2012年第4期 玻璃钢/复合材料 55 预制夹芯保温墙体FRP连接件抗拔性能试验研究 薛伟辰”，杨佳林”，王君若” （1.同济大学建筑工程系，上海200092：2海市建筑建材业市场管理总站，上海200032） 摘要：预制夹芯保温墙体是集承载与保温一体化的新型预制保温墙体.
该墙体由内外叶钢筋混凝土板、中间保温层及纤 维增强望料（FRP)连接件组成其中FRP连接件是连接内外叶钢筋混凝土板的关键部件其受力性能直接影响墙体的安全性 本文以上海市某安居工程为背景基于拔出试验对FRP连接件的抗拔承载力、破坏形态、荷载-滑移关系及荷载-应变关系等进 行了较为系统的研究.
研究表明试件均发生了混凝土劈裂破坏；试件的抗拨承载力为23.5kN为抗拔荷载设计值的14.3倍， 满足工程设计要求并具有较大的安全储备最后提出了预制保温墙体FRP连接件的抗拔承载力计算方法.
关键词：预制混凝士：夹芯保温墙体；FRP连接件；抗拔承载力 中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1003-0999（2012)04-0055-05 我国是能耗大国：在我国当前总能耗中大约有成如图1所示.
其中FRP连接件是连接预制夹芯 30%消耗在建筑物上”建筑节能是缓解我国能 保温墙体内外叶混凝土板的关键部件，其受力性能 源紧缺的一项重要工作.
在建筑能耗中围护结构 直接影响墙体的安全性.
FRP连接件具有强度高， （主要是外墙）所占建筑能耗比重最大约占建筑总 导热系数低、耐腐蚀性强的特点-”可有效减小墙 能耗的85%-99%.
因此墙体节能是实现建筑 体的传热系数能有效提高墙体的安全性与耐久性.
节能的最重要手段 相比之下预制夹芯保温墙体具有诸多优点：① 目前建筑工程中常用的保温墙体分为内保温、 节能保温效果显著墙体采用FRP连接件代替传统 外保温以及夹芯保温墙体这三种：内保温墙体存在 金属连接件，可有效减小连接件部位产生冷（热） 内部保温层易损、受室内装修影响大等问题而外保 桥：②抗火性能与耐久性能好由于保温材料设置于 温墙体存在着较为严重的防火及耐久性问题，其使 内外叶混凝土板之间能有效防止火灾、外部侵蚀环 用寿命一般为15-20年[ 境等不利因素对保温材料的破坏：③生产与施工效 r1 保疆材料层 率高预制夹芯保温墙体能高效率地实现制备工厂 化和施工装配化适用于住宅产业化的发展- 早在上世纪80年代末欧美、日本等国家就已 FRP连报件 外叶湿星土析 开展了预制保温墙体及FRP连接件的研发与应用 工作-澳大利亚CGS公司开发了M型与C型FRP 连接件，日本旭硝子株式会社开发了圆管状FRP连 1 1-1面 接件[美国Aslan公司开发了格构式FRP连接件 内叶板服向受力钢族内叶板损向受力钢第 Nu-Tie连接件呈波形采用Aslan 100CFRP筋制 务叶板原向受力钢落外叶板膜向受力第 2-2 作.1971年Comm.Rep等[]对夹芯墙体的设计 方法进行了研究，包括连接的设计和混凝土、钢筋及 图1预制夹芯保温墙体示意图 隔热材料的选取等-1988年G.T.Wade等人最 预制夹芯保温墙体是一种可实现承重与围护同 早开发了预制保温墙体FRP连接件并对连接件的 寿命的新型预制保温墙体墙体由内外叶钢筋混凝抗拔性能进行了研究.1991年，W.Ramn等[1对 土板、中间保温层及纤维增强塑料（FRP）连接件组 FRP连接件进行了抗拔、推出试验.
目前采用FRP 收稿日期：2012-04-15 基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目（2010BAK69B28）：上海市科委项目（10d0583700，10dz1202200) 作者简介：薛伟辰（1970-，男，博士，教授，主要从事现代预应力结构与先进复合材料的研究.
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56 预制夹芯保温墙体FRP连接件抗拔性能试验研究 2012年7月 连接件的预制夹芯保温墙体已广泛应用于欧美国家 预制夹芯保温墙体FRP连接件抗拔试件共3 公共建筑及商业建筑的建筑墙体之中.
个试件尺寸为490×250×250mm.试件编号分别 目前预制夹芯保温墙体及FRP连接件的研究 为TI-PO1、TI-PO2和TI-PO3.
试件混凝土强度为 在我国尚处于起步阶段.
同济大学等单位在国内率 C50为防止混凝土过早劈裂在混凝土板内配置双 先研发出了具有自主知识产权的预制夹芯保温墙体 层钢筋网片并预埋钢拉杆和锚固筋、试件的泡沫保 FRP连接件（如图2所示，该连接件由国内某大型专 温板厚为150mm，两侧的拉伸混凝土板厚度为 业公司生产）并开展了预制夹芯保温墙体与FRP 170mm每个试件共使用1枚连接件-试件施工图 连接件的受力性能、设计方法及工程应用等一系列 如图3所示混凝土力学性能如表3所示.
研究工作，有关成果已列入上海市《装配整体式混 16拉杆 250. 凝土住宅体系设计规程）（DG/TJ08-2071-2010）中- 10钢路预理作 本文通过FRP连接件的拔出试验对FRP连接件的 拉杆 抗拔承载力、破坏形态、荷载-滑移关系与荷载-应变 拉杆及预理钢的物视围 关系等进行了较为系统的研究.
连接作 1试验设计 1.1试件设计 2007年本课题组开发了适用于预制夹芯保温 果篮网片 墙体的第一代FRP连接件.
该连接件由FRP连接 1-1 说明：中15投纤湖入淘新十民度 板和套环两组件组成连接板上下端部设置有槽口， 如图2所示.
连接件截面几何属性如表1所示.
图3FRP连接件抗拔试件施工图 FRP注接板 表3混凝土的力学性能 立方体抗压度 轴心抗压强度 轴心抗拉强度 弹性模量 主方向 f MPs f /MPa f /MPa E /GPa 套环 48.8 32.6 3.7 36.8 真主为时 1.2加载与量测 试验在万能试验机上进行，试验前对拉杆进行 矫直处理，保证夹具与拉杆连接对中.试验数据采 图2预制夹芯保温墙体FRP连接件 用英国输力强公司生产的35951B型数据采集设备.
表1连接件横截面几何属性 施加抗拔力连续均匀加载速度为0.5kN/min.
截面积强轴惯性矩弱轴惯性矩 强轴抗弯 截面系数 轴抗弯 截面系数 每个连接件抗拔试件均设置4个位移计以测 4 /m? /m* 1 /m* W /mm? W' /m? 量连接件上、下端与混凝土之间的相对滑移：连接件 848 12120 11719 161 两侧表面中点布置2个三向应变花，用于量测连接 为测试FRP连接件的材料性能本课题组前期 件中点处各向应变.
开展了FRP连接件的拉伸试验与水平剪切试验 2 试验结果与分析 拉伸性能试验参照国标规范GB/T1447-2005进行， 2.1破坏形态 水平剪切强度根据美国ASTMD2344规范进行测 试件均发生了混凝土劈裂破坏，连接件平 试结果如表2所示.
均抗拔承载力达到23.5kN.连接件槽口内有压碎 表2连接件的材料性能 的混凝土粉末，但连接件表面无纤维断裂或树脂裂 项目 拉伸强度 拉伸弹模 泊松比 抗剪强度 缝，在加载接近极限荷载时连接件根部附近的混凝 T/MPa E/GPa S/MPa 土表面出现劈裂裂缝抗拔试件的破坏形态如图4、 实测值 742 46.3 0.27 47.8 图5所示.
可以看出： FRP/CM 2012. No. 4
2012年第4期 玻璃钢/复合材料 57 （1）由于FRP连接件表面较为光滑连接件的 （3）当荷载达到峰值时相应FRP连接件滑移 锚固力主要来自连接件槽口与混凝土之间的机械咬 测点的滑移量s约为1.5-2.3mm.
合作用连接件槽口对混凝土的挤压如同一个楼会 产生很大的机械咬合力： 30 25 （2）在拔出荷载作用下连接件槽口斜面向外 3 挤压内嵌混凝土，沿连接件边凸肋大致成45°方向 荷我 15 的截面被拉开从而形成如图所示的双角锥体（阴影 10 TI-PO1 部分）劈裂破坏.
.-T3-PO3 T2-P02 15 2.5 滑移/mm 图6连接件荷载-滑移关系 2.3荷载-应变曲线 试验测得的FRP连接件荷载-应变曲线如图7 一图10所示，可以看出： 图4劈裂裂缝 （1）连接件主方向（沿连接件长度方向）和垂直 主方向应变（垂直连接件长度方向）随荷载关系基 本呈线性增长： （2）当试件发生抗拔破坏时连接件测点位置 处的正应变、剪应变均较小连接件主方向的正应变 PO3 均小于700μe小于连接件拉伸极限应变连接件本 身并无损伤 25 图5试件破坏形态 20 3个FRP连接抗拔试件的主要试验结果如表4 15 所示， 10 上方向正成资 表4最大拔出力及峰值滑移 应主方向正应变 应变 试件 TI-P0I T1-P02 OL -200 200 400 600 应变/p 最大抗拔力 22.1 17.6 24.8 图7TI-POI连接件荷载-应变曲线 蜂值滑移/mm 1.75 1.52 2.34 35 2.2荷载-滑移曲线 28 FRP连接件荷载滑移曲线如图6所示，可以 21 看出： （1）当拔出荷载小于0.1N时连接件与混凝土 方正 间的滑移小于0.2mmFRP连接件荷载-滑移曲线基 上方向正应变 本呈线性； 200 200 400 600 800 （2）当拔出荷载增至0.5N时，由于连接件根 应变/u 部槽口开裂连接件与混凝土间滑移发展较快； 图8TI-PO2连接件荷载-应变曲线 FRP/CM 2012. No.4
58 预制夹芯保温墙体FRP连接件抗拔性能试验研究 2012年7月 5 P= min [βfu_ho Af (1) 2 3 式中为连接件卡槽底部距混凝土板表面高 10 度取h=30mm;β为抗拔试验劈裂破坏锥体的形 上方向江变 方向正应变 状影响系数取β=0.45;u为距连接件边缘处劈 裂裂纹的周长取连接件槽口截面处沿45°扩展至 -500 500 1000 1500 2000 2500 混凝土表面的闭合长度，如图11所示；f为混凝土 应变/u 抗拉强度：f.为连接件抗拉强度：A.为连接件截 图9T1-O3连接件荷载-应变曲线 面积. 2$ 4安全性评价 20 针对上海市某安居工程并参照建筑结构荷载 规范（GB50009-2001）及《金属与石材幕墙工程技 术规范》JGJ133-2001对预制夹芯保温墙体FRP连 10 ..TI-PO2 TI-PO1 接件的抗拔荷载设计值（风荷载及地震荷载作用下 ==T1-PO3 的最不利组合）进行了计算，并与试验结果进行对 129 240 360 480 600 比对比结果见表5. 应变/ 表5荷载设计值与试验值对比 图10FRP连接件荷载-主方向正应变曲线 设计值 试验值 安全系数 3抗拔承载力计算公式 1.64kN 23.5kN 14.3 试验结果表明连接件槽口与混凝土之间的机 械锚固力在抵抗连接件抗拔时起主导作用随着荷 由表5可见连接件抗拉荷载试验值（平均值） 载的增加FRP连接件端部槽口间的混凝土咬合齿 为荷载设计值的14.3倍，具有较大的安全储备，满 被切断混凝土出现劈裂裂缝并沿连接件边凸肋大 足设计要求.
致成45°方向的截面被拉开从而形成如图11所示 的双角锥体（阴影部分）破坏，Eligenhausen[1]混凝 5 结论 土单筋锥体抗拔承载力计算公式表明，钢筋的极限 基于对3个FRP连接件抗拔试验的研究与分 抗拔力应等于锥体水平投影面积上混凝土拉力 析主要结论如下： 总和. （1）试件均发生连接件端部混凝土劈裂破 坏.FRP连接件端部槽口间的混凝土咬合齿被切 断混凝土出现劈裂裂缝并沿连接件边凸肋大致成 45°方向的截面被拉开从而形成双角锥体破坏； （2）连接件平均抗拔承载力达到23.5kN，为荷 载设计值的14.3倍连接件与混凝土间的最大滑移 值小于2.4mm； （3）提出了FRP连接件抗拔承载力计算公式， 图11混凝土劈裂破坏计算简图 可为同类型的FRP连接件设计与计算提供参考： 本文参照文献[9]提出了FRP连接件的抗拔承 （4）预制夹芯保温墙体FRP连接件的抗拔承载 载力计算公式，见式1.FRP连接件的承载力取混 力能够满足工程设计要求并具有较大的安全储备.
凝土锚固力与FRP连接件材料抗拉承载力的较 需要说明，该预制夹芯保温墙体已应用于上海 小值， 某安居工程建成近3年来使用效果良好.
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2012年第4期 玻璃钢/复合材料 59 参考文献 els [J]. PCI Joumal 1991 36( 6) : 78-98. [1]蒋华君，浅谈如何推进住宅产业化[].上海房地，2007[2)： [10] Comm Rep. Design of peeast eoecrete wall panels [J]. J Amer 40-41. Conerete Inst 1971 68( 7) : 504-513. [2]洪雯，施美灵等.建筑节能一绿色建筑对亚洲未来发展的重要 [11] Anon. Seletice and use ef materiab for precast cncete wall pan- 性[M].北京：中国大百科全书出版社，2008. el[J]. Am Concrete Inst-J 1969 66 ( 10) : 814-820. [3]杭迎伟，复合保温围护墙板工业化成套技术研究与应用[R] [12] Waxle G. T. Posrter M. IL. amnd Jaosbs D. R. Glax-filer = 上海：上海建工（集团）总公司，2010. pole csetos frinlaed e si wllo [R] . Ia [4]张泽平，李珠，董彦丽，建筑保温节能墙体的发展现状与展望 Sale Univesity Ames lova March 1988. [J].工程力学 2007 24(增刊II) : 121-127. [13] RAMM W. Repoet conerming shear tests under statie loed with re [5]李孟洋，李炜，拉挤工艺用耐高湿环氧树脂性能研究与开发 gand to three-layered facade panels with an anchoring arcding to [J].玻璃钢/复合材料，2011[4}：55-59 the themmmass building sstem { in Gemmars [R]. Kaserslautem: [6]树脂基复合材料连接技术研究现状及在桥梁工程中的应用和发 Universty of Kaiserslautem 1991. 展[J].玻璃钢/复合材料，2010【2]：78-82. [14] RAMM W. Repont conoeming 4ma and shwar tosts vith sxtatic [7]朱海案，方高干，纤维增强聚合物（FRP]耐久性能研究进展 load cenming anrbing sf trer-eyre farade pans aconling [J].玻璃/复合材料，2009【2}：78-8]. o the Thermomae bilding aystem [R] . Kaismslauterm: Unisersily [8 ] Shehoko S. Espent′ s Repoet on theACG-Caenetor Ssstem [ im of Kaisersbatem Augut 1992. Janpanee) [R]. March 1997. [15] Elighausen R. Fastening with boded anchoes [M]. Gemany: Be [9] AlEINA et Al. State of the at of Precast Goncrete Sandvich Pan- tonwerk Fertigteil-Tech Pres 1984. 10-2. PULL-OUT TESTS FOR EVALUATIONS OF ANTI-PULLING BEHAVIOR OF FRP CONNECTORS IN PRECAST SANDWICH INSULATION WALL PANELS XUE Wei-chen' YANG Jia-lin’ WANG Jun-ruo² 1. Department of Building Engineering Tongji University Shanghai 200092 China; 2. Shanghai General Administration of Market for Construction and Construction Materials Shanghai 200032 China ) Abstraet: Precast sandwich insulation wall panel is a new type of insulation wall which performs well both in structural bearing and thermal insulation. This kind of wall is consisted of intermal and extermal concrete wythes in sulating layers and the key ponent-FRP connectors which ties hwo concrete wythes together to provide a distrib uted fastening system. Taking the model from a practical projeet in Shanghai as a reference a series of tests inclu ding three pull-out specimens with emphasis on FRP connectors′ pull-out capacity failure patterm and load-slip cunve etc. were presented. Al the tests were terminated by the concrete fracture and the average pull-out capaci ty of the connectors was 23. 5kN about 14. 3 times of the design pullout load. This means the connector could a u uaa se ua as p8 sq pue′ fo d usp saba a od s! I[em qpimpues apaouo seoaad u sopuo dd po fordeo no-nd a anduo o poqau uoenoe posed. Key words: precast concrete’ sandwich insulation wall panel; FRP connector pull-out bearing capacity FRP/CM 2012. No. 4
