2018年6月下 施工技术 第47卷第12期 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 87 DOI: 10. 7672/sgjs2018120087 预制混凝土夹心保温墙体FRP连接件试验方法综述 李亚胡翔顾盛刘婷薛伟辰 （1.同济大学建筑工程系上海200092;2.昆山市建设工程质量检测中心， [摘要]目前工程中常用的预制混凝土夹心保温璃体连接件主要有不锈钢连接件和纤维增强复合材料（FRP)连接件 两类.
其中FRP连接件强度高、导热系数低、耐腐蚀性能和抗火性能较好应用前景广阔.
内力分析表明FRP连接 件在混凝土板中拔出和剪切承载力是影响瑶体安全的关键因素.
此外FRP连接件在混凝土碱环境中的耐久性以及 配FRP连接件的预制夹心保温墙体的抗火性能也是影响墙体全生命安全的关键因素.
系统总结了当前常用的FRP 连接件力学性能-耐久性能以及抗火性能试验方法对其优缺点进行了对比与分析并提出了相应的选用建议.
[关键词]预制混凝土：夹心保温墙体：FRP连接件；承载力：耐久性；抗火性能：试验 [中图分类号]TU55*1;TU317.1 [文献标识码]A[文章编号]1002-8498（2018}12-0087-05 Review of Testing Methods for FRP Connectors inPrecast ConcreteSandwichInsulationWallPanels LI Ya' HU Xiang’ GU Sheng” LIU Ting′ XUE Weichen ( 1. Department of Stractural Enginering Fongi Uinisersity Shanghai 200092 hina; 2. Kunshan Constraet Enginering Quality Testing Center Kunshan Jiangsa 215337 China; 3. Sehoof of Constrnaction Eomics and Management Shanghai Uirban Constraction Vocational College Shanghi 200438 China) Abstraet: Currently mon connectors in precast concrete sandwich insulation wall ( PCSWs) are divided into stainless steel connectors and fiber reinforced polymer ( FRP) connectors. FRP connector has a wide prospect of application due to high strength superior themal effcieney excellent durability and good fire resistance. Mechanical analysis indicates that FRP connector mainly resists tension load and shear load. Therefore pullout capacity and shear capacity of FRP mector have great impact on safety of PCSIWs. In addition durability of FRP connector in concrete ( alkaline environment) and fire resistance of PCSIW with FRP connectors also show effect on safety of PCSIWs during whole life cycle. This paper provides a detailed description and contrastive analysis of mon testing method to evaluate mechanical properties durability and fire resistance of FRP connector. Furthermore selection of these testing methods is proposed. Key words: precast concrele; sandwich insulation wall panels; FRP connectors bearing capacity: durability; fire resistance; testing 0引言 降低了建筑的全生命周期成本.
预制混凝土夹心保温墙体由内外叶预制混凝 连接件是预制混凝土夹心保温墙体中的关键 土板、保温层、穿过保温层连接内外叶板的连接件部件其物理力学性能将对墙体安全产生重大影 组成是一种集承重、保温、装饰于一体的新型保响.
目前工程中常用的连接件有纤维增强复合材 温外墙体系-在该墙体中，保温层被置于两层预制料（FRP)连接件和不锈钢连接件2类.
与不锈钢连 混凝土板之间从而显著改善了保温体系的耐久性接件相比FRP连接件具有较高的比强度和优越的 和抗火性能，实现了保温体系与主体结构同寿命，隔热性能其导热系数约为不锈钢的1/3.20世纪 80年代开始，FRP连接件被应用于预制夹心保温 中央高校基本科研业务费项目（0200219151） [作者简介]李亚博士研究生E-mil：14_liya tonji-edn.cn 墙体中其对避免保温墙体连接部位冷热桥具有 [通讯作者]胡開工程师 E-mil: hu_xiang tongj lu. cn [收稿日期]2018-405-15 显著效果.
工程实际中预制混凝土夹心保温墙体承受自
88 施工技术 第47卷 重、风荷载、地震荷载等在连接件中产生轴向力和 Strength of Anchors in Conerete and Masonry 切向力、研究表明，连接件的拔出和剪切承载力是 Elements3中针对混凝土结构构件和砌体结构构 影响墙体力学性能的关键性能-预制夹心保温墙 件中的锚固件提出了一种拔出试验方法（见图2）.
体中的FRP连接件处于混凝土环境，而混凝土环境 此方法中锚固件的一侧锚固于构件中，另一侧与 属于强碱环境pH值可达12.0-13.5FRP连接件 拉伸装置连接通过穿心式千斤顶拉伸错固件.
在碱环境下的耐久性对其在结构全生命周期内的 连接数据采泉系线 使用安全有很大影响-此外，FRP属于有机材料， 荷收特7 医力表 压至 连接数据采集系核 其抗火性能弱于无机材料，在火灾和高温下，FRP 材料发生劣化，力学性能下降墙体抗火安全性将 穿心式千斤项 拉件装置- 受到影响 钢夹具- 因此，为推广FRP连接件在实际工程中的应 定斜板- 一位移特感器 用有必要测试其拔出承载力、剪切承载力、耐久性 受测件 反力架 能和抗火性能.
本文归纳整理了目前研究和应用 结构构件 中常用的FRP连接件拔出承载力、剪切承载力、碱 环境下耐久性能及抗火性能测试方法，对每种方法 图2ASTME488-96中锚固件拔出试验 的优缺点进行了对比总结，并对其应用前景提出 Fig.2 Pull-out test on anchor specified 建议- in ASTM E488-96 1拔出承载力试验方法 FRP连接件的单侧锚固拔出试验方法参考了 1.1双侧锚固拔出试验方法 上述试验方法其中的关键为FRP连接件如何与拉 双侧锚固拔出试验中试件由混凝土板、FRP连 伸装置相连.
一般认为，可采用强度远高于预制夹 接件、夹持钢筋和锚固钢筋组成（见图1）为防止混 心保温墙体内外叶板混凝土的材料浇筑夹持端，再 凝土板过早劈裂，可在其中配置防劈裂钢筋.
混凝 将夹持端置于拉伸装置中，保证试验中FRP连接件 土板长、宽尺寸可取FRP连接件间距，防劈裂钢筋 不与拉伸装置脱离.
不应配置于FRP连接件锚固长度内：试验中拉伸 单侧锚固拔出试验中试件由混凝土板、FRP连 夹持钢筋直至FRP连接件锚固失效或被拉断- 接件、夹持端组成（见图3）.
混凝土板长、宽尺寸可 F 夹持钢脑 取FRP连接件间距.
夹持端一般采用高强灌浆料 销圆钢筋湿凝土板 或环氧树脂浇筑而成，当有可靠依据时，也可采用 FRP连接件 其他材料.
试验中将夹持端置于钢框架和钢棒组 成的夹具中拉伸钢棒，直至FRP连接件锚固失效 或被拉断在此过程中夹持端不应发生破坏.
与保温层等厚度的空腔 防势受钢筋 钢棒 钢框架 FRP连接件固定支座 夹持墙 图1连接件双侧锚固拔出试验 2 Fig. 1 Pull-out test on connector 湿凝土板 anchored in concrete at both ends 此方法试件浇筑较简单，试验时只需采用万能 图3连接件单侧错固拔出试验 试验机拉伸两侧夹持钢筋操作简便：但应特别注 Fig 3 Pull-out test on connector anchored 意两侧夹持钢筋和FRP连接件的对中，否则试验中 in concrete at one end FRP连接件可能受到剪力和扭矩影响试验结果的 准确性.
此外，防劈裂钢筋的影响范围难以确定， 此方法中混凝土板所用混凝土为素混凝土消 可能会对FRP连接件拔出承载力有一定的提高 除了钢筋对FRP连接件拔出承载力的增强作用结 作用.
构设计中采用此结果安全性更高.
1.2单侧锚固拔出试验方法 2剪切承载力试验方法 ASTM E488-96 {Standard Test Methods for 2.1双侧剪切试验方法
2018 No. 12 李亚等：预制混凝土夹心保温墙体FRP连接件试验方法综述 89 FRP连接件的双侧剪切试验方法参考了 reinforced Composite Connectors Anchored in EN1994-2004 Eurocode 4: Design of Composite Concrete》（中采用此方法测试FRP连接件剪切承 Steel And Concrete Structures -Part 1: General Rules 载力-为实现拉杆与连接件的有效连接采用环氧 and Rules forBuildings》中组合梁抗剪连接件的推 树脂在将连接件自由端固定至1个海姆连接，再将 出试验（见图4）.
试件由3层混凝土板和连接件组 拉杆与海姆连接相连（见图7）.
试验中拉伸拉杆， 成（见图5）两侧混凝土板厚度取预制混凝土夹心 直至连接件发生剪切破坏或锚固失效 保温剪力墙外叶板厚度（一般为60mm）中间混凝 连接数据采集系统 剪切板 土板一般取两侧混凝土板厚度的2倍（当连接件两 侧锚固长度不同时，可取内叶板厚度的2倍）.
为 避免扭转每个试件建议使用8个连接件.
可按实 位移代感器 际工程配筋情况在混凝土板中配置钢筋，避免发生 核肌板 款传感器 混凝土劈裂破坏.
试验时，建议去除保温材料，保 受洲错固件 反力架 证测试结果的通用性.
试验中对中间混凝土板施 加推出荷载，直至试件破坏（连接件拔出或发生剪 继构构件 清旅量升 切破坏）或混凝土板间滑移达到规定值.
P 图6ASTME488-96中锚固件剪切试验 Fig. 6 Shearing test on the anchor specified in ASTM E488-96 海姆连接 50260150 图4组合梁抗剪连接件剪切试验 Fig. 4 Shearing test on shearing connectors used in posite beams 图7AC320-2006中连接件单侧剪切试验 与保温层网 Fig. 7 Shearing test on one side for the FL厚度的空腔 connector specified in AC320-2006 混凝土板 连接件 上述试验方法中剪切面紧贴混凝土板连接件 只受剪力而实际工程中由于保温层的存在，连接 件实际承受弯剪复合作用，为考虑保温层厚度对 固定支座 连接件剪切承载力的影响，可采用含保温层的试件 侧视图 进行单侧剪切试验（见图8）[$）.
试件由2层混凝 图5连接件双侧剪切试验 土板和连接件组成，试件构造参照工程原型，试验 Fig. 5 Shearing test on both sides for connectors 时将试件水平放置，固定下层预制混凝土板，对上 层混凝土板施加推力，直至试件破坏（连接件拔出 此方法基本模拟了实际工程中预制混凝土夹 或发生剪切破坏）或混凝土板间滑移达到规定值.
心保温墙体中连接件的剪切受力模式，可考虑保温 单侧剪切试验方法中试件构造相对简单，但无 层厚度影响是目前相关研究和应用中最常用的剪 法消除偏心影响，试验结果存在误差.
切试验方法.
3碱环境下耐久性能试验方法 2.2单侧剪切试验方法 3.1高温加速老化试验方法 ASTME488-96中锚固件剪切承载力测试方 ACI440. 3R-2012 6Guide Test Methods for Fiber 法为单侧剪切，即锚固件一侧预埋于混凝土中，另 一侧穿过剪切板通过拉伸与剪切板相连的拉杆对 Reinforced Polymer ( FRP) Composites for Reinforcing or Strengthening Concrele and Masonry Structures3[8] 锚固件施加剪力（见图6）.
国际评估机构ICC-ES 发布的 AC320-2006 《Acceptance Criteria for Fiber- 中规定了FRP材料的碱环境下耐久性试验方法.
90 施工技术 第47卷 试件钢管连接件千斤顶 4抗火试验方法 预制混凝土夹心保温墙体受火时FRP连接件 不直接接触火焰其力学性能下降规律受混凝土保 护层厚度影响很大.
因此，连接件抗火性能通过墙 a形式1 试件 连接件钢管千斤顶 体的耐火试验测试.
墙体耐火试验按照GB/T9978.1-2008《建筑 构件耐火试验方法第1部分：通用要求》（、GB/ T9978.4-2008建筑构件耐火试验方法第4部分： b形式2 承重垂直分隔构件的特殊要求》[和GB/ T9978.8-2008《建筑构件耐火试验方法第8部分： 图8考虑保温层影响的连接件 非承重垂直分隔构件的特殊要求》进行，试验如 单侧剪切试验 Fig. 8 Shearing test on one side for the 图9所示.
试件材料性能及连接件布置根据工程原 connectors considering influence 型确定，试件尺寸应符合试验炉口的安装条件.
of insulation layer 试验时墙体单面受火，试验炉炉温控制采用炉内空 气平均温度并按ISO834标准升温曲线进行升温控 此方法为加速老化试验，将试样置于Ca（OH）：， 制其升温曲线方程如下： KOH和NaOH的混合溶液中，溶液pH值控制在 T = 345lg(8 1) 20 (1) 12.6-13.0碱溶液配制如表1所示.
试验中溶液 式中：T为炉内平均温度（℃C）：为时间（min）.
调整碱溶液确保pH值稳定.
侵蚀至指定时间后， 控线式位移荷载荷载液压 传感器分布梁传感器油缸 按标准试验方法测试试样残余强度.
表1碱溶液配制 试验框架 Table 1 Composition of alkaline solution g*l - 封堵 隔热纤维 溶液类型 Ca OH) : KOHNaOH 材料 碱溶液 118. 5 4. 2 0.9 c 试件 研究表明混凝土孔隙水环境的碱性成分主要 图9预制混凝土夹心保温墙体耐火试验 为Ca（OH)，其次还有少量的NaOH和KOH因 Fig. 9 Fire test on precast conerete sandwich 此上述碱溶液配制模拟了真实的混凝土孔隙水环 insulation wall panels 境.
加速老化试验中溶液温度不应超过树脂的玻 试件的耐火性能应从承载力、完整性和隔热性 璃化温度且不应引l入新的退化机理，Benmokranel 3个方面判定-如墙体的耐火极限满足要求则可 Brahim等开展了一系列针对FRP筋的耐久性研究， 认为连接件抗火性能满足要求.
此方法真实反映 建议采用60°℃作为加速试验溶液温度[" 了预制混凝土夹心保温墙体受火时连接件的性能 采用高温加速老化试验，可大大缩短试验时 劣化规律但试验较为复杂.
间预测FRP材料在自然环境下设计使用年限内的 5对比分析 性能退化规律. 上述试验方法的优缺点对比如表2所示.
基于 3.2常温老化试验方法 对比可见单侧锚固拔出试验方法、双侧剪切试验 文献[5]中给出了另一种FRP材料在碱环境下 方法、高温加速老化试验方法、墙体耐火试验方法 的耐久性试验方法.
此方法规定：试验中将试样置 能较为真实地得到预制混凝土夹心保温墙体全生 于pH值为12的碱溶液中，溶液温度控制在 命周期内连接件的性能，合理有效，具备可行性.
（73 ±3)F(23°℃±1. 6°℃C)浸泡1 000h 和 3 000h 因此课题组主编的《预制保温墙体用纤维增强塑 后按标准试验方法测试试样强度.
料连接件（报批稿）和DG/TJ08-2158-2017预 此方法中未规定溶液的具体配合比，试验结果 制混凝土夹心保温外墙板应用技术标准》中建议 的可比性较差；且室温下难以通过较短时间内的耐 采用上述试验方法.
久性试验结果预测自然环境下设计使用年限内FRP 6结语 材料的性能退化规律.
本文介绍了目前研究和应用中常用的FRP连
2018 No. 12 李亚等：预制混凝土夹心保温墙体FRP连接件试验方法综述 91 表2FRP连接件试验方法优缺点对比 ASTM Intematioeal 1996. Table 2 Comparison of merits and demerits of [4 ] Ele 4: Din opie aed and ne sctue - testing methods for FRP connectors Paet 14: General ules and rules fe builing: EN1994-4 试验方法 优点 缺点 ‘00c” ps r ug g [s]0 防男裂钢筋会对连接 [ 5 ] Aroeplance criteria for fiber-rinforced posite connecoes 双倒锚固 拔出试验 试件浇筑、试验加载件拔出承载力有一定 anchored in conerete: AC320-2006[S]. ICC Exaluation 方法 简单 提高作用，试件浇筑时 Serrice 2006. 拔出 对中要求严格 试验 [6 ] EINEA Sttnl anl tmal frieey of pecat cte 单侧销围 消除了钢筋对连接件试件加载时对中调节 xanvich panel bems [D]. Linenn: Uniresity of Nebraka 拔出试验 方法 拔出承载力的影响 较复杂 Lincoln 1992. 基本模拟了实际工程 [7]国家建筑工程质量监督检验中心.非金属连接件弯剪承载力 双侧剪切 中预制混凝土夹心保 检验报售[R].2015. 剪切试验方法 温墙体中连接件的剪 [8 ] Guidle Tes Mehods for Fiber Reinforcnl Pulymer ( FRP) 试验 切受力模式，消除 偏心 Composites for Reinfoncing oe Strengtheming Concrete and 单侧剪切 试件构造较简单 Masorry Stnuctures: ACI440. 3R-2012 [S ]. Fammingtoe Hills: 试验方法 加载时无法消除偏心 American Concrete Institute 2012. 缩短试验时间，预测 [ 9 ] NIISON A H WINTER G. Dosign of cmenete dnudures [ M ]. 高湿加速 老化试验 FRP材料在自然环境 11th Ed. New Yek: MeGra-Hill 1991. 碱环 方法 下设计使用年限内的 [10] BENMOKRANEL. Brashim WANC Peng TAN Minh Toe-That 境下 性能退化规律 et al. Durbility of glas fbe-rinforl polymer neinring bas 耐久 性试 难以通过较短时间内 的耐久性试验结果预 in conerete enirement [ J ]. Joumal of pesites for 验 常湿老化 测自然环境下设计使 constnrtion 2002 6( 3) : 143-153 试验方法 用年限内FRP材料的 [11]建筑构件耐火试验方法第1部分：通用要求：CB/T9978.1-- 性能退化规律 2008[S].北京：中国标准出版社，2008. 抗火增体耐火 真实反映墙体受火时 [12]建筑构件耐火试验方法第4部分：承重垂直分隔构件的特殊 试输试验方法 连接件的性能劣化试验较复杂 规律 要求：GB/T9978.4-2008[S].北京：中国标出版 社，2008. 接件拔出承载力、剪切承载力、碱环境下耐久性能、 [13]建筑构件耐火试验方法第8部分：非承重垂直分隔构件的特 抗火性能试验方法，对上述方法的优缺点进行了对 殊要求：GB/T9978.8-2008[S].北京：中国标准出版 社，2008. 比与分析提出了建议试验方法，即拔出承载力建 [14]预制混凝土夹心保温外墙板应用技术标准：DG/TJ08- 议采用单侧错固拔出试验方法、剪切承载力建议采 2158-2017[S].上海：同济大学出版社， 用双侧剪切试验方法、碱环境下耐久性建议采用高 2017. 温加速老化试验方法、抗火性能建议采用墙体耐火 试验方法.
（上接第66页） 需要指出采用墙体耐火试验测试FRP连接件 [3]中国建筑标准设计研究院有限公司，装配式源凝土建筑技术 的抗火性能较为复杂，试验成本高、周期长、因此， 标准：CB/T51231-2016[S].北京：中国建筑工业出版 今后仍需建立FRP连接件高温性能、燃烧性能与其 社2017. [4]中国建筑业协会.装配式湿凝土建筑施工规程：T/ 在墙体受火时性能劣化规律间的关系，提出更为简 CCIAT0001-2017[S].北京：中国建筑工业出版社2017. 便的抗火性能试验方法.
[5]焦安亮，装配式环扣合锚接混凝土剪力墙结构体系及建造 参考文献： 技术[M].北京：中国建筑工业出版社2017. [ 1 ] PCI Camitee on Pncat Concrete Sanvich Panels. State of the: [6]焦安亮方胜利冯大闻等.环筋扣合错接混凝土构件高精 art f peast/prestresed nte smdwich wall pnels [J]. PCI 度生产技术研究[J].施工技术201847（8}：91-92121. joumal 2011 56( 2) : 131-176. [7]焦安亮冯大闻宋闻辉，等，环筋扣合“四页三防“预制外墙 [ 2 ] EINEA A SALMON D C FOGARASI C J et al. Stuate-afhe- 研究与应用[J].施工技术201847(4):29-3146. art of ecat concrete saich panels [J]. PCI oural 1991 .
[8]焦安亮都玉芬张中善，等，装配式环筋扣合锚接剪力境结 868: (9）9 构体系及案例分析[J].施工技术201746（16}：21-2529. [ 3 ] Sandand test methods for strength af amchoes in concrete amnd [9]焦安亮张中善部玉芬等装配式环筋扣合锚接混凝土剪 masorry elements: ASTM E488-96 [S]. West Cceshubocken: 力墙结构座工技术[J].施工技术201746（16]：26-29.
