置。

耳板三10与耳板四11通过第二销栓15构成第二旋转结构，耳板三10与耳板四11的个数呈1:2设置。

连接件12上有四个连接孔可通过螺栓直接与试验构件连接，并且连接件12还可以通过长螺栓和夹板从而与试验构件相连。

数据采集仪采用TDS-630。

基于固定支座的高温下连续性倒塌内力的测量方法，包括以下步骤：

步骤1、将反力架1安装于承台14上，优先安装下部传力结构，将第一销轴3穿过耳板二4与耳板一2，将测力传感器6通过高强螺栓固定于反力板7上，并将螺纹杆5依次穿过测力传感器6与反力板7，然后将第一螺母16和第二螺母8从左右两侧各拧入螺纹杆5内并使其紧贴于测力传感器6，其次将螺纹杆5端部拧入内带螺纹孔反力块9中，然后通过第二销轴15连接耳板三10和耳板四11，上部传力结构同理依次安装，最后将连接件12与试验构件连接，即可通过测力传感器6实时输出的毫伏信号传递到数据采集仪TDS-630进行记录试验构件的拉/压水平力。

步骤2、将数据采集仪记录的试验构件的拉/压水平力通过代入相应公式，即乘以两连接件之间的距离，可得出任意时刻与测量装置连接的试验构件弯矩。

当与上述连接件12相连的试验构件向火灾试验炉13侧收缩移动时旋转结构会牵引着高强螺纹杆5向试验构件侧移动，此时连在高强螺纹杆5上轮辐式拉压传感器两侧的高强螺母会对轮辐式拉压传感器产生向试验构件侧的压力，同时试验构件端部受到测量装置的相对水平拉力。同理当试验构件向测量装置侧移动时，紧贴于轮辐式拉压传感器两侧的高强螺母会对轮辐式拉压传感器产生向反力板7侧的压力，同时试验构件受到测量装置的相对水平压力。不管试件端部受到压力还是拉力都可以通过数据采集仪TDS-630采集到实时数据，并通过所设定的公式实时得出相对应的弯矩。

实施例三

参见图1、图2、图3、图4、图5，一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置，包括反力架1、反力板7、测力传感器6、螺纹杆5和连接件12。反力架1内壁上下各两对耳板二4，耳板二4通过第一销轴3与耳板一2连接，耳板一2固定于反力板7上，且左右关于反力板7对称，螺纹杆5穿过反力板7与测力传感器6，测力传感器6采用轮辐式拉压传感器，螺纹杆5采用高强度螺纹杆，并且另一端固定于反力块9内，测力传感器6通过螺栓安装在反力板7上，且两侧各有有第一螺母16和第二螺母8将测力传感器6与螺纹杆5固定，第一螺母16和第二螺母8均采用高强度螺母，反力块9上连接两耳板三10，耳板三10与耳板四11通过第二销轴15连接，耳板四11与连接件12相连。其中连接件12、耳板四11、第二销轴15、耳板三10、反力块9、螺纹杆5、高强螺母8、测力传感器6、反力板7、耳板一2、第一销轴3、耳板二4、反力架1，依次构成测量装置的传力路径。

反力架1外壁侧有四个梯形加劲肋且左右对称焊接，内壁侧有两个梯形加劲肋同样左右对称焊接，且与外壁侧两边的加劲肋平齐，从而提高反力架1的承载力和抗变形能力使其满足装置设计的量程要求，并且反力架1内壁上下各有一椭圆形限位孔，使高强螺纹杆5可以穿过反力架1提高其在水平方向自由伸缩的能力便于更好适用于不同尺寸试验构件，同时椭圆形限位孔给予高强螺纹杆5在纵向的一定自由度，在试验构件在纵向产生大变形时仍能适用，且反力架1底板上开有四个螺纹孔，可以更好与承台14固定防止装置产生位移从而减小实验误差。

螺纹杆5穿过反力板7，且拧入内带螺纹的轮辐式拉压传感器内，并通过第一螺母16和第二螺母8将轮辐式拉压传感器固定，以便轮辐式拉压传感器可以通过第一螺母16和第二螺母8提供的拉压力以及螺纹杆5与轮辐式传感器内部螺纹产生的剪切力更加精准的测得试验数据，并且末端拧入带有螺纹内槽的反力块9中，为了当连接件12受拉或受压时将荷载传递给螺纹杆5从而传递给轮辐式拉压传感器。

轮辐式拉压传感器外圈设置螺栓，反力板7与轮辐式拉压传感器通过螺栓固定连接，以便两者更好的固结。

耳板二4与耳板一2通过第一销轴3构成旋转结构，耳板二4与耳板一2的个数呈1:2设置，以便测量装置可以绕第一销轴3旋转0°-45°。

耳板三10与耳板四11通过第二销轴15构成旋转结构，耳板三10与耳板四11的个数呈1:2设置，以便测量装置可以绕第二销轴15旋转0°-45°，同时使反力板7、螺纹杆5、第一螺母16、第二螺母8、反力块9形成二力杆结构，释放了当试验构件沿纵向位移或转动时对测量装置产生的弯矩，从而降低了在试验过程中对测量装置的损坏可能。

连接件12上有四个连接孔可通过螺栓直接与试验构件12连接，并且连接件12还可以通过长螺栓和夹板从而与试验构件相连，以便于更好的将测量装置和试验构件连接。数据采集仪采用TDS-630。

一种基于固定支座的高温下连续性倒塌内力的测量方法包括以下步骤：

步骤1、将反力架1安装于承台14上，优先安装下部传力结构，将第一销轴3穿过耳板二4与耳板一2，将轮辐式拉压传感器通过第一螺母16和第二螺母8固定于反力板7上，并将螺纹杆5依次穿过轮辐式拉压传感器与反力板7，然后将第一螺母16和第二螺母8从左右两侧各拧入螺纹杆5内使紧贴于轮辐式拉压传感器，其次将螺纹杆5端部拧入反力块9内，然后通过第二轴销15连接耳板三10和耳板四11，上部传力结构同理一次安装，最后将连接件12与试验构件连接，即可通过轮辐式拉压传感器实时输出毫伏信号传递到数据采集仪TDS-630以记录试验构件的拉/压水平力。

步骤2、将数据采集器记录的试验构件的拉/压水平力带入相应公式，即乘以两个连接件之间的距离，可得出任意时刻与测量装置连接的试验构件弯矩。

工作原理：在使用该内力的测量装置时，基于固定支座的高温下连续性倒塌内力测量装置的传力路径依次为连接件12、耳板四11、第二轴销15、耳板三10、反力块9、螺纹杆5、第一螺母16、轮辐式拉压传感器6、第二螺母8、反力板7、耳板一2、第一销轴3、耳板二4、反力架1。

当与上述连接件12相连的试验构件向火灾试验炉13侧移动收缩时旋转结构会牵引着螺纹杆5向试验构件侧移动，此时紧贴于轮辐式拉压传感器两侧的第一螺母16和第二螺母8会对轮辐式拉压传感器产生向试验构件侧的压力，同时试验构件端部受到测量装置的相对水平拉力。同理当试验构件向测量装置侧移动时，紧贴在轮辐式拉压传感器两侧的第一螺母16和第二螺母8会对轮辐式拉压传感器产生向反力板7侧的压力，同时试验构件受到测量装置的相对水平压力。不管试件端部受到压力还是拉力都可以通过数据采集仪TDS-630采集到实时数据，并通过所设定的公式实时得出相对应的弯矩，

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。