新型GFRP节能保温复合墙面板力学性能及破坏机理研究

To enhance the thermal efficiency of external wall panels is the key work about building energy conservation.The traditional thermal panels expose their drawbacks after years of use, such as the thickness and heavy self-weight of panels which is inconvenient for transportation, the corrosion of metal connections and the cold bridge which seriously decreases the thermal insulation behavior of panels.The project tends to devolep a new thermal sandwitch wall panels using the light and low thermal conductivity material-Fiber Reinforced Polymer(FRP).The wall composed of the glass fiber-reinforced polymer(GFRP) skins and low-density polyurethane core which connected by the FRP shear connectors. The project is based on the theoretical analysis and tests methods, to determine.the mechanical performance and calculation formulas for new GFRP connectors, study the parameters and failure mechanism of GFRP sandwich panels, explore the thermal and mechanical behavior of GFRP sandwich panels, then put forward the reasonable forms and analysis methods of GFRP sandwitch wall panels. This study is very important to the sustainable development and building energy-saving target of 65% and will bring remarkable econimic benefit and social benefit.

提高墙体保温效率是实现建筑节能的关键。现有传统保温墙板在使用中暴露出自重大、连接件易腐蚀、内部金属件易形成冷热桥、保温性能不足等缺陷。本项目拟针对基于质量轻、导热系数低的GFRP（Glass Fiber Reinforced Polymer玻璃纤维增强复合材料）新材料的保温墙体开展理论和试验研究。旨在发展GFRP新型节能保温复合墙板的应用。主要内容包括：探索GFRP节能复合墙板的合理构造形式；研究GFRP复合墙板的基本力学性能、疲劳性能、热工性能及破坏机理；确定新型GFRP连接件在多种工况下的力学性能和设计方法；提出GFRP复合墙板的理论计算公式和设计方法。通过本项目的研究，应对GFRP节能保温复合墙板在建筑结构中的应用提供理论和试验支持。这对于我国加快实现建筑节能65%目标、实现可持续发展无疑有着重要的社会意义和经济意义。

本研究做了以下方面工作：. 对比设计并研究了四种GFRP保温复合墙面板（仅纵向加劲GFRP复合墙板B1、纵横向正交加劲GFRP复合墙板B2、纵横向错交加劲GFRP复合墙板B3、GFRP点阵加劲复合墙板B4）的力学性能，探索不同构造形式及不同参数对各复合板块抗弯性能、破坏模式、耗能性能的影响；.基于三明治理论基础，推导了带GFRP腹板加劲肋复合墙板的理论计算公式，为复合墙板的具体设计应用提供了理论基础；.应用ABAQUS有限元软件对试验板块的力学性能进行数值模拟分析，并进行各参数的对比分析，以得出其对复合墙板力学性能的影响，并对GFRP保温墙板的设计和工程应用提供了系列建议；. 课题同时进行了竹基纤维复合材料筋用于混凝土保温板的锚固性能试验研究。通过拉拔试验研究了筋材截面、黏结长度、混凝土强度与类别、养护龄期对竹筋与混凝土锚固性能的影响。.以上研究得出相关结论：. 加劲腹板的设置可明显提高三明治复合板的承载力及刚度。B1、B2、B3各试件板块在加载过程中均为脆性破坏、并未出现芯材泡沫的剪切破坏，各试件的力-位移曲线也未出现刚度退化情况。而点阵加劲板则表现为延性破坏模式，加载过程中亦发生刚度退化；. 增大面板厚度、增加板厚、减小纵向与横向加劲间距等方法均会有效提高GFRP复合三明治板的整体力学性能。其中增大上面板厚度对板块的承载力提高程度最大，增加板厚对板块的刚度提高最为明显；. 若复合板高度、面板厚度和板块的点阵加劲总量相同，点阵间距小但单点加劲弱的试件刚度退化更为明显、耗能能力和延性会更好。同时，增加面板厚度并不能明显提高试件的极限承载力；. 三明治夹芯板理论分析方法能够很好地模拟复合三明治板块的力学性能，其平均误差约为7%；在充分考虑了粘结层的作用后，ABAQUS有限元分析能够很好地模拟复合三明治板块的力学性能；. 以上系列保温墙体及连接件的相关研究内容及成果可为装配式建筑、绿色节能建筑的设计提供理论基础，具有良好的社会效益和经济效益。