[發明專利]一種地下空間結構混凝土頂板抗火試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201710605864.X
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107402226A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 徐玉野;司繼申;張大山;羅漪;董毓利
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司35205
• 代理人: 張浠娟

技術領域

本發明涉及一種地下空間結構混凝土頂板抗火試驗裝置及方法，屬地下結構防災減災技術領域。

背景技術

近年來，地下空間結構發生了多起特大和重大火災，地下空間結構火災具有火場溫度較高、煙霧大、疏散困難且救火難度大等特點，嚴重威脅地下空間結構的安全性，給人民的生命財產造成了巨大損失。伴隨地下商業綜合體、地下車庫、地鐵站等地下空間結構的迅速開發和利用，研究地下空間結構的抗火性能以及如何通過合理設計來提高地下空間結構的抗火能力已成為當前地下結構防災減災領域研究的重要課題。

混凝土頂板是地下空間結構的重要組成部分，其耐火性能與其他地下結構構件相比相對較弱，是地下空間結構抗火設計的薄弱環節。與上部建筑結構中混凝土樓板的耐火性能相比，地下空間結構混凝土頂板的耐火性能會表現出明顯不同的特性：(1)地下空間結構混凝土頂板由于地下水和上覆土層的影響，混凝土本身含水量較高、周邊環境濕度較大等原因，高溫下混凝土易發生爆裂，從而導致其耐火性能較差。(2)地下空間結構混凝土頂板上表面通常為覆土層，其熱邊界條件與上部建筑結構中混凝土樓板上表面為空氣層的熱邊界不同，且其厚度通常比上部混凝土樓板的大。這會導致混凝土頂板內溫度發展歷程與混凝土樓板中的明顯不同，導致其耐火性能不同。(3)地下空間結構由于其空間相對封閉、排煙通風較為困難，導致其火災的升降溫歷程可能與上部建筑結構的室內火災不同。總之，地下空間結構混凝土頂板的抗火設計不能簡單套用現有的上部混凝土樓板的抗火設計方法。因此，研究地下空間結構混凝土頂板的火災行為就顯得尤為重要，其研究成果必將對地下結構抗火的性能化設計和指導消防救險工作有重要意義。然而，目前有關地下空間結構混凝土頂板抗火性能試驗方面的成果很少。

現有的鋼筋混凝土板的耐火試驗裝置及實現方法，普通存在以下問題：(1)未考慮混凝土板上表面覆有土層導致其熱力學邊界不同的影響。(2)爐壁由爐內壁和爐外壁組成，爐內壁實際約350mm左右，起防火隔熱作用，不能有效承重；混凝土板的支座設置在能承重的爐外壁上。因此，混凝土板支座內側爐內壁上方的混凝土板底未能直接受到明火的加熱作用，這與混凝土板在實際火災中全部板底受火的情況不符。(3)實際火災中的混凝土板平面內的熱膨脹作用會受到周圍混凝土框架柱、剪力墻等的約束影響，現有的抗火試驗裝置未能為上述混凝土柱、剪力墻等豎向支撐提供足夠的固定措施。

鑒于此，本案發明人對上述問題進行深入研究，遂有本案產生。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠較好地進行地下空間結構混凝土頂板火災試驗，以模擬真實火災來進行受火試驗，測試地下空間結構混凝土頂板的耐火極限和研究其在火災下的工作機理，為地下空間結構的抗火設計提供可靠數據的混凝土頂板抗火試驗裝置；本發明的另一目的在于提出一種能為地下空間結構的抗火設計提供可靠數據的混凝土頂板抗火試驗方法，以用來測量地下空間結構混凝土頂板在不同受力邊界條件和熱邊界條件下耐火極限、溫度場、結構反應(變形、側移、支座反力等)等。

為了達到上述目的，本發明采用這樣的技術方案：

一種地下空間結構混凝土頂板抗火試驗裝置，包括筏基、爐體、支撐框架、反力加載裝置以及數據采集系統，爐體、支撐框架以及反力加載裝置安裝在筏基上，還包括用于安裝混凝土頂板的支座裝置和設置在混凝土頂板上表面的熱邊界模擬層，支座裝置安裝于支撐框架的上部，反力加載裝置的施力機構設置在熱邊界模擬層的上方。

作為本發明的一種優選方式，所述熱邊界模擬層為設置在所述混凝土頂板上的土層或者水層，所述熱邊界模擬層的周圍設有封閉圍擋，所述混凝土頂板的上表面和封閉圍擋的內表面鋪設有防水層。

作為本發明的一種優選方式，所述爐體包括爐壁、天然氣管路、排煙道、水循環管路、熱電偶、高溫攝像頭、點火燒嘴、自動點火計算機控制系統和線路管道，爐體的爐壁由兩片長邊爐壁和兩片短邊爐壁圍成長方體爐膛，點火燒嘴設置在長邊爐壁的內側，點火燒嘴連接至自動點火計算機控制系統，高溫攝像頭設置在短邊爐壁的內側，熱電偶靠近點火燒嘴設置在長邊爐壁上，天然氣管路連接至市政天然氣管道，排煙道設置在長邊爐壁的內側，排煙道上設有排煙口，水循環管路對應排煙道設置。

作為本發明的一種優選方式，所述支撐框架包括支撐混凝土柱和設置在支撐混凝土柱上的支撐混凝土梁，支撐混凝土柱固結于所述筏基上，支撐混凝土柱圍設在所述爐體的外側，所述支座裝置安裝在支撐混凝土梁上。