暗肋夹芯式预制轻骨料混凝土外挂墙板受力性能研究

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中文摘要：目前中国大力推动装配式建筑的发展，在这一过程中，作为装配式建筑重要组成部分的外挂墙板发展相对滞后，严重制约着装配式建筑的快速发展，目前工程中常用的外挂墙板存在以下不足之处:(1)单一材料的墙板自重偏大，保温隔热性能难以满足要求;(2)组合夹心式保温墙板的平面外受力性能有待更深入的研究;(3)大多组合夹心式保温墙板的保温层及内、外叶墙板材料性状差异较大，影响预制生产效率。为解决以上问题，本文依托江苏省建设系统科技项目“装配式框架结构住宅围护保温一体化复合外墙体系研究”(2018ZD096)、扬州市科技计划项目“节能装饰一体化复合混凝土外墙板设计及生产关键技术研究”(2017062)，提出一种新型复合保温外挂墙板——暗肋夹芯式复合混凝土外挂墙板（简称:暗肋夹芯外墙板）。该墙板采用轻骨料混凝土充当结构层（以下将内结构层、外结构层分别称为内叶、外叶），内外结构层间架有钢筋桁架形成空腔，空腔中填充聚苯颗粒混凝土充当保温层，钢筋桁架则形成暗肋，保证墙板在面外荷载下，内外结构层共同工作。该墙板的材料特点是，墙板结构层采用轻骨料混凝士，保温隔热层采用聚苯颗粒混凝土。该墙板的结构特点是，墙板内外叶以及四边框采用轻骨料混凝土制成，聚苯颗粒混凝土填充在墙板内部封闭的空腔中，同时墙板内设桁架，较传统的拉接件可更有效地连接内外叶墙板，形成暗肋空腔结构，改善了墙板的受力性能。本文研究工作与成果有以下几个方面: (1)墙板材料的制备研究。采用单因素分析法，制备出LC30级，干密度小于1800kg/m3，坍落度80～100mm，和易性良好的轻骨料混凝土，并满足JGJ/T458-2018《预制混凝土外挂墙板应用技术标准》的技术指标要求。研究表明，最佳水胶比为0.27，最佳砂率为34％，胶凝材料为460kg/m3。基于课题组前期关于聚苯颗粒混凝土配合比的研究，改进聚苯颗粒混凝土制备过程，制备出符合JGT158-2013《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统材料》要求的聚苯颗粒混凝土。 (2)墙板材料的基本性能研究。试验测得轻骨料混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂强度、弹性模量、泊松比、单轴受压应力-应变全曲线。研究表明，轻骨料混凝土立方体抗压强度达38.3MPa，劈裂强度为2.67MPa，轴心抗压强度为33.65MPa，弹性模量为2.47×1010Pa，满足JGJ/T458-2018《预制混凝土外挂墙板应用技术标准》的力学性能要求，并拟合出轻骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线。试验测得轻骨料混凝土导热系数为0.328～0.385W/m·K，聚苯颗粒混凝土导热系数为0.083～0.092W/m·K，两者的导热系数均符合JGJ134-2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》的热工性能要求。 (3)暗肋夹芯外墙板受弯性能试验研究。为了合理设计墙板结构，研究墙板内外叶厚度以及墙板中间钢筋桁架布置方式对墙板受力性能的影响，设计了4块1/2缩尺寸墙板，借助静载试验研究墙板在面外荷载作用下的受力性能。研究表明墙板承载力对其内外叶厚度尺寸较为敏感，同时，墙板内部布置钢筋桁架可有效改善内外叶墙板共同工作的性能，提高墙板的承载力。 (4)暗肋夹芯外墙板受弯性能有限元模拟。借助ABAQUS有限元模拟软件，建立4块墙板的有限元模型，基于非线性分析的方法，将该墙板模拟结果与试验结果进行对比发现，4块墙板的有限元模拟结果与试验结果吻合度良好。 (5)暗肋夹芯外墙板的应用研究。对比本文制作的暗肋夹芯外墙板与普通混凝土外墙板相比在受力性能及热工性能方面具备的优势，并从材料、设计、制作、运输、安装5个方面给出未来暗肋夹芯外挂墙板用于大规模生产的建议。

作者：

庄文安

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关键词：

复合保温外挂墙板暗肋夹芯式预制轻骨料混凝土暗肋空腔结构受力性能

授予学位：

硕士

学科专业：

建筑与土木工程

导师：

李琮琦；窦如忠

学位年度：

2020

学位授予单位：

扬州大学

语种：

中文

中图分类号：