不同埋置深度對熱阻斷拉結件抗剪性能影響研究

高 遠，楊艷敏，王秀麗，謝曉娟，李靖諭，袁 琦，鄒毓喆

（1：吉林建筑大學土木工程學院，吉林 長春 130118；2：吉林省建筑科學研究設計院（吉林省建筑工程質量檢測中心），吉林 長春 130000）

0 引言

拉結件是決定保溫墻板結構安全性、保溫性、耐久性、防火性、防水性的重要構件[1-2]。

國內學者已對不同拉結件進行了大量研究，薛偉辰等[3]對預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行試驗研究，結果表明：連接件的抗拔破壞形態為腹桿拉斷或錨固端焊點脫開，連接件抗剪破壞形態為受壓腹桿屈服，受拉腹桿拉斷；鄭旭等[4]對夾心保溫外墻用板型不銹鋼拉結件抗剪承載力進行研究，研究發現：板型不銹鋼拉結件尺寸相同時，抗剪承載力隨著厚度的增加而增大，同厚度、同高度的拉結件抗剪承載力隨長度的增大而增大。綜上，可知國內拉結件多采用不銹鋼，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，國內學者對于拉結件的抗剪承載力研究大多為棒型或者板型拉結件，較少考慮拉結件布置方式等因素對于其抗剪承載力的影響。本文采用玻璃纖維套筒拉結件，研究不同埋置深度對熱阻斷拉結件抗剪性能影響，分別設計3組埋深為25 mm，35 mm，40 mm的試件進行抗剪試驗，研究其在剪力作用下的極限抗剪承載力和變形能力，為實際工程應用提供可靠依據。

1 試驗概況

1.1 試件設計

試驗采用LC30全輕混凝土和玻璃纖維套筒拉結件，如圖1所示。其由玻璃纖維套筒和鋼筋絎架拼裝而成，具有強度高、導熱率低及耐腐蝕性等優點。

圖1 玻璃纖維套筒拉結件

為防止偏心，抗剪試驗采用雙剪試驗進行，根據埋置深度不同設計3個不同工況的構件，具體參數見表1。3種拉結件除埋置深度不同以外其余均相同，以FKJ1拉結件設計圖為例，如圖2所示。將拉結件置于輕骨料混凝土中組成單元板，單元板試件設計參數見表2。

表1 試件參數

表2 單元板設計參數mm

圖2 FKJ1試件設計圖（mm）

鋼筋采用HRB400級6 mm鋼筋，間距為140 mm。拉結件和鋼筋網布置如圖3所示。

圖3 拉結件、鋼筋網布置圖和1-1，2-2截面圖（mm）

2 試驗方案

試驗采用500 kN電液伺服加載系統，避免在試驗過程中出現偏心，千斤頂軸線應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；試件兩側外面混凝土各布置1個方墊塊。試驗中需測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1，2，并在底部方墊塊上布置位移計3，4。布置位置如圖4所示。為測量拉結件的應變規律，在1號拉結件內側布置3個應變片，如圖5所示。

圖4 雙剪試驗加載及位移計布置示意圖

圖5 拉結件應變片布置

3 試驗結果分析

3.1 破壞形態

3組試件破壞形態如圖6所示，FKJ3內葉板外表面破壞形態如圖7所示。

圖6 FKJ1，FKJ2和FKJ3的破壞形態

圖7 FKJ3內葉板外表面破壞形態

試件FKJ1內葉板向外傾斜，內葉板外表面拉結件拐點處產生一條橫向裂縫，最大裂縫寬度為2.54 mm，同時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發生輕微破壞，頂部拉桿被拉脫；FKJ2內葉向外傾斜，在內葉板外表面拉結件拐點處形成貫穿的橫向裂縫，最大裂縫寬度為1.5 mm，其中兩拉結件頂點混凝土被完全拔出；FKJ3內葉板明顯向外傾斜，內葉板外表面拉結件拐點處產生3條橫向裂縫，部分拉結件頂點及底部節點被拉脫。3組試件破壞時的拉結件破壞形態相差較小，破壞主要由混凝土控制，拉結件的3個桿受剪變形后混凝土受到的力主要是拉結件對其拉力，當拉結件的拉力＞混凝土受拉破壞時的極限承載力時，混凝土破壞時的極限承載力與埋置深度有關。

3.2 荷載-位移曲線

試件FKJ1，FKJ2和FKJ3的荷載-位移曲線如圖8所示。

荷載-位移曲線位移方向為中間葉板與兩外側葉板豎向相對位移，由圖8可見:在試驗加載初期及荷載為0～60 kN時為彈性階段，此時荷載-位移曲線成線性上升趨勢。隨著荷載增加，保溫板與內外葉板之間開始出現脫離，加載過程中有明顯的摩擦聲，此時試件無明顯破壞，荷載-位移曲線開始以曲線形式增長[5]，繼續增加荷載，破壞聲音明顯增強，由于拉結件較強的拉結作用，構件可以繼續承載。繼續加載，試件FKJ1，FKJ2，FKJ3分別于荷載加至83 kN，150 kN，140 kN時發生破壞。

圖8 荷載—位移曲線

埋深35 mm的拉結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的拉結件抗剪能力是25 mm時的1.81倍，但埋深為40 mm的拉結件抗剪能力卻不及35 mm時的拉結件，說明拉結件埋深增加＜5 mm時，試件抗剪承載能力易受制作誤差影響。

3.3 荷載-應變曲

分析拉結件在不同位置和不同荷載下的應變規律，選取具有代表性的FKJ2試件進行分析，繪制荷載-應變曲線，如圖9所示。

測點1-1產生正應變，主要受到拉力作用，在荷載0～80 kN為彈性階段，80 kN～160 kN應變增加變快，鋼筋變形逐漸增大；測點1-2主要受到壓力作用，隨著荷載的增加壓應變呈線性增加，在達到極限荷載附近由于壓桿鋼筋失穩彎曲導致應變增加較快；測點1-3在荷載0～40 kN產生拉應變，開始第三段拉桿變形較小，測點1-3位于內側，此時主要受拉，隨著拉結件變形增大第三段拉桿向內側彎曲，拉桿內側受壓逐漸增大，因此40 kN～120 kN測點產生壓應變且壓應變持續增加直至失效；由圖9可知鋼筋未產生屈服應變。

圖9 荷載—應變曲線

4 結論

1）3組試件內葉板均向外傾斜且在內葉板外表面拉結件拐點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）拉結件埋深對拉結件的抗剪承載力影響較大，埋深為35 mm時拉結件極限抗剪承載力最大，達到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，拉結件兩端受到拉力作用，測點1-3產生拉應變，隨著荷載持續增加拉結件變形增大，第三段拉桿向內側彎曲，拉桿內側受壓逐漸增大。