-72- Architecture Techmology 建筑技术 第49卷第1期2018年1月 Vol.49 No.1Jan. 2018 非组合夹芯保温外墙板用非金属连接件 的力学性能试验研究 蒋勤俭，吴焕娟'，祁成财'，刘昊² （1.北京预制建筑工程研究院有限公司]，100070，北京；2.北京榆构有限公司，100070，北京） 摘要：为提高夹芯保温外墙板的性能指标，研发了一种新型非金属连接件产品，并系统研究了产品的 规格及性能要求，标准化定型，连接构造及受力变形性能等设计参数.
同时，对非金属连接件的拉拔性能与 抗剪切性能开展试验研究，得出连接件的抗拔承载力，抗剪承载力及非金属连接件的拉拔与剪切破坏模式， 为采用非金属连接件设计非组合夹心保温外墙板提供了技术支撑.
关键词：非组合夹芯保温外墙板：非金属连接件：力学性能 中图分类号：TU502.6文献标志码：A文章编号：1000-4726（2018)01-0072-05 STUDY ON MECHANICAL PROPERTIES OF NON METALLIC CONNECTOR FOR NON COMBINATION SANDWICHFACADE PANEL JIANG Qin-jian' WU Huan-juan’ QI Cheng-cai' LIU Hao² (1.Beijing Precastprestressed Concrete Institute Co. Ld. 100070 Bejing China; 2.Beijing Yugou Co. Ld. 100070 Bejing. China) stereotypes connection structure and stress deformation performance and other design parameters of the product have been studied systematically. An experimental study on the tensile properties and shear resistance properties of non metallic connector has been done to draw the uplift bearing capacity shear capacity of the connector also the drawing and shearing failure modes of the non metallic connector. This has provided the technical support for the design of non bination sandwich facade panel with non metallic connectof. Keywords: non bination sandwich facade panel; non metallic connector; mechanical property. 随着我国建筑节能标准的不断提高，寒冷和严 决了建筑外墙的节能设计标准要求低和热桥问题，但 寒地区的外墙节能主要采用外保温技术，一定程度解 高层建筑的外墙外保温做法也带来了面层易开裂和脱 收稿日期：2017-11-12 落，使用寿命短，防火隐患大，耐久性差等一系列质 基金项目：国家科技支撑计划项目（2011BAJ10B05） 量问题"，迫切需要研究一种节能保温效果好，防火 作者简介：蒋勤俭（1967-）.
男，江苏宿迁人，教授级高级工程师.
性能好且耐久性好的长寿命外墙节能替代方案.
北京预制建筑工程研究院有限公司院长，全国工程建设标准设计 专家委员会委员，中国混凝土与水泥制品协会预制构件分会理事 针对我国重点发展高层装配式住宅的特点，结 长 e-mail; jgj@bjpcinet. 合目前我国装配式混凝土建筑的关键技术和研究重 梁的极限承载力，但梁的挠度、混凝土应变均有一定 response of corrosion-damaged reinforcing bars with the effect of 累积，会影响梁在使用期的适用性.
buckling[J].Construction and Building Materi-als 2013 41: 388 参考文献 400. [6] MOHAMMAD M K ADAM I C. NICHOLAS A A. Nonlinear stress- [1]孙晓东，主筋锈蚀钢筋混凝土梁疲劳试验研究[D].长沙：湖南大 strain behavior of corrosion-damaged reinforcing bars including 学：2006. inelastic buckling[J]. Engineering Structures 2013 48: 417429. [2]晃瑾，王晨置，徐贾，等，疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土梁弯曲性能 [7]混凝土结构设计规范：GB500102010[S]. 试验研究 [] 土木工程学报 2012 45(10): 118124. [8]徐宗强-锈蚀钢药混凝土构件疲劳性能的试验研究[D].青岛：山 [3]朱红兵，余志武，孙杰.钢移混凝土T梁疲劳性能试验研究[D] 东科技大学，2009 公路交通科技 2013 30(12): 5358. [9]混凝土长期性能和谢性试验方法标准：GB/T 50082--2009[S] [4] AHN W REDDY D V. Galvanostatic testing for the durability of [10]程文壤，严德旭，王铁成，等.混凝土结构设计原理[M]北京：中 marine concrete under fatigue loading[J].Cement and Concrete 国建筑工业出版社，2008. Research 2001 31(1): 343349. [11]董福兴.钢胺锈蚀泥凝土构件度劳性能的试验研究[D].南京：南 [5] MOHAMMAD M K ADAM J C NICHOLAS A A. Nonlinear cycle 京理工大学，2007.
2018年1月 蒋勤俭，等：非组合夹芯保温外墙板用非金属连接件的力学性能试验研究 •73 点，提出立项研究装配式混凝土夹芯保温复合外墙板 1.2产品标准化定型 技术的方向和目标，重点研发一种分布在夹芯保温 根据非组合预制混凝土夹芯保温复合外墙板的设 板内连接内外页混凝土板的新型非金属连接件产品，计要求和生产工艺特点对连接件产品进行规格定型设 进而开发通过工厂预制实现集结构、装饰、保温、耐计，首先将非金属连接件按预制混凝土夹芯保温墙板 久、防火、防水等性能于一体的新型多功能外墙板技 生产工艺特点划分为正打（Z）和反打（F）两类， 术，以实现建筑外墙高效节能并与主体结构同寿命的 其次根据其连接的外层混凝土厚度50mm和60mm 目标.
不同，划分为Z5.Z6 F5.F6四大类别，最终再按每 种类型连接件用于连接的预制混凝土夹芯保温墙板 1新型非金属连接件产品研发 的保温材料厚度定型为LJxx-Z5 LJxx-Z6 LJxx-F5， 目前，应用于混凝土夹芯保温板的连接件主要 LJxx-F6等四大系列产品，其中xx为保温材料的厚 分为有金属连接件和非金属连接件两大类产品，由于 度（mm），xx标准化定型的系列参数为50.60，70. 金属连接种类多，连接设计原理差别大，施工安装不 80.90（mm）等5种保温材料厚度，基本可满足寒冷 方便，对寒冷或严寒地区的建筑外墙保温热桥影响效 或严寒地区的节能设计选型要求.
应偏大，易产生结露现象等原因，因此，确定采用 1.3产品连接构造 FRP非金属连接件的非组合夹芯保温外墙板作为研究 作为连接内外页墙板的连接件，如何能有效地将 对象.
外页墙板的荷载和作用传递到内页墙板上是函需解决 国外对非组合夹芯保温外墙板用非金属连接件的 的关键问题，每一种连接件其连接构造和受力变形性 研究比较早，也有一些研究成果和工程应用案例，但 能均需通过系统试验研究确定其设计参数.
这些连接件主要用于低层、多层的预制外墙板中，对 非金属连接件在夹芯保温外墙板中的工作机理决 于在高地震设防烈度的高层剪力墙工程中的研究和应 定其连接构造的设计要求，一般情况下，非组合夹芯 用几乎没有先例.
国内的研究成果很少且缺乏系统性， 保温外墙板的外页墙板只作为荷载考虑，其上的荷载 在采用非金属连接件的非组合夹芯保温外墙板受力机 或作用通过连接件传递到内页墙板上，内页墙板承担 理、设计方法、应用技术等方面都比较欠缺，需开展 整个外墙的自重、风荷载、地震作用、温度应力等荷 大量的试验研究和工程应用技术的研发工作.
载和作用效应组合，保证墙体在水平和竖向荷载作用 因此，多个单位合作开发了具有自主知识产权的 下的稳固性和耐久性.
新型非金属连接件产品，系统研究了产品的规格及性 非金属连接件与内外页墙板的连接构造研究是确 能要求、标准化定型、连接构造及受力变形性能等设 保其连接性能实现的关键，重点要解决连接件的锚固 计参数，制订了连接件的产品标准和应用技术规程.
要求，因此开发的连接件采用带三棱形肋的圆形截面 1.1产品规格及性能要求 设计，为增强其与混凝土的锚固性能，将突起部位的 该连接件由三棱形连接棒和安装定位塑料封套 助加工成燕民状构造，同时避免燕尾槽对主断面的受 两部分组合而成，三棱形连接棒采用由数量众多的高 力削弱.
长度尺寸由内页墙板锚固深度，穿过保温层 强玻璃纤维丝在张紧状态下复合高性能热固性树脂成 厚度，外页墙板锚固深度等3部分组成，连接件的封 型工艺制造而成.
连接棒的截面积为75.5mm²，其拉 套主要用于安装定位功能，其长度和保温层厚度一致.
伸强度、抗弯强度、弯曲弹性模量测试方法可根据 非金属连接件简图如图1所示.
GB/T1447-2005进行，剪切强度试验方法参考美国 ASTM D2344 (Standard Test Method for Short Beam 2新型非金属连接件连接性能研究 Strength of Polymer Matrix Composites Materials and 在实际工程应用中，外墙的水平地震作用或风荷 TheirLaminates》进行.
其测试的性能指标不应低于 载会通过连接件将水平拉拔力和竖向剪切力同时传递 表1的规定.
到内页墙板上，为确保外页墙板在温度作用下的收 缩膨胀变形要求，连接件具有适宜的刚度变形能力也 表1三棱形连接棒的性能指标 非常重要.
本文对连接件的拉拔性能与抗剪切性能开 试验项目 拉伸强度/抗弯强度/ 弯曲弹性模量/剪切强度/ 展试验研究，测试连接件的抗拔承载力，抗剪承载力 MPa MPa MPa MPa 及变形能力，并了解非金属连接件的拉拔与剪切破坏 性能指标 800 1000 35000 60 模式.
为采用非金属连接件设计非组合夹心保温外墙
-74- 建筑技术 第49卷第1期 棉材 体构层 销固深度 封套 200 200 200200 400 400 保温层 原度 (a) (b) 图2拉拔试件示意 （a）正视图；（b）俯视图 销国深度 饰面层 拉拔装置方案.
试验时将加载架安装在试件上，用拉 图1非金属连接件示意 拔测试仪进行匀速分级加载，直至连接件从试件中拔 出.
记录其抗拉极限荷载和拉拔破坏形态.
板提供技术支撑.
2.1拉拔性能试验 2.1.1试件制作 穿心千斤累 在连接件性能、规格与构造等基本参数确定后， 连接件在混凝土墙板中的拉拔性能和连接件锚固长 度，被连接墙板的混凝土强度相关，为此设计了基于 传力套杆 加载知 混凝土强度为30MPa的3个锚固深度和混凝土强度 销具- 非金属选接件 为40MPa的两个锚固深度共5组试验测试方案，每 组测试方案由6个试件组成，拉拔试验方案见表2.
表2拉拔试验方案 图3非金属连接件试件拉拨装置示意 试件名称 连接件型号 混凝土设计 铺固深度/ 强度/MPa mm 数量/个 2.1.3试验结果分析 A1 LJ60-FS 30 40 6 混凝土强度对连接件拉拔性能影响非常明显， A2 LJ60-F6 30 50 6 40mm锚固深度时，混凝土强度为40MPa的试件比 A3 LJ60-FS 30 70 6 B1 LJ60-F5 40 40 6 混凝土强度为30MPa的试件测试的连接件抗拉极限 B2 L60-F6 40 50 荷载值提高14%：50mm锚固深度时，混凝土强度为 40MPa试件比混凝土强度为30MPa试件的连接件抗 为避免试件尺寸边界效应对连接件拉拔和锚固 拉极限荷载值提高25%.
性能的影响，试件尺寸统一按400mm×400mmx 连接件在混凝土中的锚固深度对连接件拉拔性能 150mm规格制作（图2）；为避免混凝土强度的离 影响也比较明显，混凝土强度相同时，试件A3比试 散性影响，在预制工厂实验室配制符合要求的混凝 件A2的抗拉极限荷载提高了8%，试件A2比试件 土，A1，A2 A3采用一盘混凝土一次成型，B1，B2采 A1的抗拉强度极限荷载提高了16%，试件B2比试 用另一盘混凝土一次成型，并分别留置一组立方体 件B1的抗拉极限荷载提高了27%；由此可见，在相 标准试件，成型好的试件在试验室采用标准养护28d 同混凝土强度等级的情况下，锚固深度越深，连接件 后进行试验检测.
抗拉极限荷载越大.
2.1.2试验加载 试件中，仅有试件B2-12 B2-17 B2-24发生 试验前应测试其对应的混凝土立方体标准试件的 了混凝土锥体破坏，其余试件的破坏形态均为连接件 抗压强度，记录试件测试的实际抗压强度值.
非金属 从试件中直接拔出，说明提高混凝土的强度等级对提 连接件拉拔性能测试可采用拉力试验机或拉拔力测定 高连接件的抗拉强度极限荷载更加有效.
仪进行加载，考虑到实验室没有专用的夹具和加载装 试验测试结果表明：随混凝土强度提高和锚固 置，针对连接件的截面为三棱形构造和混凝土试件尺 深度加大，连接件的拉拔极限荷载有显著提高且离 寸较大的情况，自行设计了图3所示的连接件自平衡 散性变小，连接件拉拔性能也趋于稳定.
因此建议
2018年1月 蒋勤俭，等：非组合夹芯保温外墙板用非金属连接件的力学性能试验研究 .75. 夹芯保温外墙板设计时外页墙板混凝土强度等级为 样品 40MPa，厚度取60mm，此时连接件抗拉强度极限荷 载可达到23.3MPa.
2.2抗剪性能试验 夹芯保温外墙板在使用过程中，连接件会受到外 图5加载方法一示意 页墙板自重以及竖向地震作用等剪切荷载，此种情况 两端固定，以防止夹芯板向上翘起，在墙板一侧安装 下连接件可能会从外页墙板内拔出，也可能连接件被 两个位移计用于测量内、外页板相对位移（图6）.
剪断，为了保证夹芯保温外墙板在使用过程中的安全 性和可靠性，防止外页墙板脱落，做到安全经济合理， 传感器千斤真 需要对连接件的抗剪性能、受剪破坏机理进行研究.
2.2.1试件制作 根据各地建筑节能标准不同，夹芯保温外墙板 图6加载方法二示意 中保温层的厚度也会不同，不同保温层厚度的连接件 增板固定好后，对试件内页墙板施加相对于外页 对墙板抗剪承载力的影响是本试验的主要目的，为此 墙板的水平剪力，加荷方向分为两个方向.
施加F 选取了50mm，60mm，70mm，80mm等4种常用的保 方向的剪力时连接件分为2排，每排2个连接件：施 温层厚度尺寸作为研究对象，共制作了4个试件，每 加F方向的剪力时连接件分为3排，每排2个连接件.
个试件内包含6个连接件，连接件在内、外页墙板中 同时测试外页墙板相对于内页墙板的位移.
试验采用 的锚固长度分别为70mm和40mm，对应的试件编 分级加载，直至内、外页墙板完全剥离，得出试件从 号分别为L1 L2 L3 L4.
试件的混凝土强度等级为 开始加载到剪切破坏的荷载-位移曲线.
40MPa，面层和结构层均设置直径为5mm，间距为 2.2.3试验结果分析 150mm的冷轧带肋钢筋网（图4，表3）.
试验检测所得各阶段荷载值见表4.
参照美国 300 200] 结构层 AC320标准《锚固于混凝土中的纤维加固复合拉结 .* 件验收标准》要求，拉结件在竖向剪切荷载的作用下 (00T 保普 产生的竖向位移应控制不超过1英寸（2.54mm）的 20照徐孔 00 限值要求，因此本试验分别测量了内外页墙板相对位 查接杆 移为2mm和2.5mm时连接件的抗剪承载力，然后 [200| 加载至破坏，检测连接件的极限抗剪承载力.
20| 600) 1000 表4试验荷载 (a) (b) 图4剪切试件制作示意 试件名称 L1 L2 L3 L4 （a）正视图：（b）俯视图 检验方案 方案一 方案二 方案二 方案一 加载方向 F. F. F. F 表3剪切试件制作数据 内页墙板与外页墙板相对位 移2.0mm时的荷载值ALN 22.54 18.75 33.24 构件名称 混凝土强度/MPa r/mm r/mm 数量 内页墙板与外页墙板相对位 L1 40 50 50 1 移2.5mm时的荷载值AN 22.55 39.29 18.51 29.70 L2 40 50 60 1 抗剪根限荷载值kN 114.73 86.29 85.20 109.39 L3 40 50 70 L.4 40 50 80 1 从试件的荷载-相对位移曲线可看出，抗剪试 件受力过程可分为3个阶段：（1）连接件弹性变形 2.2.2试件加载试验方案 受力阶段，连接件所受荷载与相对位移基本成线性关 加载方案一：将下层混凝土板夹紧固定，然后在 系；（2）裂缝扩展阶段，随着试件出现断裂响声， 夹芯板上方施加荷载防止上层板翘起，在墙板一侧安 试件相对变形加大，抗剪值也出现小幅下降：（3） 装两个位移计用于测量内、外页墙板相对位移（图5）.
破坏阶段，继续加载，荷载继续上升，直至达到连接 加载方案二：将下层混凝土板夹紧固定，然后去 件极限抗剪承载力值，然后荷载迅速下降，试件完全 掉一部分保温层，在原保温层处放上两根钢管，钢管 破坏.
-76- 建筑技术 第49卷第1期 而从各试件破坏图可看出，试件破坏后内外页墙 表5单个三棱形非金属连接件在混凝土 板自身整体保持良好，没有明显的破坏现象，连接件 中的抗拉拔极限荷载值 kN 周围的混凝土有轻微的破坏，沿纵向3个连接件处出 混凝土强度/ 极限荷载值N 现通长纵向裂缝，墙板角部出现斜裂缝，连接件剪切 目 MPa 销固深度为 错园深度为错器深度为 破坏形式分3种：（1）连接件从外页墙板中拔出破坏 40mm 50mm 70mm 抗拉拔 30 16.07 18.65 20.01 （2）在与内叶墙相连处，连接件发生纯剪切破坏， 性能 40 18.38 23.30 在封套处被剪断；（3）破坏是在与外叶墙相连处， 连接件发生纯剪切破坏，在封套处被剪断.
表6单个三棱形非金属连接件在混凝土 中的抗剪切荷载值 通过对4个试件的荷载-相对位移曲线，破坏形 kN 态及各项试验数据的对比分析可得出如下结论.
混凝土强度40MPa （1）剪切力较小时，尤其是在L1 L4试件上面 项目 保温层 保温层 保温层保温层 50mm 60mm 70mm 80mm 施加荷载的条件下，保温层与内外页墙板之间的摩擦 抗剪切 2mm位移时 力对抗剪承载力有显著的贡献，克服摩擦力后试件内 荷载值/N 3.76 3.45 3.13 2.82 性能 外页墙板的相对位移随剪切力增加成线性增长，当出 极限荷载值kN 14.20 14.20 14.20 14.20 现响声后进入弹塑性阶段，内外页墙板的相对位移随 形性能，设计咨询单位应根据工程设计的力学和节能 剪切力加大呈非线性快速增长关系：最终破坏特征是 要求选用有技术支撑和成熟应用经验的连接件产品， 除少部分连接件被剪断，大部分连接件都是拔出破坏.
并要求预制厂家模拟墙板生产工艺制作连接件的拉 （2）加荷方向为F时连接件的抗剪承载力优于 拔、剪切和热工等性能的试件进行测试验证，确保连 加荷方向为F时的抗剪承载力，说明连接件两排布 接件的连接和墙板热工性能满足工程设计要求.
置传递剪切力比较均匀协调.
（3）在L1 L4试件上面施加荷载的加载方案一 参考文献 测得抗剪承载力比没有增加平面外约束荷载的L2 L3 [1]栗新，预制复合保湿外墙板设计研究与应用[0].建筑施工，2010 要大20%左右.
32(5):463466. （4）连接件的设计抗剪承载力可取L2 L3试 [2]王雪明，预制混凝土夹芯墙连接件受力性能及墙体热工性能研 件在内外页墙板相对位移为2mm时的承载力较小值 究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015. [3]郭峰.高层预制装配式混凝土住宅外壤板生产工艺与构造技术分 18.75kN进行计算，该值相当于其抗剪极限承载值的 析[3]) 建筑技术 2015 46(S1): 76-80. 20%左右，基本相当于4-5倍的安全系数.
由于抗 剪试验的每个试件中均设置有6个连接件，可近似按 每个连接件承受的总荷载的1/6考虑，即单个连接件 江西省住建厅开展工程质量 的抗剪承载力为3.1kN.
安全提升行动试点 3结论 近日，江西省住建厅在各地上报试点内容的基 础上，决定在江西全省开展工程质量安全提升行动 三棱形非金属连接件在非组合墙板中的力学性能 试点工作.
指标由混凝土强度和锚固深度决定.
此次试点目的在于通过开展工程质量安全提升 （1）内外页墙板混凝土强度不宜低于40MPa， 行动试点，进一步完善建设工程质量安全制度，落 不应低于30MPa.
（2）混凝土中连接件的锚固深度宜大于45mm， 实建设工程五方主体责任，强化建设工程质量安全 且不应小于40mm.
监管.
通过试点先行，以点带面，促进江西全省建 设工程质量安全总体水平不断提升.
（3）单个三棱形非金属连接件在非组合墙板中 江西省住建厅确定了试点内容及试点地区，包 的抗拉荷载极限值见表5.
括监理单位向政府报告质量监理情况试点，工程质 （4）单个三棱形非金属连接件在非组合墙板中 量安全信息档案试点，工程质量管理标准化试点， 的抗剪切荷载极限值见表6.
建筑施工安全生产标准化考评试点，政府购买服务 采用非金属连接件设计的非组合式混凝土夹芯保 进行监督检查试点等方面.
温墙板应系统开发并研究连接件的工作机理和力学变
