[发明专利]一种模拟火灾中混凝土结构性能的测试装置

说明书

本发明公开了一种模拟火灾中混凝土结构性能的测试装置。由燃烧试验平台和燃烧控制系统组成；平台包括火灾燃烧室和非火灾燃烧室，测试用混凝土结构件同时置于两燃烧室上；控制系统向火灾燃烧室提供模拟火灾，测试系统包括混凝土结构温度测试系统和内力测试系统；混凝土结构件固定在自约束系统中。本发明可以实现对混凝土结构内部在约束条件下动态响应的测试，避免建造大型混凝土结构件进行测试，缩小了试验系统规模，对于大型混凝土结构件提出了一种新式的测试平台和测试方法，该测试装置可以很好地了解和掌握混凝土结构受火过程中的力学行为，对于评估火灾过程中混凝土结构安全性具有非常重要的实用价值和工程意义。

技术领域

本发明属于混凝土结构模拟检测技术领域，尤其涉及混凝土构件在火灾全过程中内部温度及内力的测试装置，涉及土建结构类。

背景技术

混凝土结构在火灾下的安全性能是国内外普遍关心的一个问题，因为其涉及大部分土建结构。例如房建结构中混凝土梁、板、柱，隧道结构及地下结构中的衬砌、管片；桥梁结构中的桥面、主梁和桥墩等。这些混凝土结构在火灾下的内部温度演进及力学性能变化直接影响土建结构的安全性。目前国内外也开展了相关研究。陆洲导等人采用稳态保护热板试验法根据傅里叶定律推导出来普通混凝土的热传导系数与温度发关系，同时给出了简化的混凝土热膨胀系数计算表达式。郭鹏等人研究了混凝土在加热循环过程中的破坏过程与常温下混凝土在荷载作用下的破坏过程。吴波等人则对高温后C70、C85两种高强混凝土的应力-应变曲线、弹性模量和泊松比等进行了研究。李敏等人对高强混您图火灾后的抗压强度进行了试验研究。蒋树屏等对四种不同等级混凝土试块即C20、C25、C30、C35，开展了火灾试验研究，重点对火灾后的损伤深度、抗压强度与温度-时间的劣化关系进行了评估。Phan和Carino研究了高温对高性能混凝土构件本构关系的影响。Luccioni等建立了基于复合塑性损伤模型的热力耦合模型，研究了高温后混凝土结构的力学行为。

需要注意的是目前大部分的研究主要集中在混凝土构件在火灾后的力学行为，包括火灾后混凝土抗压强度、应力-应变曲线等；以及混凝土材料在火灾后的性能，包括损伤深度、弹性模型、泊松比等。对于火灾过程中的混凝土结构的力学性能的研究和试验还很缺乏。此外，从目前已开展的部分混凝土结构火灾试验可知，大部分试验主要针对混凝土结构处于自由无约束状态下。这其中的主要原因有以下几点：(一)一部分混凝土构件在实际结构中自身处于自由无约束状态；(二)目前测试混凝土结构内力的传感器无法承受火灾高温。而大部分混凝土构件例如房建中的板、隧道中的衬砌结构等在实际结构中是处于外部约束条件下，此状态下混凝土构件在受火过程中的内部温度变化及内力变化过程如何还不得而知。

发明内容

本发明根据混凝土测试研究的需要公开了一种适用于火灾全过程中自约束混凝土梁内部温度及内力变化的试验平台、测试系统，为研究火灾下自约束混凝土构件动态响应提供一种测试手段和方法。

本发明首先提供了模拟火灾中混凝土结构性能的测试装置，装置通过以下技术方案实现。

测试装置包括模拟燃烧系统和测试系统，其特征在于：

所述模拟燃烧系统由燃烧试验平台和燃烧控制系统组成；燃烧试验平台包括火灾燃烧室和非火灾燃烧室，测试用混凝土结构件同时置于火灾燃烧室和非火灾燃烧室上；燃烧控制系统向火灾燃烧室提供模拟火灾，包括燃料供应装置、燃烧器和程序升温控制装置；

所述测试系统包括混凝土结构温度测试系统和内力测试系统；温度测试系统由点阵布置间隔预埋在混凝土结构件中的热电偶及其连接的数据采集仪组成；内力测试系统由预埋在混凝土结构件一端的压力测试盒及连接的数据采集仪组成；预埋压力测试盒的混凝土结构件端放置于非火灾燃烧室侧；

所述混凝土结构件固定在自约束系统中；自约束系统为刚性材料制成的混凝土结构件侧表面约束固定装置。