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单排配筋聚苯模块复合墙体黏结性能试验研究

刘宏波, 曹万林, 乔崎云, 董宏英

刘宏波, 曹万林, 乔崎云, 董宏英. 单排配筋聚苯模块复合墙体黏结性能试验研究[J]. 北京工业大学学报, 2019, 45(12): 1200-1211. DOI: 10.11936/bjutxb2018050015
引用本文: 刘宏波, 曹万林, 乔崎云, 董宏英. 单排配筋聚苯模块复合墙体黏结性能试验研究[J]. 北京工业大学学报, 2019, 45(12): 1200-1211. DOI: 10.11936/bjutxb2018050015
LIU Hongbo, CAO Wanlin, QIAO Qiyun, DONG Hongying. Experimental Study on Bond Performance of Composite Wall With Single Row of Steel Bars and Polystyrene Module[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2019, 45(12): 1200-1211. DOI: 10.11936/bjutxb2018050015
Citation: LIU Hongbo, CAO Wanlin, QIAO Qiyun, DONG Hongying. Experimental Study on Bond Performance of Composite Wall With Single Row of Steel Bars and Polystyrene Module[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2019, 45(12): 1200-1211. DOI: 10.11936/bjutxb2018050015

单排配筋聚苯模块复合墙体黏结性能试验研究

基金项目: 

国家重点研发计划资助项目 2016YFC0701902

详细信息
    作者简介:

    刘宏波(1977-), 男, 博士研究生, 主要从事工程结构抗震方面的研究, E-mail:bo-hong@126.com

    通讯作者:

    曹万林(1954-), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事工程结构抗震方面的研究, E-mail:wlcao@bjut.edu.cn

  • 中图分类号: TU375

Experimental Study on Bond Performance of Composite Wall With Single Row of Steel Bars and Polystyrene Module

  • 摘要:

    为解决外墙外保温及饰面层易剥离坠落的问题,提出了单排配筋聚苯模块复合墙体.通过低周反复剪切试验和垂直拉拔试验对复合墙体的黏结性能进行研究.低周反复剪切试验中,滞回曲线无下降段;增设连接桥后,正向承载力增加13.75%,正向初始刚度增加21.01%;增设连接桥和L形钢筋后,正向承载力增加28.27%,正向初始刚度增加44.49%;增设钢筋比仅增设连接桥试件耗能能力增加.垂直拉拔试验中,增设连接桥后,竖向拉拔力增加4.78%;增设连接桥和L形钢筋后,竖向拉拔力增加13.95%.结果表明:试件均从可发性聚苯乙烯(expandable polystyrene,EPS)模块表面发生剥离而最终破坏.燕尾槽与混凝土的机械咬合对黏结性能影响最大.连接桥与钢筋设置加强了防护层与模块整体性,对破坏特征影响较大.连接桥起支撑模板、固定模块、连接防护层等作用;钢筋有提高承载力、增强整体性等作用.

    Abstract:

    To solve the problem that the insulation and decoration layers are easy to peel and fall from the external wall, the composite wall with single row of steel bars and polystyrene module was proposed. To study the bond performance, the shear test under the low cyclic loading and the vertical drawing test were carried out. In the shear test under the low cyclic loading, there was no descending section for hysteretic loops. The positive bearing capacity increased by 13.75% and the initial stiffness increased by 21.01%. The positive bearing capacity increased by 28.27% and the initial stiffness increased by 44.49%, respectively, by adding the cross structures and the L-shaped steel bars. The energy dissipation capacity was better by adding steel bars than only by installing cross structures. In the vertical drawing test, the pulling force increased by 4.78% by installing cross structures, and the pulling force increased by 13.95% by installing cross structures and the steel bars. Results show that specimens are all stripped from the surface of EPS module and destroyed finally. The mechanical bite force between the swallow tail trough and concrete has the greatest influence on the bond performance. The cross structures and steel bars strengthen the integrity of the outer protective layer and module, and have great influence on the damage characteristics. Cross structures can support formwork, fix module and outer protective layer. Steel bars improve the bearing capacity and strengthen the integrity.

  • 外墙外保温技术具有热工性能好、不占室内空间、保护结构、新旧建筑均可采用等优点.学者们对其保温性能[1]、隔热隔声性能[2]、湿热性能[3]、防火性能[4]、耐久性[5]等方面均有研究.然而,在正常使用及地震作用下,外墙外保温及饰面层的剥离坠落已成为亟待解决的工程问题. Yin等[6]以两阶段大气暴露试验对外保温系统黏结强度变化规律进行了研究;Franzoni等[7]进行了陶瓷绝热外保温复合板拉伸黏结强度试验;Nilica等[8]进行了外保温复合材料断裂力学研究;赵敏等[9]研究了EPS外保温板的黏结性能;王二磊等[10]研究了黏结面积、方式、厚度等对黏结性能的影响;刘丽娜等[11]研究了外保温体系XPS板聚合物胶粉改性砂浆黏结性能;史建军等[12]研究了冻融环境对外保温聚合物水泥砂浆黏结强度的影响;许景欣[13]研究了冻融循环下外保温系统黏结性能;唐健等[14]研究了锚栓对锚固岩棉保温系统拉拔承载力影响;顾天舒等[15]对外墙外保温的镀锌钢丝网和网布安装及螺栓、胀栓固定方法进行了研究;张春侠等[16]对保温层和基层墙体黏结机理进行了研究;李永平等[17]对地震作用下外保温层与基层墙体黏结进行了模拟;张研等[18]对EPS外保温系统进行了力学分析和数值仿真.然而对新型复合墙体的外墙外保温不同连接构造试验研究较少.

    在课题组前期提出单排配筋剪力墙并完成现浇[19]、装配[20]、半装配[21]等系统研发的基础上,提出了单排配筋聚苯模块复合墙体(即100 mm厚单排配筋墙板外贴70 mm厚EPS模块,模块外覆50 mm厚细石混凝土防护层,防护层内设一层直径2 mm间距30 mm网格钢丝网片).该复合墙体具有良好的外围护功能、保温性能、防火性能;不使用胶接剂;可消除“热桥”现象;实现外墙结构保温一体化;模块表面燕尾槽与墙板及外防护层形成“满粘”,黏结性能明显优于普通“点粘”;与笔者前期研究的混凝土框架单排配筋围护墙结构[22]结合,可优化外围护墙体综合工作性能.为研究单排配筋聚苯模块复合墙体的黏结性能,将进行低周反复剪切试验和垂直拉拔试验.

    单排配筋聚苯模块复合墙体见图 1.模块、连接桥等细部构造详见图 2.模块两侧燕尾槽见图 2(a),模块四周企口见图 2(b), 模块设有安装夹芯保温Ⅰ型连接桥的卡槽,见图 2(c).夹芯保温Ⅰ型(见图 2(d))和自由Ⅰ型连接桥(见图 2(e))的模块压盘、连接杆形状尺寸相同,连接杆埋设于混凝土墙内.夹芯保温Ⅰ型连接桥需固定安装于模块卡槽处,见图 2(f),自带钢丝网固定端;自由Ⅰ型连接桥由螺旋头拧到模块上,不自带钢丝网固定端,需在防护层对应位置设夹芯保温Ⅱ型连接桥以固定钢丝网片.

    图  1  复合墙体(单位:mm)
    1—防护层;2—EPS模块;3—单排配筋墙体;4—钢丝网片;5—夹芯保温Ⅰ型连接桥;6—自由Ⅰ型连接桥;7—夹芯保温Ⅱ型连接桥;8—L形钢筋.
    Figure  1.  Composite wall (unit: mm)
    图  2  细部构造
    1—模块压盘;2—连接杆;3—端撑;4—钢丝网固定端;5—螺旋头;6—夹芯保温Ⅰ型连接桥;7—自由Ⅰ型连接桥;8—夹芯保温Ⅱ型连接桥.
    Figure  2.  Details of specimens

    设计并制作3个单排配筋聚苯模块复合墙体试件,试件情况见表 1.试验面BL-2a与BL-1b的模块与单排配筋墙体及防护层间仅依靠黏结,无连接桥和钢筋,以研究燕尾槽对黏结性能的影响;BL-3a与BL-1a墙体中部设4个夹芯保温Ⅰ型连接桥,墙体端部设8个自由Ⅰ型连接桥,以研究增设连接桥对黏结性能的影响;BL-2b与BL-3b设12个连接桥和4个L形8钢筋,以研究增设钢筋和连接桥后对黏结性能的影响.

    表  1  试件情况列表
    Table  1.  Main parameters of specimens
    试件名称 试验面 构造措施 试验类型
    BL-1 BL-1a 连接桥 垂直拉拔
    BL-1b 垂直拉拔
    BL-2 BL-2a 低周反复剪切
    BL-2b 连接桥与钢筋 低周反复剪切
    BL-3 BL-3a 连接桥 低周反复剪切
    BL-3b 连接桥与钢筋 垂直拉拔
    注:a和b分别表示试件的a面和b面.
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    试件设计情况如图 3所示.由2种EPS直板模块ZM900 mm×600 mm×70 mm(宽×高×厚)和ZM300 mm×600 mm×70 mm(宽×高×厚)拼装成边长1 200 mm的方形板面.单排配筋墙板长和宽均1 800 mm,厚100 mm,配筋8 @240,配筋率0.209%.

    图  3  试件设计及几何尺寸(单位:mm)
    1 —夹芯保温Ⅰ型连接桥;2—自由Ⅰ型连接桥;3—夹芯保温Ⅱ型连接桥.
    Figure  3.  Dimensions and details of specimens (unit: mm)

    C30细石混凝土立方体抗压强度标准值35.74 MPa. 8钢筋屈服强度456 MPa,极限强度644 MPa,伸长率16.6%,弹性模量1.98×105 MPa.防护层中钢丝实测直径1.67 mm,极限强度733 MPa,伸长率3.4%.连接桥由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(acrylonitrile butadiene styrene plastic,ABS)注塑加工成型,性能指标见表 2,实测拉伸弹性模量2.09 GPa.夹芯保温Ⅰ型连接桥在模块卡槽位置处的杆件实测截面见图 4(a),连接杆实测截面见图 4(b);自由Ⅰ型连接桥螺旋杆长45 mm,螺旋杆根部实测截面见图 4(c).保温模块参数见表 3.

    表  2  连接桥性能指标
    Table  2.  Performance index of cross structure
    物理参数 数值
    抗拉承载力/kN >3.5
    抗压承载力/kN >2.0
    抗剪承载力/kN >1.0
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    表  3  EPS保温模块参数
    Table  3.  Mechanical properties of EPS module
    物理参数 数值及分级
    表观密度/(kg·m-3) 18~22
    导热系数/(W·(m·K)-1) < 0.037
    抗压强度/MPa >0.14
    垂直于板抗拉强度/MPa >0.20
    尺寸稳定性/% < 0.30
    燃烧性能分级 B1级或B2
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    图  4  连接桥截面尺寸(单位:mm)
    Figure  4.  Section size of cross structure (unit: mm)

    试件东侧垫钢板后由千斤顶挤紧以防止发生水平滑移.边长50 mm实心方形钢梁将试件防护层夹紧后与加载端连接,加载端的另一端与水平作动器相连,水平作动器支撑于垫木上可自由伸缩.加载装置如图 5所示.

    图  5  加载装置
    1—作动器;2—垫木;3—试件;4—钢梁.
    Figure  5.  Test setup

    水平荷载作用点位于防护层中心高度处,距单排配筋上部板面高为95 mm.经预加载确定连接可靠、仪器仪表等运行稳定后进行正式加载.因预估相对位移较小时即会发生破坏,故按荷载控制,以5 kN为一级,每级加载一次,破坏后停止加载.规定以推为正,以拉为负,先推后拉.在防护层和单排配筋墙板的侧面布置了9个水平位移计(H1~H9),监测位移变化以得到水平荷载-相对位移滞回曲线. L形钢筋应变测点1、2位于钢筋外侧,测点3、4位于钢筋内侧.测点布置如图 6所示.

    图  6  测点布置(单位:mm)
    Figure  6.  Arrangement of monitoring points (unit: mm)

    BL-2a的最终破坏形态见图 7(a).前期无明显现象.最终防护层板体从EPS模块表面整体平移滑落,水平承载力从峰值迅速下降,停止加载.防护层一侧的模块燕尾槽有所损坏,而模块另一侧与单排配筋墙板黏结良好.试件破坏面为防护层与EPS模块的交界面.

    图  7  破坏形态
    Figure  7.  Failure features

    BL-3a的最终破坏形态见图 7(b).首先,试件东侧的防护层从EPS模块表面发生剥离,模块从单排配筋墙板表面也有局部剥离.而后,试验过程中发生较大声响,4个中部连接桥均发生断裂,连接桥部位处的模块有挤压损坏.试验结束后,发现大部分模块与单排配筋墙板黏结牢固,仅局部模块与单排配筋墙板剥离,试件的主要破坏面为防护层与EPS模块的交界面.

    BL-2b的最终破坏形态如图 7(c)所示. EPS模块从单排配筋墙板交界面发生了约50 mm的整体水平滑移,水平承载力明显下降,考虑安全停止加载.防护层与EPS模块黏结良好.试验结束后,聚苯模块复合层与单排配筋墙体仍然难以剥离,表明L形钢筋的可靠连接有效增强了复合墙体的整体性.试件的破坏面为EPS模块与单排配筋墙板的交界面.

    破坏特征分析:1)均从EPS模块表面发生剥离而最终破坏. 2)破坏主要影响因素包括燕尾槽与混凝土的机械咬合、连接桥、钢筋等.燕尾槽与混凝土的机械咬合是保证良好黏结的最主要组成部分;连接桥起支撑模板、固定模块、连接防护层等作用;钢筋具有增强复合墙体整体性、提高承载力和防止防护层突然坠落等作用.

    采用水平荷载-相对位移滞回曲线来反映滞回性能. 图 8中,F表示水平作动器的荷载数值;δ表示水平相对位移,其数值采用实测水平位移计H1与H6差值、H3与H7差值的平均值.由图 8可知:

    图  8  滞回曲线
    Figure  8.  Hysteretic loops

    1) 3个试验面的滞回曲线均无下降段,表明3个试验面的破坏形式均为脆性破坏,与试验现象相一致.

    2) 3个试验面加载初期的荷载与相对位移数值均较小,滞回曲线基本呈线性.随着荷载的增加,滞回环中部捏拢,形状趋于弓形.试验面BL-2a负向加载时,后期相对位移较大,而BL-3a与BL-2b直到最终破坏时因有连接桥和L形钢筋的限制而相对位移均较小.

    图 9给出了骨架曲线的对比图. 表 4给出了特征荷载数值,Fy为按等效能量法计算的屈服荷载,Fm为实测峰值荷载.由图 9表 4可知:

    图  9  骨架曲线
    Figure  9.  Skeleton curves
    表  4  主要阶段荷载
    Table  4.  Values of characteristic loads
    试验面 加载方向 Fy/kN Fm/kN
    BL-2a 正向 110.50 132.84
    负向 104.82 134.24
    BL-3a 正向 135.41 151.11
    负向 117.92 137.80
    BL-2b 正向 147.94 170.39
    负向 114.70 143.70
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    1) BL-2b正向峰值为BL-2a的128.27%,BL-3a正向峰值为BL-2a的113.75%;BL-2b负向峰值为BL-2a的107.05%,BL-3a负向峰值为BL-2a的102.65%.表明燕尾槽与混凝土的机械咬合对水平承载力贡献最大,连接桥和L形钢筋对水平承载力均有一定的增大作用.

    2) BL-3a正向峰值为负向峰值的109.66%,BL-2b的正向峰值为负向峰值的118.57%.表明BL-3a和BL-2b的正向峰值比负向峰值略高.

    3) BL-2b的正向骨架曲线的斜率略大于BL-3a和BL-2a,表明BL-2b的正向刚度略大于BL-3a和BL-2a;BL-2b的负向骨架曲线前期与BL-3a基本趋近,BL-2b和BL-3a负向骨架曲线斜率要大于BL-2a,表明BL-2b和BL-3a负向刚度略大于BL-2a,说明增加连接桥和钢筋比无任何构造情况下,刚度略有提高.

    图 10给出了刚度随峰值点水平相对位移的变化曲线,K表示峰值点的割线刚度,δ表示峰值点的水平相对位移.由图 10可知:

    图  10  刚度退化曲线
    Figure  10.  Stiffness degradation curves

    1) 3个试验面的正向、负向刚度退化曲线趋势都是随荷载增加而刚度逐渐下降.正向刚度比负向刚度略大,原因是均为先推后拉,推时位移小、刚度大,造成一定损伤破坏后再进行拉时,在前期破坏基础上有略大的位移,因而负向刚度略有减小.

    2) BL-3a与BL-2b的负向刚度退化曲线相一致,均比BL-2a的负向刚度要大. BL-3a比BL-2a正向初始刚度提高了21.01%,BL-2b比BL-2a正向初始刚度提高了44.49%.表明设连接桥和钢筋对刚度均有一定提高,而燕尾槽黏结对刚度贡献最大.

    3) BL-2b的正向刚度较大,原因是L形拉钩朝向西侧.推力作用下,钢筋拉钩对整体拉结作用较强,整体位移小,因而与受拉侧相比在同等推力作用下受推侧的刚度较大.

    采用等效黏滞阻尼系数he来反映试件的耗能能力.由图 11可知:

    图  11  等效黏滞阻尼系数
    Figure  11.  Equivalent viscous damping coefficients

    1) 随着平均相对位移的增加,等效黏滞阻尼系数略有增加.原因是前期损伤较小,滞回环所包围的面积较小,后期发生一定破坏后,刚度减小,位移增大,耗能增加,等效黏滞阻尼系数增大.

    2) BL-2b的he基本处于0.12~0.17区间,BL-3a的he基本处于0.07~0.12区间,BL-2b的he始终比试件BL-3a的要大,表明试件增设L形钢筋后,比仅设置连接桥试件的耗能能力有所增加.

    3) 与BL-2a的he相比,BL-3a前期的he比试件BL-2a的要大,表明设置连接桥对耗能能力有增加;后期BL-2a的he突然增大,原因是BL-2a没有钢筋和连接桥的约束,发生了黏结破坏,位移增加较快.

    通过设置在BL-2b中L形钢筋的应变测点,得到钢筋的水平荷载-应变滞回曲线.由图 12可知:

    图  12  应变滞回曲线
    Figure  12.  Hysteretic loops of strains

    1) 当水平荷载为推力时,测点1和测点2应变为负值,表明钢筋该测点位置处受压.加载前期,钢筋的荷载-位移滞回曲线几乎呈线性.随着荷载的增加,试件出现相对水平滑移,钢筋应变增加较多.测点1位置处未发生受压屈服,而受拉应变较大,测点2拉压应变均较大且屈服.

    2) 当水平荷载为推力时,测点3和测点4的应变为正值,表明钢筋该测点位置处受拉;测点前期应变均较小,后期随着荷载的增加,钢筋的拉压应变均达到屈服,表明随着相对位移的增加,钢筋对试件后期的承载能力和试件的整体性贡献较大.

    垂直拉拔试验的试件设计、材料性能等内容已在低周反复剪切试验的相关内容中进行叙述.

    加载装置如图 13所示,采用地锚将试件固定于钢梁.将4根直径16 mm钢螺杆一端拧到试件预埋螺母,另一端与钢板连接.钢板同时与作动器相连,作动器加载中心为试件几何中心.竖向荷载由竖向作动器传至钢板,再传到4根钢螺杆,实现对试件的均匀受拉.按荷载进行加载,以5 kN为一级,加载后观察试验现象,直至试件最终发生破坏停止加载.

    图  13  加载装置(单位:mm)
    1—作动器;2—钢板;3—螺杆;4—预埋螺栓;5—钢梁.
    Figure  13.  Test setup (unit: mm)

    位移计布置如图 14所示.设2排10个位移计,第1排V1~V5距试件外边缘为200 mm,第2排V6~V10位于试件中心线上.随着拉拔荷载的增加,监测不同位置位移变化情况. D1~D4为竖向拉拔点位置.

    图  14  位移计布置(单位:mm)
    Figure  14.  Arrangement of displacement gauges (unit: mm)

    BL-1b:加载到15.65 kN时,东北角、西南角的防护层与模块交界处出现细微水平裂缝;加载到50.48 kN时,防护层东北角翘起;加载到53.73 kN时,东侧裂缝由角部向中部延伸,防护层从模块剥离,破坏形态如图 15(a)所示.

    图  15  破坏形态
    Figure  15.  Failure features

    BL-1a:随着荷载的增加,有“噼啪”模块受拉响声,模块与墙板交界处出现细微裂缝;加载到49.84 kN时,东南、东北角翘起,并有开裂声响;加载到56.38 kN时,中部连接桥均被拉断,发出较大崩裂声,模块与墙板完全剥离,破坏形态如图 15(b)所示.

    BL-3b:加载到10.08 kN时,西南角EPS模块与单排配筋墙板交界有细微缝隙;加载到44.31 kN时,防护层和模块各角部从单排配筋墙板剥离并明显翘起;加载到61.47 kN时,2根L形钢筋被从墙板拔出,中部连接桥均被拉断,破坏形态如图 15(c)所示.

    破坏特征分析:1)均从EPS模块表面发生剥离而最终破坏. BL-1b破坏面为防护层与模块界面;BL-1a和BL-3b破坏面为单排配筋墙板与模块界面.表明连接桥和钢筋加强了防护层与EPS模块整体性,其设置对破坏特征有较大影响. 2) BL-1a和BL-3b角部先出现裂缝,而后向两侧延伸,中部连接桥均被拉断,表明中部连接桥拉结作用良好,角部应适当增强. 3)燕尾槽的机械咬合是竖向黏结最主要组成部分,L形钢筋对提高抗拉承载力和复合墙体整体性有重要作用.

    测点竖向荷载-位移曲线及各级荷载下沿复合墙体1 200 mm长度的竖向位移分布曲线如图 16~18所示. F为竖向拉拔荷载,δ为各测点竖向位移,h为各测点沿复合墙体1 200 mm长度布置情况.

    图  16  BL-1b的拉拔曲线
    Figure  16.  Drawing curves of BL-1b
    图  17  BL-1a的拉拔曲线
    Figure  17.  Drawing curves of BL-1a
    图  18  BL-3b的拉拔曲线
    Figure  18.  Drawing curves of BL-3b

    图 16可知:1) BL-1b的F-δ曲线中,各测点在达到峰值后,受拉承载力下降,竖向位移迅速增加,表明模块燕尾槽与混凝土完全剥离后,试件发生了破坏. 2) BL-1b各级荷载下沿复合墙体长度的竖向位移分布曲线图中,V1~V5各测点竖向位移均较小,竖向位移发展基本稳定.在拉力约25 kN时,测点V7处竖向位移明显加大,表明该区域位置处突然发生了剥离破坏.

    图 17可知:1) BL-1a的F-δ曲线中,峰值前各测点的竖向位移均较小,峰值后荷载迅速下降,发生了脆性破坏. 2) BL-1a在各级荷载下沿整体模块板面长度的竖向位移分布曲线图中,V5与V9测点处的竖向位移相对较大,与试件的东南角部先翘起,并完全与板体脱离的试验现象相一致.

    BL-3b的V10点数据未采集到.由图 18可知:1) BL-3b的F-δ曲线中,竖向荷载在50 kN以前,竖向位移随荷载增加而增加极小;而约在竖向荷载50 kN以后峰值荷载之前,随竖向荷载增加竖向位移增加较快,表明L形钢筋从墙体中逐渐拔出,故竖向位移增加较大. 2) BL-3b在各级荷载下沿复合墙体长度的竖向位移分布曲线图中,V5处位移较大,与该处板角翘起裂缝增加的试验现象一致;V3、V8处位移较大,表明30 kN后中部有剥离破坏发生;V1~V5沿试件长度方向位移普遍大于V6~V9,表明边缘处剥离破坏比中部出现较早较严重.

    BL-1b、BL-1a、BL-3b的竖向拉拔力和黏结应力如表 5所示.竖向拉拔力为考虑防护层自重后的实测数值;竖向黏结应力的计算面积近似按模块整体面积1 200 mm×1 200 mm计算.由表 5可知:与BL-1b相比,增加连接桥后,BL-1a的竖向拉拔力增加了4.78%,BL-3b增设连接桥和L形钢筋后,竖向拉拔力增加了13.95%.表明燕尾槽与混凝土的机械咬合是提供竖向黏结应力的最主要因素,仅增设连接桥,或增设连接桥和钢筋可一定程度提高竖向拉拔力.

    表  5  竖向拉拔力与黏结应力
    Table  5.  Vertical drawing force and bond stress
    试验面 竖向拉拔力/
    kN
    竖向黏结应力/
    (kN·m-2)
    BL-1b 55.49 38.53
    BL-1a 58.14 40.38
    BL-3b 63.23 43.91
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    1) 低周反复剪切试验中,试验面均为EPS模块表面发生剥离而最终破坏.滞回曲线无下降段,均为脆性破坏.燕尾槽与混凝土的机械咬合对承载力贡献最大,设置连接桥和钢筋可一定程度增加试件的承载力和刚度.增设L形钢筋比仅设置连接桥的耗能能力有所增加.

    2) 垂直拉拔试验中,试验面均为EPS模块表面发生剥离而最终破坏.连接桥与钢筋的设置加强了防护层与模块的整体性,对最终破坏特征有较大影响.连接桥与钢筋承受了较大的拉拔作用.燕尾槽与混凝土的机械咬合是提供拉拔力的最主要因素.增设连接桥和钢筋后,对拉拔力有一定程度的提高.

    3) 燕尾槽与混凝土的机械咬合是影响黏结性能的最主要因素;连接桥主要起支撑模板、固定模块、连接防护层等作用;L形钢筋具有改善复合墙体整体性、提高承载力等作用.

  • 图  1   复合墙体(单位:mm)

    1—防护层;2—EPS模块;3—单排配筋墙体;4—钢丝网片;5—夹芯保温Ⅰ型连接桥;6—自由Ⅰ型连接桥;7—夹芯保温Ⅱ型连接桥;8—L形钢筋.

    Figure  1.   Composite wall (unit: mm)

    图  2   细部构造

    1—模块压盘;2—连接杆;3—端撑;4—钢丝网固定端;5—螺旋头;6—夹芯保温Ⅰ型连接桥;7—自由Ⅰ型连接桥;8—夹芯保温Ⅱ型连接桥.

    Figure  2.   Details of specimens

    图  3   试件设计及几何尺寸(单位:mm)

    1 —夹芯保温Ⅰ型连接桥;2—自由Ⅰ型连接桥;3—夹芯保温Ⅱ型连接桥.

    Figure  3.   Dimensions and details of specimens (unit: mm)

    图  4   连接桥截面尺寸(单位:mm)

    Figure  4.   Section size of cross structure (unit: mm)

    图  5   加载装置

    1—作动器;2—垫木;3—试件;4—钢梁.

    Figure  5.   Test setup

    图  6   测点布置(单位:mm)

    Figure  6.   Arrangement of monitoring points (unit: mm)

    图  7   破坏形态

    Figure  7.   Failure features

    图  8   滞回曲线

    Figure  8.   Hysteretic loops

    图  9   骨架曲线

    Figure  9.   Skeleton curves

    图  10   刚度退化曲线

    Figure  10.   Stiffness degradation curves

    图  11   等效黏滞阻尼系数

    Figure  11.   Equivalent viscous damping coefficients

    图  12   应变滞回曲线

    Figure  12.   Hysteretic loops of strains

    图  13   加载装置(单位:mm)

    1—作动器;2—钢板;3—螺杆;4—预埋螺栓;5—钢梁.

    Figure  13.   Test setup (unit: mm)

    图  14   位移计布置(单位:mm)

    Figure  14.   Arrangement of displacement gauges (unit: mm)

    图  15   破坏形态

    Figure  15.   Failure features

    图  16   BL-1b的拉拔曲线

    Figure  16.   Drawing curves of BL-1b

    图  17   BL-1a的拉拔曲线

    Figure  17.   Drawing curves of BL-1a

    图  18   BL-3b的拉拔曲线

    Figure  18.   Drawing curves of BL-3b

    表  1   试件情况列表

    Table  1   Main parameters of specimens

    试件名称 试验面 构造措施 试验类型
    BL-1 BL-1a 连接桥 垂直拉拔
    BL-1b 垂直拉拔
    BL-2 BL-2a 低周反复剪切
    BL-2b 连接桥与钢筋 低周反复剪切
    BL-3 BL-3a 连接桥 低周反复剪切
    BL-3b 连接桥与钢筋 垂直拉拔
    注:a和b分别表示试件的a面和b面.
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    表  2   连接桥性能指标

    Table  2   Performance index of cross structure

    物理参数 数值
    抗拉承载力/kN >3.5
    抗压承载力/kN >2.0
    抗剪承载力/kN >1.0
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    表  3   EPS保温模块参数

    Table  3   Mechanical properties of EPS module

    物理参数 数值及分级
    表观密度/(kg·m-3) 18~22
    导热系数/(W·(m·K)-1) < 0.037
    抗压强度/MPa >0.14
    垂直于板抗拉强度/MPa >0.20
    尺寸稳定性/% < 0.30
    燃烧性能分级 B1级或B2
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    表  4   主要阶段荷载

    Table  4   Values of characteristic loads

    试验面 加载方向 Fy/kN Fm/kN
    BL-2a 正向 110.50 132.84
    负向 104.82 134.24
    BL-3a 正向 135.41 151.11
    负向 117.92 137.80
    BL-2b 正向 147.94 170.39
    负向 114.70 143.70
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    表  5   竖向拉拔力与黏结应力

    Table  5   Vertical drawing force and bond stress

    试验面 竖向拉拔力/
    kN
    竖向黏结应力/
    (kN·m-2)
    BL-1b 55.49 38.53
    BL-1a 58.14 40.38
    BL-3b 63.23 43.91
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-09
  • 网络出版日期:  2022-08-03
  • 发布日期:  2019-12-09
  • 刊出日期:  2019-12-14

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