2024年4月22日发(作者：伦如冰)
完海鹰
,
等
:
钢结构装配式夹芯保温外挂墙板抗弯性能分析
建
JIANZHUCAILAO
筑材
—
８１７
—
料
钢结构装配式夹芯保温外挂墙板抗弯性能分析
()
合肥工业大学土木与水利工程学院
,
安徽合肥
２３０００９
摘
要
:
夹芯保温外挂墙板是装配式建筑围护体系的重要形式之一
,
但外挂墙板的设计还未形成统一成熟的理论
,
有必要对装
配式夹芯保温外挂墙板的受力情况进行试验和理论研究
.
本文将利用
A
并与
BAQUS
有限元软件建立外挂墙板抗弯计算模型
,
试验结果进行对比
,
同时进行参数化分析
,
研究墙板连接件对外挂墙板抗弯性能的影响
.
研究表明本文采用的有限元模拟方法
具有一定的准确性
,
连接件的间距和直径影响较大
,
而强度等级影响相对较小
,
换用不锈钢桁架效果最好
.
关键词
:
装配式夹芯保温外挂墙板
;
抗弯性能
;
有限元模拟
()
中图分类号
:
TU３９８
＋
．３
文献标识码
:
A
文章编号
:
１６７３Ｇ５７８１２０１９０５Ｇ
完海鹰
,
韩鹏涛
,
陈安英
０
引
言
装配式钢结构是指建筑的结构系统由钢构件构成的装配
式建筑
,
它具有自重轻
、
抗震性能良好
、
低碳环保
、
施工便利等
优点
,
是适应绿色建筑发展
、
响应节能减排战略的新型结构体
１
]
.
１
系
[
住宅产业化的概念首次在日本提出
,
随后
,
日
９５５
年
,
间距为
７
布置间距为
３５０mm
;
GFRP
连接件均匀布置
,
００mm
.
墙板的尺寸为
２９３０mm×１８６０mm×１５０mm
.
墙板的具体构
造如图
１
所示
.
本政府制定了建设
１
在快速发展后
,
进入了稳定平缓
０
年计划
,
２
]
.
１
期
[
工业化住宅性能认定规程
»
及
«
工业化住宅性
９７５
年
«
３
]
.
美国的住宅产业
能认定技术基准
»
等规程在日本相继出台
[
[]
化起源于
２
经过多年对夹芯保温外墙体系研
０
世纪
３０
年代
４
,
究和应用
,
现已形成了完善的框架配合夹芯墙的建筑体系
.
近
几年
,
国家也不断出台相关政策促进装配式建筑的发展
,
如
«“、«
十三五
”
装配式建筑行动方案
»
装配式建筑示范城市管理
、«
办法
»
装配式建筑产业基地管理办法
»
[
５－６
]
象为装配式夹芯保温外挂墙板
,
运用
ABAQUS
建立墙板抗弯
计算模型
,
将模拟结果与试验结果对比分析
,
同时进行参数化
分析
,
研究墙板连接件对夹芯墙板抗弯性能的影响规律
,
为外
挂墙板在工程实践中的应用提供理论依据
.
.
本文的研究对
１．２
加载制度
图
１
墙板构造详图
本次试验借助集中荷载等效代替均布荷载的方法来对外
挂墙板开展在四点支承下的抗弯试验研究
.
通过分配梁来将
千斤顶的荷载分配成
８
个加载点来等效代替均布荷载
.
试验
采用分级荷载法进行加载
,
每级荷载为
１０kN
.
在试件安装结
束后
,
首先进行预加载确保各试验仪器正常工作
,
试验以第一
级荷载作为预加载
.
正式加载时按照每级
１
每
０kN
往上加载
,
级荷载加载完毕后持荷
５m
期间记录试验现
in
至荷载稳定
,
象
,
观察裂缝发展
.
当试件出现开裂
、
变形过大等破坏特征时
,
适当放慢加载速度
,
根据
«
混凝土结构试验方法标准
»
[
７
]
()
中相关规定
,
加载到出现下列条件之一就
GB５０１５２－２０１２
１
试验概况
１．１
试件设计
本文研究的装配式外挂墙板由内外叶墙板
、
夹心保温层
、
连接件组成
,
其中内
、
外叶均为
５０mm
厚的
C３０
混凝土叶板
,
中间保温层为
５０mm
厚的
XPS
保温材料
.
内外叶板中布置有
直径为
４mm
的冷拔低碳钢丝网片
,
分布间距为
１５０×１５０
其中
３
根直径
６mm
的
HR
相邻两列
B４００
钢筋桁架竖向布置
,
mm
.
墙板连接件由钢筋桁架和
GFRP
棒状连接件共同组成
,
收稿日期
:
修改日期
:
２０１９Ｇ０５Ｇ２１
;
２０１９Ｇ０８Ｇ２１
０．０１
;
②
受拉主筋处裂缝宽度达到
１．５mm
:
③
挠度达到跨度的
/
１５０
;
④
受压区混凝土压坏
.
加载装置图如图
２
所示
.
判定试件达到极限状态
:
①
受拉主筋的被拉断或应变达到
,
作者简介
:
完海鹰
(
男
,
安徽合肥人
,
博士
,
教授
;
１９６０－
)
,
韩鹏涛
(
男
,
安徽临泉人
,
硕士研究生在读
;
１９９４－
)
,
陈安英
(
男
,
安徽和县人
,
博士
,
副教授
．１９８１－
)
工程与建设
»
«
２０１９
年第
３３
卷第
５
期
８ １７
—
８１８
—
建
JIANZHUCAILAO
筑材料
完海鹰
,
等
:
钢结构装配式夹芯保温外挂墙板抗弯性能分析
从有限元分析与试验结果的试件跨中荷载挠度曲线比较
Ｇ
可以看出
,
两者趋势一致
,
结果基本接近
,
墙板在荷载
有限元分析结果
６
比试验的
５１３９．３３kN
时
,
３．２９mm
,
８．５９mm
大了
８．
说明有限
１％
.
有限元分析结果比试验结果挠度偏大
,
即连接件实际锚固位置比设计值深
,
增强了其抗弯能力
,
导致
结构刚度增加
,
考虑试验过程中诸多不确定因素
,
基本符合实
际需要
,
可以认为有限元模拟准确可靠
.
元分析结果刚度偏小
.
出现这种偏差的原因主要是施工误差
,
２
有限元模型建立
图
２
加载装置图
３
参数化分析
以单一配置一种连接件的墙板进行参数化分析
,
只有钢筋
桁架连接件的墙板和只有
G
墙板的尺寸
、
FRP
连接件的墙板
,
．１
计算模型与基本假定
根据实际尺寸建立了装配式夹芯保温外挂墙板的
BAQUS
有限元模型
(
图
３
).
图
由于实际墙板的受力情况较为复杂
３
墙板有限元模型
,
需对模型做出一定的
简化和基本假定
,
以便于分析计算
:
ed
(
(
内置区域
１
)
假定钢丝网和混凝
(
２
)
建模时不考虑中间的
)
的约束方式进行连接
土之间不考虑黏结滑移
,
通过
EmＧ
XPS
板
.
.
之间连接较好
(
３
)
钢筋桁架与混
,
(
建模时也是通过
凝土之间也
４
)
GFRP
连接件通过弹簧来进行模拟
Em
不
be
考
d
虑
的约束方式实现连接
粘结滑移
,
假定两者
.
.
．２
模拟结果与试验结果对比分析
在完成有限元分析计算后
,
导出墙板跨中位置的竖向位移
与荷载
,
绘制出荷载跨中挠度曲线
,
行对比
(
图
４
).
Ｇ
将模拟结果与试验结果进
图
４
模拟与试验的荷载
Ｇ
跨中挠度曲线对比
１８
«
工程与建设
»
２０１９
年第
３３
卷第
５
期
支承和加载方式不变
.
３．１
钢筋桁架布置间距对墙板抗弯性能的影响
选取钢筋桁架布置间距为
７５０mm
进行建模计算
,
得到荷载
Ｇ
跨中挠度曲线
３００mm
,
３７５
(
m
图
m
５
,
５
)
０
.
０mm
,
图
以墙板变形达
５
不同钢桁架间距墙板荷载挠度曲线
到
LP
极限荷载
,
以墙板变形达到
/
２００
时的荷载
L
/
５０
时的荷载
(
L
P
/
２００
)
为正常使用
极限荷载
,
得出不同钢筋桁架间距的墙板极限荷载
(
L
/
５０
(
)
表
为承
表
１
不同钢筋桁架间距的墙板极限荷载
１
).
载力
钢筋桁架间距正常使用极限荷载
P
承载力极限荷载
P
３
３
０８１
/
kN
５
７
０
５
m
m
m
m７
３．４
/
kN
１
２
７
０
５
０
０
m
m
m
m
６
４
５
２
．
５
１
．
６４
．
７
９
６
９
１
１
４
４
．
．
８１
９
０
９
６
．
．
７
４
４
１
５
９
由上述结果可知
,
随着钢筋桁架布置间距的增加
,
墙板抗
弯性能减小
,
当间距从
７５０mm
减小到正常使用极
见
,
减小钢桁架的布置间距能大幅度的提高墙板的抗弯性能
１％
;
而承载力极限荷载提升约
３００mm
时
,
限荷载提升了约
６２６％
,
由此可
.
３．２
钢筋桁架的强度等级对墙板抗弯性能的影响
选取工程上常用的钢筋强度等级
(
H
HPB３００
,
HRB３３５
算
R
,
B
得到荷载
４００
,
HR
Ｇ
B
跨中挠度曲线
５００
,
不锈钢钢桁架
(
图
６
)
)
.
作为影响参数
,
进行建模计
,
２
A
b
２
８
完海鹰
,
等
:
钢结构装配式夹芯保温外挂墙板抗弯性能分析
建
JIANZHUCAILAO
筑材
—
８１９
—
料
图
根据正常使
６
不同等级钢桁架墙板荷载
用状态极限荷载的变形
Ｇ
挠度曲线
和承载力极限荷载
的变形
,
得到不同钢筋桁架强度等级的墙板极限荷载
(
表
表
２
不同钢筋桁架强度等级的墙板极限荷载
２
).
钢筋桁架等级
正常使用极限承载力极限
荷载
P
/
kN
荷载
P
H
H
PB３００４
/
k
H
R
R
B４
１９
B
３
４
３
０
５
０５
４
．
．
６
３
５
９
１
５
１９
２
．
N
９
．
８
．
１
６
４
１
不锈钢钢桁架
HRB５００
６
５
．
２
０
．
９９
．
５
７
９
７
１
５
１
０
０
２
６
．
．
６
０
３
９
由上述结果可知
,
随着钢筋桁架钢筋等级的增加
,
墙板
抗弯性能增加
,
当钢桁架的钢筋等级从
HRB５００
时
,
正常使用极限荷载提升了约
HPB３００
增加到
荷载提升了约
最好
.
１２％
,
换用不锈钢钢桁架后
３
,
３
墙
％
板
,
承
的
载
抗
力
弯
极
性
限
能
．３
钢筋桁架的直径对墙板抗弯性能的影响
选取钢筋桁架钢筋直径
(
数
,
进行建模计算
,
得到的荷载
５
Ｇ
跨中挠度曲线
mm
,
６mm
,
８m
(
图
m
７
)
作
).
为影响参
图
根据正常使
７
不同钢桁架直径的墙板荷载
用状态极限荷载的变形
Ｇ
挠度曲线
和承载力极限荷载
的变形
,
得到不同钢筋桁架直径的墙板极限荷载
(
表
３
).
表
３
不同钢筋桁架直径的墙板极限荷载
钢筋桁架间距正常使用极限荷载
P
承载力极限荷载
P
５mm４
/
６m
８
/
kN
８m
m
m
５
１．７３
kN
７
１
２
．
．
９
９
９
１１
９
９
１
９
．
８
．
３
４
５
．１
５
７
由上述结果可知
,
随着钢筋桁架钢筋直径的增加
,
墙板抗
弯性能增加
,
当钢桁架的钢筋直径从
常使用极限荷载提升了约
７５％
,
承
５m
载力
m
增加到
极限荷载
８m
提
m
时
,
正
３
升了约
板的抗弯性能
２％
,
由此可见提高钢筋桁架的钢筋直径可以大幅度的提高墙
.
３．４ G
保持
FR
G
P
连接件横向间距对墙板抗弯性能的影响
别是
２５０mm
F
,
R
３
P
纵向布置间距仍为
００mm
３００mm
,
横向布置间距分
行建模计算
,
得到荷载
Ｇ
,
４
跨中挠度曲线
００mm
,
５００m
(
m
图
,
６
８
００m
).
m
,
８００mm
来进
图
根据正常使用状态极
８
不同
GFRP
横向布置墙板荷载挠度曲线
限荷载的变形和承载力极限荷载的
变形
,
得到不同
GFRP
横向布置间距的墙板极限荷载
(
表
表
４
不同
GFRP
横向布置间距墙板极限荷载
４
).
GFRP
布置间距
正常使用极限承载力极限
荷载
P
荷载
P
２２
/
k
２
０７
/
３
５０×３００
４
０
１
０
．３４
N
７
５．３
kN
５
０
０×３００
１
８
．
．
０
６
４
６
３．０
２
１
６
０
０×３００
１
４
３
．３
７
６５
７
８
０
０×３００
０
０
０
×
×
３
３
０
０
０
０１１
．
．
２
６
１
４
５
５
．
．
７１
４
０
５
．
９
．
３
２
６
３
１
由上述结果可知
,
随着
GFRP
横向布置间距越小
,
墙板的
抗弯性能越好
,
但是布置减小到一定间距后
,
墙板的抗弯承载
力基本不再提高
,
布置间距从
３００mm
提升幅度最高
.
５００mm×３００mm
到
４００mm×
３．５ G
保持
FR
G
P
连接件纵向间距对墙板抗弯性能的影响
别是
２５０mm
F
,
R
３
P
横向布置间距仍为
００mm
,
４００mm
,
５００m
３０
m
０m
,
m
,
纵向布置间距分
行建模计算
,
得到荷载
Ｇ
跨中挠度曲线
(
图
６
９
００m
).
m
,
８００mm
来进
«
工程与建设
»
２０１９
年第
３３
卷第
５
期
８ １９
３
—
８２０
—
建
JIANZHUCAILAO
筑材料
完海鹰
,
等
:
钢结构装配式夹芯保温外挂墙板抗弯性能分析
３００mm
提升幅度最高
.
４
结
论
通过有限元模拟结果与试验结果的对比分析以及参数分
析可知
,
本文介绍的有限元分析方法具有一定的有效性和准确
性
.
在参数化分析中
,
对于只配置钢桁架的墙板
,
连接件的间
距和直径影响较大
,
而强度等级影响相对较小
,
换用不锈钢桁
架效果最好
.
对于只配置
GFRP
连接件的墙板
,
GFRP
布置间
距越小
,
墙板抗弯性能越好
,
但是布置减小到一定间距后
,
墙板
在纵向布置间距从
mm
到
４００mm×３００mm
提升幅度最高
;
的抗弯承载力基本不再提高
,
在横向布置间距从
５００mm×３００
根据正常使用状态极限荷载的变形和承载力极限荷载的
).
变形
,
得到不同
G
表
５FRP
纵向布置间距的墙板极限荷载
(
表
５
不同
GFRP
纵向布置间距墙板极限荷载
正常使用极限荷载
２０．３１
２０．０４
１６．２８
１４．３０
１３．１８
１１．６４
/
P
kN
GFRP
布置间距
３００×２５０
３００×３００
３００×４００
３００×５００
３００×６００
８００×３００
承载力极限荷载
７５．１６
７３．０１
６０．４５
５４．８８
４９．４４
４５．６１
/
P
kN
图
９
不同
GFRP
纵向布置墙板荷载挠度曲线
３００mm×４００mm
到
３００mm×３００mm
提升幅度最高
.
〔
参考文献
〕
[]
钢结构住宅设计与施工技术
[
北
１
建设部科技发展促进中心
．M
]
．
[]]
龚建
．
浅谈日本住宅产业化的发展与现状
[
中外建筑
,
２
李荣帅
,
J．
[]]:
日本工业化住宅的发展历程
[
混凝土世界
,
３
楚先锋
．J．２０１５
(
１２
)
[]]
楚先锋
,
谷明旺
．
美国装配式建筑发展研究
[
住宅产
４
宗德林
,
J．
[
装配式混凝土夹芯外挂墙板的力学与建筑物理性能研究
５
]
钱晨
．
[]
装配式建筑产业基地管理办
６
中华人民共和国住房和城乡建设部
．
[]
混凝土结构试验方法标准
:
７
中华人民共和国住房和城乡建设部
．
/[]
北京
:
中国建筑工业出版社
,
GBT５０１５２－２０１２S．２０１２．
]():
法
[
J．
建筑监督检测与造价
,
２０１７
,
１０２１５－１６．
[
合肥
:
合肥工业大学
,
D
]
．２０１８．
():
业
,
２０１６６２０－２５．
２６－３１．
():
２０１４１５２－５３．
京
:
中国建筑工业出版社
,
２００３．
随着
G
墙板的
由上述结果可知
,
FRP
纵向布置间距越小
,
抗弯性能越好
,
但是布置减小到一定间距后
,
墙板的抗弯承载
力基本不再提高
,
布置间距从
３００mm×４００mm
到
３００mm×
(
上接第
８０９
页
)
中
.
为解决复杂地层中钻孔和安装时可能遇到的困难
,
提高施
工效率
,
降低施工成本
,
应不断改进施工技术
,
研究施工工艺
,
为提高地源热泵技术的进一步发展和适用创造有利条件
.
〔
参考文献
〕
[]]
田洪男
．
地源热泵的特点及施工难点解析
[
山东工业技
１
赵阳
,
J．
[]]
孙友宏
．
地源热泵发展概况与施工技术
[
２
吕朋
,
J．
煤炭技术
,
[]
直埋式地源热泵地下换热器研究及应用
[
长春
:
吉林
３
庄迎春
．D
]
．
[]
陈建苹
,
胡鸣明
,
等
．
地源热泵地下竖埋套管式换热器传
４
刘宪英
,
//
全国暖通空调制冷
２
热模型
[
北
A
]
０００
年学术年会论文集
[
C
]
．
京
:
中国建筑工业出版社
,
２０００．
学
,
２００１．
大学
,
２０１２．
():
２０１２３１４５－１４７．
():
术
,
２０１４１１１９．
测试方法对系统的温度
、
湿度
、
压力
、
水流量等各项参数逐个测
试
、
调试
,
最终达到设计要求
地源热泵系统的试运转及调试工作应分别按冬季与夏季
两种模式进行
,
且系统调试结果应达到设计要求
.
在地源热泵
系统及设备的试运转及调试过程中
,
要由设备厂家参与并协
调
,
在建设单位的组织下
,
由总包单位
、
施工单位和监理单位共
同参与
,
做好试运转及调试记录
,
并及时解决系统存在的问题
.
调试完成后应编写调试报告及运转操作规程
,
并提交甲方确认
后存档
.
()
在整个系统安装结束后依靠精确的测试仪器
、
有效的
８
５
结束语
地源热泵是一种绿色环保
、
节能高效的空调形式
,
随着热
泵技术的不断成熟
,
已被逐渐推广到建筑空调系统的应用当
[]
地源热泵地下竖埋管换热器性能研究
[
重庆
:
重庆大
５
魏唐棣
．D
]
．
工程与建设
»
８ ２０
«
２０１９
年第
３３
卷第
５
期
2024年4月22日发(作者：伦如冰)
完海鹰
,
等
:
钢结构装配式夹芯保温外挂墙板抗弯性能分析
建
JIANZHUCAILAO
筑材
—
８１７
—
料
钢结构装配式夹芯保温外挂墙板抗弯性能分析
()
合肥工业大学土木与水利工程学院
,
安徽合肥
２３０００９
摘
要
:
夹芯保温外挂墙板是装配式建筑围护体系的重要形式之一
,
但外挂墙板的设计还未形成统一成熟的理论
,
有必要对装
配式夹芯保温外挂墙板的受力情况进行试验和理论研究
.
本文将利用
A
并与
BAQUS
有限元软件建立外挂墙板抗弯计算模型
,
试验结果进行对比
,
同时进行参数化分析
,
研究墙板连接件对外挂墙板抗弯性能的影响
.
研究表明本文采用的有限元模拟方法
具有一定的准确性
,
连接件的间距和直径影响较大
,
而强度等级影响相对较小
,
换用不锈钢桁架效果最好
.
关键词
:
装配式夹芯保温外挂墙板
;
抗弯性能
;
有限元模拟
()
中图分类号
:
TU３９８
＋
．３
文献标识码
:
A
文章编号
:
１６７３Ｇ５７８１２０１９０５Ｇ
完海鹰
,
韩鹏涛
,
陈安英
０
引
言
装配式钢结构是指建筑的结构系统由钢构件构成的装配
式建筑
,
它具有自重轻
、
抗震性能良好
、
低碳环保
、
施工便利等
优点
,
是适应绿色建筑发展
、
响应节能减排战略的新型结构体
１
]
.
１
系
[
住宅产业化的概念首次在日本提出
,
随后
,
日
９５５
年
,
间距为
７
布置间距为
３５０mm
;
GFRP
连接件均匀布置
,
００mm
.
墙板的尺寸为
２９３０mm×１８６０mm×１５０mm
.
墙板的具体构
造如图
１
所示
.
本政府制定了建设
１
在快速发展后
,
进入了稳定平缓
０
年计划
,
２
]
.
１
期
[
工业化住宅性能认定规程
»
及
«
工业化住宅性
９７５
年
«
３
]
.
美国的住宅产业
能认定技术基准
»
等规程在日本相继出台
[
[]
化起源于
２
经过多年对夹芯保温外墙体系研
０
世纪
３０
年代
４
,
究和应用
,
现已形成了完善的框架配合夹芯墙的建筑体系
.
近
几年
,
国家也不断出台相关政策促进装配式建筑的发展
,
如
«“、«
十三五
”
装配式建筑行动方案
»
装配式建筑示范城市管理
、«
办法
»
装配式建筑产业基地管理办法
»
[
５－６
]
象为装配式夹芯保温外挂墙板
,
运用
ABAQUS
建立墙板抗弯
计算模型
,
将模拟结果与试验结果对比分析
,
同时进行参数化
分析
,
研究墙板连接件对夹芯墙板抗弯性能的影响规律
,
为外
挂墙板在工程实践中的应用提供理论依据
.
.
本文的研究对
１．２
加载制度
图
１
墙板构造详图
本次试验借助集中荷载等效代替均布荷载的方法来对外
挂墙板开展在四点支承下的抗弯试验研究
.
通过分配梁来将
千斤顶的荷载分配成
８
个加载点来等效代替均布荷载
.
试验
采用分级荷载法进行加载
,
每级荷载为
１０kN
.
在试件安装结
束后
,
首先进行预加载确保各试验仪器正常工作
,
试验以第一
级荷载作为预加载
.
正式加载时按照每级
１
每
０kN
往上加载
,
级荷载加载完毕后持荷
５m
期间记录试验现
in
至荷载稳定
,
象
,
观察裂缝发展
.
当试件出现开裂
、
变形过大等破坏特征时
,
适当放慢加载速度
,
根据
«
混凝土结构试验方法标准
»
[
７
]
()
中相关规定
,
加载到出现下列条件之一就
GB５０１５２－２０１２
１
试验概况
１．１
试件设计
本文研究的装配式外挂墙板由内外叶墙板
、
夹心保温层
、
连接件组成
,
其中内
、
外叶均为
５０mm
厚的
C３０
混凝土叶板
,
中间保温层为
５０mm
厚的
XPS
保温材料
.
内外叶板中布置有
直径为
４mm
的冷拔低碳钢丝网片
,
分布间距为
１５０×１５０
其中
３
根直径
６mm
的
HR
相邻两列
B４００
钢筋桁架竖向布置
,
mm
.
墙板连接件由钢筋桁架和
GFRP
棒状连接件共同组成
,
收稿日期
:
修改日期
:
２０１９Ｇ０５Ｇ２１
;
２０１９Ｇ０８Ｇ２１
０．０１
;
②
受拉主筋处裂缝宽度达到
１．５mm
:
③
挠度达到跨度的
/
１５０
;
④
受压区混凝土压坏
.
加载装置图如图
２
所示
.
判定试件达到极限状态
:
①
受拉主筋的被拉断或应变达到
,
作者简介
:
完海鹰
(
男
,
安徽合肥人
,
博士
,
教授
;
１９６０－
)
,
韩鹏涛
(
男
,
安徽临泉人
,
硕士研究生在读
;
１９９４－
)
,
陈安英
(
男
,
安徽和县人
,
博士
,
副教授
．１９８１－
)
工程与建设
»
«
２０１９
年第
３３
卷第
５
期
８ １７
—
８１８
—
建
JIANZHUCAILAO
筑材料
完海鹰
,
等
:
钢结构装配式夹芯保温外挂墙板抗弯性能分析
从有限元分析与试验结果的试件跨中荷载挠度曲线比较
Ｇ
可以看出
,
两者趋势一致
,
结果基本接近
,
墙板在荷载
有限元分析结果
６
比试验的
５１３９．３３kN
时
,
３．２９mm
,
８．５９mm
大了
８．
说明有限
１％
.
有限元分析结果比试验结果挠度偏大
,
即连接件实际锚固位置比设计值深
,
增强了其抗弯能力
,
导致
结构刚度增加
,
考虑试验过程中诸多不确定因素
,
基本符合实
际需要
,
可以认为有限元模拟准确可靠
.
元分析结果刚度偏小
.
出现这种偏差的原因主要是施工误差
,
２
有限元模型建立
图
２
加载装置图
３
参数化分析
以单一配置一种连接件的墙板进行参数化分析
,
只有钢筋
桁架连接件的墙板和只有
G
墙板的尺寸
、
FRP
连接件的墙板
,
．１
计算模型与基本假定
根据实际尺寸建立了装配式夹芯保温外挂墙板的
BAQUS
有限元模型
(
图
３
).
图
由于实际墙板的受力情况较为复杂
３
墙板有限元模型
,
需对模型做出一定的
简化和基本假定
,
以便于分析计算
:
ed
(
(
内置区域
１
)
假定钢丝网和混凝
(
２
)
建模时不考虑中间的
)
的约束方式进行连接
土之间不考虑黏结滑移
,
通过
EmＧ
XPS
板
.
.
之间连接较好
(
３
)
钢筋桁架与混
,
(
建模时也是通过
凝土之间也
４
)
GFRP
连接件通过弹簧来进行模拟
Em
不
be
考
d
虑
的约束方式实现连接
粘结滑移
,
假定两者
.
.
．２
模拟结果与试验结果对比分析
在完成有限元分析计算后
,
导出墙板跨中位置的竖向位移
与荷载
,
绘制出荷载跨中挠度曲线
,
行对比
(
图
４
).
Ｇ
将模拟结果与试验结果进
图
４
模拟与试验的荷载
Ｇ
跨中挠度曲线对比
１８
«
工程与建设
»
２０１９
年第
３３
卷第
５
期
支承和加载方式不变
.
３．１
钢筋桁架布置间距对墙板抗弯性能的影响
选取钢筋桁架布置间距为
７５０mm
进行建模计算
,
得到荷载
Ｇ
跨中挠度曲线
３００mm
,
３７５
(
m
图
m
５
,
５
)
０
.
０mm
,
图
以墙板变形达
５
不同钢桁架间距墙板荷载挠度曲线
到
LP
极限荷载
,
以墙板变形达到
/
２００
时的荷载
L
/
５０
时的荷载
(
L
P
/
２００
)
为正常使用
极限荷载
,
得出不同钢筋桁架间距的墙板极限荷载
(
L
/
５０
(
)
表
为承
表
１
不同钢筋桁架间距的墙板极限荷载
１
).
载力
钢筋桁架间距正常使用极限荷载
P
承载力极限荷载
P
３
３
０８１
/
kN
５
７
０
５
m
m
m
m７
３．４
/
kN
１
２
７
０
５
０
０
m
m
m
m
６
４
５
２
．
５
１
．
６４
．
７
９
６
９
１
１
４
４
．
．
８１
９
０
９
６
．
．
７
４
４
１
５
９
由上述结果可知
,
随着钢筋桁架布置间距的增加
,
墙板抗
弯性能减小
,
当间距从
７５０mm
减小到正常使用极
见
,
减小钢桁架的布置间距能大幅度的提高墙板的抗弯性能
１％
;
而承载力极限荷载提升约
３００mm
时
,
限荷载提升了约
６２６％
,
由此可
.
３．２
钢筋桁架的强度等级对墙板抗弯性能的影响
选取工程上常用的钢筋强度等级
(
H
HPB３００
,
HRB３３５
算
R
,
B
得到荷载
４００
,
HR
Ｇ
B
跨中挠度曲线
５００
,
不锈钢钢桁架
(
图
６
)
)
.
作为影响参数
,
进行建模计
,
２
A
b
２
８
完海鹰
,
等
:
钢结构装配式夹芯保温外挂墙板抗弯性能分析
建
JIANZHUCAILAO
筑材
—
８１９
—
料
图
根据正常使
６
不同等级钢桁架墙板荷载
用状态极限荷载的变形
Ｇ
挠度曲线
和承载力极限荷载
的变形
,
得到不同钢筋桁架强度等级的墙板极限荷载
(
表
表
２
不同钢筋桁架强度等级的墙板极限荷载
２
).
钢筋桁架等级
正常使用极限承载力极限
荷载
P
/
kN
荷载
P
H
H
PB３００４
/
k
H
R
R
B４
１９
B
３
４
３
０
５
０５
４
．
．
６
３
５
９
１
５
１９
２
．
N
９
．
８
．
１
６
４
１
不锈钢钢桁架
HRB５００
６
５
．
２
０
．
９９
．
５
７
９
７
１
５
１
０
０
２
６
．
．
６
０
３
９
由上述结果可知
,
随着钢筋桁架钢筋等级的增加
,
墙板
抗弯性能增加
,
当钢桁架的钢筋等级从
HRB５００
时
,
正常使用极限荷载提升了约
HPB３００
增加到
荷载提升了约
最好
.
１２％
,
换用不锈钢钢桁架后
３
,
３
墙
％
板
,
承
的
载
抗
力
弯
极
性
限
能
．３
钢筋桁架的直径对墙板抗弯性能的影响
选取钢筋桁架钢筋直径
(
数
,
进行建模计算
,
得到的荷载
５
Ｇ
跨中挠度曲线
mm
,
６mm
,
８m
(
图
m
７
)
作
).
为影响参
图
根据正常使
７
不同钢桁架直径的墙板荷载
用状态极限荷载的变形
Ｇ
挠度曲线
和承载力极限荷载
的变形
,
得到不同钢筋桁架直径的墙板极限荷载
(
表
３
).
表
３
不同钢筋桁架直径的墙板极限荷载
钢筋桁架间距正常使用极限荷载
P
承载力极限荷载
P
５mm４
/
６m
８
/
kN
８m
m
m
５
１．７３
kN
７
１
２
．
．
９
９
９
１１
９
９
１
９
．
８
．
３
４
５
．１
５
７
由上述结果可知
,
随着钢筋桁架钢筋直径的增加
,
墙板抗
弯性能增加
,
当钢桁架的钢筋直径从
常使用极限荷载提升了约
７５％
,
承
５m
载力
m
增加到
极限荷载
８m
提
m
时
,
正
３
升了约
板的抗弯性能
２％
,
由此可见提高钢筋桁架的钢筋直径可以大幅度的提高墙
.
３．４ G
保持
FR
G
P
连接件横向间距对墙板抗弯性能的影响
别是
２５０mm
F
,
R
３
P
纵向布置间距仍为
００mm
３００mm
,
横向布置间距分
行建模计算
,
得到荷载
Ｇ
,
４
跨中挠度曲线
００mm
,
５００m
(
m
图
,
６
８
００m
).
m
,
８００mm
来进
图
根据正常使用状态极
８
不同
GFRP
横向布置墙板荷载挠度曲线
限荷载的变形和承载力极限荷载的
变形
,
得到不同
GFRP
横向布置间距的墙板极限荷载
(
表
表
４
不同
GFRP
横向布置间距墙板极限荷载
４
).
GFRP
布置间距
正常使用极限承载力极限
荷载
P
荷载
P
２２
/
k
２
０７
/
３
５０×３００
４
０
１
０
．３４
N
７
５．３
kN
５
０
０×３００
１
８
．
．
０
６
４
６
３．０
２
１
６
０
０×３００
１
４
３
．３
７
６５
７
８
０
０×３００
０
０
０
×
×
３
３
０
０
０
０１１
．
．
２
６
１
４
５
５
．
．
７１
４
０
５
．
９
．
３
２
６
３
１
由上述结果可知
,
随着
GFRP
横向布置间距越小
,
墙板的
抗弯性能越好
,
但是布置减小到一定间距后
,
墙板的抗弯承载
力基本不再提高
,
布置间距从
３００mm
提升幅度最高
.
５００mm×３００mm
到
４００mm×
３．５ G
保持
FR
G
P
连接件纵向间距对墙板抗弯性能的影响
别是
２５０mm
F
,
R
３
P
横向布置间距仍为
００mm
,
４００mm
,
５００m
３０
m
０m
,
m
,
纵向布置间距分
行建模计算
,
得到荷载
Ｇ
跨中挠度曲线
(
图
６
９
００m
).
m
,
８００mm
来进
«
工程与建设
»
２０１９
年第
３３
卷第
５
期
８ １９
３
—
８２０
—
建
JIANZHUCAILAO
筑材料
完海鹰
,
等
:
钢结构装配式夹芯保温外挂墙板抗弯性能分析
３００mm
提升幅度最高
.
４
结
论
通过有限元模拟结果与试验结果的对比分析以及参数分
析可知
,
本文介绍的有限元分析方法具有一定的有效性和准确
性
.
在参数化分析中
,
对于只配置钢桁架的墙板
,
连接件的间
距和直径影响较大
,
而强度等级影响相对较小
,
换用不锈钢桁
架效果最好
.
对于只配置
GFRP
连接件的墙板
,
GFRP
布置间
距越小
,
墙板抗弯性能越好
,
但是布置减小到一定间距后
,
墙板
在纵向布置间距从
mm
到
４００mm×３００mm
提升幅度最高
;
的抗弯承载力基本不再提高
,
在横向布置间距从
５００mm×３００
根据正常使用状态极限荷载的变形和承载力极限荷载的
).
变形
,
得到不同
G
表
５FRP
纵向布置间距的墙板极限荷载
(
表
５
不同
GFRP
纵向布置间距墙板极限荷载
正常使用极限荷载
２０．３１
２０．０４
１６．２８
１４．３０
１３．１８
１１．６４
/
P
kN
GFRP
布置间距
３００×２５０
３００×３００
３００×４００
３００×５００
３００×６００
８００×３００
承载力极限荷载
７５．１６
７３．０１
６０．４５
５４．８８
４９．４４
４５．６１
/
P
kN
图
９
不同
GFRP
纵向布置墙板荷载挠度曲线
３００mm×４００mm
到
３００mm×３００mm
提升幅度最高
.
〔
参考文献
〕
[]
钢结构住宅设计与施工技术
[
北
１
建设部科技发展促进中心
．M
]
．
[]]
龚建
．
浅谈日本住宅产业化的发展与现状
[
中外建筑
,
２
李荣帅
,
J．
[]]:
日本工业化住宅的发展历程
[
混凝土世界
,
３
楚先锋
．J．２０１５
(
１２
)
[]]
楚先锋
,
谷明旺
．
美国装配式建筑发展研究
[
住宅产
４
宗德林
,
J．
[
装配式混凝土夹芯外挂墙板的力学与建筑物理性能研究
５
]
钱晨
．
[]
装配式建筑产业基地管理办
６
中华人民共和国住房和城乡建设部
．
[]
混凝土结构试验方法标准
:
７
中华人民共和国住房和城乡建设部
．
/[]
北京
:
中国建筑工业出版社
,
GBT５０１５２－２０１２S．２０１２．
]():
法
[
J．
建筑监督检测与造价
,
２０１７
,
１０２１５－１６．
[
合肥
:
合肥工业大学
,
D
]
．２０１８．
():
业
,
２０１６６２０－２５．
２６－３１．
():
２０１４１５２－５３．
京
:
中国建筑工业出版社
,
２００３．
随着
G
墙板的
由上述结果可知
,
FRP
纵向布置间距越小
,
抗弯性能越好
,
但是布置减小到一定间距后
,
墙板的抗弯承载
力基本不再提高
,
布置间距从
３００mm×４００mm
到
３００mm×
(
上接第
８０９
页
)
中
.
为解决复杂地层中钻孔和安装时可能遇到的困难
,
提高施
工效率
,
降低施工成本
,
应不断改进施工技术
,
研究施工工艺
,
为提高地源热泵技术的进一步发展和适用创造有利条件
.
〔
参考文献
〕
[]]
田洪男
．
地源热泵的特点及施工难点解析
[
山东工业技
１
赵阳
,
J．
[]]
孙友宏
．
地源热泵发展概况与施工技术
[
２
吕朋
,
J．
煤炭技术
,
[]
直埋式地源热泵地下换热器研究及应用
[
长春
:
吉林
３
庄迎春
．D
]
．
[]
陈建苹
,
胡鸣明
,
等
．
地源热泵地下竖埋套管式换热器传
４
刘宪英
,
//
全国暖通空调制冷
２
热模型
[
北
A
]
０００
年学术年会论文集
[
C
]
．
京
:
中国建筑工业出版社
,
２０００．
学
,
２００１．
大学
,
２０１２．
():
２０１２３１４５－１４７．
():
术
,
２０１４１１１９．
测试方法对系统的温度
、
湿度
、
压力
、
水流量等各项参数逐个测
试
、
调试
,
最终达到设计要求
地源热泵系统的试运转及调试工作应分别按冬季与夏季
两种模式进行
,
且系统调试结果应达到设计要求
.
在地源热泵
系统及设备的试运转及调试过程中
,
要由设备厂家参与并协
调
,
在建设单位的组织下
,
由总包单位
、
施工单位和监理单位共
同参与
,
做好试运转及调试记录
,
并及时解决系统存在的问题
.
调试完成后应编写调试报告及运转操作规程
,
并提交甲方确认
后存档
.
()
在整个系统安装结束后依靠精确的测试仪器
、
有效的
８
５
结束语
地源热泵是一种绿色环保
、
节能高效的空调形式
,
随着热
泵技术的不断成熟
,
已被逐渐推广到建筑空调系统的应用当
[]
地源热泵地下竖埋管换热器性能研究
[
重庆
:
重庆大
５
魏唐棣
．D
]
．
工程与建设
»
８ ２０
«
２０１９
年第
３３
卷第
５
期