单面叠合剪力墙金属连接件拉拔性能试验研究.pdf

江西建材工程技术与应用3482023年6 月单面叠合剪力墙金属连接件拉拔性能试验研究徐振华1,2，徐海东1,2，王朝辉1,2，许笑林1,21.华北理工大学建筑工程学院，河北 唐山 063210；2.河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009摘 要：文中设计了单面叠合剪力墙的钢筋连接件和不锈钢连接件，对不同端部构造形式的连接件进行单侧轴向拉拔试验。对其抗拔承载力、承载力-滑移曲线等进行分析，结果表明，破坏模式以混凝土锥形体被拔出为主，金属连接件的抗拔承载力均在16.92 kN以上。对金属连接件的抗拔承载力进行了计算，对比得出抗拔承载力试验值为计算值的0.923.17 倍。关键词：单面叠合剪力墙；钢筋连接件；不锈钢连接件；拉拔性能中图分类号：TU513 文献标识码：B 文章编号：1006-2890（2023）06-0348-03Experimental Study on Pull-Out Performance of Metal Connectors of Single-Sided Superimposed Shear WallXu Zhenhua1,2，Xu Haidong1,2，Wang Zhaohui1,2，Xu Xiaolin1,21.College of Civil and Architectural Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan,Hebei 063210;2.Earthquake Engineering Research Center of Hebei Province,Tangshan,Hebei 063009Abstract:In this paper,the steel bar connectors and stainless steel connectors of single-sided superimposed shear wall are designed,and the single-sided axial pull-out test is carried out on the connectors with different end anchoring structures.The pull-bearing capacity and load-displacement curve are analyzed.The results show that the failure mode of the specimens is mainly the extraction failure of the concrete cone.The pull-bearing capacity of the metal connector is above 16.92 kN.The pull-out bearing capacity of the metal connector was calculated by formula.The results show that he test value of the pull-out bearing capacity was within the range of 0.923.17 times the calculated value.Key words:Single-sided superimposed shear wall;Steel bar connectors;Stainless steel connector;Pull-out performance0 引言单面叠合剪力墙是一种可实现承重与围护同寿命的新型预制保温墙体。连接件是组合预制内外墙板和保温板的重要构件，对墙体整体的安全性和耐久性起到关键性作用。目前，实际工程对该类墙体应用较少，存在连接件成本较高，相关行业规范不完善等问题。国内部分学者对夹芯保温墙金属连接件的性能做了大量研究。薛伟辰等1针对预制夹心保温墙体，研发了棒状不锈钢连接件并进行了抗拔试验。试验结果得出，试件破坏时连接件应变较小，抗拔承载力具有较大安全余量；尹展等2针对佩克PD型不锈钢连接件进行了拉剪试验研究，结果表明，该类连接件的拉剪承载力大于现行设计承载力取值；刘海成等3对不锈钢连接件进行有效弯曲长度模拟分析以及热工试验模拟，结果表明，对于不锈钢连接件的预制夹芯保温墙板，当保温层为80mm时，模拟的传热值与无连接件的传热理论值相差10%以内。基于钢筋和不锈钢成本较低、力学性能良好、取材方便且生产工序简单等方面考虑，本文选取两种金属为原材料制作成连接件。对钢筋连接件和不锈钢连接件端部设计了不同的锚固形式并进行单侧轴向拉拔试验，对连接件的抗拔承载力、破坏形态、荷载-滑移关系等进行分析，目的在于探究影响单面叠合剪力墙连接件拉拔性能的因素，设计出可有效提高墙体组合作用和安全性的金属连接件。1 试验设计1.1 试件设计根据 JGJ/T 4512018内置保温现浇混凝土复合剪力墙技术标准和李亚4的研究总结，本文完成了拉拔试件设计。单面叠合剪力墙的金属连接件拉拔试验分6 组试件，每种锚固形式设3个试件，共18个试件。试件的混凝土强度等级为C40，尺寸为600 mm400 mm150 mm。为了消除钢筋网对连接件抗拔承载力的增强作用，保证试验所测数据的直观性，拉拔试件并未配置钢筋网且金属连接件锚固端预埋深度均为30 mm。连接件拉拔试件示意如图1 所示。本次试验中所用混凝土的实测强度为fck=34.11 N/mm2，ftk=3.2 N/mm2，试件设计参数具体可见表1。1.2 连接件设计本文采用钢筋 HRB400 和不锈钢304 加工制作成连接件，共设计了3 种不同端部锚固形式的连接件，分别为端部弯折90（L型）、焊接单根金属棒（一字型）、焊接两根金属棒呈十字肋（十字型）。作者简介：徐振华（1997-），男，广东广州人，硕士，主要研究方向为混凝土结构。江西建材工程技术与应用3492023年6 月图1 试件示意图/mm表1 试件设计参数材料锚固形式试件编号连接件长度/mm 预埋深度/mm钢筋HRB400L 型GJ-L1326030一字型GJ-T1326030十字型GJ-SZ1326030不锈钢304L 型BXG-L1326030一字型BXG-T1326030十字型BXG-SZ13260301.3 加载与量测 拉拔试验在电液伺服万能试验机上进行，荷载和滑移等相关试验数据可通过试验机直接采集。拉拔试件运用固定装置安装在万能试验机上，试验机上夹具夹持连接件，试验机下夹具夹持底部焊接的夹持杆。试验采用单调静力加载方式，加载速率设置为100 N/s。2 试验结果2.1 试验现象描述6 组拉拔试件的主要破坏现象为连接件锚固端混凝土锥形体拔出破坏，个别拉拔试件发生混凝土劈裂破坏。试验现象的主要规律可归纳为：施加荷载前期无明显现象，其间，偶尔可听见细微的响声，当荷载加载至大约0.95Pu（试件的峰值荷载）时，可观察到连接件锚固端周围的混凝土出现裂缝。随着荷载的增加，裂缝迅速延伸成闭合形状且宽度展开。当荷载达到 Pu时，混凝土从连接件根部起形成近似于锥形体形状被拔出。2.2 抗拔承载力及破坏模式以每个拉拔试件的峰值荷载 Pu表征为连接件的最大抗拔承载力，并且把每组三个连接件的最大抗拔承载力按照算数平均法求出该种连接件的最大抗拔承载力平均值 Fa，归纳出各金属连接件的承载力及破坏模式，如表2 所示。由于试件 BXG-SZ1发生混凝土劈裂破坏，且拔出后测量锚固深度达到45 mm，试验荷载值为43.39 kN，误差太大，故舍去。表2 抗拔承载力与破坏模式试件编号Fa/kN破坏模式GJ-L1319.54（1.20）混凝土锥形体拔出破坏GJ-T1322.75（4.21）混凝土锥形体拔出破坏GJ-SZ1322.34（2.65）混凝土锥形体拔出破坏BXG-L1321.76（4.80）混凝土锥形体拔出破坏BXG-T1321.65（2.57）混凝土锥形体拔出破坏BXG-SZ2327.70（1.62）混凝土锥形体拔出破坏注：括号内数值表示抗拔承载力的标准差。2.3 抗拔承载力-滑移曲线根据各金属连接件拉拔试验所测数据，进行优化并算出抗拔承载力平均值，绘出抗拔承载力-滑移曲线，如图2 所示。通过对曲线分析可知，金属连接件的曲线无明显屈服平缓阶段，均为持续上升直至试件发生破坏而突降。各连接件的承载力和滑移基本呈线性关系增长，最大滑移量均未超过8 mm。其中，不锈钢连接件的曲线在试验加载过程中出现突降区段，由于不锈钢表面较为光滑，造成不锈钢连接件与试验机夹具产生相对滑移。图2 抗拔承载力-滑移曲线3 连接件抗拔承载力理论计算根据 GB 500102002混凝土结构设计规范，以及Eligenhause5、翟传明6提出的单筋锥体抗拉拔承载力等于锥形体水平投影面积上混凝土的拉拔力总和。立足试验现象及结果，本文三种不同锚固形式的金属连接件，依据上述假定，采用公式（1）进行力学性能分析。（1）式中，Ti为连接件抗拔承载力（kN），ft为混凝土抗拉强度（MPa），a、b为连接件端部构造形式的长短轴（mm），h为连接件在混凝土中的预埋深度（mm），为混凝土锥形体拔出角度，取45。以一字型连接件为例，端部焊接相同材料直径为10 mm、长度为60 mm的金属棒。在C40混凝土中的锚固深度30 mm，抗拔承载力计算值得出11.28 kN。对比一字型连接件的数据可知，试验值在计算值的1.5倍以上。其余金属连接件抗拔承载力计算结果见表3。另外，表2反映出部分试件组存在较大的离散性，其原因是试件制作误差。故计算安全系数 s仍采用每个试件的试验值做比较。江西建材工程技术与应用3502023年6 月表3 试件抗拔承载力试验值与计算值试件编号Ti/kNF/kNFa/kNsGJ-L18.9321.2419.542.37GJ-L218.632.09GJ-L318.752.10GJ-T111.2822.7222.752.01GJ-T227.922.48GJ-T317.621.56GJ-SZ119.3417.9222.340.92GJ-SZ222.571.17GJ-SZ321.101.09BXG-L18.9316.9221.761.89BXG-L220.062.25BXG-L328.313.17BXG-T111.2823.6621.652.10BXG-T223.282.06BXG-T318.021.60BXG-SZ219.3429.3127.701.52BXG-SZ326.081.35注：Ti为抗拔承载力计算值；F为抗拔承载力试验值；Fa为抗拔承载力试验平均值；s为安全系数，s=F/Ti。金属连接件的抗拔承载力试验值与计算值对比结果表明，十字型连接件的抗拔承载力较为吻合，其余两种连接件承载力试验值比计算值提高不少，其原因主要有连接件预埋深度的误差以及混凝土振捣不均匀。4 结语（1）各金属连接件具有较高的抗拔承载力，基本在理论计算值的1.17倍以上，连接件与混凝土墙体之间的滑量在10 mm以内。（2）单面叠合剪力墙金属连接件的拉拔试验中，试件破坏模式均为混凝土锥形体拔出破坏。抗拔承载力与端部锚固形式有关，有效接触面越大，试件埋深越深，提高抗拔承载力效果越明显。参考文献 1 薛伟辰，张赛，苏瑞佳，等.预制混凝土夹心保温墙体棒状不锈钢连接件研发与抗拔性能试验研究 J.施工技术，2018，47（12）：92-94.2 尹展，张曰果，杨思忠，等.低能耗夹芯保温墙桁架连接件拉剪试验研究J.工业建筑，2020，50（8）：27-31，71.3 谢俊.预制夹心保温外墙板连接件布置研究D.沈阳：沈阳建筑大学，2019.4 李亚，胡翔，顾盛，等.预制混凝土夹心保温墙体 FRP 连接件试验方法综述J.施工技术，2018，47（12）：87-91.5 Elighausen R.Fastening with bonded anchorsM.Germany：Be-tonwerk Fertigteil-Tech Press，1984，10-12.6 翟传明，张超，王娟娟，等.夹芯保温墙板金属板式连接件力学性能研究J.建筑科学，2020，36（5）：26-32.4 钢筋直螺纹机械连接的经济效益考虑常规搭接焊作业方法，将本工程采用的直螺纹机械连接技术与之做对比分析，以评价其经济效益。人工消耗：节约40%50%；作业效率：提高35 倍；材料消耗：钢材用量减少，相应的成本节约10%30%。按照信息价、定额价与实际施工成本价计算，根据计算结果评价钢筋直螺纹机械连接的经济效益。结果显示，单个接头节约成本约4元，本工程共涉及2.5万个接头，则节约成本约为10 万元，相比常规搭接焊的方法具有明显的经济效益。5 结语综上所述，钢筋的合理配置有利于提高桥梁的受力稳定性，在钢筋施工领域，常应用钢筋直螺纹机械连接技术，其具备适用范围广、质量可靠、高效等优势。本文分析了钢筋直螺纹机械连接技术的应用要点，并从经济效益的角度将其与传统搭接焊进行对比，得出钢筋直螺纹机械连接经济高效的结论。在桥梁的钢筋直螺纹机械连接施工中，参与人员必须结合工程条件进行技术优化，并做好材料配置、加工、连接等各项工作，保证钢筋直螺纹机械连接的有效性。参考文献 1 刘明，刘昱岑.论数控台锯在钢筋机械连接中的应用J.四川建筑，2022，42（S1）：166-167，171.2 郑丽娟，赵而年，王培森，等.钢筋直螺纹套筒机械连接疲劳性能试验研究及对比分析J.建筑结构，2021，51（S1）：1368-1372.3 吕先明.桥梁工程建设中的钢筋直螺纹机械连接技术J.设备管理与维修，2021（8）：105-106.4 刘翊安，庞国星，王振丰，等.HRB500 钢筋直螺纹机械连接失效研究与工艺优化J.锻压技术，2021，46（3）：138-145.5 王雷.地下连续墙中钢筋直螺纹套筒连接质量控制研究J.建筑科技，2021，5（1）：18-20.6 杨振密，张雪峰.新型活动式直螺纹套筒连接技术在施工中的应用J.建筑技术开发，2020，47（14）：70-71.7 蒲文瑞.谈钢筋滚轧直螺纹连接技术在公路桥梁桩基工程中的应用 J.甘肃科技纵横，2012，41（3）：107-108，49.8 王卫.钢筋直螺纹连接技术在济东高速公路桥梁工程中的应用J.黑龙江科技信息，2016（25）：263.（上接第347页）