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钢丝网夹芯岩棉复合板的力学性能和热工性能研

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当前,世界各国都非常重视新型建筑材料的发展。随着人民生活水平的提高和居住条件的不断改善,各种新型建筑材料应运而生,传统墙体材料已不能满足现代建筑业的发展要求。结构材料和保温材料合二为一是复合墙体发展的必然趋势。钢丝网夹芯岩棉复合板60年代首先由美国研制开发,之后在比利时、南韩、西班牙相继问世。该板是在工厂把低碳冷拔钢丝用特制的网焊机焊成三维立体钢丝网架且在中间填充轻质保温材料,如半硬质岩棉、玻璃棉、BPS等,制成定型尺寸后的半预制品可在施工现场拼装组合。钢丝及斜丝组成三维空间体系作为固定件和骨架起控制尺寸作用,使复合板达到整体稳定。其突出优点是高强轻质、节能防水、隔热隔声、防腐防潮等1。可以作为屋面板、改造楼房的楼板及部分承重墙、非承重墙、内隔墙、外隔墙等,尤其适合于造型复杂的内、外隔墙。对该板的抗弯、抗剪、抗拉、抗压性能和挠曲变形等详尽的分析表明:斜丝与受力丝的十字丝凸焊强度对该板的整体协调性的充分发挥起着关键作用。岩棉厚度及钢丝网空间结构是保证该板热工性能的重要因素"。本文运用理论计算12.4~1和试验研究相结合的方法来研究该板的力学性能和热工性能。首先依照有关的建筑结构设计规范,分析该复合板的具体结构特征,进行力学分析并计算其实际热阻值,然后结合实际运用情况进行试验以验证其可靠性。
2力学性能分析
钢丝网夹芯岩棉复合板(如图1所示)是由不同功能的材料按照人们设计的性能(如保温、隔热、隔声等)复合而成的新型建筑材料,能充分地发挥各种材料的功能和效用。经本文的大量试验研究和分析计算表明,所设计的复合板在各种受力情况下不仅能够保证其整体稳定性,而且充分发挥了各种材料的强度。由于该板在受力情况下两侧钢丝与抹面砂浆共同工作,与传统的钢筋混凝土一样,可利用广泛运用的平截面变形假定进行分析。分析之前先假设受拉区砂浆开裂后全部拉力由钢丝负担,对承受横向荷载的板材可视为单向板1。
该板的抗弯试验结果表明:该板在受横向荷载情况下的破坏是受拉层钢丝是否达到屈服强度控制的,属于典型的少筋梁”破坏。图2为板材开裂前瞬间和破坏时瞬间的截面应力应变
分布图。受拉区砂浆开裂前瞬间的弯矩M=Mer时,受拉砂浆边缘应变e达到极限拉应变ene为方便起见,拉区砂浆应力应变分布用矩形来代替,则O3=f1、Gu=2.0×10。应用平截面假定及V=0和ZM=0联立方程得到下式1。
Me=C(ho-Yc)+osAs(ho-a')+fibt(0.5t-a)
其中,C为受压区砂浆的合力,它可由其受压应力应变曲线积分,经计算得到。
由于破坏时纵向受拉钢丝大都已达到了屈
服强度,而纵向受压钢丝还远远未达到屈服,由Zv=0,得到中和轴高度x。的值,求解砂浆受压区合力离其边缘作用点的位置yc,并代入ZM=0便得到砂浆破坏时瞬间的开裂弯矩
ZV=0:C+0sAs=05As ZM=0 Mu= C(ho-Yc)+osAs(ho-d)
其抗弯试验和理论计算结果见表1所示。

受弯构件除作用有弯矩外,还同时有剪力作用,主应力轨迹线除在支座及荷载处受集中力的局部影响外,当主压应力0p>f1时,受剪跨段将出现垂直于某一主拉应力轨迹线的斜裂缝,而配置箍筋和弯筋(斜丝)是提高抗剪强度的有效方法。但一般情况下,只要配筋符合要求,抗弯强度是足够的。而最薄弱的部位是斜丝。弯起钢筋的抗剪强度可按下式计算11:
Vsv=BAsvfsv sind其中Asv为与斜裂缝相交的配置在同一弯起平面内的弯起钢筋的总截面积;B是应力不均匀系数,一般取B=0.8;fsv、《则分别为斜丝的计算强度和斜丝与板轴的夹角。
分布筋虽在一般情况下不受力,但它有抵抗温度变化或收缩引起的内部应力,分散集中荷载,固定受力筋且便于施工时涂抹砂浆和其它饰材,承担长边方向实际存在的一些弯矩的作用。
以承受竖向荷载为主的该板,属抗压或抗拉构件,依受力情况的不同可分为轴向、单向偏心及双向偏心三种受力情况。轴向受力的构件主要由砂浆负担,但纵向钢丝可承受可能不大的弯矩且能防止突然脆性破坏。由于受拉情况与受压相似,故这里只进行受压情况的力学分析。据轴力平衡方程可得轴向受压构件的截面强度计算公式为N≤pVu=(fcAc+fy1As+fs2As)
其中p为纵向弯曲系数,与构件的长细比l0/b有关,如板材尺寸(mm)为2440×1220×110,其重值经查表得:=0.255。
轴心和单向偏心(1/3)试验受压极限承载力平均值分别为445.5、274.0kN。而经理论计算其轴心受压极限承载力为450.7kN,与实验值基本相符。其偏心受压计算公式为:
N=C+05As-0As Ne=C(ho-Y)+osA's(ho-a')
其中e=lei+0.5h-a,且=1+fleo。
我们控制该板变形和裂缝宽度的目的是为了满足功能、外观要求,防止非结构构件的损坏和防护钢丝发生腐蚀,确保砂浆的密实性。在长期荷载效应组合条件下,典型屋面板的挠度计算公式如下:
f=5MkL2/48B BL=MkBs/[MLK(O-1)+Mk]
Bs=E s4 sho2/(9pnm xu/s)
其中BL、Bs为长期、短期刚度;0是刚度降低系数;开裂截面内力臂系数n常取为0.87;g=
xcu/(0.2+6xEH)是压区砂浆平均应变综合系数;p为应力不均匀系数=[0.4,1.]。
经计算,f=18.4mm<[f]=L/200=
20mm。上述屋面板的最大裂缝宽度(受弯时,ur=2.1)为:
wmx=4-9Pos(2.7c+0.1199/uet)/Es
=0.138mm<[w]=0.3mm式中。为最外排纵向受拉钢筋保护层厚度。。


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