四边简支预制混凝土无机保温夹心墙体静力性能试验研究.pdf

2 0 1 3年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI N A C ONC RE T E AN D CE MEN T P ROD UC T S 2 01 3 No 8 Au g us t 四边简支预制混凝土无机保温夹心墙体 静力性能试验研究 朱永 明 ， 杨佳林 ， 薛伟辰 ( 1 上海城建物资有限公司， 2 0 0 0 6 3 ； 2 同济大学建筑工程系， 上海 2 0 0 0 9 2 ) 摘要 ： 以上 海市某工程为例 开展 了四边简支足尺预制混凝土无机保 温夹心墙体 的平面外堆 栽试验 ， 对墙体 的承栽 能力、 荷 栽? 滑移 关系、 墙体 变形 以及墙体连接 件与墙体 滑移 等进行 了研 究。研 究表明 ： 墙 体的 开裂荷载 为 2 0 8 k N 是荷载设计值 的 7 4倍 ； 设计荷栽作用下墙体的跨 中挠度 为 1 1 6 ram。墙 体的抗弯刚度 大， 抗 裂度与承栽 力 高。 并具有较 大的安全储备 。 关 键 词 ： 预 制 混凝 土 ； 抗 弯 性 能 ； 承 载 能 力 ； 荷 载一滑移 关 系 Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o i n v e s t i g a t e t h e fl e x u r a l b e h a v i o r o f p r e - c a s t e o n c r e t e i n o r g a n i c i n s u l a t i o n s a n d w i c h c o mp o s i t e w a l l p a n e l ， a f u l l - s c a l e s p e c i me n s i m p l y s u p p o r t e d o n f o u r s i d e s w a s g o t f r o m a p r a c t i c a l p m j e c t i n S h a n g h a i a n d a o u t - o f - p l a n e h e a p e d l o a d t e s t o f t h e s p e c i me n w a s c a r r i e d o u t Me a n wh i l e ， t h e b e a ti n g c a p a c i t y ， d e f o r ma t i o n a n d s l i p b e t w e e n F RP c o n n e c t o r a n d c o n c r e t e p a n e l we r e s t u d i e d i n d e t a i l T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c r a c k i n g l o a d of t h e wa l l p a n e l i s 2 0 8 k N w h i c h i s a b o u t 7 4 ti me s o f t h e d e s i g n l o a d Mi d s p a n d e f l e c tio n of the W a l l p a n e l i s 1 1 6 ram u n d e r th e a c t i o n o f t h e d e s i g n l o a d I t c a n b e c o n c l u d e d t h a t t h e wa l l p a n e l h a s l a r g e fl e x u r a l ri g i d i t y a n d l o a d c a p a c i t y， a n d i t s p r o p e rt y c a n c o mp l e t e l y me e t t h e n o rm a l s e r v i c e a b i l i t y r e q u i r e me n t s Ke y wo r ：p r e c a s t c o n c r e t e ； F l e x u r a l b e h a v i o r ； B e a ri n g c a p a c i t y ； L o a d s l i p r e l a t i o n s 中图分类号 ： T U 5 2 8 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3) 0 8 5 8 0 4 0前言 目前 ， 国内外已开展了预制夹心保温墙体 的研 究与工程应用工作【 1 - 2 ， 但所研究的预制夹心保温墙 体连接件大都采用金属格构筋 ， 墙体施工复杂且保 温效果较差 3 。此外 ， 墙体的保 温材料多为聚苯板 等 ， 易形成火灾隐患。资料表明r4 _ 5 上海 “ l 1 1 5 ” 特 大火灾 和 2 0 0 9年北京 的央视新大楼北配楼火灾都 是由于外墙保温体系的缺陷所致 。 鉴于此 ， 同济大学和上海城建物资有 限公司合 作开发 出了抗火性能优 良的新 型预制混凝土无 机 保温夹心墙体 ， 并开展了预制混凝土无机保温夹心 墙体 系列试验研究 ，包 括 F R P连接件拔 出试验 、 F R P连接件抗剪试验、 预制混凝 土夹心保温墙体静 力 试验 等 。 本课题组前期完成了预制无机保温夹心墙体 F R P连接件的拔出和抗剪试验6 - 7 结果表 明 连接 件 的拔出承载力为 1 0 8 k N，是拔 出力设计值 的 6 6 倍 ， 抗 剪 承载力 为 1 5 7 k N， 是剪力 设计 值 的 l 1 3倍 ， 可见 ， 该连接件具有 良好的力学性能。 基 金项 目：国家“ 十二五 ”科技支撑计 划项 目( 2 0 1 0 B A K 6 9 B 2 8 ) ， 上海市科学技术委员会科研计 划项 目( 1 0 d z 0 5 8 3 7 0 0 ) 。 一 58一 在高层结构 中， 建筑外墙主要承受风荷载和地 震荷载的作用。为了进一步研究预制无机夹心保温 墙体在实际工程中的受力性能 。 本课题组开展 了足 尺预制混凝土无 机保 温夹心墙体在平面外荷载作 用下的单调静力试验 ， 对墙体的承载能力 、 荷载? 滑 移关系、 墙体变形 以及墙体连接件与内外叶混凝土 板间滑移等进行了研究 。 1 试 验设 计 1 1 试件设 计 试件采用 2 8 0 0 mm x 3 2 0 0 m m预制无机夹心保温 墙体作为研究分析对象。墙体厚度为 1 9 0 mm 中间 无机夹心保温层厚度为 7 0 m m， 上下层( 内、 外叶) 钢 筋 混 凝 土 板 厚 度 均 为 6 0 m m， 采 用 双 向 配 筋 ( 0 1 0 1 5 0 ) 。连接内外叶钢筋混凝土板的连接件间 距为 5 0 0 m mx 5 0 O m m， 连接件采用纵横交错布置 ， 试 件混凝土强度等级为 C 3 5 。试件构造及 F R P连接件 在墙体中的布置见图 1 所示 。混凝土及钢筋 的材性 见表 1 、 表 2 。墙 体采 用 四边简 支 的方 式加 载 。 1 2 试 验加 载 ( 1 ) 加 载方 案 预制混凝土无机保温夹心墙体承受 的荷载 主 要为风荷载和地震作用。墙体荷载设计值 ( 风荷载 2 0 1 3年第 8期 混凝 土 与水泥制 品 总第 2 0 8期 最大裂缝宽度为 0 3 ram。 第 9 、 1 0条裂缝从墙板底部 延伸 至板侧 ， 如 图 4所示 。 图 4延 伸 至 板 侧 的 裂 缝 f 5 ) 加载至第 1 7级( 总荷载为 7 6 8 k N ) 时 ， 最大裂 缝宽度 为 0 5 2 ram， 跨 中挠度为 2 8 m m， 在整个加 载 过程 中，混凝土板与保温层之间无明显 的错动 ， 外 侧连接件表面也未见损伤。 2 2 墙体荷载一 挠度 曲线 墙体荷载一 跨 中挠度曲线如 图 5所示 ，由图 5 可 以看 出 ： ( 1 ) 预制无机保温夹心墙体 的跨 中挠度随着荷 载的增加基本呈线性增长， 表明墙体处于弹性阶段 。 ( 2 ) 设计荷载下 ， 墙体的跨 中挠度仅为 0 8 m m， 在最终荷载作用下的挠度为 2 8 mm。 Z 避 图 5衙 载 一 跨 中挠 度 曲线 2 _ 3 荷 载一 混凝 土应 变 曲线 试验测量了墙体上 、 下层钢筋混凝土板在跨 中 截面处 的外侧混凝 土应变 ， 应变方向分 为沿墙体长 跨及短跨 ， 荷载与混凝土应变关 系曲线如 图 6 、 图 7 所 示 由图 可 以看 出 ： ( 1 ) 上层混凝土墙板混凝土在跨 中沿长跨方向 的拉 、 压应变均略大于沿短跨方向的压应变 。 ( 2 ) 沿长跨方向的混凝土最大压应变为 3 2 0 8 ， 沿短跨方向的最大压应变为 2 4 8 e 上下层混凝土 受到的应变均较小 ， 表明墙体处于弹性受力阶段。 9 0 o 7 5 0 z 6 0 0 纛4 5 0 棹3 0 o 1 5 0 O 应变 图 6 荷载一 上层板混凝土拉应变曲线 一 6 O一 9 0 0 7 5 0 z 6 0 0 霜4 5 0 挺3 0 0 1 5 0 0 应 变 ， u 8 图 7荷载一 下层板 混凝 土拉应变 曲线 2 4 荷 载一 钢筋 应 变 曲线 试验测量了墙体跨 中上 、 下层钢筋混凝土板 中 钢筋应变 ， 应变方向分为沿墙体长跨及短跨两个方 向 ， 荷 载 和钢 筋应 变 的关 系 曲线 如 图 8 、 图 9所 示 ， 由图可 以看 出 ： ( 1 ) 上 、 下层混凝土板 内钢筋 随着荷 载的增加 基本呈线性增长。下层最大钢筋拉应变为 1 8 2 0 s ， 上层 最 大钢筋 压应 变为 1 6 1 0 e 。 ( 2 ) 短跨方 向钢筋应变略大于长跨方 向应变 。 钢筋应变均接近屈服( 屈服应变实测值为 2 0 5 0 e ) 。 Z 避 Z 销 坦 9 0 0 7 5 0 6 0 0 4 5 0 3 0 0 1 5 0 0 应 变， s 图 8 荷载一 上层板钢筋压应 变曲线 图 9 荷载一 上层板钢筋拉应 变曲线 2 5 荷载一 连接件应变曲线 试验测 量了墙体 中心处和墙体角部两个 F R P 连接件的应变 ， 荷载与连接件应变 的关系曲线如图 1 0 、 图 1 l所示 ， 由图可 以看 出 ： Z 握 应变 图 1 O 墙体跨 中连接件荷载一 应变曲线 朱永 明， 杨佳林 ， 薛伟辰 四边简支预制混凝土无机保温夹心墙体静力性能试验研究 Z 棺 应 变 We 图 1 1 墙体角部连接件荷载一 应变 曲线 ( 1 ) 连接件在三个 方向的应 变值均较小 。 最大 应变 小 于 3 0 0 0 tx e ( 2 ) 靠近墙板角部 的连接件 的剪应变大于墙板 中部 的剪应变 ， 说 明靠近墙板边的连接件受到 的剪 力大于墙体 中部连接件剪力。 2 6 荷载一 连接件滑移曲线 试 验测量 了位于墙体长边和短边 中部连接件 与上 、 下层钢筋混凝土板之间的滑移。荷载与连接 件滑移 ( 与上下层混凝土板之间 ) 的关 系曲线如 图 1 2 、 图 1 3所示 ， 由 图可 以看 出 ： ( 1 ) 墙板短边 中部的连接件与墙板 的滑移值大 于长边 中部的滑移。 ( 2 ) 连接件与上 、 下层混凝 土墙 板 的滑移值符 号相反 ， 说明连接件 与上 、 下层混凝土墙板 的滑移 方 向相 反 ( 3 ) 连接件与下层混凝土墙板 的滑移量略大于 与上 层混 凝 土墙板 的滑移量 。 堇 5 0 柩 6 0 0 4 5 o 3 0 0 0 图 1 2荷载一 墙 体长边中部连接件滑移曲线 yW 堇 。 凄 铺6 0 0 柱4 5 0 捌 滑 移 ram 图 1 3 荷载一 墙体短边中部连接件滑移 曲线 3安全性 评价 从 承载力 和挠度 两方 面来 判定预制混凝土无 机保温夹心墙体 的安全性 ， 可见 ： ( 1 ) 实测墙体开裂荷载为 2 0 8 k N， 墙体平面外荷 载设计值 ( 即风荷载与地震荷载组合的设计值 ) 为 2 8 k N， 开裂荷载实测值为设计值 的 7 4倍 ， 这表明墙 体在正常使用极 限状态下具有较高的抗裂性。 ( 2 ) 根据试验结果 ， 墙体在平面外设计荷载( 总 荷载为 2 8 k N) 作用下 的挠度值约 为 1 1 6 m m 小于 规范规定挠度限值 1 4 mm( L 2 0 0 = 1 4 mm) 满足正常 使用要求。 4结论 ( 1 ) 在最大荷载作用下 ， 墙体裂缝宽度 0 5 2 m m 跨 中挠度为 2 8 mm。在整个加载过程 中， 混凝土板与 保温层之间无明显的错动 现象 ， 连接件与上 、 下层 钢筋混凝土板 的滑移均较小 ， 最大荷载时的滑移值 小于 0 4 mm， 连接件表面也未见损伤 。 这表明连接件 具有较大的抗剪承载力与抗剪刚度 。 ( 2 ) 在加载过程 中， 混凝土应变与钢筋应变较 小 ， 且 应 变 量 基 本 随 荷 载 的 增 加 呈 线性 增 长 。 此 时 墙体处于弹性阶段 ( 3 )F R P连接件三个方向的应变值均较小 ，最 大应 变小 于 3 0 0 0 tx e ，大 大 低于 材 料 F R P材 料 的极 限应变值。 ( 4 ) 实 测墙体开裂荷载 为 2 0 8 k N， 是设计值 的 7 4倍 ，表明墙体在正常使用极限状态下具有较高 的抗裂 性 。 ( 5 ) 墙体在平 面外设计荷载( 2 8 k N ) 作用下的挠 度值约为 1 1 6 mm， 小于规范规定挠度限值 1 4 m m( L 2 0 0 = 1 4 m m) ， 满足正常使用要求。 参考文献 ： 1 1 AN0NS e l e c t i o n a n d u s e o f ma t e r i a l s f o r p r e c a s t c o n c r e t e w a l l p a n e l s AC I S t r u c t u r a l J o u rna l ， 1 9 6 9 ， 6 6( 1 o 1 ： 8 1 4 8 2 0 【 2 张同亿， 张兴虎， 吴敏 哲 带框架 复合墙抗震性 能试 验研 究 J 安建筑科技 大学学报， 2 0 0 0 ， 3 2 ( 3 ) ： 2 0 9 2 1 2 3 顾志建， 顾鹏 从上海 1 1 1 5特大 火灾谈高层建 筑设 计规 范 的缺 陷 J 建筑， 2 0 1 1 ， ( 5 ) ： 1 2 1 4 4 杨峻平， 朱 敬华 对 央视新址北 配楼火灾 的思考 J 武警 学院学报， 2 0 0 9 ， 2 5 f 8 ) ： 7 3 7 6 【 5 洪雯， 施美灵 建筑 节能绿色 建筑对亚洲未来发展的 重要性f M 1 北京： 中国大百科全书 出版社， 2 0 0 8 6 薛伟 辰， 杨佳林， 王君若 预制夹芯保温墙 体 F R P连接件 抗拔性能试验研究 J 玻璃 钢 复合材料， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 5 5 5 8 7 】 杨佳林， 秦珩， 刘 国权， 等 板 式纤维 塑料 连接件力 学性 能试 验研究 J 塑料工业， 2 0 1 2 ， 4 0 f 8 ) ： 6 9 7 2 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 6 2 6 作者简介 ： 朱永 明( 1 9 6 4 一 ) ， 男 ， 高级工程师 。 通讯地址 ： 上海市 曹杨路 1 0 4 0 号 中友大厦 1 6楼 联 系电话 ： 1 3 9 0 1 9 5 6 8 4 2 61