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基于热力耦合的 钢交错桁架结构抗火分析装置

阅读：341发布：2020-05-08

专利汇可以提供基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置,包括钢结构交错桁架模型、将冲击荷载施加在钢结构交错桁架模型顶层楼板上的动力冲击部件、将火源点设置在钢结构交错桁架模型任意楼板上的环形热荷载施加部件、将静力荷载施加在钢结构交错桁架模型任意楼板上的多层静力荷载部件。本发明增加了不同实验条件设置的灵活性和多样性，也降低了实验的准备时间和工作强度，可用于开展热-力偶作用下的钢交错桁架安全试验，分析不同火源条件、不同荷载作用下的力学响应规律和破坏机制，为钢结构交错桁架结构在在火灾下可能发生的倒塌行为提供可行性优化措施。，下面是基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，其特征在于：包括钢结构交错桁架模型(1)、将冲击荷载施加在钢结构交错桁架模型顶层楼板上的动力冲击部件(2)、将火源点设置在钢结构交错桁架模型任意楼板上的环形热荷载施加部件(3)、将静力荷载施加在钢结构交错桁架模型任意楼板上的多层静力荷载部件(4)，
所述动力冲击部件包括动力立柱(21)、动力横梁(22)、落锤(23)、钢丝绳(24)和卷扬机，动力横梁由动力缸驱动高度可调的安装在钢结构交错桁架模型上方的动力立柱上，落锤设置在动力横梁与钢结构交错桁架模型顶层楼板之间，钢丝绳一端缠绕在卷扬机上、一端穿过动力横梁与落锤顶部固定连接，卷扬机旋转释放钢丝绳上的落锤对钢结构交错桁架模型顶层楼板施加冲击荷载；
所述环形热荷载施加部件包括套装在钢结构交错桁架模型外侧的环形支架(31)和若干伸缩管(32)，伸缩管一端与燃气供给管道(33)连接、一端穿过环形支架延伸至钢结构交错桁架模型任意楼板处设置火源点；
所述多层静力荷载部件包括两升降架(41)、若干辅助横杆(42)和若干荷载接触板(43)，升降架对称布置于钢结构交错桁架模型两侧，辅助横杆水平安装于两升降架间并置于钢结构交错桁架模型的楼板上，荷载接触板安装在钢结构交错桁架模型楼板上方的辅助横杆底部，辅助横杆上的荷载接触板由升降架带动下降将荷载施加在钢结构交错桁架模型的楼板上。
2.根据权利要求1所述的基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，其特征在于：
所述动力冲击部件还包括用于控制落锤下落角度的导向钢管(25)，该导向钢管通过铰链转动连接于动力横梁底部，落锤布置在导向钢管内。
3.根据权利要求1所述的基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，其特征在于：
所述环形支架包括套装在钢结构交错桁架模型外侧的环形组件(311)和若干均布于环形组件底部的升降支腿(314)，伸缩管贯穿布置于环形组件上，环形组件由升降支腿驱动上下移动，带动伸缩管移至钢结构交错桁架模型任意楼板处。
4.根据权利要求3所述的基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，其特征在于：
所述环形组件由外钢管(311)、内钢管(313)及布置于内、外钢管间的隔热石棉(312)通过螺栓连接而成。
5.根据权利要求4所述的基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，其特征在于：
在外钢管顶部及底部设有向钢管侧延伸的折弯段(3111)。
6.根据权利要求1所述的基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，其特征在于：
所述升降架包括两静力立柱(411)、由动力缸驱动高度可调的安装在两静力立柱间的承重横梁(412)、若干布置在承重横梁底部的立式板(413)，辅助横杆水平安装在两升降架对应布置的立式板上。
7.根据权利要求6所述的基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，其特征在于：
在所述立式板上竖向均布有若干用于插装辅助横杆的限位孔(4131)，辅助横杆通过各限位孔高度可调的安装在两升降架对应布置的立式板上。
8.根据权利要求7所述的基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，其特征在于：
所述升降架还包括安装在两静力立柱间的底梁(414)，立式板由钢板及套嵌在钢板底部的钢管组成，钢板顶部与承重横梁垂直铰接，钢管底部与底梁垂直铰接，限位孔均匀布置在钢板上，承重横梁上下移动带动钢板在钢管内上下滑动。
9.根据权利要求1所述的基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，其特征在于：
所述荷载接触板包括螺纹连接于辅助横杆底部的分散板(431)和均布布置于分散板底部的接触头(432)，荷载接触板下降将荷载分撒施加在钢结构交错桁架模型的楼板上。
10.根据权利要求1所述的基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，其特征在于：所述钢结构交错桁架模型包括框架柱(11)、框架梁(12)、平面桁架和楼板(17)，框架柱与框架梁垂直连接形成沿结构外围纵向布置的框架结构，平面桁架由上弦杆(13)、下弦杆(14)、竖腹杆(15)和斜腹杆(16)连接而成，平面桁架通过上、下弦杆垂直固定连接在相邻框架柱上，沿框架柱高度方向上下交错布置，相邻框架柱上的平面桁架上下交错布置，楼板连接在相邻平面桁架的上弦杆和下弦杆上，楼板由两层不锈钢板和夹在中间的石棉通过螺栓连接而成。

说明书全文

基于热力耦合的 钢交错桁架结构抗火分析装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置。

背景技术

[0002] 钢结构建筑的大量普及，导致了有关钢结构抗火性能等问题越来越受到重视。钢结构耐火极限性能、钢结构的局部火灾升温、钢结构的破坏模式及破坏预警以及钢结构火灾荷载下的连续性倒塌等也得到了国内外学者的广泛研究与关注，但并没有成成一个统一的规范文件。而在钢交错桁架结构的抗火性能、抗倒塌性能等问题上更是缺乏一定成熟的研究。因此，需要建立一种简单、便捷、经济合算的交错桁架结构抗火分析装置。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种能观测分析结构的抗火性能和抗倒塌性能的基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置。

[0004] 本发明提供的这种基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，包括钢结构交错桁架模型、将冲击荷载施加在钢结构交错桁架模型顶层楼板上的动力冲击部件、将火源点设置在钢结构交错桁架模型任意楼板上的环形热荷载施加部件、将静力荷载施加在钢结构交错桁架模型任意楼板上的多层静力荷载部件，

[0005] 所述动力冲击部件包括动力立柱、动力横梁、落锤、钢丝绳和卷扬机，动力横梁由动力缸驱动高度可调的安装在钢结构交错桁架模型上方的动力立柱上，落锤设置在动力横梁与钢结构交错桁架模型顶层楼板之间，钢丝绳一端缠绕在卷扬机上、一端穿过动力横梁与落锤顶部固定连接，卷扬机旋转释放钢丝绳上的落锤对钢结构交错桁架模型顶层楼板施加冲击荷载；

[0006] 所述环形热荷载施加部件包括套装在钢结构交错桁架模型外侧的环形支架和若干伸缩管，伸缩管一端与燃气供给管道连接、一端穿过环形支架延伸至钢结构交错桁架模型任意楼板处设置火源点；

[0007] 所述多层静力荷载部件包括两升降架、若干辅助横杆和若干荷载接触板，升降架对称布置于钢结构交错桁架模型两侧，辅助横杆水平安装于两升降架间并置于钢结构交错桁架模型的楼板上，荷载接触板安装在钢结构交错桁架模型楼板上方的辅助横杆底部，辅助横杆上的荷载接触板由升降架带动下降将荷载施加在钢结构交错桁架模型的楼板上。

[0008] 为形成不同角度的冲击荷载，所述动力冲击部件还包括用于控制落锤下落角度的导向钢管，该导向钢管通过铰链转动连接于动力横梁底部，落锤布置在导向钢管内。

[0009] 所述环形支架包括套装在钢结构交错桁架模型外侧的环形组件和若干均布于环形组件底部的升降支腿，伸缩管贯穿布置于环形组件上，环形组件由升降支腿驱动上下移动，带动伸缩管移至钢结构交错桁架模型任意楼板处。

[0010] 所述环形组件由外钢管、内钢管及布置于内、外钢管间的隔热石棉通过螺栓连接而成。

[0011] 为避免火花溅射至隔热石棉上损坏环形组件，在外钢管顶部及底部设有向钢管侧延伸的折弯段。

[0012] 所述升降架包括两静力立柱、由动力缸驱动高度可调的安装在两静力立柱间的承重横梁、若干布置在承重横梁底部的立式板，辅助横杆水平安装在两升降架对应布置的立式板上。

[0013] 在所述立式板上竖向均布有若干用于插装辅助横杆的限位孔，辅助横杆通过各限位孔高度可调的安装在两升降架对应布置的立式板上。

[0014] 为约束立式板的横向移动并保证竖向荷载的施加，所述升降架还包括安装在两静力立柱间的底梁，立式板由钢板及套嵌在钢板底部的钢管组成，钢板顶部与承重横梁垂直铰接，钢管底部与底梁垂直铰接，限位孔均匀布置在钢板上，承重横梁上下移动带动钢板在钢管内上下滑动。

[0015] 所述荷载接触板包括螺纹连接于辅助横杆底部的分散板和均布布置于分散板底部的接触头，荷载接触板下降将荷载分撒施加在钢结构交错桁架模型的楼板上。

[0016] 所述钢结构交错桁架模型包括框架柱、框架梁、平面桁架和楼板，框架柱与框架梁垂直连接形成沿结构外围纵向布置的框架结构，平面桁架由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆连接而成，平面桁架通过上、下弦杆垂直固定连接在相邻框架柱上，沿框架柱高度方向上下交错布置，相邻框架柱上的平面桁架上下交错布置，楼板连接在相邻平面桁架的上弦杆和下弦杆上，楼板由两层不锈钢板和夹在中间的石棉通过螺栓连接而成。

[0017] 本发明在钢结构交错桁架模型上方设置落锤，通过改变动力横梁的高度，利用落锤下降的重力模拟顶层楼板所遭受的不同大小的动力冲击；在钢结构交错桁架模型外侧设置伸缩管，通过改变环形支架的高度及伸缩管的长度，将火源设楼板上，模拟火灾对楼板任意处造成的危害；在钢结构交错桁架模型楼板上设置荷载接触板，通过改变升降架的高度，利用辅助横杆和升降架的重力模拟不同荷载对楼板上施加的静力荷载破坏。本发明增加了不同实验条件设置的灵活性和多样性，也降低了实验的准备时间和工作强度，可用于开展热-力偶作用下的钢交错桁架安全试验，分析不同火源条件、不同荷载作用下的力学响应规律和破坏机制，为钢结构交错桁架结构在在火灾下可能发生的倒塌行为提供可行性优化措施。附图说明

[0018] 图1为本发明的轴侧结构示意图。

[0019] 图2为图1中钢结构交错桁架模型和环形热荷载施加部件的放大结构示意图。

[0020] 图3为图2中A-A处局部剖视放大结构示意图。

[0021] 图4为图1中B向局部放大结构示意图。

[0022] 图中示出的标记及所对应的构件名称为：

[0023] 1、钢结构交错桁架模型；11、框架柱；12、框架梁；13、上弦杆；14、下弦杆；15、竖腹杆；16、斜腹杆；17、楼板；

[0024] 2、动力冲击部件；21、动力立柱；22、动力横梁；23、落锤；24、钢丝绳；25、导向钢管；211、滑槽；

[0025] 3、环形热荷载施加部件；31、环形支架；32、伸缩管；33、燃气供给管道；311、外钢管；312、隔热石棉；313、内钢管；314、升降支腿；3111、折弯段；

[0026] 4、多层静力荷载部件；41、升降架；42、辅助横杆；43、荷载接触板；411、静力立柱；412、承重横梁；413、立式板；414、底梁；431、分散板；432、接触头；4131、限位孔。

具体实施方式

[0027] 从图1可以看出，本发明这种基于热力耦合的钢交错桁架结构抗火分析装置，包括钢结构交错桁架模型1、动力冲击部件2、环形热荷载施加部件3和多层静力荷载部件4，动力冲击部件2架设在钢结构交错桁架模型1，用于向钢结构交错桁架模型顶层楼板施加冲击荷载；环形热荷载施加部件3套设在钢结构交错桁架模型1外围，用于将火源点设置在钢结构交错桁架模型任意楼板上，多层静力荷载部件4布置在钢结构交错桁架模型1并贯穿钢结构交错桁架模型的楼板间，用于向钢结构交错桁架模型任意楼板施加静力荷载。

[0028] 从图1至图4可以看出，本发明中的钢结构交错桁架模型1包括数个框架柱11、数个框架梁12、数个平面桁架和数个楼板17，两框架柱11与两框架梁12依次首尾垂直连接形成框架结构，各框架结构均沿钢结构交错桁架模型1外围横向布置，平面桁架包括上弦杆13、下弦杆14、竖腹杆15和斜腹杆16，上弦杆13和下弦杆14上下平行的垂直固定焊接在相邻框架结构的框架柱11上，竖腹杆15竖直焊接在上弦杆13和下弦杆14上，斜腹杆16倾斜焊接在上弦杆13和下弦杆14上，斜腹杆16的两端分别与相邻竖腹杆15的顶部及底部连接，平面桁架通过上、下弦杆上下交错的布置固定在相邻框架柱间，各平面桁架均沿钢结构交错桁架模型1纵向布置；楼板17由两层不锈钢板和夹在中间的石棉通过螺栓连接而成，各楼板17与框架梁12和平面桁架固定连接，楼板17顶面与位于上方的平面桁架的下弦杆14通过螺栓可拆卸连接，楼板17底面与位于下方的平面桁架的上弦杆13通过螺栓可拆卸连接。

[0029] 从图1可以看出，本发明中的动力冲击部件2包括动力立柱21、动力横梁22、落锤23、钢丝绳24和卷扬机，动力立柱21有两个并均为L型立柱，两动力立柱21对称布置在钢结构交错桁架模型1的横向两侧，在两动力立柱21竖杆对应处开有面对面竖直布置的滑槽
211；动力横梁22间隙嵌装在两滑槽211内，动力横梁22与安装在动力立柱21内的动力缸的伸出端垂直连接，动力横梁22由动力缸驱动在钢结构交错桁架模型1上方的两动力立柱21间沿滑槽211移动，以实现高度可调；卷扬机置于动力立柱21内；钢丝绳24一端缠绕在卷扬机上、一端由上至下的穿过动力横梁22与落锤23顶部固定连接，卷扬机旋转控制钢丝绳24的收或放；落锤23通过钢丝绳24悬挂在动力横梁22与钢结构交错桁架模型1顶层楼板之间，钢丝绳24释放带动落锤23对钢结构交错桁架模型1顶层楼板施加冲击荷载。

[0030] 从图1至图3可以看出，本发明中的环形热荷载施加部件3包括环形支架31、伸缩管32和燃气供给管道33，

[0031] 环形支架31包括环形组件和若干均布于环形组件底部的升降支腿314，环形组件由外钢管311、内钢管313及布置于内、外钢管间的隔热石棉312通过螺栓连接而成，环形组件整体套装在钢结构交错桁架模型1外侧，环形组件由升降支腿314驱动在钢结构交错桁架模型1外侧上下移动；

[0032] 伸缩管32一端与燃气供给管道33的出气口连接、一端穿过环形支架的外钢管311、隔热石棉312及内钢管313后伸入环形支架内侧，环形组件上下移动带动伸缩管32移至钢结构交错桁架模型任意楼板处，伸缩管32伸缩将火源点设置于钢结构交错桁架模型1的楼板17任意处；

[0033] 燃气供给管道33的进气口通过控制阀门与燃气罐连接。

[0034] 从图1和图4可以看出，本发明中的多层静力荷载部件4包括两升降架41、若干辅助横杆42和若干荷载接触板43，

[0035] 升降架41对称布置于钢结构交错桁架模型1纵向两侧，各升降架41均包括两静力立柱411、承重横梁412、两立式板413和底梁414，静力立柱411均为倒T型立柱，两静力立柱411面对面的布置在钢结构交错桁架模型1的前侧或后侧，在两静力立柱411竖杆对应处开有面对面竖直布置的导向槽；承重横梁412间隙嵌装在两导向槽内，承重横梁412与安装在静力立柱411内的动力缸的伸出端垂直连接；底梁414安装在两静力立柱411底部间；立式板
413由钢板及套嵌在钢板底部的钢管组成，钢板顶部与承重横梁412底部垂直铰接，钢管底部与底梁414垂直铰接，在立式板413的钢板上竖向均布有若干用于插装辅助横杆42的限位孔4131，承重横梁412上下移动带动钢板在钢管内上下滑动；

[0036] 辅助横杆42水平插装在两升降架41对应布置的立式板413上的限位孔4131内，辅助横杆42通过不同高度的限位孔4131在两升降架41间实现高度调节，各辅助横杆42均置于钢结构交错桁架模型1相应楼板17的上方；

[0037] 各荷载接触板43均包括一圆盘状的分散板431和若干接触头432，分散板431通过螺纹坚固件与位于钢结构交错桁架模型1的楼板17上方的辅助横杆42底部连接，接触头432均匀焊接在分散板431底部，

[0038] 承重横梁412由动力缸驱动在两静力立柱411间沿导向槽上下移动，承重横梁412下移带动插装在立式板413上的辅助横杆42下降，各荷载接触板43随辅助横杆42同步下降，通过接触头432将静力荷载分撒施加在钢结构交错桁架模型的楼板17上。

[0039] 从图1可以看出，本发明中的动力冲击部件2还包括用于控制落锤23下落角度的导向钢管25，该导向钢管25通过球形铰链转动连接于动力横梁22底部，落锤23通过钢丝绳24滑动安装在导向钢管25内。

[0040] 从图2和图3可以看出，在外钢管311顶部及底部设有向钢管313侧延伸的折弯段3111。

[0041] 在本发明中，外钢管311和内钢管313均由不锈钢1Cr18Ni9Ti(SUS321)制成。

[0042] 在本发明中，钢结构交错桁架模型1与实际需要验证的钢结构交错桁架采用1:10的压缩尺寸，平面桁架跨度为1.5m，包含5个节间，每个节间宽度为0.3m，上弦杆13和下弦杆14的尺寸均为20mm×20mm×2mm，竖腹杆15的尺寸10mm×10mm×1mm。

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