新型保溫結構一體化免拆模外墻體系構建及其連接件節點力學性能研究

中圖分類號：TU501 文獻標志碼：A 文章編號：1673-3851（2025）09-0676-12

Reference Format： QI Kai，XU Yufeng，LUDan，et al. Constructionof a new non-demoulding exterior wallsystem based on the integrated insulation-structureconceptand studyon the mechanical properties of itsconnecting nodes[J].Journalof Zhejiang Sci-Tech University，2025，53（5） ：676-687.

Construction of a new non-demoulding exterior wall system based on the integrated insulation-structure concept and study on the mechanical properties of its connecting nodes

QI Kai1 ，XU Yufeng2 ，LU Dan3 ，YANG Bo14 ，ZHU Xiangyu5

（1. School of Civil Engineering and Architecture， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018，

China;2. Zhejiang Hualin Construction Group Co.， Ltd.， Hangzhou 31lloo， China; 3.Architecture Group PLC， Shanghai 2OoOO2， China; 4. School of Civil Engineering and Architecture， Zhejiang College of Construction， Hangzhou 31l231，China; 5. CCCC Junpu Architecture Technology （Shanghai） Co.，Ltd.，Shanghai 2OooO2，China）

Abstract：To improve the mechanical performance of building exterior wall insulation layers and ensure their colaborative working capacity with the main structure， a new non-demoulding exterior wall system was developed based on the integrated insulation-structure concept. In this system，the insulation layer serves as the formwork for casting the intermediate concrete wall without subsequent removal treatment，and together with connectors during the casting process， forms a cavity-free integrated structure.Through the end-plate tensile test of connectors and the pull-out tests and direct shear tests of connectors in two types of non-demoulding formwork，the article studied the mechanical performance of connector nodes during the casting process of concrete wall，adopted Abaqus software to conduct finite element simulation on non-demoulding formwork and compared the failure modes，load-displacement curves，pull-out bearing capacities， and shear bearing capacities of the two types of non-demoulding formwork specimens. The results indicate that in the pullout tests and partial direct shear tests，the conectors did not undergo deformation； the pul-out bearing capacity and direct shear bearing capacity of the composite board were 1.50kN and 1.93kN ，respectively， showing increases of 305% and 2044% compared with thermoseting composite polystyrene foam insulation board （TEPS）. The finite element simulation results are consistent with experimental data，indicating the experimental results are valid. The research results confirm that this system can efectively improve the mechanical performance of the insulation layer and simplify construction processes. This study can provide theoretical support for the optimized design and engineering application of this new non-demoulding exterior wall system.

Key words： integrated insulation-structure； non-demoulding formwork； building exterior wall;reverse pull-out test； direct shear test; numerical simulation

0 引言

近年來，中國提出了“碳達峰、碳中和”目標，積極推廣應用裝配式建筑及綠色建材已經成為建筑業實現該目標的重要舉措[1]。《2023中國建筑與城市基礎設施碳排放研究報告》顯示，2021年全國房屋建筑全過程能耗總量已占全國能源消費的36.3%^[2] ；作為建筑物的關鍵組成部分，建筑外墻的建造工藝革新直接影響施工效率與資源能源節約。如何通過應用新技術、新材料創新施工方法，在提升效率的同時減少建材浪費和能源消耗，已成為建筑業亟待解決的重要課題[3]。另外，一般民用建筑物的設計使用年限為50年，而建筑外墻外保溫系統為25年，經過長時間的使用，傳統建筑外墻的保溫層容易出現開裂、空鼓以及脫落等現象[4]，這不僅會嚴重影響建筑物的正常使用，甚至會出現脫落而砸傷人或車等安全隱患[5]。在傳統的模板工程中，通常要在混凝土澆筑完成并且凝固之后才能拆除模板（拆模）；即便如此，拆模之后混凝土表面往往還存在不平整的情況，需要對混凝土表面進行額外處理，增加了現場施工的工作量[6。為了解決上述問題，免拆模外墻體系應運而生。

自20世紀60年代開始，國內外學者就開始對免拆模外墻體系開展了大量研究。Richard等設計了一種FRP抗剪連接件，并通過試驗研究了其抗剪性能，發現連接件作為夾心保溫墻板中的重要構件，需要足夠的強度來保證內、外墻體之間的協同工作。Huang等8以截面尺寸差異化的十字形玻璃纖維增強聚合物連接件為研究對象，對其裝配式夾芯保溫墻板結構開展系統性試驗，通過抗拔承載力試驗評價來試件的核心力學性能參數，確定優化后的GFRP連接件在基體錨固性能與抗拔力學性能方面均表現優異。Franzoni等[9開發了一種新型大尺寸保溫復合板，對其物理力學性能和耐久性等進行了評估，發現該復合板具有優異的性能。彭月飛等[10]研發了一種用于提升建筑外墻保溫系統錨固性能的旋鎖式膨脹連接錨栓，并研究了該錨栓在混凝土、燒結磚等實心及空心墻體中的力學性能，發現其在5類墻體材料中的最大抗拉承載力可達1.45kN。公心怡等[11設計了一種由鍍鋅金屬釘和帶圓盤的尼龍膨脹套管組成的錨栓，該錨栓的抗拉試驗和疲勞試驗結果表明，當錨固深度為 85mm 時，A3.5和A5.0蒸壓加氣混凝土砌體的抗拉承載力標準值均為最大值，分別為 0.714，1.086kN. 。張瑞[12]設計了并制作了敲擊式錨栓和旋入式錨栓，設計了5種錨固深度，并分別研究了兩種錨栓在蒸壓加氣混凝土實心砌塊內的抗拉承載力標準值，發現這2種錨栓的抗拉承載力均在錨固深度為 85mm 時達到最大，分別為 0.56，0.16kN 。郝雨杭等[13]設計了一種錨固深度為 40mm 的棒狀FRP連接件，抗拔和抗剪試驗結果表明，改善連接件的構造可以有效提高其抗拔和抗剪性能。趙學斐等[14」研究了免拆復合保溫模板工程應用存在的問題，發現在傳統的免拆模外墻體系施工過程中，背楞安裝頗為繁瑣，需要耗費大量的人力與時間進行精準定位、固定；而在拆除階段，還會產生大量的建筑垃圾。

綜上所述，在傳統的免拆模外墻體系中，連接件僅嵌入混凝土墻體一定深度的做法，并不能保證墻體的穩定性，且有被拔出的風險；同時，免拆模板也需要足夠的抗拉拔性能和抗剪性能，才能避免因強度不足而發生破壞。因此，設計一種新型保溫結構一體化外墻體系，既能夠提供結構支撐和保溫功能，又能簡化施工流程并提高施工效率，還能解決保溫層易開裂、脫落等問題，對目前的保溫外墻工程具有重要的實際意義。

1新型保溫結構一體化免拆模外墻體系構建

在傳統的免拆模外墻體系中，連接件通常只嵌入混凝土墻體一定深度來確保結構的穩定性[13]傳統免拆復合保溫模板墻體系統構造示意圖如圖1（a）所示，橫豎向背楞施工圖如圖1（b）所示。為了進一步增強模板在澆筑混凝土過程中的穩定性，保證施工面的平整度，同時避免連接件在澆筑混凝土的過程中因錨固強度不足而被拔出[14]，往往需要在模板的支撐點處和連接件位置處額外安裝橫向和豎向的背楞。這種安裝過程不僅增加了施工人員的操作難度，而且拆卸和更換過程中會產生廢棄物，建筑垃圾大量增加。另外，在現有的免拆模外墻體系中，外側預制板僅采用保溫板，這些保溫材料雖然可以滿足保溫性能的要求，但因其強度低，在施工及使用過程中極易出現連接件內陷或保溫板破壞等現象[14]

圖1傳統免拆模外墻構造圖及背楞施工圖

本研究提出了一種新型保溫結構一體化免拆模外墻體系，該體系構造示意圖如圖2（a）所示，施工圖如圖2（b）所示。該體系由免拆模板、連接件和鋼筋桁架組成。其中，免拆模板由水泥纖維板和熱固板復合而成，構成墻體的保溫層，并通過連接件與基層墻體連接成一個整體，一次性澆筑，共同受力。這樣不僅可以提高保溫層的強度，在施工中也無需安裝繁瑣的背楞，依靠簡單的支撐和貫通的連接件就可以完成背楞施工；同時，保溫板可以兼作混凝土的澆筑模板而無需拆除，不僅方便現場施工作業，還可以有效減少建筑垃圾的產生。

圖2新型保溫結構一體化免拆模外墻體系構造示意圖及施工圖

熱固板（Thermosetting composite polystyrenefoaminsulationboard，TEPS），也稱為熱固復合聚苯不燃保溫板或勻質板。熱固板具有良好的隔熱性能，具有均勻細致的閉孔結構，與聚苯顆粒混合后導熱系數低，絕熱性能與聚氨酯、擠塑聚苯乙烯相當。水泥纖維板也稱水泥壓力板，具有防火防潮、高強度、隔音等特點；天然植物纖維因其獨特的增強特性被廣泛應用于水泥基復合材料改良。由參考文獻[15可知，植物纖維能有效改善材料的力學性能，同時保持基體的密實度。因此，本研究選用來源廣泛、可持續性突出的麥秸纖維作為增強相，通過預加工獲得粒徑 ?2mm 的纖維顆粒，按照水泥質量 2.0% 的摻量設計，采用干混-濕拌工藝制備纖維增強水泥基體。

熱固板和水泥纖維板的材料屬性數據由廠家提供，如表1和表2所示。將熱固板和水泥纖維板復合使用，可以增強保溫層強度，提升隔熱保溫效果，提高結構穩定性和耐久性。

表1熱固板材料屬性

表2水泥纖維板材料屬性

在本研究提出的新型保溫結構一體化免拆模外墻體系中，連接件貫通兩側的復合板和基層墻體，組成了新型保溫結構一體化的免拆模外墻。這樣做可以提高連接件的抗拉拔強度，有效避免了連接件在澆筑混凝土時被拔出；同時，在施工中也無需安裝繁瑣的背楞，僅靠簡單的支撐和貫通的連接件就可以完成背楞的工作。

2連接件的尾盤受拉試驗

2.1 試驗設計與加載方案

連接件的破壞形式包括連接件尾盤斷裂、尾盤與桿件連接處破壞、錨固段破壞，其中連接件尾盤斷裂是目前免拆模外墻體系中最容易出現的破壞形式[16]。為了研究連接件尾盤的抗拉拔強度，確保在澆筑混凝土時連接件不會因尾盤斷裂而失效，本研究對3個連接件試件開展了尾盤受拉試驗，3個試件的照片如圖3所示。3個試件均為塑料T型圓盤和金屬桿件組合的形式，T型圓盤采用尼龍材質，金屬桿件采用奧氏體不銹鋼。其中，外側圓盤直徑為40mm ，厚度為 4mm ;內側圓盤直徑為 16mm ，厚度為 30mm ;桿件直徑為 6mm ，總長度為 170mm ，兩端通過螺紋與T型圓盤相連接。

圖3連接件試件照片

本測試在浙江理工大學材料力學實驗室進行，依據《外墻保溫用錨栓》（JG/T366—2012）對3個試件進行連接件的尾盤受拉試驗，測試裝置與試驗機連接照片見圖4，力、位移量測設備的精度及誤差應符合現行國家標準《混凝土結構試驗方法標準》（GB/T50152—2012）有關規定。試驗開始前，先將連接件尾盤放置在上部夾具上，并緊密貼合；然后，下部夾具夾持并固定在連接件桿件的尾端，將其與拉伸試驗機連接。在試驗過程中，上部夾具完全固定，下部夾具對連接件勻速施加沿桿件方向的拉力，拉伸速率設定為 5mm/min ，分別記錄3個試件連接件桿底端位移 5mm 時的荷載值，以此作為試件的受拉試驗值。

圖4尾盤受拉試驗測試裝置與試驗機連接照片

2.2 試驗現象與結果分析

連接件尾盤受拉照片如圖5所示。在連接件尾盤受拉過程中，連接件尾盤僅在拉力反方向發生彎曲，但在連接件圓盤、桿件、連接處均未破壞。當位移施加至 5mm 處時，結束試驗。最終試驗結果見表3所示。由表3可知，連接件的尾盤受拉平均值為 8.40kN 。

合水泥纖維板（以下簡稱“復合板\"），具體編號為A₁ 、 A₂ 、 A₃ ，每件試件的尺寸統一為 200mm×140 mm×55mm ，其中水泥纖維板的厚度為 10mm ，而熱固板的厚度則為 45mm 。第2組免拆模板試件模擬傳統免拆模外墻體系，免拆模板僅使用熱固板，編號為 B₁，B₂，B₃ ，每件試件的尺寸統一為 200mm× 140mm×55mm。

圖5連接件尾盤受拉照片

表3連接件的尾盤受拉試驗結果

3免拆模板中連接件的反向拉拔試驗

3.1 試驗設計與加載方案

為了研究免拆模板在混凝土澆筑過程中漲模力對連接件的影響，需要對免拆模板中的連接件進行反向拉拔試驗。本研究設計了兩組共6個免拆模板試件，兩組試件的照片如圖6所示。第1組免拆模板試件模擬新型免拆模外墻體系，在熱固板外側復

依據《外墻外保溫工程技術標準》（JGJ144—2019）和《預制保溫墻體用纖維增強塑料連接件》（JG/T561—2019），對兩組試件進行了連接件的反向拉拔試驗。首先，將試件放置在托板上，隨后在試件的上表面放置金屬固定框，并使用螺栓進行固定，確保保溫板的中心位置與露出螺桿的連接件精確對齊，且連接件的尾盤與保溫板的上表面緊密貼合。然后，使用連接件錨桿夾具夾持并固定連接件桿件的尾端，將其與拉伸試驗機相連，試驗加載示意圖、測試裝置與試驗機連接方式見圖7。在試驗過程中，下部夾具對連接件勻速施加沿桿件方向的拉力，拉伸速率控制在 5mm/min 記錄連接件桿底端位移 10mm 處的荷載值，以此作為試件的承載力試驗值。為了確保試驗數據的準確性和可靠性，試驗中使用的力和位移測量設備的精度及其誤差均嚴格遵循現行國家標準《混凝土結構試驗方法標準》（GB/T50152—2012）的相關規定。

圖6兩種免拆模板試件照片

3.2 試驗現象與結果分析

熱固板在受拉試驗中的受拉特征照片分別如圖8（a）和圖8（b）所示，復合板在受拉試驗中的受拉特征照片如圖8（c所示。

在熱固板的受拉試驗中，連接件圓盤在受力過程中逐漸陷入熱固板內，最終熱固板與連接件圓盤接觸部分發生局部破壞。而在復合板的受拉試驗中，當施加的荷載達到峰值荷載，約為 2.7kN 時，水泥纖維板層在跨中處出現了裂縫，同時水泥纖維板層與熱固板層的四角開始出現脫離現象，并伴隨熱固板被壓碎的聲音。隨著荷載繼續下降至 2kN ，水泥纖維板層與熱固板層的四角完全脫離。在位移達到 10mm 時，試驗結束。此時，與熱固板不同的是，在復合板受拉過程中，連接件圓盤與水泥纖維板接觸部分并未出現任何破壞。因此，在熱固板外側復合板，可以有效避免連接件因免拆模板強度不足而內陷的情況。圖9（a）和圖9（b）分別為復合板和熱固板在反向拉拔試驗過程中的荷載-位移曲線。由圖9（b）可知， B₃ 曲線和其他2條曲線相比，抗拉拔能力較強，這可能是由于試驗樣本材料材芯密實度更高，使得 B₃ 試件表現出更高的峰值荷載。

圖7反向拉拔試驗加載示意圖和測試裝置與試驗機連接照片

圖8兩種免拆模板試件的受拉特征照片

圖9免拆模板中連接件反向拉拔試驗過程中的荷載-位移曲線

上述試驗結果見表4所示，根據上述試驗結果，在傳統免拆模外墻體系中，熱固板抗拉拔強度低，其反向拉拔承載力的平均值僅為 0.37kN 。在本研究提出的模板體系中，水泥纖維板中的天然植物纖維可以有效提高水泥板的抗拉拔性能，進而使得復合板的反向拉拔承載力平均值提升至 1.50kN ，增幅達 305% 。這一提升效果不僅有效地增強了免拆模板的抗拉性能，還提高了免拆模板與連接件之間的材料利用率，在確保結構穩定性的同時，優化了材料的使用效率。

表4保溫板中連接件的反向拉拔試驗結果

連接件的尾盤受拉承載力平均值為 8.40kN 而復合板的抗拉拔承載力平均值為 1.50kN ，因此在該模板體系中，連接件不會先于復合板發生破壞。連接件尾盤和桿件在復合板中的拉拔和局部直剪試驗均未出現明顯變形，表明其可替代背楞為免拆模外墻體系提供穩定性。

4免拆模板中連接件的局部正向直剪試驗

4.1 試驗設計與加載方案

為了研究混凝土澆筑成型后，連接件節點在承受墻體自重荷載時的受力性能，本研究開展了連接件的局部正向直剪試驗。該試驗設計了兩組共6個試件，試件由免拆模板和連接件組成。兩組免拆模板試件的結構示意圖如圖7所示。第1組免拆模板試件模擬新型免拆模外墻體系，采用復合板，具體編號為 A₄…A₅…A₆ ，每件試件的尺寸統一為 200mm× 140mm×55mm ，其中水泥纖維板和熱固板的厚度分別為 10mm 和 45mm 。第2組免拆模板試件模擬傳統免拆模外墻體系，免拆模板僅使用熱固板，編號為 B₄?B₅?B₆ ，每件試件的尺寸統一為 200mm× 140mm×55mm 。

依據《外墻外保溫工程技術標準》（JGJ144—2019）和《預制保溫墻體用纖維增強塑料連接件》（JG/T561—2019）對兩組試件進行連接件的局部正向直剪試驗，試驗加載示意圖、測試裝置與試驗機連接照片見圖10。試驗過程中，連接件的兩端水平固定在工裝夾具的兩端，工裝夾具固定在試驗機的移動橫梁上。壓頭與試驗機的上部相連，并且完全固定。在壓頭和試件接觸位置增加一塊鋼墊塊和木板，使壓力可以均勻地傳遞給試件。連接件從免拆模板中間穿越，其長度超過免拆模板的厚度，以確保試驗的有效性。同時，保留足夠的空間以避免試件在試驗過程中與工裝夾具發生接觸。在試驗過程中，對試件施加豎直向下的壓力，壓縮速率控制在1mm/min ，記錄板頂位移達到 2.5mm 時的荷載值，以此作為試件的承載力試驗值。為了確保試驗數據的準確性和可靠性，試驗中使用的力和位移測量設備的精度及其誤差均嚴格遵循現行國家標準《混凝土結構試驗方法標準》（GB/T—50152）的相關規定。

圖10局部正向直剪試驗加載示意圖和測試裝置與試驗機連接照片

4.2 試驗現象與結果分析

試件的破壞形態分別如圖11和圖12所示，其中圖11為熱固板的受剪特征照片，圖12為復合板的受剪特征照片。在熱固板受剪試驗中，熱固板沿著受剪方向破壞，即板中心孔洞沿著軸向被擠壓破壞，而連接件桿件自身強度高，未達到其破壞強度，因此其桿件并未發生彎折與斷裂。在復合板受剪試驗中，隨著加載的進行，水泥纖維板側未出現變形，而熱固板側沿受剪方向破壞，即板中心孔洞沿著軸向發生破壞，且僅熱固板側出現破壞，壓頭板出現傾斜，剪力作用方向發生改變，終止試驗。

圖11 熱固板受剪特征照片

圖12復合板受剪特征照片

圖13（a）和圖13（b）分別為復合板和熱固板在局部正向直剪試驗過程中的荷載-位移曲線。根據復合板的荷載-位移曲線可知， A₄ 曲線在 1.3mm 處、 A₅ 曲線在 1.8mm 處都有明顯下降段。這是因為熱固板內部發生了局部破壞，導致復合板整體的抗剪能力下降。

圖13免拆模板中連接件局部正向直剪試驗過程中的荷載-位移曲線

上述試驗結果如表5所示，由表5可知，在傳統的免拆模外墻體系中，熱固板的局部正向直剪承載力的平均值僅為 0.09kN 。在本研究提出的模板體系中，水泥纖維板的存在使得復合板的局部正向直剪承載力平均值顯著提升至 1.93kN ，增幅達 2044% ，這一顯著提升有效地增強了免拆模板的抗剪性能。

表5保溫板中連接件的局部正向直剪試驗結果

5 有限元數值模擬

5.1數值模擬與材料屬性介紹

本研究采用Abaqus有限元軟件對復合板進行數值模擬，通過與試驗結果對比分析，驗證試驗結果的有效性；在此基礎上，開展相關參數的影響分析。

利用Abaqus有限元軟件建立復合板的有限元模型，其中水泥纖維板、熱固板、連接件圓盤、連接件桿件、墊塊以及壓頭均采用實體單元C3D8R模擬。表6為有限元模型中各組成部分的材料參數，其中水泥纖維板、熱固板、連接件的材料參數由廠家提供。墊塊在拉拔試驗中作為固定裝置中的一部分，需要其托起整塊保溫板，因此，需要保證其不會破壞，故采用彈性模型；在直剪試驗中需要將壓力完整、均勻地傳遞給保溫板，因此，需要保證其剛度足夠大，故采用彈性模型。壓頭屬于加載裝置，也需保證其在試驗中不會被破壞。墊塊和壓頭均取鐵塊的參數：彈性模量為 2×10⁵MPa ，泊松比為0.3。

表6有限元模型中各組成部分的材料參數

根據試驗現象可知，在反向拉拔試驗和局部正向直剪試驗中，連接件并未出現變形和破壞，因此連接件采用線性彈性模型；連接件桿件材質為奧氏體不銹鋼，采用鋼筋雙折線模型；水泥纖維板屬于水泥基材料，在研究中借鑒混凝土的本構關系[17]，使用Abaqus自帶的混凝土損傷塑性模型;熱固板是以模塑聚苯乙烯泡沫塑料板（Expandable polystyrene，EPS）為保溫基體，通過特殊的處理劑復合制成的板狀制品，因此，在進行熱固板的有限元模擬時，采用EPS的本構模型。由參考文獻[18]可知，EPS材料在單軸壓縮條件下應力應變曲線先由彈性階段發展至彈塑性階段，后過渡至塑性階段。為了方便分析，本研究采用簡化后的理想彈塑性模型，該模型可用式（1）和式（2）表示：

σ=Eε，εlt;ε_ep

σ=f_m，ε≥ε_ep

其中： σ 表示材料的壓應力， MPa;E 表示材料的彈性模量， MPa;ε 表示材料的壓縮應變， %₃ε_ep 表示材料應力-應變曲線上線彈性范圍臨界點處的應變值， %;f_m 表示材料的抗壓強度， MPa 。

5.2復合板中連接件的反向拉拔數值模擬

5.2.1 模型構建

復合板中連接件的反向拉拔分析有限元模型如圖14所示，其中：水泥纖維板的尺寸為 200mm× 140mm×10mm ；熱固板的尺寸為 200mm×140 mm×45mm ;連接件的外側圓盤直徑為 40mm ，厚度為 4mm ；內側圓盤直徑為 16mm ，厚度為30mm ;連接件桿件長度為 170mm 。

對模型中墊塊下部施加完全固定約束，并在連接件桿件尾端設置集合點RP-2，在PR-2處施加 z 軸正方向的位移加載，位移加載幅值為10mm 。

連接件T型圓盤

圖14反向拉拔分析的有限元模型

5.2.2 模擬結果與分析

復合板模型的計算結果如圖15所示，復合板的受拉特征為水泥纖維板層與熱固板層脫開，有限元模擬結果與試驗結果一致，且水泥纖維板中心未出現破壞而使連接件內陷。這表明水泥纖維板的存在可以有效地提高復合板的抗拉性能。

圖15 反向拉拔數值模擬計算結果

輸出連接件桿件底端集合點RP-2位置處的荷載位移曲線，反向拉拔數值模擬的荷載-位移曲線如圖16所示，由圖可知，當加載至 10mm 時，其荷載大小為 1.54kN 。模擬結果與試驗結果一致，表明該有限元模型能有效模擬復合板的反向拉拔過程。

圖16反向拉拔數值模擬的荷載-位移曲線

5.3復合板中連接件的局部正向直剪數值模擬

5.3.1 模型構建

復合板中連接件的局部正向直剪分析有限元模型圖如圖17所示，其中：水泥纖維板的尺寸為200mm×140mm×10mm ，熱固板的尺寸為 200mm× 140mm×45mm ，連接件的桿件長度為 170mm 。對模型中連接件兩端施加豎直向上的約束，并在壓頭頂部中心設置集合點RP-1，在PR-1處施加 x 軸負方向的位移加載，位移加載幅值為 2.5mm 。

5.3.2 模擬結果與分析

圖18為復合板模型的計算結果圖，復合板的受剪特征為熱固板側因孔洞受桿件剪力影響而發生變形，這導致墊塊發生傾斜。有限元模擬結果與試驗結果一致，且水泥纖維板測無變形，表明水泥纖維板的存在可以有效地提高復合板的抗剪性能。

圖17局部正向直剪分析的有限元模型

圖18局部正向直剪數值模擬計算結果

輸出板頂中心位置處的荷載位移曲線，局部正向直剪數值模擬的荷載-位移曲線如圖19所示。從圖19可知，當加載至 2.5mm 時，其荷載大小為1.89kN ，與試驗結果一致，表明該有限元模型能有效模擬復合板的局部正向直剪過程。

圖19局部正向直剪數值模擬的荷載-位移曲線

5.4 參數分析

5.4.1 模型參數設計

本研究針對水泥纖維板厚度對復合板抗拉拔性能和抗剪性能的影響進行參數分析。為了確定厚度變化對復合板整體強度和穩定性的影響，通過改變水泥纖維板的厚度設計了3個工況，模擬并比較不同厚度下復合板的抗拉拔性能和抗剪性能，試驗及工況主要參數如表7所示。分析結果將為優化新型保溫結構一體化免拆模外墻體系設計提供依據，提升其在實際工程應用中的結構安全性。

表7試驗及工況主要參數

5.4.2 計算結果及分析

通過復合板中的連接件反向拉拔模擬以及局部正向直剪模擬，計算得出的荷載-位移曲線如圖20所示。其中，取連接件桿底端位移 10mm 時的荷載值為模型的抗拉拔承載力，復合板頂位移 2.5mm 時的荷載值則作為模型的抗剪承載力。

圖20復合板有限元模擬結果

不同工況下復合板中的連接件反向拉拔試驗和局部正向直剪試驗的模擬結果見表8。根據模擬結果可知，以 5mm 厚的水泥纖維板為基礎，每增加5mm 厚度，復合板的抗拉拔性能分別提升了92.5%.37.6%.25.4% ，抗剪性能分別提升了39.0%.60.8%.111.5% 。這些數據表明，隨著水泥纖維板厚度的增加，復合板的抗拉拔性能和抗剪性能得到了顯著增強。綜合考慮力學性能和經濟性，得出以下結論：將 20mm 厚的水泥纖維板與35mm 厚的熱固板復合使用，可以在力學性能上達到最優;而將 10mm 厚的水泥纖維板與 45mm 厚的熱固板復合使用，則更為經濟高效。這為新型保溫結構一體化免拆模外墻體系的設計和材料選擇提供了科學依據。

表8不同工況下試驗模擬結果

6結論

本研究以熱固板與水泥纖維板復合形成的免拆模板為核心，結合貫通式連接件與鋼筋桁架，構建了兼具保溫、結構、模板功能的新型保溫結構一體化免拆模外墻體系，并對該體系中連接件節點的抗拉拔性能和抗剪性能進行了試驗研究和有限元模擬分析，主要結論以下：

a）連接件尾盤受拉承載力平均值為 8.40kN 顯著高于復合板的抗拉拔承載力 1.50kN ，表明連接件在體系工作中保持完整，未發生變形破壞，可替代背楞提供結構穩定性。

b）復合板反向拉拔承載力較熱固板提升305% ，復合板中的水泥纖維板有效抑制了連接件內陷，避免了免拆模板的局部破壞。

c）復合板局部正向直剪承載力較熱固板提升2044% ，復合板中的水泥纖維板顯著增強了界面抗剪能力，且自身未出現損傷。

d）有限元模型能有效地模擬復合板的受拉和受剪過程，且有限元模擬結果與試驗結果完全一致。參數分析表明，水泥纖維板的厚度與免拆模板的力學性能呈正相關，在免拆模板厚度一定的情況下，水泥纖維板越厚，其抗拉拔和抗剪性能越強。

本研究將水泥纖維板引入保溫結構一體化免拆模外墻體系，在一定程度上解決了傳統保溫模板強度低、易破壞的技術難題;同時，提出的貫通式連接節點設計與保溫板構造優化方法，可以顯著提升體系的結構性能與施工可靠性，有助于推動裝配式建筑圍護體系向多功能集成化方向發展，實現建筑節能降耗與工業化建造。

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團隊介紹

楊博教授團隊專注于復合材料力學與結構、彈性力學及裝配式混凝土結構等方面的研究。在功能梯度復合材料板結構分析方面，基于三維彈性理論提出了三維解析求解方法；在裝配式混凝土結構分析方面，提出了裝配式混凝土構件和節點的精細化分析方法，研發了系列新型高效的預制部品部件。團隊共主持完成國家自然科學基金4項，浙江省自然科學基金5項（其中重點項目1項）。目前已發表論文100余篇，其中SCI論文70篇，EI論文15篇;授權發明專利12項，軟件著作權5部。楊博教授，2011年畢業于浙江大學土木系結構工程專業，獲博士學位;2015年9月—2016年8月在澳大利亞昆士蘭大學訪學。他在功能梯度材料板結構及含孔口板結構力學行為的解析解研究、裝配式混凝土結構分析等方面做出了多個創新性的研究工作。

（責任編輯：康 鋒）