手柄連接節(jié)點的力學性能試驗研究

李俊鋒

手柄連接節(jié)點的力學性能試驗研究

李俊鋒

(福建省建筑科學研究院 福建福州 350025)

針對熱塑性長纖維增強復合材料模板體系中連接手柄和手柄連接節(jié)點的純剪試驗研究，探討其破壞機理。實測結果表明：當集中荷載達到臨界荷載時，墻體模板的邊肋或端肋出現(xiàn)斷裂，而連接手柄未發(fā)現(xiàn)破壞或明顯變形。計算手柄連接節(jié)點抗剪承載力時，基于安全宜按鉸接考慮。

墻體模板;連接手柄;手柄連接節(jié)點;純剪試驗

0 引言

目前木模板、木竹膠合板模板是施工中的主要形式，但用工量大[1-7]。熱塑性長纖維增強復合材料模板具有綠色環(huán)保，可循環(huán)利用的功能，在工程中得到逐漸廣泛的運用。與普通的膠合板模板、鋼模板不同，本文所研究的熱塑性長纖維增強復合材料模板工程中各塊模板之間通過連接手柄相互連接和傳力[8-9]。在《建筑工程大模板技術規(guī)程》(JGJ74-2003)0.2條(強制性條文)規(guī)定：組成大模板各系統(tǒng)之間的連接必須安全可靠。因此，本文針對熱塑性長纖維增強復合材料模板體系中手柄連接節(jié)點和連接手柄進行試驗研究，通過試驗研究分析連接手柄及手柄連接節(jié)點的力學性能，考察試驗過程中墻體模板的破壞機理和變形情況，為墻體模板在工程應用中提供指導。

本文試驗采用墻體模板和連接手柄拼裝成的整體為模型，考慮到工地現(xiàn)場應用中出現(xiàn)當某個連接手柄喪失連接功能時，剩余連接手柄能繼續(xù)承擔多大荷載，因而試驗分為墻體模板由一個連接手柄和兩個連接手柄連接的兩種情況。

1 試驗概況

連接手柄作為連接墻體模板的一個重要工具。本文介紹手柄連接節(jié)點純剪試驗，主要是研究分析在純剪力作用下，連接手柄的破壞形態(tài)及墻體模板的破壞形式和變形情況。

1.1 試驗方案

試驗模型分為單個和兩個手柄連接的兩種情況，這兩種情況下的手柄連接節(jié)點純剪試驗分別進行三組試驗，分別編號為CJ1，CJ2，CJ3和DCJ1，DCJ2，DCJ3。單個和兩個手柄連接時的連接節(jié)點純剪試驗需要包括墻體模板(規(guī)格1 200mm×600mm)，連接手柄，緊固螺母，對拉螺桿和鋼管等構件。

圖1給出了墻體模板及各連接件，現(xiàn)場需要的剪力墻或框架柱都可以由墻體模板和連接件拼裝成所需要的規(guī)格，如200mm和300mm的墻厚和柱厚等。施工現(xiàn)場的剪力墻的模板體系如圖1(d)。圖2給出了兩種不同形式的純剪試驗。

(a)連接手柄 (b)緊固螺母

(c)對拉螺桿 (d)施工現(xiàn)場剪力墻的模板體系圖1 墻體模板的各構件及施工現(xiàn)場剪力墻模板體系

(a)單個手柄連接節(jié)點 (b)兩個手柄連接節(jié)點圖2 手柄連接節(jié)點純剪試驗模型

1.2 試驗方法及裝置

在工程實際應用時，連接手柄作為模板體系的連接件，主要承擔著剪力、拉力的作用。連接節(jié)點純剪試驗主要是確定連接手柄的受力及考察墻體模板的破壞形態(tài)和變形情況。手柄連接節(jié)點純剪試驗中，可以忽略墻體模板間微小的位移產生的摩阻力。擬采用圖3(a)的試驗加載裝置，首先通過千斤頂對手柄連接節(jié)點加載，利用靜態(tài)應變采集系統(tǒng)采集應變值，通過計算分析轉化為實際荷載值。同時對用手柄連接的墻體模板的面板和邊肋上粘貼應變片，并且在試驗數(shù)據(jù)分析時畫出彎矩-應變的關系圖來反映墻體模板的變形情況。圖4給出了手柄連接節(jié)點純剪試驗的裝置圖，距離手柄連接節(jié)點120mm的位置布置鋼管作為支座，當支座距離足夠小，可以認為此種狀態(tài)下連接手柄只承受剪力作用。

(a)手柄連接節(jié)點純剪試驗加載示意圖

(b)由一個連接手柄連接 (c)由兩個連接手柄連接圖3 手柄連接節(jié)點純剪試驗圖

圖4 手柄連接節(jié)點純剪試驗裝置

1.3 測點布置

工程實際應用中，手柄作為連接構件起到傳遞荷載的關鍵作用，所以本次試驗目的在于考察手柄連接節(jié)點和連接手柄在荷載作用下的受力和的變形情況。單個手柄連接時的連接節(jié)點純剪試驗，每組設有2個測區(qū)，1個測區(qū)布置兩個應變片：一應變片在連接手柄一側模板邊肋的下方，另一應變片在連接手柄另一側模板邊肋的上方，如圖5所示。應變片1-4分別位于板3，板4，板1，板2。同時應變片1和2位于手柄連接節(jié)點的邊肋下方，應變片3和4位于手柄連接節(jié)點的邊肋上方，如圖6所示。

兩個手柄連接時的連接節(jié)點純剪試驗，每組設有4個測區(qū)，如圖7所示。應變片1，2，5，7在板1和板3的邊肋下方，而應變片3，4，6，8是在板2和板4的邊肋上方。

圖5 連接節(jié)點測區(qū)應變片位置的布置圖

圖6 純剪試驗各截面對應的應變片(單個連接手柄時)

2 試驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)分析

2.1 試驗現(xiàn)象

試驗過程中觀察發(fā)現(xiàn)，兩鋼管(支座)間的模板在千斤頂作用下向外彎曲。圖8給出了單個手柄連接時連接節(jié)點純剪試驗中，連接節(jié)點的兩種主要的破壞形態(tài)。圖8(a)中，試驗過程當荷載不斷增加時，連接手柄與模板鎖孔連接處，因受力過大致使模板鎖孔上方開裂。圖8(b)中，千斤頂對手柄連接節(jié)點加載時，由于荷載傳遞不均勻，偏向模板端肋上，導致端肋上比較薄弱的地方出現(xiàn)裂縫。圖9是兩個手柄連接時連接節(jié)點的破壞形態(tài)。圖9(a)中，當荷載達到最大剪力時，墻體模板的鎖孔所在的邊肋受力過大，突然斷裂且斷口呈不規(guī)則形狀。圖9(b)，由于應力集中現(xiàn)象，在模板邊肋與端肋的交結處出現(xiàn)裂縫。兩種情況下的手柄連接節(jié)點純剪試驗，都是模板出現(xiàn)問題，連接手柄未見明顯破壞。

(a)連接件處孔壁開裂 (b)模板端肋開裂圖8 單個手柄連接時連接節(jié)點的破壞狀態(tài)

(a)模板鎖孔附近開裂 (b)模板端肋開裂圖9 兩個手柄連接時連接節(jié)點的破壞形態(tài)

2.2 應變數(shù)據(jù)分析

圖10(a)、(b)、(c)給出了連接節(jié)點由單個手柄連接時的剪力與應變的關系圖，通過壓力傳感器測出連接手柄或模板出現(xiàn)破壞時的荷載值(剪力值)。

對單個手柄連接時連接節(jié)點的剪力-應變曲線分析可知，墻體模板的應變隨荷載的增長而增長，但增長程度不一，說明在不同荷載作用下模板變形比較復雜，如圖10所示。在手柄連接節(jié)點的擠壓和受拉兩區(qū)域內布置應變片。試驗過程中，加載點是在其中一側的墻體模板邊緣，靠近連接節(jié)點處。隨荷載的增長加載點相對原來的設定位置會出現(xiàn)偏移，導致試驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，試驗結果未能達到預期效果。完成第一組試驗后，對試驗過程中的可變因素加強控制使試驗數(shù)據(jù)的結果更真實可靠。由圖10可知，三組手柄連接節(jié)點能承受的剪力都較接近，最大剪力可以達到9.67kN，面板上承受的最大壓應變可以達3 597με。當手柄連接節(jié)點所承受荷載達到最大剪力時，連接手柄未出現(xiàn)破壞或嚴重變形，認為其能完成連接的作用。

通過兩個手柄連接時的連接節(jié)點純剪試驗所得數(shù)據(jù)分別繪出在剪力作用下，模板連接節(jié)點的剪力-應變曲線，結果如圖11(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)所示。本次加載時在千斤頂和模板之間加一道方鋼梁，通過方鋼梁的作用，把荷載傳遞到連接節(jié)點上。根據(jù)圖11所示的剪力-應變變化曲線可知，墻體模板的應變隨荷載的增長而增長。圖11的(a)、(c)、(e)可知，布置于連接節(jié)點的受拉和受壓區(qū)域的應變值符合預期，每個測區(qū)的應變值均為一正一負。而(b)、(d)、(f)圖中，位置5和7的應變片剛開始處于受壓狀態(tài)，隨著試驗進行，模板邊肋開始向上彎曲被拉伸，應變值呈正值。本組試驗中最大壓應變可以達-1 462με，剪力值最大可以加載到11.89kN，模板發(fā)生破壞(DCJ表示兩個手柄時的手柄連接節(jié)點純剪試驗)。

(a) (b) (c)圖10 單個手柄連接時連接節(jié)點的剪力-應變曲線

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)圖11 兩個手柄連接時連接節(jié)點的剪力-應變曲線

2.3 荷載數(shù)據(jù)分析

表1 單個手柄連接時連接節(jié)點的破壞剪力值

由表1～表2可知，連接節(jié)點在一個和兩個手柄連接的情況下所受的剪力平均值分別為8.36kN，10.89kN。在純剪試驗中，一旦連接節(jié)點出現(xiàn)破壞表示連接手柄失去連接作用，此時連接節(jié)點破壞時的剪力值即為連接手柄可承受最大剪力。

3 結論

通過對連接節(jié)點的試驗研究，可以得到以下3點結論:

(1) 連接手柄能完全可以起到連接的作用。

(2) 兩種不同連接形式時的連接節(jié)點純剪試驗，破壞出現(xiàn)于塑料模板的邊肋。因此，連接手柄的強度和剛度滿足要求，工程實際應用時應著重注意連接手柄與墻體模板的連接處情況。

(3) 連接節(jié)點在一個和兩個手柄連接的情況下所受的剪力平均值分別為8.36kN，10.89kN。

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Experimental study on the mechanical properties of the connection node

LIJunfeng

(Fujian Academy of Building Research，F(xiàn)uzhou 350025)

Study on the handle and connecting node in the thermoplastic long fiber reinforced composite template system of the pure shear test，its failure mechanism is discussed.Measured results show that when the concentrated load reaches the critical load， the side rib or the end rib of the wall template is broken，while the handles do not find any damage or obvious deformation . When calculating the shear resistance of the connecting node，it should be considered by hinge based on security.

Plastic formwork; The handle; The connecting node; Pure shear test

李俊鋒(1989.10- )，男，助理工程師。

E-mail:763858926@qq.com

2017-02-14

TU5

A

1004-6135(2017)04-0034-04