混凝土-聚苯板复合墙板受力性能试验研究.pdf
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1、第 卷第 期 年 月 山 东 建 筑 大 学 学 报 .收稿日期:基金项目:国家重点研发计划项目()作者简介:赵考重()男教授硕士主要从事建筑物鉴定与加固改造等方面的研究:.通讯作者:./.混凝土聚苯板复合墙板受力性能试验研究赵考重李景录魏欣(.山东建筑大学 土木工程学院山东 济南.山东建筑大学工程鉴定加固研究院有限公司山东 济南)摘要:混凝土聚苯板复合墙板克服了外墙外保温系统易产生脱落的缺点对其力学性能的研究可为实际工程应用提供理论依据 文章研制了一种用于多层建筑的混凝土聚苯板复合墙板并通过 个轴心受压和 个偏心受压墙板试件试验结合有限元分析研究了在竖向荷载作用下墙板的破坏形态及承载力分析了
2、高厚比、偏心距对墙板承载力的影响并推导出了墙板承载力计算公式 结果表明:所研制的混凝土聚苯板复合墙板采用的特殊连接件及布置方式可准确固定钢丝网位置同时可保证混凝土面层、聚苯板的整体工作破坏位置位于试件的上、下端破坏时试件端部局部混凝土面层被压碎个别试件有混凝土面层外凸趋势当墙板高厚比时对复合墙板的受力性能影响较小而偏心距对墙板承载力则有显著影响竖向荷载作用下面层混凝土压应力分布不均匀计算承载力时应考虑.的不均匀系数承载力公式计算值与有限元模拟值和试验结果均比较吻合关键词:混凝土聚苯板复合墙板轴心受压偏心受压受力性能试验中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):.山 东 建 筑 大 学 学
3、 报 年 .:引言随着建筑行业的快速发展建筑的节能减排越来越受重视提高能源的利用率是实现资源合理化的重要方式 研究发现对于耗能较高的建筑超过 的建筑耗能是由于围护结构的热传递造成的 因此在实际工程中广泛应用外墙外保温系统以减少围护结构的热传递、提高能源利用率 但受环境条件的影响外墙外保温系统存在脱落风险给城市运行带来安全隐患地震时还会产生次生灾害 而混凝土聚苯板复合墙板是具有集承重、保温、围护功能于一体的外墙自保温系统克服了外墙外保温系统易产生脱落的缺点对其力学性能的研究可为实际工程应用提供理论依据国内外对各种复合墙板开展了一系列研究对比了复合墙板与实心墙体的极限承载力发现复合墙板的承载力计算
4、不能完全遵循实心墙板的承载力计算公式 采用克兰克尼科尔森()方案研究了保温层在复合墙板的最优位置 蒋金梁分析了复合墙板在整体结构中的力学行为发现在框架结构中复合墙板内外叶面层可以很好地协同工作并提出了复合墙板的承载力公式 封雷等开展了掺玻璃纤维网格布复合墙板的力学性能试验表明相比于没掺纤维网格布的墙板其承载力和抗弯能力有明显提升 江焕芝采用钢纤维复合连接件夹芯复合墙板的抗弯试验并模拟了风荷载对墙板的影响表明连接件可以有效传递剪力保证了墙板在使用过程中不易开裂 孙倩倩和黄良朋研究了一种厚度为、混凝土面层为 的承重复合墙板发现荷载作用下面层发生局部失稳破坏 目前已有的研究成果多是针对用于非承重的复
5、合墙板对于作为承重结构的复合墙板的研究由于墙板所用材料、厚度、构造等不同得到的结论也有差别基于上述研究文章研制了一种主要应用于单层和多层建筑的承重复合墙板并对这种复合墙板在竖向荷载作用下的受力性能开展了试验研究和数值模拟得到了墙板轴心受压和偏心受压的破坏机理及承载力为实际工程应用提供了理论依据 材料与方法.试件材料及设计研制的混凝土聚苯板复合墙板由混凝土结构面层、聚苯板夹芯保温层、钢丝网架和连接件 部分构成 综合考虑保温、承重、防火和施工等各种因素墙 板 设 计 厚 度 为 、聚 苯 板 厚 度 为 两侧混凝土面层厚度均为 混凝土面层内配置钢丝直径为 网格尺寸为 的钢丝网片采用所研制的特殊连接
6、件(如图 所示)将两侧混凝土面层连成整体该连接件可准确固定钢丝网位置同时保证两侧混凝土面层共同受力图 墙板连接件图.试验设计试验共设计了 组 个试件包括 组轴心受压试件和 组偏心受压试件每组两个试件主要研究高厚比、偏心距对试件受力性能的影响 钢丝网架由冷拔镀锌钢丝点焊制钢丝直径为 、钢丝网片混凝土保护层厚度为 混凝土设计强度等级为 实测混凝土标准立方体试件抗压强度为.连接件按间距 布置特制连接件可准确固定钢丝网的位置同时将保温板两侧混凝土面层连接成整体 保温板、钢丝网及连接件组装示意图如图、所示 第 期 赵考重等:混凝土聚苯板复合墙板受力性能试验研究 图 钢丝网片组合构造示意图(单位:)图 双
7、面钢丝网片组合构造(单位:)组试件截面尺寸均为 轴心受压试件高度 分别取 、和 偏心受压试件高度均为 偏心距分别取、试件编号及设计参数见表其中编号以 开头的试件为轴心抗压试件以 开头的试件为偏心受压试件 试件示意图如图 所示表 不同试件尺寸及参数表组别试件编号试件尺寸(高宽厚)/()高厚比偏心距/.图 试件示意图(单位:).加载方式试验在 压力试验机上进行如图 所示 加载初期每级加载值取 当加载到接近破坏荷载时每级加载值改为 山 东 建 筑 大 学 学 报 年图 试验加载图 试验现象及结果分析.试验现象及特征分析.轴心受压试件在轴心荷载作用下 块试验墙板的破坏过程基本相似轴心受压试件裂缝发展如
8、图 所示 在荷载作用下试件的上、下端会产生竖向裂缝随着荷载的增加产生新的竖向裂缝并不断向上、下延伸如图()所示 荷载加载到一定值部分构件产生斜裂缝并延伸形成 形分布的裂缝如图()所示说明墙板混凝土面层有外凸趋势 试件最终破坏主要有两种情况:()混凝土被压碎发生破坏多发生在试件的下端但也并非是整个截面而是局部混凝土先被压碎如试件下端的角部()个别试件的混凝土层外凸屈曲破坏多发生在试件上端 在极限承载力时所测墙板中部两侧混凝土压应变基本相同且其值.墙板平面外也基本没有变形图 轴心受压试件裂缝发展图轴心受压试件最终破坏形态如图 所示 试件端部首先产生竖向裂缝原因是在竖向作用下横向产生了拉应力 另外除
9、个别试件有局部面层外凸趋势外大部分试件都是由于混凝土被压碎而发生破坏而且有外凸现象试件的承载力与其他试件也相差不大说明所设置的墙板连接件在一定程度上能够保证混凝土面层的整体工作 试件破坏时混凝土面层局部由于被压碎引起破坏因此截面上应力分布不均匀 在承载力计算时应考虑应力不均匀对承载力的影响并引入应力不均匀系数图 轴心受压试件破坏形态图.偏心受压试件在偏心荷载作用下试件破坏面均在试件的端部且为受压侧或压应力较大一侧面层混凝土被压发生破坏 偏心距为 的试件其端部墙板两侧均产生竖向裂缝偏心距为 的试件受压一层首先产生竖向裂缝然后另一侧产生水平裂缝偏心距为 的试件先受拉侧产生贯通面层的水平裂缝且其数量
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