面向装配式被动房的BFRP连接件-混凝土夹心墙板研究

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装配式被动房利用装配式建筑的工业化优势,将被动房传统的湿作业改变为装配式作业,极大地提升了建筑工程质量,提升了建筑综合效益,是未来被动房的发展方向。预制混凝土夹心保温墙板是装配式被动房的一类重要构件,具有较好的保温性能,并且可做到装饰、保温、结构一体化设计,一体化生产,非常符合建筑工业化的发展要求。连接件作为夹心板的重要部件,不仅要有足够的力学性能,起到传递内外叶墙板荷载的作用,而且要满足热工性能的要求。目前,普通的预制混凝土夹心板中的连接件产品主要有金属和非金属FRP连接件两种类型,金属连接件承载力高但热损失较大,且价格昂贵;非金属 FRP 连接件热损失小,但承载力低,且经过二次加工的FRP连接件成本较高。被动式建筑因具有更高要求的保温性能,保温层厚度较大,现有的金属或非金属FRP连接件不能满足被动式建筑低热损失、高承载力的要求,因此,亟需开展新型的满足被动式建筑要求的连接件研发工作。
  本文提出了一种新型的面向装配式被动房预制夹心墙板的 BFRP 连接件,运用试验研究及理论分析对该连接件的基本力学性能、承载力以及配置该连接件的混凝土夹心板的抗弯性能进行了系统研究。论文的主要研究工作及取得的成果如下:
  1、从BFRP连接件材料的基本力学性能入手,本文开展了4种直径的BFRP筋材的拉伸强度、拉伸模量、层间剪切强度、剪切强度、弯曲强度、弯曲模量等力学性能指标的测试,以及筋材在高温碱性环境加速腐蚀后的残余拉伸强度和残余层间剪切强度的试验工作,结果表明,直径大于8mm的BFRP筋满足FRP连接件的材料性能要求,具有足够的强度安全储备,是一种较为理想的FRP连接件制作原材。
  2、对于BFRP连接件的抗拔性能,开展了直锚拉拔试验研究,确定了3种直径的BFRP连接件在锚固深度为50mm时的抗拔承载力,直径为12mm,10mm和8mm的连接件锚固承载力标准值分别为26.47kN,23.68kN和20.47kN,均高于连接件抗拔承载力规范要求。
  3、对BFRP连接件的抗剪承载力开展了双剪和组合双剪试验,对比分析了连接件安装角度、连接件直径、保温层厚度对抗剪承载力以及抗剪刚度的影响,确定出较为合适的 BFRP连接件安装角度为60°,为尽可能地发挥出BFRP连接件材料的性能优势,连接件跨径比(连接件净跨度与直径的比值)不宜大于15。
  4、通过对预制混凝土夹心板的单向四点弯曲试验,研究了BFRP连接件不同布置间距下夹心板的抗弯性能,布置BFRP连接件和十字形截面GFRP连接件夹心板的抗弯性能对比,并对夹心板开裂前弹性阶段的组合度和极限阶段的组合度进行理论评估。研究结果表明:布置 BFRP 连接件的夹心板具有较高的位移延性系数,变形能力强;夹心板抗弯承载力与连接件布置间距相关;BFRP连接件夹心板的抗弯性能优于GFRP连接件夹心板。
  5、基于上述研究,提出了一种BFRP连接件布置方案设计流程及安全性评估方法,供实际工程项目BFRP连接件布置方案设计参考。
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