丁道軍，湯昊，夏睿，卜平，翁惠廉

（1.國網江蘇省電力有限公司，江蘇 南京 210000；2.國網江蘇省電力有限公司揚州供電分公司，江蘇 揚州 225000）

0 引 言

隨著社會經濟持續(xù)發(fā)展，為了滿足用電負荷，提高供電能力，國家電網公司提出建設堅強智能電網的要求，裝配式鋼結構變電站具有占地少、工期短、造價低等優(yōu)勢，更容易滿足國家電網公司提出的“兩型一化”（資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化）和“三通一標”（通用設計、通用造價、通用設備、標準化施工工藝）的要求，因此得到迅速推廣發(fā)展。

外墻板是裝配式變電站鋼結構中重要的圍護部件，一般屬于非結構構件，具有保溫隔熱、遮風擋雨以及裝飾功能，對節(jié)能減排，維持房屋內的建筑環(huán)境具有重要作用。墻板安裝是否便捷，也在很大程度上影響裝配式鋼結構的施工周期。

王靜峰等[1]對足尺寸輕鋼龍骨填充?；⒅榕菽炷翉秃蠅Π迨┘泳己奢d進行抗彎試驗，研究復合墻板的荷載-撓度關系和破壞模式。谷倩等[2]對新型泡沫混凝土外掛墻和框架的連接點進行了抗彎試驗，對比了不同形式的連接點對承載力的影響。張之曄[3]對新型裝配式預制夾芯保溫墻板的力學性能進行靜力下的應力應變研究和反復加載下結構的吸能作用，配合數值模擬和試驗結果對比，給出了墻板的設計建議。李婷婷等[4]對改性氯鎂板材的正截面抗彎承載力進行試驗，得到其裂縫產生、開裂荷載和抗彎極限荷載等。

裝配式硫氧鎂-冷彎薄壁型鋼復合墻板利用冷彎薄壁C型鋼作為承載骨架，以中低密度硫氧鎂作為填充料，以高密度硫氧鎂板材作為外墻材料。冷彎薄壁C 型鋼龍骨承載力高，便于安裝在框架梁上，連接節(jié)點承載力高；硫氧鎂水泥強度高，且無氯離子，對內部龍骨無腐蝕性。墻板整體具有承載高、質量輕、耐火性能好、隔熱性能好、裝配性好等優(yōu)點。

為充分了解復合墻板的受力性能，模擬墻板的實際工作狀態(tài)，對兩塊墻板試件及連接件進行了抗彎試驗。墻板試件由上海鎂寶材料科技有限公司加工制作，共有兩塊，外廓尺寸均為3000 mm×1600 mm×160 mm，具體構造如圖1 所示。其中1#墻板在圖示的三個位置布置了尺寸為650 mm×200 mm×40 mm 的聚苯減重塊以替換原來的中低密度硫氧鎂填充料，自重為540 kg；2#墻板的內部填充材料全部為硫氧鎂聚苯減重材，自重557 kg。主龍骨（LG1）規(guī)格為C140×50×20×3.0，次龍骨（LG2）規(guī)格為C140×50×20×2.0，斜撐的規(guī)格為L40×40×3.0。按照GB 50018—2002《冷彎薄壁型鋼技術規(guī)范》計算得到龍骨體系的抗彎承載力為15.4 kN·m。

圖1 復合墻板構造

1 裝配式硫氧鎂復合墻板抗彎承載能力試驗

1.1 試驗裝置

墻板抗彎試驗是為了研究墻板在垂直于板面的荷載（主要是風荷載）作用下的承載能力，試驗時用專門加工的節(jié)點連接件將墻板豎直固定在上、下加載鋼梁，以模擬外墻板在裝配式鋼結構建筑中的實際支承條件，加載鋼梁用M30 高強螺栓固定在反力架上。由于板處于直立狀態(tài)，無法在板面施加垂直于板面的均布荷載，故在墻板上、下支座節(jié)點之間的中線位置用千斤頂配合分配梁施加線荷載。

在試驗過程中在墻板跨中設置3 個位移計（位移計9、10、11），在每個節(jié)點處安放2 個位移計測量節(jié)點處的位移和轉角。試驗加載裝置和位移計布置如圖2 所示。圖中位移計的間距如表1 所示。

圖2 試驗加載裝置和位移計布置

表1 節(jié)點抗彎試驗位移計間距 mm

1.2 加載過程

檢查就緒后開始施加荷載，根據GB/T 30100—2013《建筑墻板試驗方法》與JGT 169—2016《建筑隔墻用輕質條板通用技術要求》的加載要求，1#墻板在荷載達到20 kN 之前，每級加載5 kN，在20 kN 之后，每級加載2.5 kN，直至破壞。加載過程中未見墻板有明顯變形和肉眼可見的裂縫，直至荷載達到40 kN 時，有墻板發(fā)出“砰”的響聲，但是仔細檢查未發(fā)現(xiàn)有明顯破壞，考慮到是支座處連接的緊密度不足從而發(fā)生了滑移導致。繼續(xù)加載，當荷載增至55 kN 時，墻板發(fā)生第二次響聲，墻板突然出現(xiàn)了寬度約為5 mm 的裂縫，墻板發(fā)生明顯變形[圖3（a）]。繼續(xù)加載至57.5 kN 時，墻板裂縫持續(xù)擴大，千斤頂無法繼續(xù)施加荷載，裂縫寬度和墻板變形急劇增大，墻板的側面也可以看到近乎貫穿厚度方向的裂縫[圖3（b）]。停止加載后對節(jié)點和連接節(jié)點位置的龍骨進行檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯的變形，可見所設計的節(jié)點與龍骨均具有較強的承載能力。

圖3 1#墻板破壞情況

基于1#墻板的試驗過程與結果，2#墻板加載時，開始階段每級加載5 kN，當荷載達到40 kN 后，每次加載2.5 kN。2#墻板與1#墻板的表現(xiàn)比較類似，最終破壞荷載為55 kN。墻板面沒有開裂，而是在龍骨破壞發(fā)生很大的變形之后，外貼面板與龍骨之間的自攻釘連接破壞。墻板破壞后，板與加載梁的連接件以及與連接件相連的C 型鋼龍骨也都沒有明顯的變形。2#墻板破壞時的照片如圖4 所示。

圖4 2#墻板破壞情況

2 試驗結果及分析

2.1 板抗彎承載力

在跨中集中荷載作用下，硫氧鎂復合墻板表現(xiàn)出出色的承載能力，破壞荷載達到55 kN，此時跨中彎矩34.5 kN·m，約為墻板自重的10 倍，相當于可以承擔20 倍墻板自重產生的彎矩。GB/T 30100—2013 對于墻板抗彎承載力的規(guī)定為板面堆載不低于墻板自重的1.5 倍，考慮到墻板豎放，通過千斤頂和分配梁施加的荷載產生的彎矩需要達到自重彎矩的2.5 倍即可，因此所試驗的墻板抗彎承載力遠大于GB/T 30100—2013 的要求。

2.2 節(jié)點連接件抗彎承載力

在試驗過程中，墻板與加載鋼梁的節(jié)點連接件，包括龍骨與連接件的連接焊縫、螺栓、板件均未發(fā)生明顯變形，說明墻板節(jié)點連接件具有足夠的承載能力。

2.3 墻板變形

在跨中荷載作用下，墻板跨中的位移如圖5 所示。

由圖5（a）可見，當荷載小于50 kN 時，荷載-位移曲線呈現(xiàn)近似線性關系，復合墻板的龍骨處于彈性階段，達到彈性極限時，墻板的跨中位移約為20 mm；當龍骨屈曲或者進入塑性狀態(tài)后，板的變形急劇增加，迅速達到50 mm 以上，且荷載無法繼續(xù)增大。

圖5 墻板跨中荷載-位移曲線

2.4 節(jié)點處位移和轉角

兩塊墻板在上下部連接節(jié)點處的位移如圖6 所示。

圖6 墻板節(jié)點處位移

由圖6 可以看出，墻板上部連接節(jié)點處位移很小，不超過1.5 mm，下部節(jié)點在初始階段較小，存在部分位移跳動現(xiàn)象，說明此處連接緊密的緊密型需要進一步加強，荷載達到一定值的時候會出現(xiàn)滑動，要改善這一狀況，需采用更緊密的連接方式。

兩塊墻板在上下部連接節(jié)點處的轉角如圖7 所示。

圖7 墻板節(jié)點處轉角

由圖7 可以看出，墻板上部節(jié)點轉角比較小，后期轉角發(fā)展是因為龍骨局部屈曲以及塑形發(fā)展；下部節(jié)點開始的時候轉角也比較小，后期轉角較大，根據試驗過程中的現(xiàn)象觀察可知是龍骨發(fā)生局部屈曲和彎扭變形導致的。

3 結 論

通過對兩塊裝配式硫氧鎂復合墻板的抗彎試驗，可以得到如下結論：

（1）所進行試驗的墻板抗彎試驗及墻板與鋼梁連接節(jié)點抗彎試驗都表現(xiàn)出了很強的承載能力，遠高于GB/T 30100—2013 的要求。

（2）1#墻板和2#墻板破壞時面板破壞情況不同，但破壞時的荷載很接近，可見裝配式復合墻板的面板對于抗彎承載力的貢獻不大，隨著龍骨破壞，抗彎面板也隨之開裂，或者面板與龍骨的連接發(fā)生破壞。

根據GB 50018—2002 計算得到龍骨的抗彎承載力為15.4 kN·m，而試驗破壞荷載為55 kN，相當于實際抗彎承載力為34.5 kN·m，遠高于計算值。除了鋼材超強因素的影響之外，填充料和面板對冷彎薄壁型鋼的局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)可能有一定的貢獻，這方面需進一步研究。

（3）當墻板達到其抗彎承載力極限值時，墻板與鋼梁的連接件沒有破壞，但下掛點連接件不夠緊密，導致了沒有明顯規(guī)律的滑移?？梢姽?jié)點的抗彎承載力不是制約墻板抗彎承載力的因素，但在設計節(jié)點時不但要保證安裝方便，還要盡量使連接件結合緊密。