第25卷第6期 安徽建筑大学学报 Vol.25 No.6 2017年12月 Journal of Anhui Jianzhu University Dec.2017 DOI:10.11921/jsn.2095-8382.20170602 预制夹芯墙板FRP连接件的有限元模拟 陈东，丁磊，邵晨玥 （安徽建筑大学土木工程学院，安徽合肥230601） 摘要：预制夹芯保温墙体是集承重、保温、装饰一体化的复合瑞板，主要由内叶墙（承重墙）、保温层、 ABAQUS有限元模拟，主要研究两种连接件的抗拉、抗剪以及在实际墙板中的受力情况，对试件的抗拉和 抗剪性能进行验证.
证明FRP连接件抗拉性能优良，抗剪性能一般，在整体墙板中，连接件的受力受到多 种因素影响，主要有自重、风荷载、地震荷载等.
在受力情况上，主要表现为上部连接件承受荷我最大， 底部最小.
在位移上，与连接件的接触的部分位移最小，整体位移呈现出间隔分布的情形，即连接件嵌入 部分位移最小，水平方向上两组连接件的间隔处位移最大.
证明FRP连接件受力性能完全符合实际工程应 用需求，具有良好的市场应用前景.
关键词：连接件，抗拉，抗剪，有限元模拟 中图分类号：TU502文献标识码：A 文章编号：2095-8382(2017)06-008-07 The FiniteElement Simulation ofPrefabricated SandwichWall's FRP Connector CHEN Dong DING Lei SHAO Chenyue (School of Civil Engineering Anhui Jianzhu University; Anhui Hefei 230601 China) Abstraet: The prefabricated sandwich thermal insulation wall is a pound wallboard which integrates load bearing capacity thermal insulation and decoration. It mainly consists of three parts: inner wythe (load bearing wall) insulating layer and outer wythe (decorative wall). These three walls mainly depend on the connector to joint them. By means of contrast this thesis utilizes the ABAQUS finite element simulation to mainly research and testify the tensile and shearing resistant performances of these two kinds of connectors and their stress conditions in the real wallboard are also included. It proves that FRP connector has high tensile but ordinary shearing resistant performances. In the whole wallboard the stress of the connector is influenced by many factors which mainly include selfweight wind load and earthquake load. As for the stress condition the connector is mainly characterized by the maximal stress load on the top and the minimal stress load at the bottom. With regard to the displacement the part which contacts the connector has the minimal displacement. The whole displacement presents the interval distribution condition which means the embedded part of the connector has the minimal displacement while the interval of the two connectors in a horizontal direction has the maximal displacement. In a conclusion it is testified that the stress performance of the FRP connector can fully meets the practical needs of engineering application. Moreover it has a bright prospect for its application in the market. Keywords: connector tensile resistant shear performance finite element simulation Plastic缩写，简称FRP：是一种增强纤维复合材 0引言 料：是在具有热固性或者热塑性的材料基体上添 FRP为英文单词 Fiber Reinforced Polymer/ 加一定的短切纤维或者连续纤维及其织物，经过 收稿日期：2017-09-11 基金项目：国家重点研发计划子课题（2016YFC0701702-2）.
作者简介：陈东（1981-），男，士，副教授，主要从事建筑信息化（BIN）研究.
第6期 陈东，等：预制夹芯墙板FRP连接件的有限元模拟 6 一定的加工而形成的一种新型材料.
由于该材料 应较为明显，大大影响了住宅的舒适度：FRP连接 是在具有热固性或者热塑性的材料基体上制作面 件主要成分是环氧树脂，作为一种有机材料，在 成的，所以该材料可以整体成型，并且制作成各 导热方面相比于前两种连接件，其冷热桥效应很 种形状，可塑性极高，减少了装配的步骤，节约 低，且在碱性环境下的耐腐蚀性能较强，具有很 了成本，同钢材或者合金金属相比，复合材料在 长的使用期，在力学性能方面，其抗拉性能远远 质量、强度以及刚度等方面具有较大的优势.
通 强于前两种连接件回，根据连接件在实际应用过 过近几年我国的装配式建筑的发展状况来看，先 程中的受力作用，可分为抗剪和非抗剪两大类.
进的复合材料应用范围和应用深度都在进一步提 抗剪连接件主要利用连接件来传递内外叶墙板之 高.
然而，由于FRP材料当中由于纤维的排列方 间的剪力，主要代表有板式、棒式连接件和格构 式不一致，所以FRP材料属于各向异性材料，在 式连接件，非抗剪连接件又称为柔性连接，墙板 不同的方向上，材料具有不同的力学性能，且力 之间作为相互独立的个体，没有相互作用，连接 学性能相差较大.
在与纤维排列一致的方向上， 件之间也没有剪力，不传递力].
其力学性能表现为具有较高的抗拉性能，即构件 近年来，随着复合材料的生产工艺不断的 在该方向上具有较高的弹性模量，在与纤维排列 提高，生产设备的不断简化，因此高强度的复合 方向垂直的方向上，其力学性能较差，即构件的 材料得到了极大范围内的应用，主要有玻璃纤维 抗剪性能较羽.
另一方面，纤维层与层之间的剪 （GFRP），玄武岩纤维（BFRP）以及碳纤维（CFRP）， 切能力和拉伸强度也都比较低1 其中最著名的即关国的托马斯公司生产的MS/MC 1FRP连接件 型连接件，已经有三十多年的历史，目前已经在 全球范围内使用.
在具体施工过程中，连接件本身穿过保温层， 首先两端分别嵌入内外叶混凝土当中，外叶墙板 2有限元模拟 所承受的各种荷载可以通过连接件传递到内叶墙 2.1试件介绍 版，可以使内外叶墙板协同作用，其主要作用就 如图1所示：本文主要模拟以下两种连接件 是抵抗各种荷载作用.
传统的连接件直接贯穿保 的抗拉和抗拔性能，以下两种连接件中部与复合 温层，对内外叶混凝土进行连接，这种连接件由 墙板的保温层接触，所用材料为塑料，白色部分 于在保温层开了洞，破坏了保温材料的完整性， 为FRP材料，连接件的力学性能都由中FRP材料 因此冷热桥效应较大.
从结构的角度考虑，连接 提供.
左边连接件为国外连接件，右边为国内的 件虽然可以起到保证墙体强度的作用，但是在节 产品，两种连接件在长度上一致，主要区别在于 能方面却起到了反作用，导致墙体的保温节能效 起截面形状.
率有所下降.
连接件作为装配式建筑中重要的一 环，它是保证内外叶混凝土板共同作用的关键， 在竖向荷载作用下，连接件可以保证内外叶混凝 土板的结构稳定性，使内外叶混凝土板之间的剪 力可以有效的传递，调节内外叶混凝土的变形.
由于连接件的各个组成材料的成分不一致，故可 以将连接件分为：合金连接件、钢筋连接件以及 FRP连接件.
其中合金连接件的力学性能最好， 耐久性较强，且实际应用过程中具有较低的冷热 桥效应，但是其制造成本较高，很难大规模推广： 钢筋连接件制造简单，施工方便，但由于钢材属 于热的良导体，因此在实际工程使用中冷热桥效 图1连接件种类
10 安徽建筑大学学报 第25卷 2.2抗拉模拟 试件模拟情况如图2所示： 170 200 钢箱 1 拉杆 3 100 一保温 连接件 图5 混凝土应力云图 两层钢路网片.
间距100mm 170 混凝土 图6混凝土最大位移点处的位移曲线 连接件 钢筋网片 模拟构件采用两块混凝土中间加保温层的构 造，连接件的内外叶分别嵌入上下两块混凝土中， 图2构件洋图 中部与保温层接触，两块混凝土各配置一个拉杆， 如图2所示，为连接件的有限元模拟示意图， 便于施加荷载，底部拉杆完全固定，顶部拉杆施 从下往上依次为混凝土、保温层、混凝土.
其中 加拉力荷载.
由图3-图6可知，当构件承受拉力 连接件贯穿保温层，上下两端分别嵌入上下端混 时，拉力由拉杆传递给混凝土，再由混凝土传递 凝土，每块混凝土内部设有双层钢筋网片、弯钩 给连接件，连接件整体承受拉力，混凝土的受力 和拉杆，放置钢筋网片是阻止混凝土受力出现劈 部位主要集中在与连接件接触部位，并以接触点 裂，弯钩和拉杆主要为了方便施加荷载.
为中心，拉力成扩散形式，距离接触中心点越远， 拉力越小.
因为上下两块混凝土依靠连接件相连， 2.3模拟结果 国内连接件抗拉模拟结果： 故连接件承受拉力，拉力在连接件上分布比 较均匀，连接件整体出现被拉长的趋势.
根据位 移曲线可知，一开始阶段，混凝土处于弹性阶段， 当位移达到2.5mm左右时，位移曲线出现转折点， 即混凝土已经达到破坏，构件完全失去作用.
由 此证明： （1）连接件与混凝土之间的机械咬合力非常 好，完全可以承受较大的拉力： 图3混凝土位移云图 （2）连接件的抗拉性能较好，在构件承受极 限拉力的情况下，首先遭到破坏的是混凝土，连 接件仅仅是受拉力被拉长： （3）混凝土的破坏为脆性破坏，当拉力达到 构件的极限承载力时，混凝土破坏，构件失效： 2.4国外连接件抗拉模拟 如图7-图10所示，分别为各个构件的受力、 图4连接件位移云图 变形云图：
第6期 陈东，等：预制夹芯墙板FRP连接件的有限元模拟 11 2.5抗剪模拟 图7混凝土应力云图 图11 构件模拟图 如图11所示模型模拟，从左往右依次为混 图8连接件位移云图 图9混凝土位移云图 凝土（60mm），保温层（30mm），混凝土（120 m），保温层（30mm），混凝土（60mm），总 共十二个连接件，一边六个，相互对称，连接件 分别嵌入中间和两边的混凝土.
两侧混凝土完全 固定，中部混凝土顶端施加荷载.
2.6国内公司的连接件抗剪模拟 如图12-图15所示：分别为国内公司的连接 图10混凝土最大位移点处的位移曲线 件在承受剪力作用下，外侧墙板和中部墙板的应 由图7-图10可知，该类连接件的受力形式 力、位移云图： 与国内公司的连接件受力形式几乎一致，混凝土 的受力部位主要集中在与连接件的接触部位，且 以接触点为中心向四周呈现递减的趋势，连接件 承受拉力，变现为连接件整体出现被拉长的趋势， 但在连接件的弹性范围内.
由于国外连接件的横 截面积相比于国内公司的连接件，表面积只有其 一半左右，故位移大于国内公司的连接件，但是 其混凝土最大位移曲线，以及混凝土的变形和混 图12两侧墙体的位移云图 图13两侧墙体的应力云图 凝土的受力情况，两者并无太大差别.
由两类不同连接件的对比可以得出以下结论： （1）连接件本身在受到拉力的情况下，首先 遭到破坏的是混凝土，即连接件抗拉性能非常好： （2）连接件的抗拉性能与连接件本身的截面 积成正比关系： （3）在未达到连接件的极限承载力的情况下， 连接件的截面积大小对实验结果并无太大影响： 图14中间境体的位移云图 图15中间境体的应力云图
12 安徽建筑大学学报 第25卷 由图12-图15可知：在应力方面，混凝土应 力最大点都是处于连接件嵌入部分，且以嵌入点 为中心向周边递减扩散，由于中部混凝土顶端施 加荷载，故两侧墙体顶端应力最大，往下逐渐减小， 到连接件嵌入点后又开始变大.
在为位移方面， 两侧墙体由于连接件的嵌入原因，在嵌入点处位 移最小，其余各部分位移相对比较平均，中部混 凝土位移主要分为三个区域，每两组连接件嵌入 图19中间境体的应力云图 的部位为一组位移最大区域，且底部位移偏大区 域的位移明显小于顶部和中部区域.
连接件的位 由图16-图19可知：该类连接件在混凝土中 移主要集中于嵌入中部混凝土的部分，嵌入外部 的受力和位移情况与国内公司的连接件没有太大 混凝土的部分位移较小，应力主要集中在连接件 差别，应力最大点都是出于连接件嵌入部分，且 处于保温层中的那一区域.
结论：墙体在承受荷 以嵌入点为中心向周边递减扩散，由于中部混凝 载作用下时，墙体的受力和位移并非均匀，在连 土顶端施加荷载，故顶端应力最大，往下逐渐减小， 接件嵌入部分应力最大，位移最小.
到连接件嵌入点后又开始变大.
在为位移方面， 2.7国外公司连接件的抗剪模拟 两侧墙体由于连接件的嵌入原因，在嵌入点处位 如图16-图19所示：分别为该类连接件在承 移最小，其余各部分位移相对比较平均，中部混 受剪力作用下，外侧墙板和中部墙板的应力、位 凝土位移主要分为三个区域，每两组连接件嵌入 移云图： 的部位为一组位移最大区域，且底部位移偏大区 域的位移明显小于顶部和中部区域.
连接件的位 移主要集中于嵌入中部混凝土的部分，嵌入外部 混凝土的部分位移较小，应力主要集中在连接件 处于保温层中的那一区域.
由于该类连接件的截 面积相对较小，故在位移方面相对于国内的连接 件有所偏大.
由上两组对比可知： 图16两侧墙体的位移云图 （1）墙板的受力是非均匀的，以每个连接件 的嵌入部分为一个区域，每个区域内中心部位受 力最大，逐渐向周边递减： （2）在未达到连接件极限承载力的情况下， 连接件的截面形状和截面面积对实验并无明显影 响.
（3）当对中部墙体施加向下压力，通过连接 图17两侧墙体的应力云图 件的传递，对两侧墙体的位移影响较小，因为混 凝土抗压性能较好.
3实际墙板中的模拟 般情况下，复合墙板的外叶墙板通过连接 件固定在内叶墙板上，墙体主要受到竖向荷载（自 重荷载，积灰荷载，雪荷载等）以及水平荷载（地 图18中间墙体的位移云图 震荷载，风荷载等），本文主要研究墙体在自重
