TRC 輕質復合墻板力學性能分析

周明杰，孟雅，田川，李思學

（1.河北工業大學，天津 300401；2.北京建筑大學，北京 100044）

1 概 述

隨著社會日益進步，鋼結構建筑在我國被廣泛應用。但是,目前制約我國鋼結構住宅建筑發展的主要問題在于,缺乏與鋼結構住宅結構體系相配套的圍護體系研究。作為圍護體系的重要組成部分,鋼結構墻體材料的改革和構造技術研究是至關重要的[1]。TRC(Textile Reinforced Concrete)輕質復合墻板的組成材料主要有三種：纖維網、自密實混凝土和保溫材料，它結合了精細混凝土和纖維編織網增強混凝土各自的優點[2]。其結構韌性大,適用于耗能構件；因其不腐蝕的特性,混凝土保護層厚度可很薄,使建造薄壁輕質的結構成為可能[3，4]。本文對TRC復合墻板的力學性能及工藝性能進行試驗及理論研究，以獲得一種力學和工藝性能更加優良的新型板材。

2 試驗設計

2.1 混凝土配合比確定

為使纖維網與混凝土協同工作，確保混凝土充分滲入纖維內部，減少空穴等缺陷，減小施工難度，要求混凝土具有高流動性、高承載力且不會離析的自密實能力。經過反復調整配合比，最終確定本試驗所用混凝土配合比見表1。

2.2 玻璃纖維編織網力學性能的確定

試驗中采用的是經環氧樹脂浸泡的相互垂直的耐堿玻璃纖維網，其力學性能指標見表2。

2.3 試驗方案

圖1 四點彎曲試驗

圖2 不同保護層厚度荷載-撓度曲線

圖3 不同配網數量荷-載撓度曲線

混凝土配合比 表1

玻璃纖維編織網的力學性能指標 表2

四點彎曲試驗方案 表3

本次試驗主要研究纖維網配網率不同，保護層厚度不同對TRC薄板力學性能和破壞形式的影響，試驗方案見表3。

板的加載方式及斷面形式見圖1。

3 試驗結果分析

3.1 不同保護層厚度的影響

本次試驗為了研究保護層厚度對試件性能的影響，設計了三種保護層厚度（5mm、7mm、10mm），圖2分別展示了不同保護層厚度TRC薄板的荷載-撓度曲線。

從圖2中可看出隨著保護層厚度的增加，試件的極限承載能力有所降低。

3.2 不同配網率的影響

本試驗設計了配置單層網和兩層網的TRC薄板來觀察配網率不同對試件性能的影響，圖3分別展示了不同配網率TRC薄板的荷載-撓度曲線（其中曲線1、6為鋪一層纖維網的薄板，曲線4、5為鋪二層纖維網的薄板）。

從圖3中可以看出，提高配網率能有效地提高TRC的力學承載力。

4 TRC 輕質墻板的有限元分析

4.1 有限元模型的選取

本文是對墻板試件進行模擬，主要考察墻板的抗彎性能。墻板中精細混凝土裂縫的開裂過程，屬于相互作用的微觀機理，故而，TRC精細混凝土和纖維網采用分離式模型，選取單元Solid65+Link8進行ANSYS建模分析。

4.2 TRC 輕質復合墻板的數值結果模擬分析

4.2.1 面板厚度影響分析

本文對面板厚度分別為15mm和20mm、跨度為2000mm、寬度為600mm的輕質復合板材進行抗彎性能分析。研究發現墻板首先在跨中和墻板兩端出現裂縫，隨著荷載的不斷增加，裂縫布滿整個墻板，兩種不同厚度墻板破壞時裂縫分布狀態基本相同。復合墻板隨面板厚度的增加，使得抗彎承載能力提高，但是對于墻板整體的破壞形式基本上沒有影響。

4.2.2 芯材厚度影響分析

本文分別設計芯材厚度為50mm和60mm、跨度為2000mm、寬度為600mm的輕質復合墻板數值模型進行抗彎性能分析。分析結果表明，芯材厚度大的板材開裂撓度越大，隨著荷載的逐級增大，芯材厚度大的墻板提高了板材的承載能力，減少了撓度，但變化量較小。說明芯板厚度的增加能夠提高墻板的承載能力，如果使用結構芯材，則能夠更為明顯地提高復合板的抗彎承載能力，但兩種不同芯材厚度墻板破壞時裂縫分布狀態基本相同。

5 結 論

①本文通過四點彎曲試驗研究了不同保護層厚度、纖維網不同鋪設層數對TRC構件的彎曲性能的影響。試驗結果表明：保護層厚度增大，可提高外圍精細混凝土的劈裂抗力，提高纖維網與精細混凝土的粘結力，但極限承載力隨之降低。提高配網率能有效的提高TRC的力學承載力。

②本文主要針對TRC輕質復合墻板的面材厚度、芯材厚度兩個方面建立了有限元模型，進行了數值模擬分析。根據模擬結果詳細分析了每一種控制因素對墻板的撓度、裂縫開展狀況和對復合板材抗彎承載能力的影響進行了歸納總結。模擬分析表明：復合墻板面板厚度的增加、芯材厚度的增加均使得抗彎承載能力提高。

[1] 何書鋒.復合墻板在鋼結構住宅中的構造技術研究[D].濟南：山東建筑大學,2007.

[2] 尹世平,徐世烺.纖維編織網增強混凝土的拉伸力學模型［J］.復合材料學報,2012(5).

[3] 李赫,徐世烺.纖維編織網增強混凝土薄板力學性能的研究［J］.建筑結構學報,2007（4）.

[4] Curbach M.Proceedings of the 2nd Colloquium on Textile Reinforced Structures(CTRS2)[C].Dresden,Germany：Dresden University of Technology,Collaborative Research Centre528,2003.