聚丙烯塑料角焊縫軸心受力試驗研究

席晗 張昊 康少鵬 孟慶婷

摘 要：目前聚丙烯塑料材料已經被大量運用到地下糧倉中。為了解決聚丙烯塑料角焊縫的軸心受力問題，本文引入鋼結構中的角焊縫形式，并將其用于試驗構件中。通過在萬能試驗機上對試件進行軸心拉拔試驗，取得試件破壞時的破壞狀態和破壞荷載值。通過試驗可得出軸心受力破壞荷載與角焊縫長度存在的線性關系。

關鍵詞：聚丙烯;角焊縫;軸心受力

中圖分類號：TU317 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）34-0111-02

Study on Stress Test of Polypropylene Fillet Weld Axis

XI Han ZHANG Hao KANG Shaopeng MENG Qingting

（College of Civil Engineering， Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： At present， polypropylene plastic material has been widely used in underground granaries. In order to solve the problem of axial force of polypropylene plastic fillet weld， this paper introduced the form of fillet weld in steel structure and applies it to test components. The failure state and failure load value of the specimen were obtained by axial drawing test on universal test machine. The linear relationship between the failure load under axial load and the length of fillet weld can be obtained by experiments.

Keywords： polypropylene;fillet weld;the axial stress

經過多年的發展，地下糧倉已經成為一種技術成功、結構安全、經濟效果顯著的理想倉型[1]。而塑料材料也以其自重輕、裝配化程度高、便于機械施工等優點被廣泛應用于建筑領域[2]。因此，將塑料材料引入地下糧倉中，作為地下糧倉的內襯防水構件已經成為一種新的技術。聚丙烯塑料因自身具有的耐久性好、安全衛生、加工方便和抗彎抗拉性能良好等優點成為地下糧倉中塑料防水材料的首選[3]。隨著聚丙烯塑料在地下糧倉中的應用，聚丙烯塑料的連接技術逐漸被關注。聚丙烯塑料焊接技術是一種常見的連接技術[4，5]。目前，關于聚丙烯塑料角焊縫軸心受力狀態的研究較少，本文以四面圍焊式的聚丙烯塑料角焊縫為研究對象，重點研究角焊縫在軸心拉力作用下的破壞形式和破壞荷載。試驗參考常晨輝《塑料-混凝土地下糧倉中聚丙烯構件連接節點試驗研究》[6]中的試件形式和試驗方法。

1 試件制備

塑料連接板為30mm厚的正方形板。在塑料連接板的中心進行直徑為30mm的攻絲處理，攻絲深度也為30mm即采用攻透處理，螺牙間距為1.5mm。塑料連接板采用邊長為70、80、90mm和100mm四種形式。塑料底板為20mm板厚的正方形板。塑料底板邊長根據不同的塑料連接板的邊長進行設置，比塑料連接板每個邊均寬出40mm，即對應于塑料連接板邊長70、80、90mm和100mm，塑料底板的邊長為150、160、170mm和180mm。

角焊縫選擇由標準聚丙烯雙股型塑料焊條經熱風焊接所形成的焊縫，焊縫道數定為6道。所采用的焊縫形式為《鋼結構設計規范》（GB 50017—2017）[7]中所規定的標準直角角焊縫形式，試驗中焊縫的長度根據構件需要焊接的長度而定。

試件采用四面圍焊的形式即沿塑料連接板的四周將塑料連接板和塑料底板焊接在一起。角焊縫軸心受力試驗構件俯視圖與正視圖如圖1所示。

其中：[L1]為塑料連接板邊長，[L1]=70、80、90、100mm;[L2]為塑料底板邊長，[L2]=150、160、170、180mm。

2 試驗加載

在電液伺服萬能試驗機上進行軸心拉力加載試驗，以100N/s的速度進行持續加載，直到連接兩塑料板的角焊縫破壞方停止，同時記錄破壞時的荷載值。

3 試驗結果

3.1 破壞形態

經觀察，角焊縫的破壞形式均為焊縫內部發生撕裂破壞。其中，部分試件在加載過程中焊縫發生完全斷裂，塑料連接板與塑料底板完全分離，試件角焊縫發生斷裂破壞。其余試件，焊縫并未發生完全斷裂，塑料連接板與塑料底板仍有部分焊縫相連，但焊縫已不能承受荷載，試件角焊縫只有部分發生破壞。

3.2 破壞荷載

聚丙烯塑料角焊縫軸心拉力試驗數據如表1所示。

從表1可以看出，當角焊縫長度[l]=280、320mm和400mm時，破壞荷載[F]隨著焊縫長度的增加而增加;當角焊縫長度[l]=360mm時，破壞荷載[F]不僅沒有增加反而有所減小，由此可知，當角焊縫長度[l]=360mm時所得的破壞荷載[F]不準確，應當舍棄。對表1中的破壞荷載[F]進行修正，去除360mm角焊縫長度的點，剩下280、320mm和400mm三種角焊縫長度。由修正后表1中的試驗數據可知，破壞荷載隨著角焊縫長度的增加而相應增加，且其大小與角焊縫長度[l]的關系基本成線性關系。對試驗數據進行線性回歸分析，得到破壞荷載（[F]）與角焊縫長度（[l]）的函數關系式，如式（1）所示。

[F=0.0829l-7.3457]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：[F]表示破壞荷載;[l]表示軸心拉力試驗焊縫長度。

4 結論

①參照《鋼結構設計規范》（GB 50017—2003）中規定的標準直角角焊縫的形式，將其運用到聚丙烯塑料構件中，形成聚丙烯塑料角焊縫。

②提出了聚丙烯塑料角焊縫軸心受力的試驗方法，并通過試驗得到了軸心拉力破壞荷載與角焊縫長度之間的函數公式，且破壞荷載隨著角焊縫長度的增加而相應增加。

③為聚丙烯塑料角焊縫在地下糧倉中的應用提供了參考和借鑒。

參考文獻：

[1]李德富，王玉田，孫惠，等.綠色儲糧的理想倉型：地下糧倉[J].糧油倉儲科技通訊，2007（3）：19-21.

[2]薛茂權，黃之德.塑料在建筑材料中的應用與研究[J].建筑技術與應用，2006（2）：4-6.

[3]張淑媛.塑料-混凝土地下糧倉中塑料連接件的抗拔試驗研究[D].鄭州：河南工業大學，2017.

[4]王振清，席達，張慶章，等.塑料焊接技術在建筑工程中的應用[J].河南建材，2018（2）：41-42.

[5]丁明，王振清，席達，等.ABAQUS軟件模擬聚丙烯塑料焊縫抵抗地下水壓荷載的影響因素分析[J].新型建筑材料，2018（12）：107-110.

[6]常晨輝.塑料-混凝土地下糧倉中聚丙烯構件連接節點試驗研究[D].鄭州：河南工業大學，2017.

[7]中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.鋼結構設計規范：GB 50017—2003[S].