手柄連接節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能試驗(yàn)研究

李俊鋒

手柄連接節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能試驗(yàn)研究

李俊鋒

(福建省建筑科學(xué)研究院 福建福州 350025)

針對(duì)熱塑性長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料模板體系中連接手柄和手柄連接節(jié)點(diǎn)的純剪試驗(yàn)研究，探討其破壞機(jī)理。實(shí)測(cè)結(jié)果表明：當(dāng)集中荷載達(dá)到臨界荷載時(shí)，墻體模板的邊肋或端肋出現(xiàn)斷裂，而連接手柄未發(fā)現(xiàn)破壞或明顯變形。計(jì)算手柄連接節(jié)點(diǎn)抗剪承載力時(shí)，基于安全宜按鉸接考慮。

墻體模板;連接手柄;手柄連接節(jié)點(diǎn);純剪試驗(yàn)

0 引言

目前木模板、木竹膠合板模板是施工中的主要形式，但用工量大[1-7]。熱塑性長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料模板具有綠色環(huán)保，可循環(huán)利用的功能，在工程中得到逐漸廣泛的運(yùn)用。與普通的膠合板模板、鋼模板不同，本文所研究的熱塑性長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料模板工程中各塊模板之間通過(guò)連接手柄相互連接和傳力[8-9]。在《建筑工程大模板技術(shù)規(guī)程》(JGJ74-2003)0.2條(強(qiáng)制性條文)規(guī)定：組成大模板各系統(tǒng)之間的連接必須安全可靠。因此，本文針對(duì)熱塑性長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料模板體系中手柄連接節(jié)點(diǎn)和連接手柄進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過(guò)試驗(yàn)研究分析連接手柄及手柄連接節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能，考察試驗(yàn)過(guò)程中墻體模板的破壞機(jī)理和變形情況，為墻體模板在工程應(yīng)用中提供指導(dǎo)。

本文試驗(yàn)采用墻體模板和連接手柄拼裝成的整體為模型，考慮到工地現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中出現(xiàn)當(dāng)某個(gè)連接手柄喪失連接功能時(shí)，剩余連接手柄能繼續(xù)承擔(dān)多大荷載，因而試驗(yàn)分為墻體模板由一個(gè)連接手柄和兩個(gè)連接手柄連接的兩種情況。

1 試驗(yàn)概況

連接手柄作為連接墻體模板的一個(gè)重要工具。本文介紹手柄連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)，主要是研究分析在純剪力作用下，連接手柄的破壞形態(tài)及墻體模板的破壞形式和變形情況。

1.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)?zāi)Ｐ头譃閱蝹€(gè)和兩個(gè)手柄連接的兩種情況，這兩種情況下的手柄連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)分別進(jìn)行三組試驗(yàn)，分別編號(hào)為CJ1，CJ2，CJ3和DCJ1，DCJ2，DCJ3。單個(gè)和兩個(gè)手柄連接時(shí)的連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)需要包括墻體模板(規(guī)格1 200mm×600mm)，連接手柄，緊固螺母，對(duì)拉螺桿和鋼管等構(gòu)件。

圖1給出了墻體模板及各連接件，現(xiàn)場(chǎng)需要的剪力墻或框架柱都可以由墻體模板和連接件拼裝成所需要的規(guī)格，如200mm和300mm的墻厚和柱厚等。施工現(xiàn)場(chǎng)的剪力墻的模板體系如圖1(d)。圖2給出了兩種不同形式的純剪試驗(yàn)。

(a)連接手柄 (b)緊固螺母

(c)對(duì)拉螺桿 (d)施工現(xiàn)場(chǎng)剪力墻的模板體系圖1 墻體模板的各構(gòu)件及施工現(xiàn)場(chǎng)剪力墻模板體系

(a)單個(gè)手柄連接節(jié)點(diǎn) (b)兩個(gè)手柄連接節(jié)點(diǎn)圖2 手柄連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

1.2 試驗(yàn)方法及裝置

在工程實(shí)際應(yīng)用時(shí)，連接手柄作為模板體系的連接件，主要承擔(dān)著剪力、拉力的作用。連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)主要是確定連接手柄的受力及考察墻體模板的破壞形態(tài)和變形情況。手柄連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)中，可以忽略墻體模板間微小的位移產(chǎn)生的摩阻力。擬采用圖3(a)的試驗(yàn)加載裝置，首先通過(guò)千斤頂對(duì)手柄連接節(jié)點(diǎn)加載，利用靜態(tài)應(yīng)變采集系統(tǒng)采集應(yīng)變值，通過(guò)計(jì)算分析轉(zhuǎn)化為實(shí)際荷載值。同時(shí)對(duì)用手柄連接的墻體模板的面板和邊肋上粘貼應(yīng)變片，并且在試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)畫出彎矩-應(yīng)變的關(guān)系圖來(lái)反映墻體模板的變形情況。圖4給出了手柄連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)的裝置圖，距離手柄連接節(jié)點(diǎn)120mm的位置布置鋼管作為支座，當(dāng)支座距離足夠小，可以認(rèn)為此種狀態(tài)下連接手柄只承受剪力作用。

(a)手柄連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)加載示意圖

(b)由一個(gè)連接手柄連接 (c)由兩個(gè)連接手柄連接圖3 手柄連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)圖

圖4 手柄連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)裝置

1.3 測(cè)點(diǎn)布置

工程實(shí)際應(yīng)用中，手柄作為連接構(gòu)件起到傳遞荷載的關(guān)鍵作用，所以本次試驗(yàn)?zāi)康脑谟诳疾焓直B接節(jié)點(diǎn)和連接手柄在荷載作用下的受力和的變形情況。單個(gè)手柄連接時(shí)的連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)，每組設(shè)有2個(gè)測(cè)區(qū)，1個(gè)測(cè)區(qū)布置兩個(gè)應(yīng)變片：一應(yīng)變片在連接手柄一側(cè)模板邊肋的下方，另一應(yīng)變片在連接手柄另一側(cè)模板邊肋的上方，如圖5所示。應(yīng)變片1-4分別位于板3，板4，板1，板2。同時(shí)應(yīng)變片1和2位于手柄連接節(jié)點(diǎn)的邊肋下方，應(yīng)變片3和4位于手柄連接節(jié)點(diǎn)的邊肋上方，如圖6所示。

兩個(gè)手柄連接時(shí)的連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)，每組設(shè)有4個(gè)測(cè)區(qū)，如圖7所示。應(yīng)變片1，2，5，7在板1和板3的邊肋下方，而應(yīng)變片3，4，6，8是在板2和板4的邊肋上方。

圖5 連接節(jié)點(diǎn)測(cè)區(qū)應(yīng)變片位置的布置圖

圖6 純剪試驗(yàn)各截面對(duì)應(yīng)的應(yīng)變片(單個(gè)連接手柄時(shí))

2 試驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

試驗(yàn)過(guò)程中觀察發(fā)現(xiàn)，兩鋼管(支座)間的模板在千斤頂作用下向外彎曲。圖8給出了單個(gè)手柄連接時(shí)連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)中，連接節(jié)點(diǎn)的兩種主要的破壞形態(tài)。圖8(a)中，試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)荷載不斷增加時(shí)，連接手柄與模板鎖孔連接處，因受力過(guò)大致使模板鎖孔上方開裂。圖8(b)中，千斤頂對(duì)手柄連接節(jié)點(diǎn)加載時(shí)，由于荷載傳遞不均勻，偏向模板端肋上，導(dǎo)致端肋上比較薄弱的地方出現(xiàn)裂縫。圖9是兩個(gè)手柄連接時(shí)連接節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)。圖9(a)中，當(dāng)荷載達(dá)到最大剪力時(shí)，墻體模板的鎖孔所在的邊肋受力過(guò)大，突然斷裂且斷口呈不規(guī)則形狀。圖9(b)，由于應(yīng)力集中現(xiàn)象，在模板邊肋與端肋的交結(jié)處出現(xiàn)裂縫。兩種情況下的手柄連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)，都是模板出現(xiàn)問(wèn)題，連接手柄未見明顯破壞。

(a)連接件處孔壁開裂 (b)模板端肋開裂圖8 單個(gè)手柄連接時(shí)連接節(jié)點(diǎn)的破壞狀態(tài)

(a)模板鎖孔附近開裂 (b)模板端肋開裂圖9 兩個(gè)手柄連接時(shí)連接節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)

2.2 應(yīng)變數(shù)據(jù)分析

圖10(a)、(b)、(c)給出了連接節(jié)點(diǎn)由單個(gè)手柄連接時(shí)的剪力與應(yīng)變的關(guān)系圖，通過(guò)壓力傳感器測(cè)出連接手柄或模板出現(xiàn)破壞時(shí)的荷載值(剪力值)。

對(duì)單個(gè)手柄連接時(shí)連接節(jié)點(diǎn)的剪力-應(yīng)變曲線分析可知，墻體模板的應(yīng)變隨荷載的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)程度不一，說(shuō)明在不同荷載作用下模板變形比較復(fù)雜，如圖10所示。在手柄連接節(jié)點(diǎn)的擠壓和受拉兩區(qū)域內(nèi)布置應(yīng)變片。試驗(yàn)過(guò)程中，加載點(diǎn)是在其中一側(cè)的墻體模板邊緣，靠近連接節(jié)點(diǎn)處。隨荷載的增長(zhǎng)加載點(diǎn)相對(duì)原來(lái)的設(shè)定位置會(huì)出現(xiàn)偏移，導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，試驗(yàn)結(jié)果未能達(dá)到預(yù)期效果。完成第一組試驗(yàn)后，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的可變因素加強(qiáng)控制使試驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果更真實(shí)可靠。由圖10可知，三組手柄連接節(jié)點(diǎn)能承受的剪力都較接近，最大剪力可以達(dá)到9.67kN，面板上承受的最大壓應(yīng)變可以達(dá)3 597με。當(dāng)手柄連接節(jié)點(diǎn)所承受荷載達(dá)到最大剪力時(shí)，連接手柄未出現(xiàn)破壞或嚴(yán)重變形，認(rèn)為其能完成連接的作用。

通過(guò)兩個(gè)手柄連接時(shí)的連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)分別繪出在剪力作用下，模板連接節(jié)點(diǎn)的剪力-應(yīng)變曲線，結(jié)果如圖11(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)所示。本次加載時(shí)在千斤頂和模板之間加一道方鋼梁，通過(guò)方鋼梁的作用，把荷載傳遞到連接節(jié)點(diǎn)上。根據(jù)圖11所示的剪力-應(yīng)變變化曲線可知，墻體模板的應(yīng)變隨荷載的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。圖11的(a)、(c)、(e)可知，布置于連接節(jié)點(diǎn)的受拉和受壓區(qū)域的應(yīng)變值符合預(yù)期，每個(gè)測(cè)區(qū)的應(yīng)變值均為一正一負(fù)。而(b)、(d)、(f)圖中，位置5和7的應(yīng)變片剛開始處于受壓狀態(tài)，隨著試驗(yàn)進(jìn)行，模板邊肋開始向上彎曲被拉伸，應(yīng)變值呈正值。本組試驗(yàn)中最大壓應(yīng)變可以達(dá)-1 462με，剪力值最大可以加載到11.89kN，模板發(fā)生破壞(DCJ表示兩個(gè)手柄時(shí)的手柄連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn))。

(a) (b) (c)圖10 單個(gè)手柄連接時(shí)連接節(jié)點(diǎn)的剪力-應(yīng)變曲線

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)圖11 兩個(gè)手柄連接時(shí)連接節(jié)點(diǎn)的剪力-應(yīng)變曲線

2.3 荷載數(shù)據(jù)分析

表1 單個(gè)手柄連接時(shí)連接節(jié)點(diǎn)的破壞剪力值

由表1～表2可知，連接節(jié)點(diǎn)在一個(gè)和兩個(gè)手柄連接的情況下所受的剪力平均值分別為8.36kN，10.89kN。在純剪試驗(yàn)中，一旦連接節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)破壞表示連接手柄失去連接作用，此時(shí)連接節(jié)點(diǎn)破壞時(shí)的剪力值即為連接手柄可承受最大剪力。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)連接節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究，可以得到以下3點(diǎn)結(jié)論:

(1) 連接手柄能完全可以起到連接的作用。

(2) 兩種不同連接形式時(shí)的連接節(jié)點(diǎn)純剪試驗(yàn)，破壞出現(xiàn)于塑料模板的邊肋。因此，連接手柄的強(qiáng)度和剛度滿足要求，工程實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)著重注意連接手柄與墻體模板的連接處情況。

(3) 連接節(jié)點(diǎn)在一個(gè)和兩個(gè)手柄連接的情況下所受的剪力平均值分別為8.36kN，10.89kN。

[1] 何春林.竹塑復(fù)合材料力學(xué)機(jī)理及其應(yīng)用[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

[2] 劉玉強(qiáng).木塑復(fù)合材料建筑模板的研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2006.

[3] 程放，張秋紅.淺析我國(guó)木材工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策[J].中國(guó)人造板,2008(10):5-7

[4] 施炳華.我國(guó)建筑模板技術(shù)20年[R].中國(guó)建筑科學(xué)研究院,2011.

[5] 馮嘉.新型木塑復(fù)合材料建筑模板[D].青島：青島理工大學(xué),2010.

[6] 宋亞兵.塑料建筑模板在工程頂板施工中的應(yīng)用[C]∥2009年全國(guó)建筑模板與腳手架專業(yè)委員會(huì)年會(huì).2009,36(S1)：207-211 .

[7] 糜嘉平.我國(guó)竹膠合板模板的發(fā)展前景[J].工業(yè)建筑,1993(5).

[8] 劉玉強(qiáng).木塑復(fù)合材料建筑模板的研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2006.

Experimental study on the mechanical properties of the connection node

LIJunfeng

(Fujian Academy of Building Research，F(xiàn)uzhou 350025)

Study on the handle and connecting node in the thermoplastic long fiber reinforced composite template system of the pure shear test，its failure mechanism is discussed.Measured results show that when the concentrated load reaches the critical load， the side rib or the end rib of the wall template is broken，while the handles do not find any damage or obvious deformation . When calculating the shear resistance of the connecting node，it should be considered by hinge based on security.

Plastic formwork; The handle; The connecting node; Pure shear test

李俊鋒(1989.10- )，男，助理工程師。

E-mail:763858926@qq.com

2017-02-14

TU5

A

1004-6135(2017)04-0034-04