不同埋置深度对热阻断拉结件抗剪性能影响研究

高 远，杨艳敏，王秀丽，谢晓娟，李靖谕，袁 琦，邹毓喆

（1：吉林建筑大学土木工程学院，吉林 长春 130118；2：吉林省建筑科学研究设计院（吉林省建筑工程质量检测中心），吉林 长春 130000）

0 引言

拉结件是决定保温墙板结构安全性、保温性、耐久性、防火性、防水性的重要构件[1-2]。

国内学者已对不同拉结件进行了大量研究，薛伟辰等[3]对预制混凝土夹心保温外挂墙体桁架式不锈钢连接件拉拔与抗剪性能进行试验研究，结果表明：连接件的抗拔破坏形态为腹杆拉断或锚固端焊点脱开，连接件抗剪破坏形态为受压腹杆屈服，受拉腹杆拉断；郑旭等[4]对夹心保温外墙用板型不锈钢拉结件抗剪承载力进行研究，研究发现：板型不锈钢拉结件尺寸相同时，抗剪承载力随着厚度的增加而增大，同厚度、同高度的拉结件抗剪承载力随长度的增大而增大。综上，可知国内拉结件多采用不锈钢，虽能提高抗剪承载力，但耐腐蚀性较差，易形成冷桥或热桥且制作成本高。此外，国内学者对于拉结件的抗剪承载力研究大多为棒型或者板型拉结件，较少考虑拉结件布置方式等因素对于其抗剪承载力的影响。本文采用玻璃纤维套筒拉结件，研究不同埋置深度对热阻断拉结件抗剪性能影响，分别设计3组埋深为25 mm，35 mm，40 mm的试件进行抗剪试验，研究其在剪力作用下的极限抗剪承载力和变形能力，为实际工程应用提供可靠依据。

1 试验概况

1.1 试件设计

试验采用LC30全轻混凝土和玻璃纤维套筒拉结件，如图1所示。其由玻璃纤维套筒和钢筋绗架拼装而成，具有强度高、导热率低及耐腐蚀性等优点。

图1 玻璃纤维套筒拉结件

为防止偏心，抗剪试验采用双剪试验进行，根据埋置深度不同设计3个不同工况的构件，具体参数见表1。3种拉结件除埋置深度不同以外其余均相同，以FKJ1拉结件设计图为例，如图2所示。将拉结件置于轻骨料混凝土中组成单元板，单元板试件设计参数见表2。

表1 试件参数

表2 单元板设计参数mm

图2 FKJ1试件设计图（mm）

钢筋采用HRB400级6 mm钢筋，间距为140 mm。拉结件和钢筋网布置如图3所示。

图3 拉结件、钢筋网布置图和1-1，2-2截面图（mm）

2 试验方案

试验采用500 kN电液伺服加载系统，避免在试验过程中出现偏心，千斤顶轴线应与试件中心线在同一直线；试件顶部中间与千斤顶之间放置钢板和钢垫块，使试件顶部中间混凝土受力均匀；试件两侧外面混凝土各布置1个方垫块。试验中需测量中间混凝土板的竖向位移及支座的沉降与变形，因此需在中间混凝土层上下两端布置位移计1，2，并在底部方垫块上布置位移计3，4。布置位置如图4所示。为测量拉结件的应变规律，在1号拉结件内侧布置3个应变片，如图5所示。

图4 双剪试验加载及位移计布置示意图

图5 拉结件应变片布置

3 试验结果分析

3.1 破坏形态

3组试件破坏形态如图6所示，FKJ3内叶板外表面破坏形态如图7所示。

图6 FKJ1，FKJ2和FKJ3的破坏形态

图7 FKJ3内叶板外表面破坏形态

试件FKJ1内叶板向外倾斜，内叶板外表面拉结件拐点处产生一条横向裂缝，最大裂缝宽度为2.54 mm，同时又衍生出若干条小裂缝，宽1.27 mm，向支座方向延伸，破坏主要为中间拐点发生轻微破坏，顶部拉杆被拉脱；FKJ2内叶向外倾斜，在内叶板外表面拉结件拐点处形成贯穿的横向裂缝，最大裂缝宽度为1.5 mm，其中两拉结件顶点混凝土被完全拔出；FKJ3内叶板明显向外倾斜，内叶板外表面拉结件拐点处产生3条横向裂缝，部分拉结件顶点及底部节点被拉脱。3组试件破坏时的拉结件破坏形态相差较小，破坏主要由混凝土控制，拉结件的3个杆受剪变形后混凝土受到的力主要是拉结件对其拉力，当拉结件的拉力＞混凝土受拉破坏时的极限承载力时，混凝土破坏时的极限承载力与埋置深度有关。

3.2 荷载-位移曲线

试件FKJ1，FKJ2和FKJ3的荷载-位移曲线如图8所示。

荷载-位移曲线位移方向为中间叶板与两外侧叶板竖向相对位移，由图8可见:在试验加载初期及荷载为0～60 kN时为弹性阶段，此时荷载-位移曲线成线性上升趋势。随着荷载增加，保温板与内外叶板之间开始出现脱离，加载过程中有明显的摩擦声，此时试件无明显破坏，荷载-位移曲线开始以曲线形式增长[5]，继续增加荷载，破坏声音明显增强，由于拉结件较强的拉结作用，构件可以继续承载。继续加载，试件FKJ1，FKJ2，FKJ3分别于荷载加至83 kN，150 kN，140 kN时发生破坏。

图8 荷载—位移曲线

埋深35 mm的拉结件极限抗剪承载能力最大，为150 kN,埋深40 mm和25 mm分别为140 kN，83 kN，埋深为35 mm的拉结件抗剪能力是25 mm时的1.81倍，但埋深为40 mm的拉结件抗剪能力却不及35 mm时的拉结件，说明拉结件埋深增加＜5 mm时，试件抗剪承载能力易受制作误差影响。

3.3 荷载-应变曲

分析拉结件在不同位置和不同荷载下的应变规律，选取具有代表性的FKJ2试件进行分析，绘制荷载-应变曲线，如图9所示。

测点1-1产生正应变，主要受到拉力作用，在荷载0～80 kN为弹性阶段，80 kN～160 kN应变增加变快，钢筋变形逐渐增大；测点1-2主要受到压力作用，随着荷载的增加压应变呈线性增加，在达到极限荷载附近由于压杆钢筋失稳弯曲导致应变增加较快；测点1-3在荷载0～40 kN产生拉应变，开始第三段拉杆变形较小，测点1-3位于内侧，此时主要受拉，随着拉结件变形增大第三段拉杆向内侧弯曲，拉杆内侧受压逐渐增大，因此40 kN～120 kN测点产生压应变且压应变持续增加直至失效；由图9可知钢筋未产生屈服应变。

图9 荷载—应变曲线

4 结论

1）3组试件内叶板均向外倾斜且在内叶板外表面拉结件拐点处均有明显的横向贯穿裂缝，裂缝宽度随着埋深增加而减小。

2）拉结件埋深对拉结件的抗剪承载力影响较大，埋深为35 mm时拉结件极限抗剪承载力最大，达到150 kN，分别是埋置深度40 mm和25 mm的1.07倍和1.81倍。

3）起初，第三段拉杆在荷载0～40 kN作用下变形较小，拉结件两端受到拉力作用，测点1-3产生拉应变，随着荷载持续增加拉结件变形增大，第三段拉杆向内侧弯曲，拉杆内侧受压逐渐增大。