带加劲GFRP保温夹芯板的力学性能研究

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中图分类号：TU599 文献标志码：A 文章编号：1000-5137（2025）05-0588-09

0引言

外墙保温是建筑节能的最有效方法之一，纤维增强塑料（FRP）相较于金属具有传热系数低和抗拉强度高的优点，用其替代传统墙板内的钢筋可有效解决冷热桥问题，进而大幅提升墙板的保温性能.国内外学者已对不同构造形式的FRP拉结件在墙体中的应用开展了较为广泛的研究[1-4].与此同时，玻璃纤维增强塑料（GFRP）保温夹芯板也由最初的航空航天和汽车制造领域逐渐被应用到土木工程领域中.此类保温复合板一般由GFRP面板及泡沫芯层组成，学者们对此也进行了一系列的试验和理论研究[5-11].

STEEVES等[12-13]研究了GFRP和聚氯乙烯（PVC）泡沫芯在三点弯曲下的简支夹层梁破坏机理.为了提高夹芯板的抗弯强度和刚度，TAYLOR[4]和DAWOOD等[15-16]发明了一种透层插入纤维的新型GFRP保温夹芯板，纤维的插入有助于防止面层分层破坏，并提高了它的抗弯强度.REIS[17-18]和PATRICK[19]研究了插入纤维的密度、面层厚度和中间层的存在对复合材料板弯曲性能的影响，并利用基本和先进的理论对复合材料板的抗弯性能进行了预测.SHARAF等9研究了不同结构聚氨酯泡沫芯的GFRP保温夹芯板在静态和疲劳情况下的单向抗弯性能，包括纯泡沫芯层板、泡沫芯层与透层插入纤维GFRP保温夹芯的组合，以及泡沫芯与内部连续包裹的GFRP保温夹芯腹板，结果表明，与具有GFRP腹板的试样相比，所测试的夹芯板的抗弯性能约是内部连续包裹的GFRP保温夹芯的 50% ，是纯泡沫芯情况试样性能的10倍，刘伟庆团队[20-22]发明了一种由GFRP面层、泡沫塑料-GFRP组合腹板组成的夹层板，并研究了腹板厚度和面板厚度对板材力学性能的影响.陈继业等[23研究了双向网状加劲保温夹层梁的抗弯性能，对不同腹板高度和腹板间距的保温夹层梁进行了三点弯曲试验，

在上述研究中，GFRP板均采用拉挤或粘结工艺制造，本研究则采用制作方便的真空辅助树脂灌注工艺，设计加工了6块不同参数的足尺带加劲GFRP保温夹芯板，并对其抗弯性能进行了四点弯曲试验研究、理论推导及有限元分析对比，分别研究了夹芯板高度、面板厚度、加劲腹板厚度及加劲间距4个参数对板块的抗弯性能的影响，为其工程应用提供理论依据.

1试验情况

1.1 试件加工及材性试验

本研究中，6块试块均采用真空辅助灌注成型工艺制成，面板和腹板则由GFRP和不饱和聚酯树脂材料制成（图1）.聚氨酯（PU）泡沫塑料密度为 40kg/m3 ，用于制作填充芯材.所有试块的长度均为3300mm ，并采用了不同的面层和腹板厚度.试件参数如表1所示. B1-70-con 板（对照）仅由面层和泡沫芯层制成，无腹板加强，用于对比带加劲夹芯板的力学性能.试块的生产步骤为：（1）根据设计尺寸将泡沫切割成小长方体块；（2）所有泡沫芯用GFRP纤维包裹；（3）将GFRP纤维在泡沫芯的顶部和底部，与面板平行或垂直交错布置；（4）在安装剥离布、导流布、树脂管和较厚盖板后，真空注入树脂；（5）树脂固化后，制造过程完成，再根据实验要求对板材进行切割.

图1带加劲GFRP保温夹芯板构造

根据ASTMD 1621-10[24] 对聚氨酯泡沫材料的性能进行了测试，结果如表2所示.又根据ASTM D3039/D3039M-08和ASTMD695-10试验方法，对GFRP进行了拉伸和压缩试验，测得了腹板抗拉强度、 拉伸模量、压缩强度和压缩模量.各材性测试结果如表3所示.

注：表中板件编号中，B1后第一个参数代表夹芯板厚度，后3个参数依次代表加劲腹板间距、腹板厚度及面板厚度的类型，其中，B1-70-con为无加劲腹板的对照板块。（剩余8387字）