湯繁華

(湖南工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 株洲 412007)

在RC(鋼筋混凝土)構(gòu)件的高溫試驗中，研究人員為了獲得RC構(gòu)件在高溫時的變形，通常是選用一種為高溫試驗而設(shè)計的高精度位移傳感器。在試驗室沒有這種量測高溫變形的儀器，而只有百分表的情況下，采用本文提出的簡易裝置，同樣可以量測到RC構(gòu)件在高溫時的變形，而且還可以彌補特制的高精度位移傳感器的不足之處。

1 高溫時常用的變形測量裝置［1－2］

眾所周知，RC構(gòu)件在高溫過程中的變形量測，需要一種特制的變形測量裝置。其基本原理為:首先，通過耐高溫的材料(在高溫時的變形很小)感應(yīng)RC構(gòu)件在高溫過程中的變形;然后，通過一降溫裝置將耐高溫材料量測到的變形傳遞至常溫下的位移傳感器等測量元件;最后，通過常溫下的位移測量儀器直接得到構(gòu)件在高溫過程中的變形。圖1為這種變形測量裝置的結(jié)構(gòu)原理。將位移傳感器置于帶有夾層的雙層鋼套管的內(nèi)管中，內(nèi)管裝有帶彈簧的滑塊，滑塊的前端連接一根耐高溫的剛玉管，后端與位移傳感器的前端相連，剛玉管的另一端頂在RC構(gòu)件高溫時需要量測變形的部位上，當構(gòu)件產(chǎn)生變形時，頂在構(gòu)件上的剛玉管隨之伸縮從而帶動后面的位移傳感器移動，即測得構(gòu)件在高溫時的變形。在高溫試驗過程中，需要不停地向雙層鋼套管的夾層中注水，才能使鋼套管外層的溫度保持在室溫狀態(tài)，內(nèi)管中的位移傳感器不會受到高溫的影響。與高溫構(gòu)件相接觸的剛玉管可承受1 500℃以上的溫度，而且在通常的RC構(gòu)件高溫試驗范圍內(nèi)，其高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)為常數(shù)。

該變形測量裝置用來量測RC構(gòu)件高溫時的變形，使用方便、操作簡單、滿足精度要求，但也存在不足之處，主要表現(xiàn)在兩方面:一方面，RC構(gòu)件在高溫過程中，構(gòu)件表面混凝土發(fā)生的爆裂現(xiàn)象會影響到構(gòu)件變形的量測。在爆裂過程中出現(xiàn)下述兩種情況，一種是爆裂的混凝土塊在脫落構(gòu)件表面的過程中，有可能砸到剛玉管，而剛玉管是脆性材質(zhì)，遭到硬物的碰撞就會斷裂;二是與剛玉管相接觸處的混凝土面發(fā)生爆裂。另一方面，RC構(gòu)件在高溫過程中，如遇到突然停水，冷卻系統(tǒng)受阻，該變形測量裝置就得停止使用，否則位移傳感器就會損壞。

圖1 變形測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 一種量測RC構(gòu)件高溫變形的簡易裝置

針對圖1的變形測量裝置存在的不足，采用圖2所示的簡易測量裝置，可以方便地量測RC柱在高溫過程中跨中撓度的變化。本簡易裝置在高溫過程中，量測柱跨中撓度變化的原理如下:(1)眾所周知，混凝土柱在高溫過程中會發(fā)生爆裂，有可能爆裂位置正好在柱中，致使柱跨中撓度不易量測。該簡易裝置采用在柱跨中預(yù)埋一根小鋼筋，在露出的鋼筋端頭上，焊接一塊小鋼板，小鋼板與柱成為一個整體，測量裝置與小鋼板平面接觸，即可測出柱跨中撓度的變化，即使柱跨中混凝土爆裂，也不會影響跨中撓度的測量。(2)常用的百分表是不能耐高溫的，本裝置通過一根6 mm細鋼棒穿過高溫爐爐膛的正中位置，細鋼棒在爐膛內(nèi)壁至柱跨中焊接小鋼板之間的部分，套上耐高溫的陶瓷管(1 100℃)，如圖2所示。這樣在爐膛升溫時，爐膛部分的細鋼棒溫度就很低了，略高于常溫，再加之爐膛壁也是保溫材料做的，這樣露在高溫爐外部的細鋼棒的溫度就接近常溫了，在高溫爐外部細鋼棒的端頭上焊接一小塊角鋼，百分表就可以在常溫下，通過與角鋼的平面部分接觸來量測柱跨中撓度的變化。(3)試驗柱在初始荷載和高溫的共同作用下，會產(chǎn)生軸向變形，即試驗柱在高溫過程中產(chǎn)生伸縮現(xiàn)象。而高溫爐是固定不動的。本裝置通過在預(yù)埋柱跨中的鋼筋端頭焊接一塊小鋼板，穿過爐膛的細鋼棒與小鋼板的平面相接觸，當試驗柱產(chǎn)生伸縮，小鋼板就跟著柱子一起上下移動，細鋼棒隨之在小鋼板接觸的平面內(nèi)上下滑移。這實際上是小鋼板在上下移動，細鋼棒是沒有動的，只是與小鋼板接觸平面內(nèi)的位置發(fā)生了變化而已。這樣該簡易裝置就可以測量鋼筋混凝土柱在高溫下的跨中撓度，并且能彌補圖1的高溫變形測量裝置中剛玉管有可能被砸壞或測不到柱跨中撓度的情況，且該簡易裝置不需要專用的冷卻系統(tǒng)。

圖2 柱高溫跨中撓度量測示意圖

3 試驗驗證［3］

圖2所示的高溫變形測量裝置應(yīng)用在柱的高溫試驗中，量測柱跨中撓度變化，試驗效果甚佳，所獲得的試驗數(shù)據(jù)真實、可靠。試驗的實物圖如圖3所示。

圖3 跨中撓度測量裝置圖

在柱高溫試驗過程中，該簡易裝置量測到柱跨中撓度變化的具體數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表1和表2的試驗數(shù)據(jù)表明:使用該簡易裝置量測鋼筋混凝土柱在高溫下的撓度變化，操作簡單，且實用、經(jīng)濟、安全，百分表完全在常溫下工作，其試驗數(shù)據(jù)滿足試驗精度要求。需要說明一點的是，由百分表讀出表1和表2中的撓度數(shù)值應(yīng)包括簡易裝置中爐膛內(nèi)小鋼塊和小鋼筋在高溫下的變形，但該變形量相對于鋼筋混凝土柱在高溫下跨中撓度的變化量可以忽略不計，也不會影響到試驗的精度要求。

表1 大偏壓方柱跨中撓度 mm

表2 小偏壓方柱跨中撓度 mm

4 結(jié)束語

綜上所述，圖2所示的高溫變形測量裝置能夠很好地彌補圖1所示的高溫變形測量裝置的不足之處，即在高溫下，混凝土的爆裂不會影響到試驗數(shù)據(jù)的獲取，也不需要專用的冷卻系統(tǒng)。且該簡易裝置安裝和操作簡單，并且經(jīng)濟、安全、實用，完全能勝任鋼筋混凝土柱在高溫下跨中撓度的量測任務(wù)，特別是在沒有專用的高溫變形測量裝置情況下，使用圖2所示的簡易裝置，可以達到事半功倍的效果。故圖2所示的高溫變形測量裝置在混凝土構(gòu)件的高溫試驗中，值得推廣與應(yīng)用。

［1］張家廣，霍靜思，肖巖.高溫作用后鋼筋混凝土短柱軸壓力學(xué)性能試驗研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2011，32(4):117－124.

［2］黃國旺.有初始應(yīng)力作用圓鋼管混凝土短柱火災(zāi)全過程試驗研究［D］.長沙:湖南大學(xué)，2008.

［3］湯繁華.HPFL加固RC偏心受壓柱在高溫和外載共同作用下的性能研究［D］.株洲:湖南工業(yè)大學(xué)，2012.

［3］湯繁華.一種量測混凝土柱高溫撓度變形的簡易裝置:中國，2012201580871［P］.2013－4－24.