2015年第11期 混凝土与水泥制品 2015 No.11 11月 CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS November 新型泡沫混凝土轻质墙板外挂节点 力学性能试验研究 谷倩，周珣，舒松，季博 （武汉理工大学土木工程与建筑学院，430070） 摘要：外挂墙板在建筑结构中广泛应用，新型池液混凝土外挂墙板与枢架的连接节点对这种结构的安全性及 可靠度有重要的影响.
为研究端连接节点的受力机理及破坏模式，对两种配合比的池沫混凝土分别预理两种不网形 式的节点，对其进行节点抗弯试验以及节点抗剪试验研究，系统对比不同形式的连接节点以及不同配合比的泡沫混 凝土墙板对节点承载力的影响，分折墙板在荷载作用下的裂缝开展情况以及荷载一位移面线.
试验结策表明：双西 钢板节点有良好的承载力、节点破坏后于墙板本身破坏，能实现墙板与框聚安全有效的连接;在预埋双面钢板节点 情况下，无陶粒配合比的池冻沉凝主与预理节点的协间工作性偿优于陶粒配合比的泡沫混凝玉.
关键词：池沫混凝土；外挂培板；节点预理件：承载力 Abstract :Exstemal precast wall panebs are widely used in building stnucture the connection node between the new foam erete estemal peecas wall panels and framework have an important impact on the safety and reliability. To study the foe mechnims and faile modes of coetiss node diffeent fam concrete with mixs pportion are used by two different embedded foms of connection node the investigation foe bending and shearing test of connections is caried out. Compared with different foms of node and different mix proportion of foam concrete wall panel by system which have ef- feets on capacity of node as well as cracks development of wall panels under loading and the loaddisplacement cure are analyzed. The results shom that duplex sleel node has good capacity node destruy itself afer the damage of wall panels safe and efeetive connection between wall panels and frame can be achieved; under the situation of embedded duplex steel node the work performance of fam concrete with nonceramic mix pportion and embedded node is better than foam concrele with ceramic mix peoportion. Key words Foam concrete; Extemal precast wall panel; Embedded node; Capacity 中图分类号：TU525.9文献标识码：A文章编号：1000-4637（2015)11-70-05 0前言 合比的泡沫混凝土墙板中不同节点在荷载作用下 泡沫混凝土墙板为一种新型轻质混凝土板材， 的受弯性能以及受剪切性能进行试验研究.
本试验 与目前我国产业化住宅预制部件中常用的轻质混 的研究结果可为该板材应用于产业化住宅工程等 凝土材料相比，其材料配合比设计和制备工艺具有 项目提供依据，为今后编制标准图集以及规范提供 一定的创新性.
其具有质量轻、产品尺寸精准、隔热 参考.
性能好、装配式连接、安装方便快捷等诸多优点，成 1新型泡沫混凝土外挂墙板节点抗弯试验 为混凝土框架结构现浇外挂体系特别是住宅建筑 试验所用的泡沫混凝土板的尺寸为2900mmx 的首选围护构件，正在越来越多地广泛应用于厂 1000mmx220mm，其高度是根据某小区层高确定，板 房、办公楼、住宅等各类现浇外挂结构体系的建筑 厚220mmm是测量泡沫混凝土轻质墙板的传热系数 上.
墙板与框架的连接节点是带墙板框架结构设计 和热情性指标所需，并且满足JGJ134-2010（夏热 的关键因素，以保证墙板在地震中不破坏.
文献指 冬冷地区居住建筑节能设计标准）和DB42/T 出，墙板的破坏主要集中在与框架连接的预埋件 559-2009《武汉城市圈低能耗居住建筑节能设计 处，连接件的可靠性是确保墙板与框架协同工作的 标准）对围护结构不同朝向外墙热工性能限值要 重要前提.
国内学者研究表明，节点连接方式的 求.
泡沫混凝土板两端锚固有节点，节点既作与主 强度、刚度对结构整体性能有影响”.
为研究新型 体现浇混凝土结构连接，亦作吊装用.
泡沫混凝土外挂墙板连接节点的受力机理及破坏 1.1试件概况 模式，本试验在项自前期试验的基础上，对不同配 本研究进行了两种配合比试验（普通新型泡沫 70 -
谷倩，周珣，舒松，等新型泡沫混凝土轻质墙板外挂节点力学性能试验研究 混凝土与陶粒新型泡沫混凝土，分别为配合比1和 件，将连接件用螺栓连接在特制的钢构件上，钢构 2），陶粒采用全淤泥陶粒.
泡沫混凝土中陶粒和发 件有较大的刚度，以模拟主体结构与连接件的连接 泡水泥浆的高孔隙率大大降低了墙板的自重，同时 状况.
详见如图2加载示意图所示.
提高了混凝土外挂板的自保温性能.
陶粒泡沫混凝 土的体积密度一般为800-1000kg/m²，比普通混凝土 反力架 分配累 铁垫块 密度小25%-40%，比强度高，抗冻性能和干燥收缩 率大大优于普通泡沫混凝土砌块，无碱骨料反应等 反力架 耐久性问题.
作为外挂自保温墙板，其保温性能好， 传88 设计灵活，施工便捷，安装速度快，综合工程造价 干片IR 低，具有良好的经济效果和技术前景.
本次试验共进行了两种形式的预理节点的研 图2节点抗弯试验加载装置示意图 究（单面锚板节点与双锚板节点），单锚板节点是钢 泡沫混凝土墙板一端用螺栓连接件与模拟主 板预留螺栓孔，在孔上焊接钢套管，套管里面刻有 体结构的钢构件相连接，另一端采用滑动较滚轴与 螺纹.
双锚板节点与单钢板节点不同之处在于套管 反力架连接.
该连接形式与主体结构连接的部分可 另一面也焊接有无预留螺栓孔洞的钢板.
墙板预埋 以当作铰支座来看，另一端可以当作滑动铰支座.
节点如图1（a）、（b）、（c）所示.
1.3加载方式及数据采集 为了模拟板上承受围护结构风压所带来的均 预埋件 角焊缝 3.8级316高强栓 照埋件 角焊境 布荷载，设计在板净跨的三分点处施加垂直荷载， 预理件 通过分配钢梁作用在板上.
抗剪试验模拟板在横向 外挂 外挂 痛板 作用下，节点所受到的剪切力，默认构件在地震作 指板 现消 用下，作用点为该板的几何中心处，因而在板平面 内跨中部进行集中力加载.
试验采用液压式千斤顶 （a）睡板与现浇框架连接示意图 （0-100kN）连续施加荷载，加载速率控制在0.05- [0x180×130 0.1kN/s，试验开始时以板的自重作为第一级荷载， 然后再逐渐加载到试件节点破坏.
试验过程中所施 加的荷载采用力传感器记录到计算机中.
节点受弯性能试验，跨中布置机电百分表，测 55 1701 55 钢能内套丝，望原6rmm 与 D138 螺检相配 30[ 量跨中位移，并与力传感器读数绘制荷载位移曲 180 210 线.
钢构件支座处布设百分表测量支座位移情况， (b)PI 节点示意图 每一级荷载加载完毕后进行读数.
最后根据电脑绘 10×130x120 制的荷载-位移曲线的基础上，扣除支座位移影响， 得出真实的荷载-位移曲线.
1.4试验结果及分析 根据试验结果以及测得的荷载-位移曲线得出 55 70 55 钢管内塞丝，显厚 6rmm，与 D18 群栓相配 各试件节点受弯性能数据如表1所示.
该表格给出 [8) 210 了节点的极限承载力、试件跨中度、破坏形态、斜 （c）P2 节点示意图 裂缝出现荷载以及最大裂缝宽度等数据.
图1墙板预理节点示意围（单位：mm） 表1节点受弯性能试验数据 1.2试验装置 试件 1P1 2P1 1P2 2P2 本节点抗弯以及节点抗剪试验旨在验证混凝 土结构外挂发泡混凝土轻质墙板与混凝土主体结 极限承载力kN 61.97 60.17 52.96 48 构框架的连接性能.
本试验假设节点与混凝土框架 跨中浇度/mm 43.14 38.58 14.45 15.08 破坏形态 板体破坏板体破坏节点破环节点破环 主体结构的连接不会发生破坏，破坏之处必发生在 发泡混凝土板上.
因而，节点与混凝土框架主体结 斜裂缝荷载/kN 16 32 44 36 最大裂缝宽度/mm 10 10 1.5 构之间的连接用钢构件模拟，由此设计了一种连接 8 71 -
2015年第11期 混凝土与水泥制品 总第235期 试验结果表明： 75 75 （1）破坏形态与节点连接形式关系紧密，与板 60 材配合比关系不大.
P2节点先于板体破坏，与板体 45 几乎脱离.
预埋P2节点的板在卸载后，构件无明显 30 30 浇度，可以断定构件内部纵向受力钢筋未完全屈 15 15 服.
而预埋P1钢板节点后未发生破坏现象，仅在节 0 位移/cm 2 3 点区域内有少量裂缝产生，试验因板体断裂而终 位移/cm 止，卸载后，板体有较大残余变形，说明板内纵向受 Id-1() (b)2P1 力钢筋大部分已进入屈服阶段.
60 60 （2）P2节点破坏属于脆性破坏，突然产生较大 45 裂缝，破坏前毫无征兆.
而P1节点破坏后于板体破 30 坏.
预埋P1节点的墙板破坏形式如图3（a）、（b）所 15 15 示.
预埋P2节点墙板节点区域破坏形式如图4（a）、 （b）所示.
0.5 1.0 1.5 2.0 0 0.5 1.01.5 位移/m 位移/cm (c)1-P2 (d)2P2 图5节点抗弯试验墙板跨中荷载-位移曲线 明，之前曲线呈线性发展，之后有明显的塑性变形 过程，钢筋屈服，卸载后板体依然有较大变形.
（3）对比配合比2和配合比1的板（预埋P1节 (a)墙板上部断裂 (b)墙板整体变形 点），配合比1的板耗能提升25%，可以说明，配合 图3P1节点破坏形式 比1的泡沫混凝土与防锈涂层钢筋协同工作好于 配合比2的泡沫混凝土.
2新型泡沫混凝土墙板节点受剪性能试验 2.1试验概况 新型泡沫混凝土外挂墙板节点抗剪试验，与节 点抗弯试验试件与节点形式均相同.
仍采用钢构件 模拟主结构，试验装置如图6所示.
(a) (b) 图4P2节点破坏形式 反力架 铁垫块 （3）预埋P2节点的两种配合比板的最大裂缝 宽度分别为1.5mm及8mm.
说明配合比1不含陶粒 泡沫混凝土阻裂效果较好.
反力架 试验采集了跨中百分表读数以及力传感器读 88 数，通过修正支座处的百分表读数，得到荷载一位移 曲线.
本次试验节点可以认为是刚性连接，故受力 千斤R 状态为超静定结构，由结构力学可知，最大挑度并 图6节点抗弯试验加载装置示意图 不发生在跨中位置，故此次试验的位移，仅仅指跨 2.2试验结果及分析 中位移，并非最大位移.
其荷载-位移曲线如图5 试验结果如表2所示.
（a)、（b)、（c)、（d）所示.
2.2.1节点抗剪载力 从图5中可以看出： （1）根据试验数据可以看出，预埋P1节点的板 （1）预埋P2节点的板，加载中表现出弹性，荷 节点承载力强度明显高于预埋P2节点的板.
载一位移曲线呈线性关系.
从曲线可以看出，钢筋还 （2）预埋P1节点的比预埋P2节点的节点承载 未进入屈服阶段，荷载也未能达到板极限承载力.
力提高27.5%（配合比2）和52.9%（配合比1），平均 （2）预埋P1节点的板，在加载过程中阶段分 为39.4%，节点承载能力提高显著.
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谷倩，周珣，舒松，等新型泡沫混凝土轻质墙板外挂节点力学性能试验研究 表2节点受剪性能试验数据 2.2.2跨中度 试件 1-P1 2-P1 1P2 2P2 墙板跨中荷载-位移曲线如图7 极限承载力N 110.53 104.92 72.27 82.28 所示.
极限位移/mm 15.16 12.23 6.74 10.79 （1）从试验数据及图7中可以看 板裂缝形态 细而密 组而密 较少 较少 出，预埋P1节点的板跨中度明显高 初始裂缝形态 较多 较少 较多 较少 于预理P2板节点的板 最大裂缝宽度/mm 0.5 1.5 5 3.5 2.5 （2）由材料力学可知，沿板宽方向 节点最大裂缝宽度/mm 6 5 4 板背面裂缝 较多 较多 几乎无 几乎无 受力，其惯性矩很大，位移主要并非由 板弹塑性变形产生，而是节点混凝土碎 120 [ 90 100 裂产生滑移引起的板体刚体位移.
80 NV/ 70 （3）从试件的荷载-位移曲线可以 60 50 40 看出，对于预埋P1节点的配合比2泡 40 两 30 20 沫混凝土墙板和预埋PI节点的配合 20 0 o 比1泡沫混凝土墙板，当荷载分别达 0 5 10 15 20 0 10 15 20 到42.4kN和30.8kN时，跨中度突然 位移/mm 位移/mm (a)1P1 (b)2PI 增加，其因为节点附近区域混凝土松 120 ]06 动，从而导致浇度突增.
而预埋单片钢 100 NV 80 板节点的钢板无此现象，荷载-位移曲 NV/ 线较为平滑.
40 30 2.2.3裂缝形态分析 20 20 （1）配合比2的板几乎没有初始 0 5 10 15 0 5 10 15 裂缝，配合比1的板有较多初始裂缝.
位移/mm 位移/mm 板裂缝展开图如图 8（a)、(b)、（c)、（d) ()1P2 (d)2P2 所示 图7节点抗剪试验墙板跨中荷载-位移曲线 88kN 76k% N96LN N NTEE 110%N 110%N K N GLy 8 172kN 92N 68kN 72kN (a)1P1 (b)2P1 44IN T2LN 64kN 64kN 24kN ()1P2 (d)2P2 图8节点受剪裂缝展开图 -73
2015年第11期 混凝土与水泥制品 总第235期 （2）P1节点的板上出现裂缝细而密，而预埋P2 （4）预埋双面锚板（P1节点）的节点抗剪承载力 节点的板裂缝少而宽，说明P1节点受力情况较好， 明显高于预埋单面锚板（P2节点）的节点抗剪承载 裂缝细而密是较好的现象，说明板的耗能较好，受 力.
预埋P1节点的板比预埋P2节点的板的节点抗 力均匀.
剪承载力提高52.9%（配合比1板）和27.5%（配合 （3）预埋P1节点的板霄面出现较多裂缝，预理 比2板），平均提高39.4%.
P2节点的板背面几乎未出现裂缝，此现象更加说明 （5）对比配合比1和配合比2板（预埋P1节 了预理P1节点的板两侧受力均匀，在荷载作用下， 点），无陶粒泡沫混凝土板（配合比1）较掺陶粒的泡 通过板自身产生裂缝耗能.
预埋P2节点受力较为 沫混凝土板（配合比2）的抗剪耗能性能提升37%， 不均匀，节点区域承受较大局部应力，因而此现象 表明无陶粒泡沫混凝土与防锈涂层钢筋协同工作 也是导致P2节点容易破坏的一个因素之一.
性能优于掺陶粒的泡沫混凝土.
（4）对于四块试验板而言，节点钢板与混凝土 交汇处裂缝，除了配合比1的P1节点外（为2.5mm， 参考文献： 其余三块板分别为4mm、5mm和6mm），其余节点 [1]侯和涛，胡肖静，李国强，等.节能复合墙板的极限承载力[] 裂缝开展情况相似.
可知，当该裂缝宽度达到一定 建筑材料学报 2009 12(1):106111. 数值的时候，节点即和混凝土脱开.
配合比1的P1 [2]侯和涛，邱灿星，李国强，等，带节能复合墙板钢框架低周反 节点裂缝较小可能是由于制造中的偶然误差而导 复荷载试验研究[川工程力学，2012 29(9)：177-184. 致局部受力不均匀造成.
板裂缝开展情况如图9 [3] Carradine D M Woeste F E Dolan J D et al. Uilizing di- aphragm action for wind load design of timberframe and strue- （a）、（b）所示.
tural insulated panel buildings [] ForestProducts Joumal 2004 54(5):7380. [4]李国强，赵欣，孙飞飞，等.钢结构住宅体系墙板及墙板节点 足尺试件振动台试验研究[J地震工程与工程振动 2003 23 (1):6470. [5]石永久，王萌，王元清，等.钢框架端板连接半刚性节点受力 性能分析[J工程力学 2011 28(9):5158. [6]郭宏超，都际平，酒秀珍，等.基于节点连接特性的钢板剪力 墙结构数值分析[J工程力学 2013 30(8)：193198. （a）节点受剪整体裂缝分布 (b)节点区域裂缝 [7]彭晓彤，顾强，林晨.半刚性节点钢框架内填钢筋混凝土剪 图9节点抗剪试验裂缝图 力墙结构滞国性能分析[J]建筑结构学报，2009 30(1):48-54. 3结论 收稿日期：2015-08-23 （1）预埋P1节点的板，在加载过程中，荷载-位 作者简介：谷倩（1972-），女，博士、教授.
移曲线各阶段特征分明，加载初期曲线呈线性发 联系电话：18602753863 展，之后有明显的塑性变形过程，板中受力钢筋可 Emall: guqian218@ 126. 以达到屈服.
在板体发生大变形甚至极限破坏时， 预埋件周围混凝土只有少量裂缝产生，节点破坏发 会讯 生在板极限破坏之后，该节点形式可在工程实际中 采用.
2015年11月4-6日，济南将召开第六届全国 （2）预埋P2节点的板，加载过程中，荷载-位移 曲线基本呈线性关系.
从曲线可以看出，当达到节 秒浆的发展趋势：2商品砂浆绿色化生产和应用的 点极限荷载时，板中的受力钢筋尚未进入屈服阶 关键技术和设备：③商品砂浆新品种开发及其组 段，节点处预埋件与板发生脱离，预埋件周围混凝 fr 土有明显劈裂现象.
商品砂浆经济性和循环发展：5固体废弃物和机制 （3）对比配合比1和配合比2板（预埋P1节 际工程应用范例分析：商品砂浆的标准和技术规 点），配合比1板较配合比2板抗弯耗能性能提升 范：8建筑保温系统的新产品及安全耐久技术： 25%，表明无陶粒泡沫混凝土（配合比1）与钢筋协 * 商品砂浆的机械化施工技术研究等.
同工作性能优于掺陶粒的泡沫混凝土（配合比2）.
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