彩钢岩棉夹芯墙板节点承载力的试验研究

彩钢岩棉夹芯墙板节点承载力的试验研究

摘要： 彩钢岩棉夹芯板具有卓越的防火、保温绝热性能，它的应用越来越广泛。目前，夹芯板围护体系的设计理论仍不完善，最新的夹芯板国家规范仅提供了夹芯板抗弯承载力的计算公式。通过对彩钢岩棉夹芯板的节点试验，得到在不同荷载情况下的节点承载力，为夹芯板的节点设计提供参考。

关键词： 彩钢岩棉夹芯墙板；节点承载力；试验

Abstract：With outstanding fireproof and heat insulation performance, Colored steel rock wool sandwich panels are used much widely recently. However, the design of sandwich panel cladding system is still incomplete, we can only get bending capacity equation in the latest national code of sandwich panel. Now, we get joints’bearing capacity in different loading conditions by joints test of colored steel rock wool sandwich panels, it could provide referenced data for joints design of sandwich panels.

Keywords：Colored steel surface rock wool sandwich wall panel；joints’ bearing capacity；experiment

一、引言

彩钢岩棉夹芯墙板是由两层彩钢板和粘结于两层彩钢板之间的岩棉芯材组成的自支撑的复合板材。夹芯板作为一种新型建筑围护材料，主要应用于工业、商业及大型公共建筑。我国2009年颁布了《建筑用金属面绝热夹芯板》GB/T23932-2009国家标准，其中附录部分提出了金属面夹芯板抗弯承载力计算公式。但是，在进行夹芯板设计时，仅仅考虑夹芯板的抗弯承载力是不够的，如果忽略了夹芯板与骨架之间连接节点的计算，将会给整个夹芯板围护体系带来安全隐患。

二、彩钢岩棉夹芯墙板节点试验

2.1 试验研究的内容

彩钢岩棉夹芯墙板节点试验是在哈尔滨工业大学力学实验室完成。经分析，夹芯板节点有三种可能的破坏形式：第一种是固定夹芯板用的自攻螺钉从骨架上拔出，自攻螺钉的抗拔承载力可参照《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中6.1.7的相关规定计算；第二种是在风吸力作用下，夹芯板在自

攻螺钉处的彩钢面层受钉帽挤压凹陷；第三种是在自重和竖向荷载作用下夹芯板在自攻螺钉周围的彩钢面层发生剪切破坏。

2.2 岩棉夹芯墙板在自攻螺钉处彩钢面层受钉帽挤压凹陷试验

2.2.1试验过程及现象

本试验采用彩钢岩棉夹芯墙板6块（长1000mm，宽1000mm，芯材厚100mm，芯材密度120kg/m3，钢板厚0.6mm）、自攻螺钉9颗（φ6.3×180）。试验仪器为YHD-30型机电两用百分表、电阻应变计、DH3816静态应变测试系统、BLR-1型拉压力传感器、WS-3811型北京波谱、长螺杆、螺帽。

将夹芯板平贴于试验支架上，配好垫片（单孔、双孔），在夹芯板公口处中间位置攻入自攻螺钉，钉尖均焊接在同一根带拉压力传感器的长螺杆上。拧动螺帽进行分级加载，用百分表测量钉头的位移。在钉孔附近纵向贴2个应变片，以测量加载过程中钉孔周围彩钢面板的应变。当钉孔处彩钢面板发生局部压屈时，停止加载。记录每级加载稳定后荷载对应的位移值，同时记录整个加载过程中测得的应变。当发现位移增长加快时，减小每级的加载值。

2.2.2 试验结果及结论

随着荷载的增加，彩钢岩棉夹芯墙板节点附近的彩钢面板向内凹陷，两层彩钢板之间的岩棉被压缩，整个变形过程是连续的，没有出现突然破坏的情况。由于垫片的保护作用，直至螺钉处节点破坏，正面钉孔仍保持为圆形。同时，在背面的彩钢板边缘处出现皱曲，见图1，由试验测得的数据见表1、表2。

图1 彩钢岩棉夹芯板节点处正面钢板局部凹陷，背面钢板皱曲

Fig.1 Sink at the Front colored steel and wrinkle at the other side

表1 表2

彩钢岩棉夹芯墙板自攻螺钉节点处荷载-位移曲线见图2、图3。

图2彩钢岩棉夹芯墙板自攻螺钉（单钉）节点处荷载-位移曲线

Fig.2 Load-displacement curve of self-screw(single) joint

图3彩钢岩棉夹芯墙板自攻螺钉（双钉）节点处荷载-位移曲线

Fig.3 Load-displacement curve of self-screws(double) joint

由表1和表2中的试验结果可知，双自攻螺钉节点承载力并不是单自攻螺钉节点承载力的两倍，这是由于两个钉的位置相对较近，在节点破坏时，双钉共同作用导致彩钢面层先屈服，但每个自攻螺钉的承载力并没有达到最大值，也就是说夹芯板彩钢面层屈服对节点破坏起控制作用。由于双孔垫片与彩钢面层的接触面积较大，能够分散彩钢面层所受的集中力，相对于单孔垫片，大约能提高20%左右的承载力。

2.3 岩棉夹芯墙板自攻螺钉处抗剪试验

2.3.1试验过程及现象

本试验采用彩钢岩棉夹芯墙板12块（长700mm，宽500mm，芯材厚100mm，芯材密度120kg/m3，钢板厚0.6mm）、自攻螺钉36颗（φ6.3×135）、型钢支架2个；240mm 长45a工字钢1个、单孔垫片12个、双孔垫片12个。试验仪器为YHD-30型机电两用百分表、电阻应变计、DH3816静态应变测试系统、BLR-1型拉压力传感器、WS-3811型北京波谱、千斤顶。

将两块宽500mm岩棉夹芯墙板对称放置在支架上，配好垫片（单孔或双孔），用自攻螺钉将夹芯墙板固定在竖向檩条上，在岩棉夹芯墙板上端扣45a工字钢，在工字钢上放置千斤顶。然后将支架移至反力架下，用千斤顶在反力架上进行加载。在每个钉头上方各放置1个百分表，以测量夹芯板的位移，在反力架和千斤顶之间布置力传感器，在钉孔附近贴应变片，测量彩钢板的应变。每级加载后，记录各百分表的读数和荷载大小。当发现位移增长加快时，减小每级的加载值。当有螺钉处钢板被剪坏时，即停止加载，记录此时百分表的读数和对应的荷载，见图4。

图4彩钢岩棉夹芯墙板自攻螺钉节点处抗剪试验

Fig.4 Cutting test at the self-screw joint

2.3.2 试验结果及结论

节点正面（有垫片的一侧）由于垫片能较好地分散集中力，钉孔几乎没有变形，节点背面钉孔处则出现了剪切破坏，具有塑性破坏特征。见图7。

（a）正面钉孔（b）背面钉孔

图5 彩钢岩棉夹芯墙板节点破坏现象

Fig.5 Cutting damage at the self-screw joint

由试验测得的数据见表3、表4。由于双钉节点中的垫片与钢板的接触面积比单钉节点大了一倍，承载力也提高了近一倍。

表3

表4

三、结语

近年来，相继发生多起建筑外保温材料火灾，造成严重的人员伤亡和财产损失，建筑外保温防火越来越受到重视。岩棉夹芯板具有卓越的防火性能，同时也具有良好绝热保温的性能，故它的应用将越来越广泛。通过对彩钢岩棉夹芯板节点的试验研究，得到节点在各种荷载状态下的承载力，为夹芯板的节点设计提供参考依据。

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