一种量测混凝土构件高温变形的简易装置

汤繁华

(湖南工业大学 土木工程学院，湖南 株洲 412007)

在RC(钢筋混凝土)构件的高温试验中，研究人员为了获得RC构件在高温时的变形，通常是选用一种为高温试验而设计的高精度位移传感器。在试验室没有这种量测高温变形的仪器，而只有百分表的情况下，采用本文提出的简易装置，同样可以量测到RC构件在高温时的变形，而且还可以弥补特制的高精度位移传感器的不足之处。

1 高温时常用的变形测量装置［1－2］

众所周知，RC构件在高温过程中的变形量测，需要一种特制的变形测量装置。其基本原理为:首先，通过耐高温的材料(在高温时的变形很小)感应RC构件在高温过程中的变形;然后，通过一降温装置将耐高温材料量测到的变形传递至常温下的位移传感器等测量元件;最后，通过常温下的位移测量仪器直接得到构件在高温过程中的变形。图1为这种变形测量装置的结构原理。将位移传感器置于带有夹层的双层钢套管的内管中，内管装有带弹簧的滑块，滑块的前端连接一根耐高温的刚玉管，后端与位移传感器的前端相连，刚玉管的另一端顶在RC构件高温时需要量测变形的部位上，当构件产生变形时，顶在构件上的刚玉管随之伸缩从而带动后面的位移传感器移动，即测得构件在高温时的变形。在高温试验过程中，需要不停地向双层钢套管的夹层中注水，才能使钢套管外层的温度保持在室温状态，内管中的位移传感器不会受到高温的影响。与高温构件相接触的刚玉管可承受1 500℃以上的温度，而且在通常的RC构件高温试验范围内，其高温热膨胀系数为常数。

该变形测量装置用来量测RC构件高温时的变形，使用方便、操作简单、满足精度要求，但也存在不足之处，主要表现在两方面:一方面，RC构件在高温过程中，构件表面混凝土发生的爆裂现象会影响到构件变形的量测。在爆裂过程中出现下述两种情况，一种是爆裂的混凝土块在脱落构件表面的过程中，有可能砸到刚玉管，而刚玉管是脆性材质，遭到硬物的碰撞就会断裂;二是与刚玉管相接触处的混凝土面发生爆裂。另一方面，RC构件在高温过程中，如遇到突然停水，冷却系统受阻，该变形测量装置就得停止使用，否则位移传感器就会损坏。

图1 变形测量装置结构示意图

2 一种量测RC构件高温变形的简易装置

针对图1的变形测量装置存在的不足，采用图2所示的简易测量装置，可以方便地量测RC柱在高温过程中跨中挠度的变化。本简易装置在高温过程中，量测柱跨中挠度变化的原理如下:(1)众所周知，混凝土柱在高温过程中会发生爆裂，有可能爆裂位置正好在柱中，致使柱跨中挠度不易量测。该简易装置采用在柱跨中预埋一根小钢筋，在露出的钢筋端头上，焊接一块小钢板，小钢板与柱成为一个整体，测量装置与小钢板平面接触，即可测出柱跨中挠度的变化，即使柱跨中混凝土爆裂，也不会影响跨中挠度的测量。(2)常用的百分表是不能耐高温的，本装置通过一根6 mm细钢棒穿过高温炉炉膛的正中位置，细钢棒在炉膛内壁至柱跨中焊接小钢板之间的部分，套上耐高温的陶瓷管(1 100℃)，如图2所示。这样在炉膛升温时，炉膛部分的细钢棒温度就很低了，略高于常温，再加之炉膛壁也是保温材料做的，这样露在高温炉外部的细钢棒的温度就接近常温了，在高温炉外部细钢棒的端头上焊接一小块角钢，百分表就可以在常温下，通过与角钢的平面部分接触来量测柱跨中挠度的变化。(3)试验柱在初始荷载和高温的共同作用下，会产生轴向变形，即试验柱在高温过程中产生伸缩现象。而高温炉是固定不动的。本装置通过在预埋柱跨中的钢筋端头焊接一块小钢板，穿过炉膛的细钢棒与小钢板的平面相接触，当试验柱产生伸缩，小钢板就跟着柱子一起上下移动，细钢棒随之在小钢板接触的平面内上下滑移。这实际上是小钢板在上下移动，细钢棒是没有动的，只是与小钢板接触平面内的位置发生了变化而已。这样该简易装置就可以测量钢筋混凝土柱在高温下的跨中挠度，并且能弥补图1的高温变形测量装置中刚玉管有可能被砸坏或测不到柱跨中挠度的情况，且该简易装置不需要专用的冷却系统。

图2 柱高温跨中挠度量测示意图

3 试验验证［3］

图2所示的高温变形测量装置应用在柱的高温试验中，量测柱跨中挠度变化，试验效果甚佳，所获得的试验数据真实、可靠。试验的实物图如图3所示。

图3 跨中挠度测量装置图

在柱高温试验过程中，该简易装置量测到柱跨中挠度变化的具体数据如表1、表2所示。

表1和表2的试验数据表明:使用该简易装置量测钢筋混凝土柱在高温下的挠度变化，操作简单，且实用、经济、安全，百分表完全在常温下工作，其试验数据满足试验精度要求。需要说明一点的是，由百分表读出表1和表2中的挠度数值应包括简易装置中炉膛内小钢块和小钢筋在高温下的变形，但该变形量相对于钢筋混凝土柱在高温下跨中挠度的变化量可以忽略不计，也不会影响到试验的精度要求。

表1 大偏压方柱跨中挠度 mm

表2 小偏压方柱跨中挠度 mm

4 结束语

综上所述，图2所示的高温变形测量装置能够很好地弥补图1所示的高温变形测量装置的不足之处，即在高温下，混凝土的爆裂不会影响到试验数据的获取，也不需要专用的冷却系统。且该简易装置安装和操作简单，并且经济、安全、实用，完全能胜任钢筋混凝土柱在高温下跨中挠度的量测任务，特别是在没有专用的高温变形测量装置情况下，使用图2所示的简易装置，可以达到事半功倍的效果。故图2所示的高温变形测量装置在混凝土构件的高温试验中，值得推广与应用。

［1］张家广，霍静思，肖岩.高温作用后钢筋混凝土短柱轴压力学性能试验研究［J］.建筑结构学报，2011，32(4):117－124.

［2］黄国旺.有初始应力作用圆钢管混凝土短柱火灾全过程试验研究［D］.长沙:湖南大学，2008.

［3］汤繁华.HPFL加固RC偏心受压柱在高温和外载共同作用下的性能研究［D］.株洲:湖南工业大学，2012.

［3］汤繁华.一种量测混凝土柱高温挠度变形的简易装置:中国，2012201580871［P］.2013－4－24.