聚丙烯塑料角焊缝轴心受力试验研究

席晗 张昊 康少鹏 孟庆婷

摘 要：目前聚丙烯塑料材料已经被大量运用到地下粮仓中。为了解决聚丙烯塑料角焊缝的轴心受力问题，本文引入钢结构中的角焊缝形式，并将其用于试验构件中。通过在万能试验机上对试件进行轴心拉拔试验，取得试件破坏时的破坏状态和破坏荷载值。通过试验可得出轴心受力破坏荷载与角焊缝长度存在的线性关系。

关键词：聚丙烯;角焊缝;轴心受力

中图分类号：TU317 文献标识码：A 文章编号：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

經过多年的发展，地下粮仓已经成为一种技术成功、结构安全、经济效果显著的理想仓型[1]。而塑料材料也以其自重轻、装配化程度高、便于机械施工等优点被广泛应用于建筑领域[2]。因此，将塑料材料引入地下粮仓中，作为地下粮仓的内衬防水构件已经成为一种新的技术。聚丙烯塑料因自身具有的耐久性好、安全卫生、加工方便和抗弯抗拉性能良好等优点成为地下粮仓中塑料防水材料的首选[3]。随着聚丙烯塑料在地下粮仓中的应用，聚丙烯塑料的连接技术逐渐被关注。聚丙烯塑料焊接技术是一种常见的连接技术[4，5]。目前，关于聚丙烯塑料角焊缝轴心受力状态的研究较少，本文以四面围焊式的聚丙烯塑料角焊缝为研究对象，重点研究角焊缝在轴心拉力作用下的破坏形式和破坏荷载。试验参考常晨辉《塑料-混凝土地下粮仓中聚丙烯构件连接节点试验研究》[6]中的试件形式和试验方法。

1 试件制备

塑料连接板为30mm厚的正方形板。在塑料连接板的中心进行直径为30mm的攻丝处理，攻丝深度也为30mm即采用攻透处理，螺牙间距为1.5mm。塑料连接板采用边长为70、80、90mm和100mm四种形式。塑料底板为20mm板厚的正方形板。塑料底板边长根据不同的塑料连接板的边长进行设置，比塑料连接板每个边均宽出40mm，即对应于塑料连接板边长70、80、90mm和100mm，塑料底板的边长为150、160、170mm和180mm。

角焊缝选择由标准聚丙烯双股型塑料焊条经热风焊接所形成的焊缝，焊缝道数定为6道。所采用的焊缝形式为《钢结构设计规范》（GB 50017—2017）[7]中所规定的标准直角角焊缝形式，试验中焊缝的长度根据构件需要焊接的长度而定。

试件采用四面围焊的形式即沿塑料连接板的四周将塑料连接板和塑料底板焊接在一起。角焊缝轴心受力试验构件俯视图与正视图如图1所示。

其中：[L1]为塑料连接板边长，[L1]=70、80、90、100mm;[L2]为塑料底板边长，[L2]=150、160、170、180mm。

2 试验加载

在电液伺服万能试验机上进行轴心拉力加载试验，以100N/s的速度进行持续加载，直到连接两塑料板的角焊缝破坏方停止，同时记录破坏时的荷载值。

3 试验结果

3.1 破坏形态

经观察，角焊缝的破坏形式均为焊缝内部发生撕裂破坏。其中，部分试件在加载过程中焊缝发生完全断裂，塑料连接板与塑料底板完全分离，试件角焊缝发生断裂破坏。其余试件，焊缝并未发生完全断裂，塑料连接板与塑料底板仍有部分焊缝相连，但焊缝已不能承受荷载，试件角焊缝只有部分发生破坏。

3.2 破坏荷载

聚丙烯塑料角焊缝轴心拉力试验数据如表1所示。

从表1可以看出，当角焊缝长度[l]=280、320mm和400mm时，破坏荷载[F]随着焊缝长度的增加而增加;当角焊缝长度[l]=360mm时，破坏荷载[F]不仅没有增加反而有所减小，由此可知，当角焊缝长度[l]=360mm时所得的破坏荷载[F]不准确，应当舍弃。对表1中的破坏荷载[F]进行修正，去除360mm角焊缝长度的点，剩下280、320mm和400mm三种角焊缝长度。由修正后表1中的试验数据可知，破坏荷载随着角焊缝长度的增加而相应增加，且其大小与角焊缝长度[l]的关系基本成线性关系。对试验数据进行线性回归分析，得到破坏荷载（[F]）与角焊缝长度（[l]）的函数关系式，如式（1）所示。

[F=0.0829l-7.3457]                          （1）

式中：[F]表示破坏荷载;[l]表示轴心拉力试验焊缝长度。

4 结论

①参照《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）中规定的标准直角角焊缝的形式，将其运用到聚丙烯塑料构件中，形成聚丙烯塑料角焊缝。

②提出了聚丙烯塑料角焊缝轴心受力的试验方法，并通过试验得到了轴心拉力破坏荷载与角焊缝长度之间的函数公式，且破坏荷载随着角焊缝长度的增加而相应增加。

③为聚丙烯塑料角焊缝在地下粮仓中的应用提供了参考和借鉴。

参考文献：

[1]李德富，王玉田，孙惠，等.绿色储粮的理想仓型：地下粮仓[J].粮油仓储科技通讯，2007（3）：19-21.

[2]薛茂权，黄之德.塑料在建筑材料中的应用与研究[J].建筑技术与应用，2006（2）：4-6.

[3]张淑媛.塑料-混凝土地下粮仓中塑料连接件的抗拔试验研究[D].郑州：河南工业大学，2017.

[4]王振清，席达，张庆章，等.塑料焊接技术在建筑工程中的应用[J].河南建材，2018（2）：41-42.

[5]丁明，王振清，席达，等.ABAQUS软件模拟聚丙烯塑料焊缝抵抗地下水压荷载的影响因素分析[J].新型建筑材料，2018（12）：107-110.

[6]常晨辉.塑料-混凝土地下粮仓中聚丙烯构件连接节点试验研究[D].郑州：河南工业大学，2017.

[7]中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.钢结构设计规范：GB 50017—2003[S].