CN116008060B - 预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置，其包括U型钢板支座和托架，托架用压梁固定在U型钢板支座上，托架上放置有千斤顶和升降支座，升降支座上放置有可调节U型槽；U型钢板支座上安装有活塞杆千斤顶；试验时，活塞杆千斤顶与试件加载端接触。本发明公开采用水平方式加载，能够得到保温层在低周往复试验下完整的滞回曲线，将U型槽和升降支座设置为可调节型，实现加载装置的适用多样性，且在可调节U型槽内增设滚轴，将滑动摩擦转变成滚动摩擦，能够准确地反映连接件的剪切性能。该装置制作简单、适用性强、简单优化亦可进行连接件的拉拔试验。
Description
技术领域
本发明涉及试验装置技术领域，具体涉及预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置。
背景技术
预制复合墙体依靠连接件将预制层、现浇层及保温层三部分组成一体。连接件承受墙体自重、水平风荷载、地震作用、温度应力等产生的剪切荷载，其为实现两层混凝土板协同工作，保证复合墙体优良力学性能的重要部件。为保障复合墙体保温层使用阶段的安全性，研究连接件的剪切和拉拔性能具有重要意义。
传统的保温板剪切试验装置依据规范采用竖向加载，两层混凝土板尺寸和连接件的锚固深度均相同。然而，在工程实际中，复合墙体的预制层、现浇层厚度以及连接件的锚固深度均不相同。此外，现有的保温层连接件双侧剪切试验装置，其试验结果无法准确反映连接件在实际应用中的抗剪切性能，也不能得到保温层在低周往复试验下完整的滞回曲线。
因此，现有传统的复合墙板保温板连接件剪切试验装置存在一定的缺陷。为得到保温层在低周往复试验下完整的滞回曲线，研发保温层连接件力学性能试验装置非常必要。
发明内容
针对上述加载装置的局限性和改进需求，本发明提供了一种预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置，该装置能够准确地反映连接件的剪切性能，得到保温层在低周往复试验下完整的滞回曲线，简单优化亦可进行连接件的拉拔试验，制作简单、试件安装方便、以及具有较强的适用性。
本发明采用如下技术方案：
预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置包括活塞杆千斤顶、U型钢板支座、托架、压梁、升降支座、千斤顶、可调节U型槽、加载架和钢法兰。
所述托架与剪切试件螺栓连接，并用压梁固定在U型钢板支座上，所述剪切试件的上层混凝土板滑动端嵌入可调节U型槽内，下底面安装有升降支座，所述活塞杆千斤顶与U型钢板支座螺栓固定，加载端紧贴上层混凝土板，所述钢法兰夹持固定在夹持端的上下端面，所述钢法兰的上端面焊接空心螺杆，所述加载架支撑面中心处开洞，所述通长螺杆一端与空心螺杆连接，另一端贯穿加载架和拉拔仪的油顶，用螺母固定。
在上述方案中，所述剪切试件包含上层混凝土板、保温板、下层混凝土板及连接件，两层混凝土选取厚度不同的混凝土板，连接件贯穿保温板，将三者依次相连；下层混凝土板固定端两侧浇筑前各预埋3个定位孔，用螺杆将其固定在托架上，所述托架用压梁固定；所述剪切试件法线方向用4个千斤顶进行限位，防止其加载过程中法线方向的位移；升降支座底座板的下端面用螺栓连接托架的上端面，托板的顶端面螺栓与可调节U型槽的底端面连接；上层混凝土板两侧嵌入可调节U型槽中；活塞杆千斤顶一端与U型钢板支座螺栓固定，另一端作用于上层混凝土板加载端的加载梁上，并记录施加的荷载。
在上述方案中，所述活塞杆千斤顶规格为500kN，当试件发生剪切破坏时，极限抗剪承载力由保温层和连接件两部分承担，所述保温层提供的剪切荷载为：
V保温＝0.014fuAu
其中，fu为保温层材料的抗拉强度；Au为剪切面积；
所述连接件失效模式分为连接件断开和混凝土拔出两种情况，所述连接件断开时，其提供的剪切荷载为：
所述连接件失效模式为混凝土拔出，其提供的剪切荷载为：
其中，As为连接件截面面积；L为连接件长度；X为保温层厚度；δ为相对滑移量；E为混凝土弹性模量；d为连接件截面直径；hef为连接件嵌入深度；ft为混凝土抗拉强度。
在上述方案中，所述托架的H型钢高度为300～400mm，两个H型钢平行水平远离摆放，依靠工字钢焊接形成一个整体，并用压梁固定。
在上述方案中，所述下层混凝土板长度和中间保温层长度一致，宽度方向两边分别延伸出30～40mm，便于下层混凝土板与H型钢的连接，厚度根据工程实际选取。
在上述方案中，所述保温层选择石墨聚苯板，尺寸依据模数和连接件的分布进行选取，厚度一般90～120mm。
在上述方案中，所述上层混凝土板浇筑前加载端延伸出保温板10mm，并预埋三个M16螺栓孔，法线方向两边各延伸出保温板10～20mm，并各预埋五个M16螺栓孔。
在上述方案中，所述加载梁螺栓固定到上层混凝土板加载端，将活塞杆千斤顶施加的荷载通过加载梁传递到上层混凝土板。
在上述方案中，所述可调节U型槽由2个不同规格的角钢和滚轴组成，在2个角钢一侧开设相同位置、长度为10～20mm的长圆孔，滚轴沿着角钢长度方向间距100mm焊接在槽口内；下角钢用螺栓与升降支座的托板上端面连接，上角钢依据上层混凝土板的厚度在长圆孔中定位与下角钢螺栓固定。
在上述方案中，所述升降支座丝杆的长度依据下层混凝土板和保温层的厚度进行选取，直径为40mm，单个升降支座的承载力在4～5t之间，底座板与H型钢梁上翼缘用四个螺栓固结，托板与可调节U型槽的底端面螺栓连接。
在上述方案中，所述上层混凝土板处于加载状态时，其在可调节U型槽内滚动存在较大摩擦，在两者的接触面增设聚氯四氟乙烯板。
在上述方案中，上层混凝土板与保温层之间的相对位移应小于2.54mm。
在上述方案中，所述连接件的夹持端用高强灌浆料浇筑，长度取100mm，且不应小于连接件横截面长度与40mm之和；宽度取100mm，且不应小于连接件横截面宽度与40mm之和；高度取100mm，且不应小于连接件在夹持端的锚固深度与20mm之和。
在上述方案中，所述钢法兰上下端面夹住连接件的夹持端，通长螺杆一端和钢法兰上端面的空心螺杆连接，另一端贯穿加载架上支撑面的拉拔仪，并用螺母固定。
本发明提供的预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置，两层混凝土板选取不同厚度，以及连接件在两层混凝土板中设置不同的锚固深度，使得剪切试验结果的真实性较强。
优选的是，本发明采用水平加载方式，相比较传统剪切试验装置竖向加载方式，可以得到低周往复试验下完整的滞回曲线。
优选的是，本发明选取升降支座和可调节U型槽，可以应用于不同厚度的保温板和上层混凝土板组合而成的复合墙体试件，安装简单，适用性广，将滑动摩擦变成滚动摩擦，提高数据真实性。
附图说明
图1为本发明保温层及其连接件剪切试验示意图。
图2为本发明可调节U型槽结构示意图。
图3为本发明预制复合墙体试件结构示意图。
图4为本发明升降支座结构示意图。
图5为本发明钢法兰结构示意图
图6为本发明连接件拉拔试验示意主视图。
图中标号：1-活塞杆千斤顶，2-U型钢板支座，3-托架，4-压梁，5-千斤顶，6-升降支座，61-托板，62-螺杆Ⅰ，63-螺母，64-圆形套筒，65-底座板，7-可调节U型槽，71-下角钢，72-上角钢，73-滚轴，8-剪切试件，9-上层混凝土板，91-加载梁、92-U型槽，10-下层混凝土板，11-保温板，12-连接件，13-通长螺杆，14-拉拔仪，15-加载架，16-钢法兰，161-上铁板，162-下铁板，163-螺杆Ⅱ，17-夹持端，18-空心螺杆。
具体实施方式
为使本领域内的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行完整详尽、清晰明了的阐述。
如附图1～5所示，预制复合墙体保温层及其连接件的力学性能测试装置，包括活塞杆千斤顶1，U型钢板支座2，托架3，压梁4，千斤顶5，升降支座6，托板61，螺杆Ⅰ62，螺母63，圆形套筒64，底座板65，可调节U型槽7，下角钢71，上角钢72，滚轴73，剪切试件8，上层混凝土板9，加载梁91、U型槽92，下层混凝土板10，保温板11，连接件12，通长螺杆13，拉拔仪14，加载架15，钢法兰16，上铁板161，下铁板162，螺杆Ⅱ163，夹持端17，空心螺杆18。
实施例1
所述压梁4将下层混凝土托架3固定于U型钢板支座2，千斤顶5放置于托架3上，一端紧贴压梁4，另一端与下层混凝土板10贴合，防止加载过程中下层混凝土板10法线方向滑移；升降支座6作为上层混凝土板9的稳定支撑部件，依据保温板11的厚度进行螺杆Ⅰ62高度的调节，底座板65的下端面螺栓连接托架3的上端面，托板61的顶端面与下角钢71的底端面进行螺栓连接；上层混凝土板9两侧嵌入可调节U型槽7中；活塞杆千斤顶1一端固定在U型钢板支座2上，另一端作用于上层混凝土板9加载端的加载梁91上。
所述下角钢71为等边角钢，一边开设长度为40～50mm的长圆孔；上角钢72为不等边角钢，在短边梁上开设与下角钢71相同的长圆孔，两个角钢开设的长圆孔相互重合，螺栓在长圆孔内的上下移动实现槽口宽度的调节。
所述活塞杆千斤顶1选用规格为500kN，当试件发生剪切破坏时，极限抗剪承载力由保温层和连接件两部分承担，所述保温层提供的剪切荷载计算公式为：V保温＝0.014fuAu，其中，fu为保温层材料的抗拉强度；Au为剪切面积；
所述连接件失效模式分为连接件断开和混凝土拔出两种情况，所述连接件断开时，其提供的剪切荷载为：
所述连接件失效模式为混凝土拔出，其提供的剪切荷载为：
其中，As为连接件截面面积；L为连接件长度；X为保温层厚度；δ为相对滑移量；E为混凝土弹性模量；d为连接件截面直径；hef为连接件嵌入深度；ft为混凝土抗拉强度。
所述上层混凝土板9加载端延伸出保温板100mm，两侧的固定端分别延伸出保温板150mm，浇筑前在加载端预埋3个M16螺栓预埋件，滑动端两侧分别预埋5个M16螺栓预埋件，加载梁91和U型槽92通过螺栓与上层混凝土板9连接，下层混凝土板10两侧的固定端分别延伸出保温板400mm，并预埋6个M30螺栓预埋件，通过螺杆与托架3固定，保温板11为1200mm×1200mm的正方形石墨聚苯板，厚度为90mm。
所述连接件12有2种连接件，其中，硬质尼龙连接件长度为400mm，贯穿剪切试件8，布置间距为600mm×600mm；钢筋-硬质尼龙复合连接件长度为300mm，贯穿上层混凝土板9和保温板11，在下层混凝土板10中的锚固深度为100mm，所述硬质尼龙连接件和钢筋-硬质尼龙复合连接件采用交叉布置，布置间距为600mm×600mm。
实施例2
所述加载架15和下层混凝土板10通过螺栓固定在托架3上，在法线方向两端增设4个千斤顶5，防止其法线方向滑动，拉拔仪14居中放置在加载架15的上支撑面，连接件的夹持端17选用高强灌浆料浇筑，形成尺寸为100mm×100mm×100mm的立方体，将夹持端17置于钢法兰16和空心螺杆18组成的夹具中，通长螺杆13一端与钢法兰16上端面的空心螺杆18连接，另一端贯穿加载架15和拉拔仪14，手动匀速施加拉伸荷载，直至连接件锚固失效或被拉断，在此过程中夹持端不应发生破坏。
通过对升降支座6和可调节U型槽7的优化设计，可针对不同厚度的保温板和混凝土板，提高了试验装置的稳定性；在可调节U型槽7内增设滚轴73和聚氯四氟乙烯板，降低了可调节U型槽7和上层混凝土板9之间的摩擦，加载过程中将滑动摩擦转变成滚动摩擦，提高了试验数据的精准性。
本实施例提供的预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置，在制作复合墙体试件时，浇筑前预先定位保温板和连接件，采用两层混凝土板同时浇筑的方式，防止两次浇筑过程中单侧混凝土对保温板产生挤压，确保复合墙体良好的整体性能。
本实施例提供的剪切试验装置采用水平加载方式，比较传统剪切试验的竖向加载，可以得到保温板在低周往复试验下完整的滞回曲线，且此装置通过简单优化，亦可以进行保温板连接件的拉拔试验。
以上内容对本发明的基本原理、主要特征优点及实施方法进行了详尽描述。本行业从业人员应注意，本发明并不局限于上述的实施方式，上述应用的实施方式和说明书中所描述的仅是本发明的原理，而非限制性要求。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置，包括加载系统、定位系统、调节系统和拉拔系统，其特征在于：所述加载系统包括活塞杆千斤顶(1)和U型钢板支座(2)，所述活塞杆千斤顶(1)与U型钢板支座(2)螺栓固定，所述定位系统包括托架(3)、压梁(4)和千斤顶(5)，所述调节系统包括升降支座(6)、可调节U型槽(7)和剪切试件(8)，所述托架(3)与剪切试件(8)螺栓连接，并用压梁(4)固定在U型钢板支座(2)上，所述剪切试件(8)包括上层混凝土板(9)、下层混凝土板(10)、保温板(11)和连接件(12)，所述升降支座(6)放置于相互平行、水平相邻的可调节U型槽(7)的下方，作为上层混凝土板(9)的支撑部件，所述升降支座(6)包括托板(61)、螺杆Ⅰ(62)、螺母(63)、圆形套筒(64)和底座板(65)，所述托板(61)顶端面与可调节U型槽(7)的底端面螺栓连接，所述圆形套筒(64)依据螺杆Ⅰ(62)的外径和位置开设通孔，螺杆Ⅰ(62)一端与托板(61)焊接，另一端穿入圆形套筒(64)中，所述螺母(63)可以根据混凝土板及保温层的厚度对螺杆Ⅰ(62)进行升降，圆形套筒(64)与底座板(65)焊接成一个整体，并用螺栓固定在所述托架(3)上；所述可调节U型槽(7)由下角钢(71)、上角钢(72)和滚轴(73)组成，且所述下角钢(71)和上角钢(72)上设置有长圆孔，螺栓可在长圆孔内可上下移动以实现可调节U型槽(7)槽口高度的调节，使所述上层混凝土板(9)两侧滑动端得以嵌入可调节U型槽(7)内，在可调节U型槽(7)内设置滚轴(73)进一步降低上层混凝土板(9)的滑动摩擦，所述拉拔系统包括通长螺杆(13)、拉拔仪(14)、加载架(15)、钢法兰(16)和夹持端(17)和空心螺杆(18)，所述拉拔系统中钢法兰(16)放置在夹持端(17)的上下端面，所述钢法兰(16)的上端面焊接空心螺杆(18)，所述加载架(15)支撑面中心处开洞，通长螺杆(13)一端与所述空心螺杆(18)连接，另一端贯穿加载架(15)和拉拔仪(14)的油顶，用螺母固定。
2.根据权利要求1所述的预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置，其特征在于，所述托架(3)用压梁(4)固定，千斤顶(5)一端紧贴压梁(4)，另一端与下层混凝土板(10)贴合。
3.根据权利要求1所述的预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置，其特征在于，所述上层混凝土板(9)加载端预埋加载梁(91)，两侧滑动端分别预埋U型槽(92)，所述加载梁(91)与活塞杆千斤顶(1)连接，所述活塞杆千斤顶(1)螺栓固定在U型钢板支座(2)上。
4.根据权利要求1所述的预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置，其特征在于，所述保温层的抗剪承载力由保温层和连接件两部分承担，保温层提供的剪切荷载为：通过公式V保温＝0.014fuAu计算，其中，fu为保温层材料的抗拉强度，Au为剪切面积；
所述连接件失效模式分为连接件断开和混凝土拔出两种情况，所述连接件断开时，其提供的剪切荷载为：
所述连接件失效模式为混凝土拔出，其提供的剪切荷载为：
其中，As为连接件截面面积，L为连接件长度，X为保温层厚度，δ为相对滑移量，E为混凝土弹性模量，d为连接件截面直径，hef为连接件嵌入深度，ft为混凝土抗拉强度。
5.根据权利要求1所述的预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置，其特征在于，所述钢法兰(16)包括上铁板(161)、下铁板(162)和螺杆Ⅱ(163)，所述上铁板(161)为夹持端(17)的上端面，下铁板(162)为夹持端(17)的下端面，且通过螺杆Ⅱ(163)连接，所述夹持端(17)采用高强灌胶料浇筑，形成100×100mm×100mm的立方体。
6.根据权利要求1所述的预制复合墙体保温层及其连接件力学性能试验装置，其特征在于，所述加载架(15)上支撑面中心开洞，通长螺杆(13)一端与所述钢法兰(16)上端面的空心螺杆(18)连接，另一端贯穿拉拔仪(14)的油顶，并用螺母进行固定。
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|---|---|
| CN116008060A (zh) | 2023-04-25 |
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