蒸壓加氣混凝土板連接件性能試驗研究

蒸壓加氣混凝土板連接件性能試驗研究

1墻板與鋼框架連接構件的連接機理蒸壓混凝土板（alc）作為一種新型的建筑維護材料得到了廣泛應用。它具有輕質、保溫隔熱、施工快捷方便等特點,很適合用作鋼筋混凝土框架和鋼框架的墻體材料,目前已越來越多地應用于多層、高層建筑結構和工業(yè)廠房。蒸壓加氣混凝土板用作墻體材料時,通常使用一些金屬連接構件將其與主框架相連接。但我國對蒸壓加氣混凝土墻板與主框架結構連接構件性能的專項研究很少,一般依靠工程經驗或國外的數(shù)據。為了正確評價各種連接構件的性能及可靠性,分析其性能的影響因素,獲得各種不同連接形式的節(jié)點強度,為工程應用設計提供有益參考,很有必要對各種連接構件的性能進行試驗研究。2連接組件的性能工程中常用的連接構件有鉤頭螺栓(用GT表示)、直角鋼件(ZJ)、鋼管錨(GG)、斜柄連接件(XB),見圖1~4。3試驗介紹3.1蒸壓加壓混凝土板厚本次試驗共進行了4種連接件的使用性能研究,并采用了不同尺寸的蒸壓加氣混凝土板材,分別為1590×600×100(mm)、1590×600×125(mm)、1590×600×150(mm)、1590×600×175(mm)、1590×600×200(mm)、1590×600×250(mm),共38塊板,以考慮不同板厚情況下連接構件的節(jié)點性能。蒸壓加氣混凝土板材的密度為850kg/m3,強度等級A3.5。配筋情況:板的頂部和底部配有縱向鋼筋和橫向鋼筋,端頭處有豎向拉接鋼筋,且此處橫向鋼筋加密。3.2試驗加載和數(shù)據采集加氣混凝土墻板在試驗時水平放置,板的一端平放在試驗裝置的角鋼上,另一端則由連接件連接在試驗裝置另一端的角鋼上。為了模擬板所承受的均布荷載,設計在板凈跨的四分點處施加豎向荷載,該豎向荷載通過分配梁作用于板上。試驗采用油壓千斤頂經過拉壓力傳感器連續(xù)加載,加載速率為0.05kN/S~0.1kN/S。試驗開始時以加載裝置的自重為第一級荷載,然后再加載到試件破壞。試驗共使用3個YHD-50型位移傳感器以測量荷載作用下的節(jié)點和板的撓度,分別沿板面中心線布置在支座處和中點處,其中支座處的傳感器布置在板上表面,中點處的則布置在板的下表面。荷載和撓度的數(shù)據采集用DH3815靜態(tài)應變測量系統(tǒng)采集并用計算機存儲,采樣頻率為1Hz。墻板連接節(jié)點的試驗裝置及測點位置見圖5。4試驗結果與分析4.1鉤頭螺釘連接部位gt4.1.1節(jié)點破壞現(xiàn)象對于200mm厚的蒸壓加氣混凝土板材,隨著荷載的增加,鉤頭螺栓節(jié)點處的板端撓度慢慢增加,并首先在此端上表面出現(xiàn)裂縫,螺栓被緩慢拔出一段。荷載繼續(xù)增加,連接節(jié)點端撓度隨之增大,裂縫發(fā)展,大塊的加氣混凝土受壓而破碎,剝落,螺栓進一步被拔出。最終鉤頭螺栓一端撓度猛然變大,端頭下沉,螺栓被拔出5cm左右,節(jié)點區(qū)域加氣混凝土破碎嚴重,沿著一個近似于圓錐面被拔出,節(jié)點破壞。見圖6。對于150mm厚的板材,除了上述現(xiàn)象外,加載期間在1/4跨處出現(xiàn)斜裂縫,當節(jié)點最終破壞時斜裂縫幾乎貫穿通高。但導致連接節(jié)點喪失承載力的仍然是節(jié)點區(qū)域的受壓破壞,此處剪切破壞影響的是板的承載力。見圖7。4.1.2試驗結果的數(shù)據表14.1.3板厚對抗剪性能的影響(1)由試驗結果數(shù)據可知,鉤頭螺栓連接節(jié)點極限承載力隨著板厚的增加而增加。這是因為,不同板厚使用的螺栓型號不同。板厚增加,則插入的螺栓長度增加,相應受壓的加氣混凝土厚度增加,承載力提高。(2)150mm的板出現(xiàn)斜裂縫,是因為板厚較小,則板剪跨比較大,抗剪承載力降低,易再出現(xiàn)剪切斜裂縫。此時的斜裂縫出現(xiàn)在1/4跨處,不是節(jié)點區(qū)域。4.2直角鋼件zj4.2.1角鋼面垂直的板片破壞特點當荷載較小時,蒸壓加氣混凝土板材兩端均無明顯的變形。荷載增加后,直角鋼件處的板端出現(xiàn)明顯撓度,并逐漸沿空心釘孔出現(xiàn)裂縫,或是釘孔發(fā)生擠壓變形。節(jié)點破壞時,鋼件與角鋼焊接處發(fā)生破壞(原先鋼件與角鋼面垂直,破壞后呈斜角,不再保持直角),板端頭下降很多。此外,不同厚度的板,還有不同的破壞特點。250mm厚的蒸壓加氣混凝土板材:節(jié)點破壞時空心釘彎曲很大,釘孔處的加氣混凝土受擠壓,孔顯著擴大,但未出現(xiàn)明顯的斜裂縫。最終的破壞是由于空心釘沿擴大的釘孔滑移過多所致。見圖8。150mm厚的蒸壓加氣混凝土板材:節(jié)點破壞時空心釘彎曲很大,一般在第一式第二個釘孔處出現(xiàn)斜裂縫,端頭兩側均有加氣混凝土沿裂縫方向剝離,屬于剪切破壞。100mm厚的蒸壓加氣混凝土板材:節(jié)點破壞時空心釘彎曲很大,一般在第二式或第三個釘孔處出現(xiàn)斜裂縫,端頭兩側均有加氣混凝土沿裂縫方向剝離,屬于剪切破壞。見圖9。4.2.2試驗結果的數(shù)據表24.2.3節(jié)點內部節(jié)點強度(1)直角鋼件節(jié)點的極限承載力隨著蒸壓加氣混凝土板材厚度的增加而變大,這是因為板厚不同,破壞形式也不同。100mm厚和150mm厚的板是產生斜裂縫穿過釘孔,加氣混凝土沿著斜裂縫被剝離破壞,屬于剪切破壞,且板越薄,斜裂縫數(shù)量越多。而250mm厚的板是釘孔處加氣混凝土受擠壓而變形破壞。后者的承載力大于前者。(2)端頭配筋狀況對節(jié)點承載力有影響。板兩側邊緣處的縱向鋼筋可以阻止空心釘滑移,產生約束作用。如果此處縱向鋼筋保護層過厚,致使空心釘和鋼筋接觸部分太短,則約束作用不明顯。同樣,縱向鋼筋必須和橫向鋼筋焊接良好,在端頭處構成牢固的鋼筋網,以形成有效約束,見圖10。4.3連接管道連接bb4.3.1鋼管錨連接件兩端破壞當荷載較小時,蒸壓加氣混凝土板材兩端均無明顯的變形。在加載一段時間后,S板(連接直型螺栓和角鋼的一塊鋼板,呈S形彎曲,見圖3)彎曲,鋼管錨連接件一端撓度發(fā)展,可知里面的鋼管已有彎曲。板側面出現(xiàn)斜向裂縫。增加荷載,則S板繼續(xù)彎曲,裂縫發(fā)展。最終破壞時,鋼管錨端頭猛然下降。S板和螺栓均有很大彎曲,斜裂縫延伸很長,有時會穿過鋼管孔,見圖11、圖12。也有一些蒸壓加氣混凝土板材,最終破壞時端頭處大塊加氣混凝土被沿著一個近似的圓錐面拔出,此時鋼管有很大彎曲,端頭處的縱橫鋼筋焊接處受拉破壞,未出現(xiàn)明顯的斜向裂縫。見圖13、圖14。4.3.2試驗結果的數(shù)據表34.3.3圓錐體進出破壞(1)由試驗可知,鋼管插入位置在蒸壓加氣混凝土板材厚度范圍內偏向下時,則一般發(fā)生如圖11、圖12所示的板破壞,端頭處加氣混凝土沿斜裂縫被整體剝離。而插入位置偏向上頂面時,則一般發(fā)生如圖13所示的圓錐體拔出破壞。(2)由試驗數(shù)據可知,鋼管錨連接節(jié)點極限承載力隨著蒸壓加氣混凝土板材板厚的增加而增加。(3)由圖14可知,鋼管的抗彎剛度以及端頭處蒸壓加氣混凝土板材配筋質量影響著鋼管錨節(jié)點的極限承載力。若鋼管的抗彎剛度較大,則不易發(fā)生向上的彎曲,端頭處加氣混凝土不易被剝離,節(jié)點承載力提高。若端頭處的縱橫向鋼筋焊接良好,形成牢固的鋼筋網,可對鋼管的彎曲形成約束;反之,若焊接不良,則可能在鋼管彎曲不大時,鋼筋網焊接處就發(fā)生受拉破壞,約束失效,從而在鋼管的承載能力未完全發(fā)揮時節(jié)點就被破壞。4.4傾斜連接xb4.4.1空心釘破壞剪切破壞當荷載逐漸增加,斜柄連接件一端有明顯撓度,第一道斜裂縫產生,并穿過釘孔,接著,產生第二道裂縫穿過另外的釘孔。最后,兩或三道斜裂縫穿過釘孔(短柄多為2道,中長柄多為3道)并延伸,空心釘有很大彎曲,連接件所在端頭兩側有大塊加氣混凝土被剝離,破碎,試件破壞,屬于剪切破壞。見圖15。4.4.2試驗結果的數(shù)據表44.4.3斜柄連接件節(jié)點的極限承載力(1)從200mm厚的蒸壓加氣混凝土板材試驗結果分析可知,同樣厚度的板,短柄連接件比中長柄連接件節(jié)點的極限承載力高,這是因為使用中長柄連接件的墻板剪跨比較大,抗剪承載力較低,從而容易在薄弱處出現(xiàn)斜裂縫,發(fā)生剪切破壞。注意此時的斜裂縫發(fā)生在節(jié)點區(qū)域。(2)如圖10所示,與直角鋼件連接件一樣,蒸壓加氣混凝土板材邊緣的配筋狀況對節(jié)點承載力有很大影響。(3)斜柄連接件節(jié)點的極限承載力同樣隨著蒸壓加氣混凝土板材厚度的增加而增加。這是因為,板厚增加,剪跨比變小,抗剪承載力增加。5蒸壓加壓混凝土板厚蒸壓加氣混凝土板材各種不同連接構件的節(jié)點破壞形式各有差異,除以上所述外,還可得到以下結論:(1)鉤頭螺栓和鋼管錨連接節(jié)點一般是端頭處加氣混凝土受壓或鋼筋網受拉破壞,而斜柄連接件和直角鋼件一般是產生穿過釘孔的斜裂縫,發(fā)生剪切破壞。但對于較厚的蒸壓加氣混凝土板材,采用直角鋼件連接時,也有可能發(fā)生沿釘孔的擠壓破壞。(2)無論使用哪種連接構件,蒸壓加氣混凝土板材板厚變大,節(jié)點的