预制夹芯保温墙体棒状FRP连接件力学性能试验研究

连接件作为预制夹芯保温墙体主要受力部件,墙体内部FRP连接件的受力性能直接影响墙体的使用安全。通过对FRP连接件试件进行抗拔和抗剪试验,研究FRP连接件的力学性能。结论表明:在抗拔试验中,当试件失去承载力时,破坏形式均为混凝土出现裂缝或劈裂,连接件未从混凝土中拔出。在抗剪试验中,试件均因连接件发生层间剪切破坏而失去承载力。只有当连接件直径达到20 mm时,才能符合AC320规范规定的位移与极限承载力要求。     

预制混凝土夹芯保温墙体不锈钢连接件研究进展

预制混凝土夹芯保温墙体将保温层置于内外叶混凝土板之间,并通过连接件形成整体,是一种保温、装饰与承重一体化的墙体,应用前景十分广阔。连接件是保证预制夹芯保温墙体受力安全的关键部位。目前工程中常用的连接件包括不锈钢连接件和纤维增强塑料(FRP)连接件。与FRP连接件相比,不锈钢连接件具有良好的力学性能以及优良的耐久性能和抗火性能。本文对国内外有关不锈钢连接件的研究进展进行了较为系统的综述,重点介绍了不锈钢连接件的抗拔性能、抗剪性能,并介绍了预制夹芯保温墙体的平面外静力性能和热工性能研究成果,同时介绍了国内外相关技术规范情况,最后对今后不锈钢连接件的研究工作做了展望。     

预制夹芯保温墙板纤维增强复材连接件的抗拉性能试验研究

纤维增强复材(FRP)连接件是预制夹芯保温墙板内外叶连接的关键构件,其受拉性能的好坏直接影响到整体墙板的安全使用。通过对十字型纤维增强复材连接件的抗拉试验,研究其抗拉性能。试验结果表明:十字型FRP连接件抗拉承载力达到24. 6 k N,为荷载设计值的14. 39倍,具有优良的抗拉性能。在此试验基础上运用ABAQUS软件进行十字型FRP连接件有限元模拟,将抗拉试验得出的抗拉承载力、混凝土破坏形式、时间-荷载曲线等与有限元模拟结果对比,验证十字型FRP连接件有限元模拟的可靠性。结果表明:试验与有限元模拟结果误差控制值为3%,有限元模拟精确可靠。针对市面上常用的两种矩形截面FRP连接件进行参数化模拟研究,结果表明:1) 3种FRP连接件模拟受拉破坏时,均是混凝土先在连接件嵌入区域出现裂缝,然后以此区域为中心向四周发生劈裂破坏; 2) FRP连接件的中部横截面形状会影响整个连接件的受拉连接性能,矩形截面的FRP连接件受拉延性性能优于十字形截面的FRP连接件。     

预制混凝土夹芯保温墙桁架连接件抗剪性能研究

桁架连接件是连接混凝土夹芯墙板内外叶墙板的重要构件。为了研究桁架连接件的抗剪性能,对2组不同保温层厚度的4个受剪试件进行了试验研究和有限元分析。试验研究表明：剪力作用下夹芯墙桁架连接件的破坏形式为其腹杆受压屈曲后受拉腹杆断裂或受拉腹杆被拔出的锚固破坏。在试验的基础上,对夹芯墙体桁架连接件抗剪性能做了变参数数值分析,主要考虑了桁架腹杆直径、节点间距和保温层厚度等参数的变化。模拟结果表明：夹芯墙的屈服和极限承载力随着腹杆直径的增大而增加,随着节点间距的减小而增大;随着保温层厚度的减小,墙体的抗剪屈服承载力增大,而由于保温板的高压缩性,导致其极限荷载与保温层厚度的相关性不明显。     

预制夹芯保温墙体FRP连接件抗剪性能加速老化试验研究

为实现预制夹芯保温墙体主体结构与围护结构同寿命,有必要开展混凝土环境下预制夹芯保温墙体纤维增强塑料(FRP)连接件的力学性能(主要是层间剪切性能)的加速老化试验研究。基于ACI 440.3R-04规定的试验方法,将30根预制夹芯保温墙体FRP连接件浸入60℃的模拟混凝土溶液中进行加速老化试验,侵蚀时间分别为3.65,18,36.5,92,183d,主要分析了侵蚀时间对FRP连接件层间剪切强度的影响。研究表明,在60℃模拟混凝土溶液环境下,FRP连接件的层间剪切强度早期退化较快,侵蚀36.5d后,退化速率逐渐变缓;侵蚀36.5d和183d后,FRP连接件的层间剪切强度分别下降了17.22%和26.89%。扫描电子显微镜(SEM)的观测表明,侵蚀后FRP连接件劣化区域内的纤维与周围树脂之间出现了明显的脱粘现象,而且随着侵蚀时间的增加这种脱粘现象更加明显。     

夹芯保温墙板金属板式连接件力学性能研究

金属板式连接件是预制混凝土夹芯保温墙板常用的一种连接件形式,具有承载力高、耐久性好等特点,目前国内对其抗拉拔、抗剪等力学性能研究较少,实际工程项目中,对其质量控制也缺少相应的标准和检验方法。对此,本文研究制作6组拉拔和抗剪试件,考虑65mm、90mm和115mm三种保温层厚度,对金属板式连接件的抗拔、抗剪力学性能进行了较为系统的试验研究。试验研究结果表明:试件拉拔破坏状态均表现为混凝土锥体破坏,保温层厚度对试件的抗拔承载力基本没有影响,试件具有10kN的剩余承载力;试件抗剪破坏状态表现为连接件钢板受剪屈曲失稳,抗剪承载力随着保温层厚度的增大逐渐较小,保温层增加25mm,承载力减小幅度为20%。在试验研究的基础上,提出了连接件抗拉、抗剪承载力计算公式,为实际工程中连接件的承载力验算及质量控制提供参考。     

预制夹芯保温墙体FRP连接件应用进展

预制混凝土夹芯保温墙体是集承载与保温一体化的新型预制保温墙体,该墙体由内外层混凝土墙板、中间保温层及连接件等组成。按照材料的不同,连接件主要分为普通钢筋连接件、金属合金连接件和纤维塑料(FRP)连接件三种。FRP连接件具有导热系数低、耐久性好、强度高的特点,可有效降低墙体的传热系数,具有广阔的工程应用前景。本文介绍了预制混凝土夹芯保温墙体FRP连接件分类、国内外研究与应用进展和技术规范情况,并对今后FRP连接件研究工作进行了展望。     

预制混凝土夹心保温墙体FRP连接件试验方法综述

目前工程中常用的预制混凝土夹心保温墙体连接件主要有不锈钢连接件和纤维增强复合材料(FRP)连接件两类。其中,FRP连接件强度高、导热系数低、耐腐蚀性能和抗火性能较好,应用前景广阔。内力分析表明,FRP连接件在混凝土板中拔出和剪切承载力是影响墙体安全的关键因素。此外,FRP连接件在混凝土碱环境中的耐久性以及配FRP连接件的预制夹心保温墙体的抗火性能也是影响墙体全生命安全的关键因素。系统总结了当前常用的FRP连接件力学性能、耐久性能以及抗火性能试验方法,对其优缺点进行了对比与分析,并提出了相应的选用建议。     

预制混凝土夹心保温外挂墙体桁架式不锈钢连接件抗拔与抗剪性能试验研究

预制混凝土夹心保温外挂墙体具有承重、保温与装饰一体化的优点,可实现保温体系与主体结构同寿命。桁架式不锈钢连接件是预制混凝土夹心保温外挂墙体常用的一种连接件形式。系统开展了适用于50mm厚保温层预制混凝土夹心保温外挂墙体的桁架式不锈钢连接件的抗拔与抗剪性能试验,结果表明:连接件的抗拔破坏形态为腹杆拉断或锚固端焊点脱开,抗拔承载力试验值为21k N;连接件抗剪破坏形态为受压腹杆屈服,受拉腹杆拉断,单个600mm波段连接件的抗剪承载力试验值为18.7k N;连接件抗拔和抗剪承载力均有较大安全储备。     

带有纤维增强复材拉结件的地聚物混凝土夹芯保温墙单面受火下温度场研究

预制混凝土夹芯保温墙体主要由内外混凝土叶板、核心保温板和连接内外叶板的拉结件构成。针对传统预制混凝土夹芯保温墙体进行了改进,采用了地聚物混凝土代替普通硅酸盐混凝土、BFRP筋代替钢筋,同时采用了新开发的六角筒型GFRP拉结件。共进行了5片预制混凝土夹芯保温墙体试件的单面受火试验以研究其温度场特性,测试参数为混凝土种类(地聚物混凝土和普通硅酸盐混凝土)、配筋种类(钢筋和BFRP筋)、叶板厚度(75 mm和100 mm)和拉结件种类(板式和六角筒型GFRP拉结件)。归纳对比了试验所得温度-受火时间曲线以及温度梯度曲线。同时基于通用有限元软件ANSYS进行了试件温度场的模拟分析。结果主要表明:1)地聚物混凝土试件在单面受火条件下的温度场特性与普通硅酸盐混凝土试件基本相同; 2)采用BFRP筋的试件整体温度场略低于采用钢筋的试件; 3)核心保温板具备较高的阻热性能,受明火约4 h后背火面叶板温度均低于247℃; 4)所建立的有限元模型可以较好地模拟预制混凝土夹芯保温墙体的温度场,为下一步墙体受火下力学性能的研究建立基础。     

夹芯墙体玻璃钢连接件连接性能研究

整体预制夹芯墙体是集承载、保温、轻质于一体的墙体构造形式,由内外叶墙、连接件、中间保温板三部分组成,而连接件是连接夹芯保温墙体内、外叶墙及保温板的关键部件,目前市场上连接件多为进口,并且价格偏高,不利于推广。因此需要寻求一种力学及保温性能较好且价格低廉的新型连接件。选取玻璃纤维型材作为夹芯墙体连接件材料,与一般连接件相比具有无冷热桥、强度高、耐腐蚀、价格低廉的优点。对采用了棒状、板状、L型、H型、槽型连接件的夹芯保温墙体进行拉拔及剪切试验,并对夹芯墙体试件进行了热工试验,结果表明玻璃纤维具有较好的抗剪切及抗拉拔性能且保温隔热性能优良,其中槽型连接件的开裂荷载和极限荷载最大,更适合作为预制夹芯保温墙体内部连接件。     

装配式组合梁高强螺栓连接件抗剪性能试验研究

为实现钢-混凝土组合楼盖和组合桥梁等结构的装配化,提出了一种钢梁-预制混凝土板采用高强螺栓的可拆卸装配式抗剪连接方法。以螺栓直径、孔径比(预留孔径和螺栓直径的比值)、约束条件为试验参数,设计了共14个试件,研究预制装配式高强螺栓抗剪连接件的抗剪性能。通过试验获得了预制装配式连接件的破坏模式、高强螺栓的抗剪承载力和荷载-滑移特性,同时,与现浇混凝土板推出试件的破坏模式和受力性能进行对比。试验结果表明:所有试件均发生螺栓的剪断破坏,且断裂均发生在混凝土板与钢梁的交界面上;增大孔径比能改善螺栓的抗剪性能;高强螺栓、无收缩自密实水泥基高强浇筑料(HPG)和混凝土板之间的连接是可靠的;由抗拉强度和截面面积控制的抗剪承载力计算公式可较好地预测连接件的极限承载力。     

预制装配式组合梁栓钉连接件抗剪性能试验研究

钢-混凝土组合梁广泛应用于各类建筑与桥梁等结构,为适应装配式组合结构的发展需求,提出了一种将带预制圆孔的混凝土板与焊接栓钉的钢梁安装定位后在预制孔内后填高强填料以固定栓钉连接件的预制装配式钢-混凝土组合梁。通过静力推出试验,研究栓钉直径、预留孔成孔方式与孔径比(预留孔径和栓钉直径比值)对预制装配式组合梁栓钉抗剪连接件的破坏形态、抗剪承载力和滑移性能的影响规律,并进行了普通现浇组合梁栓钉抗剪连接件的对比试验。试验结果表明:破坏形态均为栓钉剪断和混凝土板开裂,螺栓直径和预制成孔后的高强填料对破坏形态有一定影响。装配式抗剪连接件承载力均大于现浇试件承载力,且大于国内外相关规范计算值,采用波纹管成孔的连接件比普通成孔连接件承载力略有提高。提出的组合梁栓钉连接件预制装配构造形式具备应用于实践的可行性,且构造形式简单、施工高效,经合理设计可满足现行规范要求。     

非组合夹芯保温外墙板用非金属连接件的力学性能试验研究

为提高夹芯保温外墙板的性能指标,研发了一种新型非金属连接件产品,并系统研究了产品的规格及性能要求,标准化定型,连接构造及受力变形性能等设计参数。同时,对非金属连接件的拉拔性能与抗剪切性能开展试验研究,得出连接件的抗拔承载力,抗剪承载力及非金属连接件的拉拔与剪切破坏模式,为采用非金属连接件设计非组合夹心保温外墙板提供了技术支撑。     

基于钢板连接的夹芯墙板-钢框架装配式体系抗震性能

为了研究基于钢板连接的夹芯墙板-钢框架体系的抗震性能,首先对钢板连接下的夹芯墙板与钢框架进行了抗剪性能试验,研究了连接钢板的抗剪性能,然后进行了1榀连接钢板厚度为3 mm夹芯墙板钢框架体系、1榀连接钢板厚度为6 mm夹芯墙板钢框架体系和1榀对比空框架体系的低周往复试验,分析了各试件的失效模式、滞回性能、耗能能力以及刚度退化规律等,最后综合评价其抗震性能。结果表明:连接钢板的平均抗剪承载力为59.8 kN,并且连接钢板的焊接质量会影响其受力性能,造成墙板框架体系正负向极限承载力的不对称,最大相差达到25.1%; 当连接钢板较薄时,连接件撕裂与开焊,除连接件附近混凝土开裂外,墙板基本完好; 当连接钢板较厚时,连接件基本完好,墙板斜对角开裂破坏,加厚钢板虽能提高体系的初始刚度,但延性有所降低; 增设墙板能提高主体框架的承载力、延性与耗能能力等,并且墙板与钢框架之间协调变形,表现出良好的整体性; 当水平位移较大时,墙板与框架形成对角斜撑机制; 研究成果可为后续开展夹芯墙板与框架相互作用机理的研究提供理论指导。     

可拆卸组合梁剪力连接件抗剪性能数值分析

为避免传统螺栓剪力连接方式的缺陷,提出了一种用于可拆卸组合梁的新型插块式螺栓剪力连接件。以螺栓直径、缩颈杆段长度、插块材料和插块尺寸为研究参数,共设计了9个静力推出试件,研究了插块式螺栓剪力连接件的抗剪性能。以推出试件为原型,建立ABAQUS有限元分析模型进行数值分析,并通过试验进行验证。结果表明:插块式螺栓剪力连接件的荷载-滑移曲线呈现出预期的明显二次刚度特性,具有良好的剪切滑移延性; 破坏模式为预设的缩颈杆段区段内的螺栓发生剪断,而此时预制混凝土板和钢梁无明显损伤; 增大螺栓直径可以显著提高连接件的抗剪承载力和抗剪刚度; 增加缩颈杆段长度可以提高连接件延性变形能力,但会降低连接件屈服抗剪承载力和抗剪刚度,对极限抗剪承载力则无显著影响; 相比于普通混凝土和高强砂浆,使用超高性能混凝土作为插块材料使得插块式螺栓剪力连接件的抗剪承载力和抗剪刚度均得到了提高; 插块尺寸对连接件力学性能没有明显影响,但螺栓缩颈杆段和混凝土板预留孔孔壁之间应确保螺栓有足够的剪切滑移变形空间。     

装配式钢-薄层超高性能混凝土组合梁大直径群钉连接件抗剪性能数值分析

为研究大直径群钉连接件在装配式钢-薄层超高性能混凝土组合梁桥中的抗剪性能,通过有限元软件ABAQUS建立了19个推出试件模型。着重分析了浇筑方式、栓钉间距、键群间距和键群数量对试件抗剪承载力、抗剪刚度和荷载-滑移曲线的影响规律。研究结果表明：试件破坏模式主要表现为栓钉根部的剪断以及混凝土的局部压碎;使用预制超高性能混凝土板推出试件的抗剪承载力比现浇试件降低10%以内;栓钉间距小于2.5倍栓钉直径时,试件抗剪承载力明显下降;随着键群间距和数量的增加,键群中单个栓钉的抗剪承载力以及抗剪刚度减小。针对装配式钢-薄层超高性能混凝土大直径群钉连接件提出了预测其荷载-滑移关系的理论模型,并将抗剪承载力试验结果与规范计算结果进行了比较,得到了适用于装配式钢-薄层超高性能混凝土组合梁桥大直径群钉连接件的计算方法。     

装配式钢筋桁架混凝土组合梁螺栓连接件抗剪性能试验研究

为了研究装配式钢筋桁架混凝土组合梁中螺栓剪力连接件的受力性能,对5组采用螺栓连接件的装配式钢筋桁架混凝土组合梁推出试件和3组对比试件进行了试验研究,分别考虑螺栓直径、埋置长细比、预留孔内混凝土强度、钢筋桁架模板等因素对螺栓抗剪承载力和破坏模式的影响。试验结果表明:预制钢筋桁架混凝土板中螺栓连接件的抗剪承载力与现浇钢筋桁架混凝土板中螺栓连接件的抗剪承载力相差不大;螺栓受剪承载力随螺栓直径的增加而增加;随螺栓埋置长细比增大而增大,随孔内混凝土强度增加而增加;钢筋桁架预制板中螺栓连接件的抗剪承载力略高于普通混凝土板中螺栓连接件的抗剪承载力。     

织物增强混凝土与再生保温混凝土界面黏结性能试验研究

为研究织物增强混凝土与再生保温混凝土界面的黏结性能,设计了3组6种不同界面黏结推出试件,分析不同处理方式下推出件的荷载-位移曲线及试件的破坏形态。试验结果表明:预留沟槽推出试件对阻止界面滑移和剥离影响效果明显,在极限荷载时,预制纤维编织网增强混凝土(TRC)板肋被剪断,试件整体破坏形式呈脆性破坏;带纤维增强复材(FRP)剪力连接件剪切构件承载能力相对较好,荷载-位移曲线下降段较为平缓,试验过程中产生多条裂缝,沿着剪切面呈延性破坏,整个试验过程并未发生FRP连接件脆断、界面剥离现象;本试验合理的推出件设计和加载方案避免了对刚性模量较低夹芯层进行直接加载导致位移-荷载曲线不符合实际的试验要求。     

腹板嵌入式组合梁抗剪连接件拔出试验

为了研究腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件的抗拔性能,考虑各影响因素,设计了6个拔出试件并进行了试验研究,得到了试件破坏特征及拔出力一位移关系曲线.建立了钢板连接件受拔出力作用的力学模型,分析了腹板厚度、横向钢筋直径及横向配筋率对拔出承载力的影响;结合钢板连接件的抗剪承载力,对这种连接件的抗拔性能是否满足腹板嵌入式组合梁的组合作用进行了验证;参照<钢结构设计规范>(GB 50017-2003)中对栓钉连接件的要求,提出了腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件的构造要求.结果表明,这种抗剪连接件具有较好的抗拔性能.