轻质夹芯外墙板不同连接方式抗剪试验研究

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网友 杨艳敏; 王小玉; 黄志明; 甄严; 董文龙; 聂亚男;

【机构】 吉林建筑大学土木工程学院; 吉林省新生建筑工程公司;

【摘要】 为优化轻质夹芯外墙板与钢框架的连接方式,设计3种不同连接件并进行推出试验,分析套筒螺栓、钩头螺栓以及焊接钢板的抗剪承载力及对周围混凝土的影响区域。试验结果表明:套筒螺栓连接的试件抗剪承载力最大,钩头螺栓连接的试件抗剪承载力比套筒螺栓的稍小,焊接钢板连接的试件抗剪承载力最小;3种连接件对周围混凝土的影响区域均很小。不同连接件的抗剪试验研究结果将为后期轻质外墙板的拟静力试验设计提供依据。

【关键词】 轻质夹芯外墙板; 连接方式; 抗剪承载力; 推出试验;

0 前言

轻质夹芯外墙板是基于固体废弃物、建筑垃圾、地方资源的多功能复合一体化轻质外墙板,具有轻质、高强、绿色、节能等多功能为一体的特点。为消除传统外保温易燃的弊端[1],该墙板选用阻燃硬质泡沫塑料采用夹芯保温的墙体保温技术,墙板构造如图1所示。轻质夹芯外墙板逐渐被推广为钢结构建筑的外维护体系,而墙板与钢框架的连接节点是保证钢框架与墙板协同工作的关键,目前对于墙板与框架连接节点的研究却比较少,为确保该墙板与钢框架的有效连接,对连接件进行抗剪试验。为获得大量试验数据、确保试验结果的可靠性,在综合考虑轻质夹芯外墙板厚度以及连接件对周围混凝土的影响区域较小的情况下,本文通过与加芯墙板等厚度的实心混凝土试件与H型钢的三种不同连接形式的推出试验[2]确定连接件的抗剪承载力以及混凝土的局压影响区域,从而为轻质夹芯外墙板整体设计提供理论依据。

轻质夹芯外墙板不同连接方式抗剪试验研究

1.试验概况

1.1 材料性能试验

试验采用强度设计等级为LC20的全轻混凝土,依据现行规范[3-4]对全轻混凝土进行基本性能试验,试验结果见表1,混凝土标准试件破坏形态见图2。全轻混凝土立方体试件的破坏特征与普通混凝土立方体试件的破坏特征不同,在荷载接近极限荷载时,试件沿着与作用力平行的方向产生多条裂缝,随后试件即被压碎,全轻混凝土的套箍作用较弱。全轻混凝土棱柱体试件在荷载达到极限荷载之前并未出现裂缝,接近极限荷载时,混凝土瞬间产生沿对角线的斜裂缝,并伴随较大的断裂声,试件即达到极限破坏,全轻混凝土材料的脆性比普通混凝土的明显。

轻质夹芯外墙板不同连接方式抗剪试验研究

1.2 试件设计

试验共设计了三组9个试件,分别对钩头螺栓、套筒螺栓及焊接钢板三种抗剪连接件进行推出式抗剪试验。全轻混凝土试件尺寸为300mm×250mm×200mm;H型钢为H200mm×150mm×8mm×10mm;连接件形式见图3,连接件参数见表2。

轻质夹芯外墙板不同连接方式抗剪试验研究

1.3加载及测试方法

试验加载前先确定其承载力范围,控制试验加载过程。按文献[5]提出的全轻混凝土局压提高系数将试验中钢板连接件前的全轻混凝土视为均匀局部承压,将钩头螺栓以及套筒螺栓连接件按一定系数折减后视为均匀局部承压,计算出三种连接件极限承载力。试验采用分级单调加荷,每级荷载为各试件破坏荷载的1/10[6]。

试验采用杭州邦威50T电液伺服压力试验机为试件顶端提供约束;用30T锚杆拉拔仪在型钢端部加荷,使连接件竖直向上受剪,试验装置如图4示。

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2.试验结果及分析

2.1 破坏过程以及破坏形态

各试件开裂荷载及破坏现象见表3,不同连接方式试件破坏形态如图5所示。

轻质夹芯外墙板不同连接方式抗剪试验研究

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2.2 试验结果

剪力连接件的抗剪承载力试验结果如表4所示。

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2.3 试验结果分析

(1)钩头螺栓连接的试件开裂荷载大于套筒螺栓以及焊接钢板连接试件的开裂荷载。

(2)钩头螺栓连接的试件破坏时混凝土裂缝发展较大,同时钩头螺栓变形严重,说明钩头螺栓连接件与全轻混凝土强度相对接近,混凝土与螺栓的强度都得到充分利用。从破坏后的钩头螺栓变形可知,钩头螺栓的抗弯刚度较小。

(3)由套筒螺栓连接的试件破坏现象表明,套筒螺栓在全轻混凝土中的抗剪承载力与全轻混凝土强度有关,混凝土强度相对于连接件较弱,最终试件破坏由全轻混凝土破坏控制。

(4)对比三个焊接钢板连接件的破坏现象可知,全轻混凝土强度与焊接钢板连接件强度相近。试件1焊缝强度较低,抗剪强度由焊缝强度决定;试件2焊缝质量较差,在荷载较小时焊缝即被剪开,连接件失效;试件3的全轻混凝土强度相对于焊缝较弱,最终试件破坏由全轻混凝土破坏引起。

(5)对比三种连接件的抗剪承载力结果可知,在全轻混凝土中,钩头螺栓的抗剪承载力低于套筒螺栓的抗剪承载力,高于焊接钢板抗剪承载力。

(6)三组试件的破坏形态表明,试件上部的约束较大,全轻混凝土破坏均由顶部混凝土局压引起开裂,最终因裂缝过大导致试件破坏。

(7)从试件最终破坏形态可知,连接件抗剪对周围混凝土的影响区域均不大,而钩头螺栓由于螺栓的抗弯刚度较小,螺栓弯曲变形较大,对混凝土的影响区域最大。

3.结论

(1)作为全轻混凝土墙板与型钢的抗剪连接件,套筒螺栓在混凝土中的传力较钩头螺栓的好,焊接钢板的传力最差。

(2)对于钩头螺栓连接件,增大材料抗弯刚度可减小弯曲变形对混凝土局压的影响,从而提高连接件的抗剪承载力。

(3)对于套筒螺栓抗剪连接件,提高全轻混凝土强度等级可提高钢-全轻混凝土组合结构的抗剪承载力。

(4)对于焊接钢板连接件,焊缝质量对连接件抗剪承载力至关重要,保证焊缝质量、增大钢板厚度能有效提高连接件抗剪承载力。

(5)连接件的抗剪承载力、试件的破坏形态以及连接件对周围混凝土的影响区域对轻质夹芯外墙板及连接节点的设计有很大的指导意义。

参考文献

[1] 艾红梅,卢普光.墙体保温技术的研究与发展[J].建材技术与应用,2011,1:3-5.

[2] 赵晨.开孔板连接件抗剪性能试验及设计方法研究[D].同济大学,2009.

[3] GB/T 50081-2002 普通混凝土力学性能试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版

社,2002.

[4] GB/T 50080-2002 普通混凝土拌合物性能试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出

版社,2002.

[5] 付强.全轻混凝土局部承压性能及在剪力连接件设计应用中的研究[D].吉林大学,2009.

[6] GB/T 50152-2012混凝土结构试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

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