插筋形式对自密实混凝土夹芯保温墙板受剪性能的影响研究.pdf

全国中文核心期刊 钎 建 括筋形式对自宙实混凝土夹芯保温墙祓 受剪牲雒昀1 g lH 研究 李艳艳 ， 杨雨龙 ， 皮凤梅 ( 1 河北工业大学土木工程 学院 河j E 省土木工程技术研 究中心 ， 天津3 0 0 1 3 0 2 大同市建筑设计研究院， 山西 大同0 3 7 0 0 6 ； 3 廊坊师范学院 建筑工程学院， 河北 廊坊0 6 5 0 0 0 ) 摘要： 研究空间斜插、 水平斜插以及垂直插筋3 种形式对自密实混凝土夹芯保温墙板受力性能的影响。试验结果表明， 不同插 筋形式 的夹芯保温墙板都具有 良好的受力性能 ， 能满足受剪承载力、 抗侧移 刚度等要求 ， 插筋可 以协调两侧混凝土 的变形， 在整个 受力过程中维持较低的应力水平。垂直插筋较空间斜插和水平斜插传力更为均匀， 使构件拥有较高的刚度和受剪承载能力， 可作为 一 种新型墙板形式应用于实际工程。 关键 词； 夹芯保温墙板； 自密实混凝土； 受剪性能； 插筋形式 中图分类号： T U 7 5 6 4 * 4 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 x( 2 O l O ) o 4 0 0 3 4 0 4 Effe c t o f s t e e l i n s e r t i n g f o r m o n s h e a r b e h a v i o r o f i n s u l a t i o n s a n d wi c h wa l l b o a r d wi t l l s e rf - c o mp a c t i n g c o n c r e t e L I y ， Y A N G Y u l o n f， P I F e n g m e i ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E ng i n e e r i n g ， He b e i Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ， C i v i l En g i n e e r i n g Te c h n o l o gy Re s e a r c h Ce n t e r o f Hu b e i P r o v i n c e ， T i a n j i n 3 0 0 1 3 0 ， C h i n a ； 2 I n s t i t u t e o f A r c h i t e c t u r a l De s i g n o f D a t o n g ， D a t o n g 0 3 7 0 0 6 ， S h a n x i ， C h i n a ： 3 I n s t i t u t e o f A r c h i t e c tu r e E n g i n e e r i n g ， L a n g fa n g T e a c h e r s C o l l e g e ， L a n 出 n g 0 6 5 0 0 0 ， H e b e i ， C h i n a ) Abs t r ac t ： T h e e f f e c t o f t h r e e s t e e l i n s e r t i n g f o r ms( s p a c e i n c l i n e d- i n s e rt i n g， h o riz o n t a l i n c l i n e d i n s e r t i n g a n d v e r t i c a l i n s e rti n g ) o n t h e s t iffn e s s o f t h e i n s u l a t i o n s a n d wi c h wa i l b o a M w i t h s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e wa s s t u d i e d T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e t h a t i n s u l a t i o n s a n d wi c h wall b o a r d wi t l l d i ffe r e n t s t e e l i n s e rti n g f o r ms a l l h e l d h J g h e r s t i f f n e s s ， wh i c h c a n me e t t h e a p p l i c a t i o n r e q u i r e me n t s o n s h e ar c a p a c i t y a n d l a t e r al s t i f f n e s s An d t h e i n s e rt e d - s t e e l wh i c h h a v e l o w s t r e s s d u rin g e n t i r e f o r c e p r o c e s s c a n c o o r d i n a t e t h e d e f o rm a t i o n o f t wo pi e c e s of c o n c r e t e p l a t e s Mo r e o v e r ， v e r t i c al i n s e rt e d s t e e l i s b e t t e r t h a n o t h e r i n c l i n e d s t e e l s for s t r e s s t r a n s f e r ， wh i c h c a n ma k e me mb e rs h a v e h i g h e r s t i f f n e s s an d s h e ar c a p a c i t y T h e r e f o r e ， i t c a n b e u s e d a s o n e o f n e w wall b o a r d s i n p r a c t i c e Ke y wo r d s ： i n s u l a t i o n s a n d w i c h w all b o a r d ； s e lf - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ； s h e ar b e h a v i o r ； s t e e l i n s e rt i n g for m 0 前言 自 密实混凝土夹芯保温墙板体系是一种新型的具有保温 隔热效果的复合墙板体系， 是一种新的承重剪力墙， 主要用于 基金项目： 河北省 自然科 学基金项 目( E 2 0 0 9 0 o 0 0 7 3 ) 收稿 日期 ： 2 0 0 9 1 2 0 7 作者简介： 李艳艳， 女， 1 9 7 9 年生， 广西上林人， 副教授， 博士， 主要从 事结构 工程研究 。地址： 3 0 0 1 3 4 天津市北辰 区辰达路听景园 1 9 2 6 0 2 ， 电话： 1 3 9 2 0 1 7 7 9 0 4 ， E m a i l ： n i c o l e _ 8 2 0 1 6 3 c o m。 3 4 新型建筑材料 2 0 1 0 4 建筑外围护墙及分户墙。 该墙板以三维空间钢筋网作骨架， 内 含 5 a m厚聚苯乙烯泡沫板为芯材， 内、 外侧分别浇筑自 密实 混凝土层， 并由空间斜插筋连接协同工作， 共同承担剪力、 大 部分竖向荷载及部分弯矩f l】 。该体系抗震性能好， 自 重轻， 保 温隔热性能良好，达到5 0 节能要求， 是对我国绿色建筑结 构体系的必要补充。 目 前该技术取得了一定的理论研究成果， 在国内外得到了应用2 - 5 。 然而该墙板体系中由于空间斜插筋 的作用也存在着施工工艺复杂和保温性能不够理想等缺点。 为了提高自密实混凝土夹芯保温墙板结构体系的保温性能， 提出插筋方式的改进措施，通过试验研究插筋形式对夹芯墙 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李艳艳， 等： 插筋形式对 自密实混凝土夹芯保温墙板受剪性能的影响研究 板体系受力性能的影响。 1 试验 1 1 试验设计 试验共制作了3 个墙式结构构件， 研究自 密实混凝土夹 芯保温墙板体系内斜插筋的作用， 是仅仅起到构造作用， 即 相当于剪力墙内的构造拉结筋， 保证制作、 运输及安装时夹 芯墙板不变形， 还是实际参与受力， 提高构件受剪承载力。 同时，为了改善自密实混凝土夹芯墙板体系施工工艺复杂 和保温性能不够理想等缺点，对3 种插筋形式进行了对比 研究。 根据其倾斜方向的不同可分为： ( 1 ) 空间斜插， 即每根 斜插钢筋均与板面形成空间夹角，且每对钢筋方向相反； ( 2 ) 水平斜插， 沿着墙横向交错配置， 但是在纵向上均在一 平面内； ( 3 ) 垂直插筋， 所有钢筋垂直于板面成对布置。 构件 尺寸及配筋见图1 。3 个采用不同插筋方式的构件依次编号 为Q 1 ( 空f q 斜插) 、 Q 2 ( 水平斜插) 和 Q 3 ( 垂直插筋) ， 如图2 所示。 ( a ) Q 1 ( 空间斜插) 斗旦 旦 D_一卜 ； 8 0 2 5 0 2 5 0 8 0 一筋 图 1 构件尺寸及配筋 ( b ) Q 2 ( 水平斜插) ( C ) Q 3 ( 垂直插筋) 图 2 插筋形式 采用强度等级为C 3 0的自 密实混凝土， 实测混凝土抗压 强度为2 2 3 4 M P a ， 钢筋力学性能见表1 。 表 1 钢筋的实测力学性能指标 1 2 试验方案 本组试件采用单向水平加载， 在顶梁端部施加一水平荷 载提供水平推力。 加载方式分为预加载和正式加载16 1 ： 首先在 弹性范围内对墙进行预加载， 加载值为l 0 k N ， 检查各仪器和 测点的测量参数是否正常。正式加载时，第 1 次加载至2 0 k N ，然后每级2 0 k N ，为了保证采集数据之间能够更好地比 较， 构件开裂后依旧保持每级2 O k N ， 达到计算破坏荷载之后 改为每级4 0 k N ， 直至构件达到破坏。 在构件顶部、 中部、 底部布置位移计测量水平位移， 用百 分表监测墙体平面外的移动以及基础底座在水平的移动方 向及垂直方向的转动。 采用D H 3 8 1 5 和D H 3 8 1 5 n 数据采集器 采集钢筋应变数据， 应变片布置如图3 所示。 图3 钢筋应变片布置示意 N E W 13 UI I DI NG MAT E RI AL S 3 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李艳艳， 等： 插筋形式对 自密实混凝土夹芯保温墙板受剪性能的影响研究 试验测量的主要内容有墙体位移、 插筋的应变、 墙体的开 裂荷载及极限荷载。 2 试验结果分析 2 1 试验现象 试验采用分级加载制度， 加载初期试验梁受力较小， 截面 未开裂。 当荷载增加至一定值后， 在墙板右下角出现第 1 批裂 缝。3 块墙体的开裂荷载分别为5 8 8 、 5 8 8 及9 8 0 k N ，墙体 Q 3 的开裂荷载明显大于其余2 片墙体。随着荷载逐渐增大， 裂缝逐渐出 现在墙体中部。继续加载，前后墙面裂缝大量出 现， 主要集中在墙体的右下部分。在墙体混凝土较厚的侧， 由于钢筋网片间距比较小， 强度大， 裂缝宽度增加缓慢， 裂缝 呈现细而密的状态。 而在墙体混凝土较薄一侧， 在荷载增加过 程中， 其裂缝开展无规律。加载后期， 较薄部分混凝土首先退 出工作， 裂缝宽度较大， 墙体发生破坏。 Q l 、 Q 2 、 Q 3 墙体受剪承载力分别为4 3 1 、 3 9 2 、 4 1 2 k N ， Q l 与Q 3 的受剪承载力高于Q 2 。 2 2 水平钢筋受力分析 3 片墙体右上角、 中心处和左下角位置水平钢筋的荷载一 应变曲 线如图4 所示。 5 5 0 50 0 4 5 0 40 0 z 3 5 0 30 0 耨 2 5 0 ：起 2 0 0 l 5 0 1 O 0 5 O O O 0 微 应 变 ( b ) 1 5 号钢筋 图 4 水平钢筋荷载一 应变曲线 由图4 可以看出， 加载初期， Q l 、 Q 2 、 Q 3中水平钢筋应变呈 线性变化， 处于受压状态。随着荷载的增加， 墙体开裂， 水平钢 筋的应变突变，表现在荷载一 应变曲线上出 现较为明显的转折 点。 此时剪力由最初的混凝土承担逐渐转化成由 钢筋和混凝土 共同 承担。 继续加载， 钢筋的应变稳定增长， 钢筋的应力较开裂 3 6 新型建筑材料 2 0 1 0 4 前有明显增大。 加载后期， 墙体水平钢筋呈现较强的塑性变形。 整体比较分析， 3片墙体水平钢筋受力特点较为相似， 其 中Q 2 和Q 3 较Q l 水平钢筋的应变发展缓慢， 表明构件刚度 较大， 而Q l 的应变特别在后期增加较快， 均大于Q 2 和Q 3的 变形， 墙板的刚度相对较小。可见， 插筋方式为水平斜插和垂 直插筋的墙体受力要优于空间斜插的墙体。 2 3 插筋受力分析 插筋在受力过程中荷载一 应变曲线如图5 所示。 ( a ) 8 号钢筋 微应变 ( d ) 2 0 号钢筋 图 5 插筋荷载一 应 变曲线 渤 伽伽 姗 咖 瑚 的0 N ) f 龌 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李艳艳，等：插筋形式对自密实混凝土夹芯保温墙板受剪性能的影响研究 由图5(a)可以看出，加载初期，水平荷载较小时，3片墙 板内插筋的应力值都比较小，应力水平较为接近，有些插筋呈 受压状态。随着荷载增加，3片墙体插筋应力的变化情况基本 相同，呈稳定增大的趋势，均表现为受拉状态，且应力水平较 低。其中个别如Q2墙板的13号和20号钢筋在加载后期某 一 点后应变突增，呈现较高的应力水平。其原因在于焊点开 裂，导致锚固失效，使得应变片产生较大的拉应变。而墙板Q3 的垂直插筋在整个受力过程中维持了较低的应力水平，且变 化较有规律。 可见斜向钢筋在自密实混凝土夹芯保温墙板受力过程中 所起的作用就是协调两侧混凝土的变形， 对较薄 一 侧混凝土 墙面进行约束，3种插筋方式都能满足其使用要求，尤其是采 用垂直插筋方式时，插筋的应力水平较低， 墙体的稳定性较 好。 24刚度分析 图6为3片墙板柱顶的荷载 一 位移曲线对比。 图6墙板柱顶的荷载 一 位移 曲线 由图6可以看出，在整个受力过程中，墙板Ql和Q2的 柱顶位移较为接近；相同荷载下，墙板Q3位移较Q1和Q2要 小 一 些。表明墙板Q3的抗侧移刚度比Q1和Q2的大。这是由 于墙板Q3的插筋为垂直插筋，插筋与两侧混凝土平面的夹 角都是90 。 ，斜插钢筋在比较小的应力水平上将较薄 一 侧混 凝土上所受的荷载均匀地传至整个构件。同时，垂直插筋的长 度是3种插入方式中最短的 一 种，其长细比最小，从而提高了 构件的刚度，防止构件在受压时发生失稳。 由此可见，在墙板厚度和配筋 一 致的情况下，垂直插筋的 墙板Q3较之其它形式的插筋传力更为均匀，并且能够有效 地传递荷载，约束两侧混凝土变形，使构件拥有较高的刚度和 承载能力。 3 结语 ( 1)不同插筋形式下的自密实夹芯保温墙板，其受剪承载 力、抗侧移刚度均能满足使用要求，表现出良好的受力性能。 (2)自密实夹芯保温墙板中插筋所起的作用是协调两侧 混凝土的变形，对较薄 一 侧混凝土墙面进行约束，在受力过程 中，插筋均维持较低的应力水平，其受力无显著差异。 (3)垂直插筋较空间斜插和水平斜插应力水平较低，传力 更为均匀，并且能够有效地约束两侧混凝土变形，使构件拥有 较高的抗侧移刚度和受剪承载能力。其形式简单，施工方便， 可作为 一 种新型墙板形式应用于实际工程。 参考文献： 1】李全云 框剪复合保温板结构体系与住宅节 能【 J j _建筑节能，2004 (3)：39 4 1 2 姚纪良，赵志成，张 明祥钢丝 网架水泥聚苯板承重建筑设计技 术研究f J _新型建筑材料，1997(12)：24 26 3 BushTD，WuZ Q F lexu ralanal ysi sofpr estr essedconcr etesand wiehpan elswithtr u ssconnector sJPCIJournal，1998，3(5)：78 98 4 BenayouneA，SamadAAA，AbangA liAA Respon seofpr e castreinf or cedcompositesandwich panel st()axial loadingJ Con structionand BuildingMaterials，2007，21(3)：677 - 68 5 5 Benayoun eA，Sam ad AAA，Trik haDNStructuralbehaviou rof eccentrical l y loadedprecastsandwich panel sJConstr u ctionand BuildingMaterials，2006，20(9)：713 - 724 6】 GB50152 - - 1992，混凝土结构试验方法标准sA N E WB UILD INGMATERIALS 37 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m