TRC 轻质复合墙板力学性能分析

周明杰，孟雅，田川，李思学

（1.河北工业大学，天津 300401；2.北京建筑大学，北京 100044）

1 概 述

随着社会日益进步，钢结构建筑在我国被广泛应用。但是,目前制约我国钢结构住宅建筑发展的主要问题在于,缺乏与钢结构住宅结构体系相配套的围护体系研究。作为围护体系的重要组成部分,钢结构墙体材料的改革和构造技术研究是至关重要的[1]。TRC(Textile Reinforced Concrete)轻质复合墙板的组成材料主要有三种：纤维网、自密实混凝土和保温材料，它结合了精细混凝土和纤维编织网增强混凝土各自的优点[2]。其结构韧性大,适用于耗能构件；因其不腐蚀的特性,混凝土保护层厚度可很薄,使建造薄壁轻质的结构成为可能[3，4]。本文对TRC复合墙板的力学性能及工艺性能进行试验及理论研究，以获得一种力学和工艺性能更加优良的新型板材。

2 试验设计

2.1 混凝土配合比确定

为使纤维网与混凝土协同工作，确保混凝土充分渗入纤维内部，减少空穴等缺陷，减小施工难度，要求混凝土具有高流动性、高承载力且不会离析的自密实能力。经过反复调整配合比，最终确定本试验所用混凝土配合比见表1。

2.2 玻璃纤维编织网力学性能的确定

试验中采用的是经环氧树脂浸泡的相互垂直的耐碱玻璃纤维网，其力学性能指标见表2。

2.3 试验方案

图1 四点弯曲试验

图2 不同保护层厚度荷载-挠度曲线

图3 不同配网数量荷-载挠度曲线

混凝土配合比 表1

玻璃纤维编织网的力学性能指标 表2

四点弯曲试验方案 表3

本次试验主要研究纤维网配网率不同，保护层厚度不同对TRC薄板力学性能和破坏形式的影响，试验方案见表3。

板的加载方式及断面形式见图1。

3 试验结果分析

3.1 不同保护层厚度的影响

本次试验为了研究保护层厚度对试件性能的影响，设计了三种保护层厚度（5mm、7mm、10mm），图2分别展示了不同保护层厚度TRC薄板的荷载-挠度曲线。

从图2中可看出随着保护层厚度的增加，试件的极限承载能力有所降低。

3.2 不同配网率的影响

本试验设计了配置单层网和两层网的TRC薄板来观察配网率不同对试件性能的影响，图3分别展示了不同配网率TRC薄板的荷载-挠度曲线（其中曲线1、6为铺一层纤维网的薄板，曲线4、5为铺二层纤维网的薄板）。

从图3中可以看出，提高配网率能有效地提高TRC的力学承载力。

4 TRC 轻质墙板的有限元分析

4.1 有限元模型的选取

本文是对墙板试件进行模拟，主要考察墙板的抗弯性能。墙板中精细混凝土裂缝的开裂过程，属于相互作用的微观机理，故而，TRC精细混凝土和纤维网采用分离式模型，选取单元Solid65+Link8进行ANSYS建模分析。

4.2 TRC 轻质复合墙板的数值结果模拟分析

4.2.1 面板厚度影响分析

本文对面板厚度分别为15mm和20mm、跨度为2000mm、宽度为600mm的轻质复合板材进行抗弯性能分析。研究发现墙板首先在跨中和墙板两端出现裂缝，随着荷载的不断增加，裂缝布满整个墙板，两种不同厚度墙板破坏时裂缝分布状态基本相同。复合墙板随面板厚度的增加，使得抗弯承载能力提高，但是对于墙板整体的破坏形式基本上没有影响。

4.2.2 芯材厚度影响分析

本文分别设计芯材厚度为50mm和60mm、跨度为2000mm、宽度为600mm的轻质复合墙板数值模型进行抗弯性能分析。分析结果表明，芯材厚度大的板材开裂挠度越大，随着荷载的逐级增大，芯材厚度大的墙板提高了板材的承载能力，减少了挠度，但变化量较小。说明芯板厚度的增加能够提高墙板的承载能力，如果使用结构芯材，则能够更为明显地提高复合板的抗弯承载能力，但两种不同芯材厚度墙板破坏时裂缝分布状态基本相同。

5 结 论

①本文通过四点弯曲试验研究了不同保护层厚度、纤维网不同铺设层数对TRC构件的弯曲性能的影响。试验结果表明：保护层厚度增大，可提高外围精细混凝土的劈裂抗力，提高纤维网与精细混凝土的粘结力，但极限承载力随之降低。提高配网率能有效的提高TRC的力学承载力。

②本文主要针对TRC轻质复合墙板的面材厚度、芯材厚度两个方面建立了有限元模型，进行了数值模拟分析。根据模拟结果详细分析了每一种控制因素对墙板的挠度、裂缝开展状况和对复合板材抗弯承载能力的影响进行了归纳总结。模拟分析表明：复合墙板面板厚度的增加、芯材厚度的增加均使得抗弯承载能力提高。

[1] 何书锋.复合墙板在钢结构住宅中的构造技术研究[D].济南：山东建筑大学,2007.

[2] 尹世平,徐世烺.纤维编织网增强混凝土的拉伸力学模型［J］.复合材料学报,2012(5).

[3] 李赫,徐世烺.纤维编织网增强混凝土薄板力学性能的研究［J］.建筑结构学报,2007（4）.

[4] Curbach M.Proceedings of the 2nd Colloquium on Textile Reinforced Structures(CTRS2)[C].Dresden,Germany：Dresden University of Technology,Collaborative Research Centre528,2003.