论文部分内容阅读
结构用木质保温板(简称SIPs),是一种集保温和结构为一体的高强度三层复合板材,具有质轻高强、安装方便、保温节能等优点。本文采用定向刨花板(OSB)和结构胶合板为面层,聚氨酯板为芯层,胶黏剂选用单组份聚氨酯结构胶,优化SIPs制备工艺,探究测试条件以及结构组成对SIPs力学性能的影响,最后通过ABAQUS有限元软件对力学性能进行建模分析,验证有限元模型的准确性。主要研究内容及试验结果如下:(1)SIPs芯层材料聚氨酯板的密度应不低于40kg/m3;胶黏剂宜选用单组份聚氨酯结构胶,施胶量为180g/m2(单面)。制备SIPs的最佳冷压压力,应选择聚氨酯板应力-应变图中弹性极限范围内的最大压力。芯层密度为40kg/m3时最佳冷压压力是160k Pa。(2)构件的面内和面外抗弯性能随跨高比的增加而减小。面内抗弯测试的跨高比分别为6、11和15时,平均极限荷载值为40.05k N、30.05k N和28.24k N;面外抗弯测试的跨高比分别为7.5、13、16和18时,平均极限荷载值为2.89k N、2.12k N、1.87k N、1.84k N。(3)面内抗弯测试、横向抗弯测试和竖向抗压测试中,随测试加载速率的增加,构件的极限荷载增大。面内抗弯测试时,加载速率为2.00mm/min的荷载值比加载速率为0.50mm/min的荷载值大8.00%;横向抗弯测试时,加载速率为10.00k N/min比加载速率为2.50k N/min的荷载值大11.02%;竖向抗压测试时,构件在1-2min中破坏的极限荷载值比在8-15min破坏的极限荷载值大33.80%。(4)采用ASTM E72和ISO 22452标准对墙体进行力学测试,试验得到的极限荷载值不同。横向抗弯性能的荷载值分别为17.12k N和16.56k N,竖向抗压性能的荷载值分别为196.85k N和189.69k N,水平抗侧性能的荷载值分别为29.42k N和31.11k N。一次连续加载方法比逐级加载方法得到的极限荷载值大,不同蠕变效应导致测试荷载值不同。(5)SIPs面层力学强度对其强度起主要贡献。结构胶合板作面层的SIPs构件,其面内抗弯性能、横向抗弯性能、竖向抗压性能和水平抗侧性能的极限荷载分别是58.86k N、17.74k N、224.38k N和28.04k N,OSB作面层的极限荷载分别是30.64k N、15.87k N、196.85k N和27.74k N。结构胶合板作面层的SIPs构件的力学性能高于OSB作面层的构件,面层强度越高SIPs的力学性能越高。(6)SIPs构件的力学性能随芯层厚度的增加而增大。当芯层厚度为90mm、110mm和150mm时,面内抗弯性能测试极限荷载分别为29.96k N、30.64k N、41.67k N;横向抗弯性能测试极限荷载分别为14.89k N、15.87k N、17.30k N;竖向抗压性能测试的极限荷载分别为169.11k N、196.85k N、230.09k N;水平抗侧性能测试的极限荷载分别为27.71k N、29.42k N、33.39k N。横向抗弯测试中,芯层厚度为150mm比90mm的荷载值大16.19%;竖向抗压测试中,芯层厚度为150mm比90mm的荷载值大36.06%;水平抗侧测试中,芯层厚度为150mm比90mm的荷载值大20.50%。(7)610mm×2440mm模块、1220mm×2440mm模块、1220mm×1220mm模块组合制备的SIPs剪力墙,其水平抗侧性能荷载分别为36.63k N、41.58k N和41.15k N。模块组合不同导致其破坏模式不同,在模块拼接处会发生挤压错位。(8)不同跨高比构件发生的破坏类型存在差异。面外抗弯测试中,跨高比小于18时构件发生芯层剪切破坏,当大于或等于18时,面层与芯层在胶层位置发生分离;面内抗弯测试破坏主要发生在构件与支座接触位置,钉连接发生破坏,面层被压溃。不同面层材料和芯层厚度制备SIPs构件的破坏模式基本一致。横向抗弯测试的破坏主要是靠近试件端部的芯层发生剪切;竖向抗压测试的破坏主要是芯层断裂;水平抗侧性能测试的破坏主要发生在抗拔连接位置,抗拔装置的钉连接失效,面层与墙骨上拔。(9)通过ABAQUS有限元软件模拟SIPs构件的力学性能测试,该模拟方法具有可行性。分别对面内抗弯测试和竖向抗压测试建模分析,两种测试的相对误差为8.35%和10.41%。