不同埋置深度對(duì)熱阻斷拉結(jié)件抗剪性能影響研究

高 遠(yuǎn)，楊艷敏，王秀麗，謝曉娟，李靖諭，袁 琦，鄒毓喆

（1：吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118；2：吉林省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院（吉林省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心），吉林 長(zhǎng)春 130000）

0 引言

拉結(jié)件是決定保溫墻板結(jié)構(gòu)安全性、保溫性、耐久性、防火性、防水性的重要構(gòu)件[1-2]。

國(guó)內(nèi)學(xué)者已對(duì)不同拉結(jié)件進(jìn)行了大量研究，薛偉辰等[3]對(duì)預(yù)制混凝土夾心保溫外掛墻體桁架式不銹鋼連接件拉拔與抗剪性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：連接件的抗拔破壞形態(tài)為腹桿拉斷或錨固端焊點(diǎn)脫開，連接件抗剪破壞形態(tài)為受壓腹桿屈服，受拉腹桿拉斷；鄭旭等[4]對(duì)夾心保溫外墻用板型不銹鋼拉結(jié)件抗剪承載力進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)：板型不銹鋼拉結(jié)件尺寸相同時(shí)，抗剪承載力隨著厚度的增加而增大，同厚度、同高度的拉結(jié)件抗剪承載力隨長(zhǎng)度的增大而增大。綜上，可知國(guó)內(nèi)拉結(jié)件多采用不銹鋼，雖能提高抗剪承載力，但耐腐蝕性較差，易形成冷橋或熱橋且制作成本高。此外，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于拉結(jié)件的抗剪承載力研究大多為棒型或者板型拉結(jié)件，較少考慮拉結(jié)件布置方式等因素對(duì)于其抗剪承載力的影響。本文采用玻璃纖維套筒拉結(jié)件，研究不同埋置深度對(duì)熱阻斷拉結(jié)件抗剪性能影響，分別設(shè)計(jì)3組埋深為25 mm，35 mm，40 mm的試件進(jìn)行抗剪試驗(yàn)，研究其在剪力作用下的極限抗剪承載力和變形能力，為實(shí)際工程應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用LC30全輕混凝土和玻璃纖維套筒拉結(jié)件，如圖1所示。其由玻璃纖維套筒和鋼筋絎架拼裝而成，具有強(qiáng)度高、導(dǎo)熱率低及耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 玻璃纖維套筒拉結(jié)件

為防止偏心，抗剪試驗(yàn)采用雙剪試驗(yàn)進(jìn)行，根據(jù)埋置深度不同設(shè)計(jì)3個(gè)不同工況的構(gòu)件，具體參數(shù)見表1。3種拉結(jié)件除埋置深度不同以外其余均相同，以FKJ1拉結(jié)件設(shè)計(jì)圖為例，如圖2所示。將拉結(jié)件置于輕骨料混凝土中組成單元板，單元板試件設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表1 試件參數(shù)

表2 單元板設(shè)計(jì)參數(shù)mm

圖2 FKJ1試件設(shè)計(jì)圖（mm）

鋼筋采用HRB400級(jí)6 mm鋼筋，間距為140 mm。拉結(jié)件和鋼筋網(wǎng)布置如圖3所示。

圖3 拉結(jié)件、鋼筋網(wǎng)布置圖和1-1，2-2截面圖（mm）

2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用500 kN電液伺服加載系統(tǒng)，避免在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)偏心，千斤頂軸線應(yīng)與試件中心線在同一直線；試件頂部中間與千斤頂之間放置鋼板和鋼墊塊，使試件頂部中間混凝土受力均勻；試件兩側(cè)外面混凝土各布置1個(gè)方墊塊。試驗(yàn)中需測(cè)量中間混凝土板的豎向位移及支座的沉降與變形，因此需在中間混凝土層上下兩端布置位移計(jì)1，2，并在底部方墊塊上布置位移計(jì)3，4。布置位置如圖4所示。為測(cè)量拉結(jié)件的應(yīng)變規(guī)律，在1號(hào)拉結(jié)件內(nèi)側(cè)布置3個(gè)應(yīng)變片，如圖5所示。

圖4 雙剪試驗(yàn)加載及位移計(jì)布置示意圖

圖5 拉結(jié)件應(yīng)變片布置

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 破壞形態(tài)

3組試件破壞形態(tài)如圖6所示，F(xiàn)KJ3內(nèi)葉板外表面破壞形態(tài)如圖7所示。

圖6 FKJ1，F(xiàn)KJ2和FKJ3的破壞形態(tài)

圖7 FKJ3內(nèi)葉板外表面破壞形態(tài)

試件FKJ1內(nèi)葉板向外傾斜，內(nèi)葉板外表面拉結(jié)件拐點(diǎn)處產(chǎn)生一條橫向裂縫，最大裂縫寬度為2.54 mm，同時(shí)又衍生出若干條小裂縫，寬1.27 mm，向支座方向延伸，破壞主要為中間拐點(diǎn)發(fā)生輕微破壞，頂部拉桿被拉脫；FKJ2內(nèi)葉向外傾斜，在內(nèi)葉板外表面拉結(jié)件拐點(diǎn)處形成貫穿的橫向裂縫，最大裂縫寬度為1.5 mm，其中兩拉結(jié)件頂點(diǎn)混凝土被完全拔出；FKJ3內(nèi)葉板明顯向外傾斜，內(nèi)葉板外表面拉結(jié)件拐點(diǎn)處產(chǎn)生3條橫向裂縫，部分拉結(jié)件頂點(diǎn)及底部節(jié)點(diǎn)被拉脫。3組試件破壞時(shí)的拉結(jié)件破壞形態(tài)相差較小，破壞主要由混凝土控制，拉結(jié)件的3個(gè)桿受剪變形后混凝土受到的力主要是拉結(jié)件對(duì)其拉力，當(dāng)拉結(jié)件的拉力＞混凝土受拉破壞時(shí)的極限承載力時(shí)，混凝土破壞時(shí)的極限承載力與埋置深度有關(guān)。

3.2 荷載-位移曲線

試件FKJ1，F(xiàn)KJ2和FKJ3的荷載-位移曲線如圖8所示。

荷載-位移曲線位移方向?yàn)橹虚g葉板與兩外側(cè)葉板豎向相對(duì)位移，由圖8可見:在試驗(yàn)加載初期及荷載為0～60 kN時(shí)為彈性階段，此時(shí)荷載-位移曲線成線性上升趨勢(shì)。隨著荷載增加，保溫板與內(nèi)外葉板之間開始出現(xiàn)脫離，加載過程中有明顯的摩擦聲，此時(shí)試件無(wú)明顯破壞，荷載-位移曲線開始以曲線形式增長(zhǎng)[5]，繼續(xù)增加荷載，破壞聲音明顯增強(qiáng)，由于拉結(jié)件較強(qiáng)的拉結(jié)作用，構(gòu)件可以繼續(xù)承載。繼續(xù)加載，試件FKJ1，F(xiàn)KJ2，F(xiàn)KJ3分別于荷載加至83 kN，150 kN，140 kN時(shí)發(fā)生破壞。

圖8 荷載—位移曲線

埋深35 mm的拉結(jié)件極限抗剪承載能力最大，為150 kN,埋深40 mm和25 mm分別為140 kN，83 kN，埋深為35 mm的拉結(jié)件抗剪能力是25 mm時(shí)的1.81倍，但埋深為40 mm的拉結(jié)件抗剪能力卻不及35 mm時(shí)的拉結(jié)件，說明拉結(jié)件埋深增加＜5 mm時(shí)，試件抗剪承載能力易受制作誤差影響。

3.3 荷載-應(yīng)變曲

分析拉結(jié)件在不同位置和不同荷載下的應(yīng)變規(guī)律，選取具有代表性的FKJ2試件進(jìn)行分析，繪制荷載-應(yīng)變曲線，如圖9所示。

測(cè)點(diǎn)1-1產(chǎn)生正應(yīng)變，主要受到拉力作用，在荷載0～80 kN為彈性階段，80 kN～160 kN應(yīng)變?cè)黾幼兛?，鋼筋變形逐漸增大；測(cè)點(diǎn)1-2主要受到壓力作用，隨著荷載的增加壓應(yīng)變呈線性增加，在達(dá)到極限荷載附近由于壓桿鋼筋失穩(wěn)彎曲導(dǎo)致應(yīng)變?cè)黾虞^快；測(cè)點(diǎn)1-3在荷載0～40 kN產(chǎn)生拉應(yīng)變，開始第三段拉桿變形較小，測(cè)點(diǎn)1-3位于內(nèi)側(cè)，此時(shí)主要受拉，隨著拉結(jié)件變形增大第三段拉桿向內(nèi)側(cè)彎曲，拉桿內(nèi)側(cè)受壓逐漸增大，因此40 kN～120 kN測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生壓應(yīng)變且壓應(yīng)變持續(xù)增加直至失效；由圖9可知鋼筋未產(chǎn)生屈服應(yīng)變。

圖9 荷載—應(yīng)變曲線

4 結(jié)論

1）3組試件內(nèi)葉板均向外傾斜且在內(nèi)葉板外表面拉結(jié)件拐點(diǎn)處均有明顯的橫向貫穿裂縫，裂縫寬度隨著埋深增加而減小。

2）拉結(jié)件埋深對(duì)拉結(jié)件的抗剪承載力影響較大，埋深為35 mm時(shí)拉結(jié)件極限抗剪承載力最大，達(dá)到150 kN，分別是埋置深度40 mm和25 mm的1.07倍和1.81倍。

3）起初，第三段拉桿在荷載0～40 kN作用下變形較小，拉結(jié)件兩端受到拉力作用，測(cè)點(diǎn)1-3產(chǎn)生拉應(yīng)變，隨著荷載持續(xù)增加拉結(jié)件變形增大，第三段拉桿向內(nèi)側(cè)彎曲，拉桿內(nèi)側(cè)受壓逐漸增大。