地下倉(cāng)內(nèi)襯防水塑料螺紋連接節(jié)點(diǎn)軸心抗拉試驗(yàn)研究

張 昊，康少朋，常晨輝，王振清

（1.河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，鄭州 450001；2.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，鄭州 450001）

糧食儲(chǔ)備是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的穩(wěn)壓器，中國(guó)糧食收儲(chǔ)政策正處在陣痛期和改革窗口期，結(jié)合國(guó)際演化經(jīng)驗(yàn)和中國(guó)實(shí)際，未來收儲(chǔ)政策調(diào)整可考慮優(yōu)化戰(zhàn)略儲(chǔ)備、收縮干預(yù)性收儲(chǔ)、發(fā)展政府和民間合作儲(chǔ)備[1]。地下糧倉(cāng)具有節(jié)能、節(jié)地、無污染、低損耗的優(yōu)勢(shì)，其綜合效益的評(píng)價(jià)將直接影響著業(yè)主倉(cāng)型的選擇與地下糧倉(cāng)的推廣，然而影響地下糧倉(cāng)評(píng)價(jià)因素是多級(jí)別、多指標(biāo)的[2]。隨著地下倉(cāng)的推廣和倉(cāng)體建造深度的增加，地下水對(duì)糧食安全的影響越來越大，如何防水防潮，保障儲(chǔ)糧安全成為制約地下倉(cāng)發(fā)展的一個(gè)重要因素[3]。王振清[4]等提出一種新型裝配式鋼板-混凝土組合地下糧倉(cāng)，用內(nèi)襯鋼板的方式進(jìn)行地下防水。為了解決鋼板銹蝕對(duì)儲(chǔ)糧的影響，張昊[5]等提出將PVC水晶板內(nèi)襯于倉(cāng)壁，并對(duì)接縫黏結(jié)性能、閉水性能和工程承壓能力進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)表明PVC水晶板的膠粘接縫剪切和剝離強(qiáng)度均符合規(guī)范要求，閉水性能良好；丁明[6]提出用硅酮結(jié)構(gòu)膠將聚丙烯塑料板和混凝土進(jìn)行黏結(jié)防水，并對(duì)其拉伸粘接強(qiáng)度、閉水性能、膠粘劑的耐水性及耐久性進(jìn)行測(cè)試。為了將聚丙烯塑料板與混凝土更有效結(jié)合，達(dá)到地下倉(cāng)倉(cāng)壁長(zhǎng)期防水防潮的效果。本文通過對(duì)聚丙烯塑料板與混凝土倉(cāng)壁之間連接栓釘?shù)穆菁y強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究，為聚丙烯塑料防水板在地下糧倉(cāng)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 連接件設(shè)計(jì)

聚丙烯塑料板作為地下倉(cāng)防水構(gòu)件，通過聚丙烯栓釘將防水板與混凝土倉(cāng)壁進(jìn)行有效連接，共同發(fā)揮其材料性能。結(jié)構(gòu)組合形式如圖1所示。

圖1 聚丙烯塑料—混凝土組合形式

聚丙烯防水板與混凝土通過栓釘連接組合成一個(gè)整體，根據(jù)《普通螺紋直徑與螺距系列》[5]（GB/T 193-2003）對(duì)聚丙烯塑料栓釘?shù)囊欢诉M(jìn)行車絲，同時(shí)對(duì)防水板做相應(yīng)的攻絲處理。塑料板作為防水構(gòu)造，為保證其防水效果，工程應(yīng)用中塑料板的攻絲不宜做透層處理。本試驗(yàn)為了保證攻絲長(zhǎng)度的準(zhǔn)確性及實(shí)驗(yàn)的便捷性，采用攻絲透層處理，具體做法如圖2所示。

圖2 螺紋連接試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)

1.2 試件尺寸及材料特性

塑料栓釘在塑料板上均勻布置，在受到外加荷載的作用下，栓釘承擔(dān)軸心拉力，根據(jù)栓釘間距和防水板厚度的不同，共制作了4組節(jié)點(diǎn)對(duì)比試件（其中板厚均為對(duì)應(yīng)的螺紋長(zhǎng)度，節(jié)點(diǎn)編號(hào)分別為：JD20-10-80、JD25-10-80、JD20-20-100、JD25-20-100。以JD20-10-80為例，JD表示節(jié)點(diǎn)，其中20表示塑料栓釘?shù)闹睆剑?0表示螺紋長(zhǎng)度，80表示正方形塑料板的邊長(zhǎng)。），每組3個(gè)構(gòu)件，塑料栓釘和塑料板對(duì)應(yīng)的尺寸如圖3所示。

圖3 塑料栓釘和塑料板對(duì)應(yīng)尺寸(單位：mm)

試驗(yàn)采用鄭州某廠家生產(chǎn)的聚丙烯材料，通過不同規(guī)格的塑料板和塑料板經(jīng)二次加工成型得到對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)構(gòu)件?？估瓘?qiáng)度平均值Rm=26.1 Mpa；彈性模量E=1.37 Gpa。本文中栓釘?shù)拈L(zhǎng)度均為500 mm。

1.3 加載方案

為了模擬實(shí)際使用過程中塑料板與栓釘之間的受力情況，本試驗(yàn)使用最大負(fù)荷600 kN，力值分辨率1/20 000的電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件施加軸心拉伸荷載，試件加載如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)加載圖

將反力架固定于試驗(yàn)機(jī)上；將試件底端卡入反力架上端鋼板的卡槽，并用墊塊放置于塑料板周圍，保證受力的均勻性，試件上部塑料栓釘由試驗(yàn)機(jī)夾具夾持。

通過控制試驗(yàn)機(jī)加載速度（50 N/s）的方式對(duì)試件施加荷載；并由計(jì)算機(jī)記錄試件破壞時(shí)的最大荷載，記錄數(shù)據(jù)見表1。

表1 試件破壞荷載值

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 破壞形態(tài)

在螺紋長(zhǎng)度控制在10 mm時(shí)，試件JD20-10和JD25-10均發(fā)生栓釘滑脫破壞，且除螺紋外其他部分均完好無損。由于螺紋的毀損造成試件的破壞，塑料栓釘本身并沒有達(dá)到其抗拉強(qiáng)度，節(jié)點(diǎn)的破壞受螺紋長(zhǎng)度的影響。

在增加螺紋長(zhǎng)度后（螺紋長(zhǎng)度為20 mm），試件JD20-20和JD25-20在達(dá)到破壞荷載后均是在栓釘和塑料板的垂直面（栓釘?shù)穆菁y末端與塑料板的上表面）發(fā)生斷裂，栓釘螺紋部分留在塑料板孔洞中，螺紋無相對(duì)滑移。兩種破壞形式如圖5所示。

圖5 螺紋破壞形式

2.2 對(duì)比分析

JD20-10與JD-25-10在螺紋長(zhǎng)度為10 mm塑料板規(guī)格相同的情況下通過控制塑料栓釘?shù)闹睆竭M(jìn)行對(duì)比分析，平均破壞荷載分別為4.02 kN和4.14 kN，D25僅比D10強(qiáng)度約提升3%，二者幾乎相同。

JD20-20與JD25-20在螺紋長(zhǎng)度為20 mm塑料板規(guī)格相同的情況下同樣通過控制塑料栓釘?shù)闹睆竭M(jìn)行對(duì)比分析，平均破壞荷載分別為9.88 kN和11.33 kN，D25比D10強(qiáng)度約提升15%，抗拉強(qiáng)度有明顯提升。

JD20-20與JD20-10通過控制螺紋連接的長(zhǎng)度進(jìn)行分析，當(dāng)螺紋的連接長(zhǎng)度為20 mm時(shí)較連接長(zhǎng)度為10 mm時(shí)提升1.46倍。

JD25-20與JD25-10同樣通過控制螺紋連接長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)螺紋的連接長(zhǎng)度為20 mm時(shí)較連接長(zhǎng)度為10 mm時(shí)提升1.74倍。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于地下倉(cāng)內(nèi)襯塑料作為倉(cāng)體防水的構(gòu)造措施，著重研究了塑料板與混凝土連接節(jié)點(diǎn)的軸心抗拉性能。通過對(duì)比連接節(jié)點(diǎn)栓釘?shù)闹睆胶吐菁y連接長(zhǎng)度的軸拉試驗(yàn)驗(yàn)證螺紋連接節(jié)點(diǎn)在工程中良好的實(shí)用性。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)螺紋長(zhǎng)度為10 mm不足以提供足夠拉力時(shí)，想要通過增加螺紋直徑來提升抗拉性能是達(dá)不到預(yù)想的效果的；當(dāng)螺紋長(zhǎng)度為20 mm時(shí)，螺紋連接強(qiáng)度大于直徑為20 mm和25 mm的栓釘自身的（螺紋有效截面）抗拉性能，通過增加螺紋直徑可有效提升節(jié)點(diǎn)的軸心抗拉能力。此外，當(dāng)塑料板承受的拉力一定時(shí)，塑料栓釘在塑料板上的布置方式（密集度）決定了節(jié)點(diǎn)所承受的軸心拉力值。本文為實(shí)際工程應(yīng)用中通過改變板厚（螺紋長(zhǎng)度）、栓釘直徑（螺紋直徑）和栓釘?shù)牟贾梅绞綖榈叵聜}(cāng)內(nèi)襯塑料防水提供參考。