BFRP棒状拉结件对预制混凝土夹心保温外墙板力学性能影响的深度剖析

BFRP棒状拉结件对预制混凝土夹心保

温外墙板力学性能影响的深度剖析

一、绪论

1.1研究背景与意义

随着建筑行业的蓬勃发展，建筑能耗问题日益凸显。外墙作为建筑围护结构的重要组成部分，

其保温性能对建筑能耗有着至关重要的影响。据统计，全球建筑能耗占总能耗的40%,而我

国建筑能耗又占社会总能耗的30%左右，其中外墙散失的热量约占建筑围护结构总散失热量

的30%。在“碳达峰”“碳中和”的重大战略目标下，提高外墙保温性能、减少热量散失、降低

建筑能耗成为建筑节能的重点任务。

预制混凝土夹心保温外墙板，作为一种集围护、保温、防火等多种功能于一体的新型外墙结

构，在装配式建筑中得到了广泛应用。其独特的“三明治”结构，由内叶墙板、夹心保温层和

外叶墙板组成，能有效提高外墙的保温隔热性能，延长保温材料的使用寿命。然而，预制混凝

土夹心保温外墙板中，内、外叶墙板的连接至关重要，拉结件作为连接内、外叶墙板和夹心保

温层的关键配件，不仅要承受外墙板的自重，还要承受风荷载、水平地震作用等平面外荷载，

对保证外墙板的整体性能和安全性起着决定性作用。

BFRP（玄武岩纤维增强复合材料）棒状拉结件，作为一种新型拉结件，近年来在预制混凝土

夹心保温外墙板中逐渐得到应用。与传统的金属拉结件相比，BFRP棒状拉结件具有轻质高

三虽、耐腐蚀、导热系数低等优异性能。其轻质高强的特点，可有效减轻外墙板的白重，提高结

构的抗震性能；耐腐蚀性能，能确保在恶劣环境下长期稳定工作，延长外墙板的使用寿命；低

导热系数，则可减少热桥效应，提高外墙板的保温隔热性能，降低建筑能耗。

尽管BFRP棒状拉结件具有诸多优势，但目前关于其在预制混凝土夹心保温外墙板中的应用

研究仍相对较少，相关的力学性能和作用机理尚未完全明确。现有研究主要集中在BFRP筋

动的基本力学性能，如拉伸、弯曲、粘结性能等，对于BFRP棒状拉结件在实际外墙板结构

中的受力性能和工作状态研究不足。在不同环境温度下，BFRP筋与混凝土的粘结性能如何变

化；BFRP拉结件预制混凝土保温外墙板叠合面的抗剪性能怎样；BFRP拉结件预制混凝土夹

心保温外墙板在静力作用下的抗弯性能和破坏模式如何等问题，都有待进一步深入研究。

本研究聚焦于BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板的刁学性能，通过系统的试验研

究和理论分析，深入探究BFRP拉结件与混凝土叶板的粘结性能、保温外墙板叠合面的抗剪

性能以及夹心保温外墙板的静力性能。旨在明确BFRP棒状拉结件在预制混凝土夹心保温外

墙板中的力学行为和作用机理，为其在实际工程中的应用提供坚实的理论依据和技术支持，推

动预制混凝土夹心保温外墙板在建筑领域的广泛应用，助力建筑行业的节能减排和口J持续发

展。

1.2国内外研究现状

1.2.1预制混凝土夹心保温外墙板的发展历程

预制混凝土夹心保温外墙板的发展是建筑技术不断进步和对建筑节能要求日益提高的结果。早

期的建筑外墙主要以单一材料为主，如砖石、混凝土等，这些外墙虽然具有一定的强度和稳定

性，但保温隔热性能较差，无法满足现代建筑对节能和舒适性的要求。

随着能源危机的出现和人们对建筑节能意识的提高，外墙保温技术逐渐得到发展。最初，人们

采用外墙内保温和外墙外保温的方式来提高外墙的保温性能。外墙内保温是在墙体内部粘贴保

温材料，但这种方式存在占用室内空间、易产生热桥等问题；外墙外保温则是在墙体外侧粘贴

保温材料，虽然解决了占用室内空间的问题，但保温材料的耐久性和防火性能成为新的挑战。

为了解决这些问题，预制混凝土夹心保温外墙板应运而生。它最早出现在20世纪60年代的

欧洲，德国、瑞典等国家率先开始研究和应用这种新型外墙结构。其独特的“三明治”结构，

将保温材料夹在内叶墙板和外叶墙板之间，既提高了保温隔热性能，又保护了保温材料，延长

了其使用寿命。此后，预制混凝土夹心保温外墙板在北美、日本等国家和地区也得到了广泛应

用和发展。

在我国，预制混凝土夹心保温外墙板的发展相对较晚。20世纪90年代开始引进相关技术，

并进行研究和试点应用。随着我国建筑节能政策的不断推进和装配式建筑的快速发展，预制混

凝土夹心保温外墙板的应用越来越广泛。目前，我国已经制定了一系列相关的标准和规范，如

《装配式混凝土建筑技术标准》(GB/T51231-2016)、《预制混凝土夹心保温外墙板技术标

准》(JGJ/T451-2018)等，为其在工程中的应用提供了技术支持和保障。

1.2.2BFRP棒状拉结件的研究进展

BFRP棒状拉结件作为一种新型的拉结件，近年来在建筑领域受到了越来越多的关注。BFRP

;才料是由玄武岩纤维和树脂基体复合而成，具有轻质高强、耐腐蚀、导热系数低等优异性能。

在国外，对BFRP棒状拉结件的研究开展较早。一些学者通过试验研究了BFRP棒状拉结件

的基本力学性能，如拉伸强度、弯曲强度、剪切强度等。研究结果表明，BFRP棒状拉结件具

有较高的强度和模量，能够满足建筑结构的受力要求。同时，由于其耐腐蚀性能优异，在恶劣

环境下也能长期稳定工作，有效延长了结构的使用寿命。

在BFRP筋与混凝土的粘结性能方面，国外学者也进行了大量研究。通过拉拔试验等方法，

分析了粘结强度的影响因素，如筋材表面处理方式、混凝土强度等级、粘结长度等。研究发

现，适当的表面处理可以提高BFRP筋与混凝土之间的粘结力，从而保证两者在受力过程中

能够协同工作。

在国内，随看对装配式建筑和建筑节能的重视，对BbHP棒状拉结件的研究也逐渐增多。一

些高校和科研机构开展了相关的试验研究和理论分析。在试验研究方面，除了研究BFRP棒

状拉结件的基本力学性能和粘结性能外，还对其在预制混凝土夹心保温外墙板中的应用性能进

行了研究，如保温外墙板叠合面的抗剪性能、夹心保温外墙板的静力性能等。在理论分析方

面，建立了相应的力学模型，对BFRP棒状拉结件在不同受力状态下的力学行为进行了模拟

和分析。

尽管国内外在BFRP棒状拉结件的研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处。例

如，对BFRP棒状拉结件在复杂环境下的长期性能研究较少，如在高温、潮湿、冻融循环等

环境条件下，其力学性能和耐久性的变化规律尚不明确；在BFRP棒状拉结件与混凝土叶板

的粘结机理研究方面还不够深入，需要进一步加强理论分析和微观试验研究；此外，目前关于

BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板的设计方法和标准还不够完善，需要在大量研究

的基础上进行进一步的优化和完善。

1-3研究内容与方法

1.3.1研究内容

本研究围绕BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板的力学性能展开，具体研究内容如

下：

•BFRP拉结件与混凝土叶板的粘结性能研究：通过设计并制作BFRP筋拉拔试件，开展不

同温度下的拉拔试验，研究环境温度对BFRP筋与混凝土粘结性能的影响。分析不同温度

工况下，BFRP筋与混凝土之间的粘结强度变化规律，明确粘结强度与温度之间的定量关

系。观察试件在不同温度下的破坏形态，深入探讨温度对粘结破坏模式的影响机制。考虑

到实际工程中四季环境温度的变化范围，设置多个温度梯度，如-20℃、-10℃、0℃、

20℃、40℃、60℃等，以全面研究BFRP筋在不同温度环境下与混凝土的粘结性能。

•BFRP拉结件预制混凝土保温外墙板叠合面的抗剪性能研究：设计并制作BFRP拉结件双

剪试件，模拟保温外墙板叠合面的受力状态，进行抗剪性能试验。通过试验，获取双剪试

件的抗剪承载力、荷载-滑移曲线等关键数据，分析BFRP近结件在抗剪过程中的受力性

能和变形特征。研究不同因素，如拉结件的间距、直径、布置方式等，对保温外墙板叠合

面抗剪性能的影响规律，为实际工程中拉结件的设计和布置提供科学依据。

•BFRP拉结件预制混凝土夹心保温外墙板的静力性能研究：设计并制作不同尺寸的足尺

BFRP拉结件预制混凝土夹心保温外墙板试件，进行均布荷载作用下的静力试验，研究其

平面外抗弯性能。测量试件在加载过程中的荷载-挠度曲线，分析试件的抗弯刚度、承载

能力和变形特征。观察试件在不同荷载阶段的裂缝开展情况，包括裂缝的出现位置、发展

方向和宽度变化等，明确裂缱开展与试件受力性能之间的关系。研究不同因素，如夹心保

温层的厚度、内叶板和外叶板的厚度、拉结件的数量和布置方式等，对夹心保温外墙板静

力性能的影响规律，为外墙板的设计和优化提供理论支持。

•考虑环境因素影响的BFRP棒状拉结件性能研究：实际工程中，外墙板会受到各种环境因

素的影响，如干湿循环、冻融循环、化学侵蚀等。研究这些环境因素对BFRP棒状拉结件

力学性能和耐久性的影响,通过模拟实际环境条件，进行加速老化试验,分析BFRP棒状

拉结件在不同环境作用下的性能退化规律，为其在复杂环境下的应用提供可靠性依据。

1.3.2研究方法

本研究采用试验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法，全面深入地探究BFRP棒状拉结

件预制混凝土夹心保温外墙板的力学性能。

•试验研究：试验研究是本研究的核心方法，通过设计并实施一系列针对性的试验，获取第

一手数据，为理论分析和数值模拟提供基础。在BFRP拉结件与混凝土叶板的粘结性能研

究中，制作不同规格的BFRP筋拉拔试件，将其置于不同温度环境下进行拉拔试验，记录

试验过程中的荷载、位移等数据，观察试件的破坏形态。在BFRP拉结件预制混凝土保温

外墙板叠合面的抗剪性能研究中，制作BFRP拉结件双剪试件，采用万能材料试验机进行

抗剪加载试验，测量抗剪承载力和滑移变形，分析试验结果,在BFRP拉结件预制混凝土

夹心保温外墙板的静力性能研究中，制作足尺外墙板试件，在试验加载装置上施加均布荷

载，利用位移计、应变片等测量仪器，监测试件在加载过程中的变形和应力分布情况，观

察裂缝开展情况。

•数值模拟：利用有限元分析软件ABAQUS建立BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外

墙板的数值模型，对试验过程进行模拟分析。通过数值模拟，可以弥补试验研究的局限

性，深入探究试件在不同受力状态下的内部应力分布和变形规律。在建立模型时，合理选

择材料本构模型，如混凝土采用损伤塑性模型，BFRP材料采用线弹性模型，并根据试验

结果对模型参数进行校准和验证。通过改变模型中的参数，如拉结件的数量、直径、布置

方式等，研究不同因素对墙板力学性能的影响，为试验方案的优化和设计提供参考。

•理论分析：基于材料力学、结构力学和混凝土结构设计原理，对BFRP棒状拉结件预制混

凝土夹心保温外墙板的力学怛能进行理论分析。建立BFRP拉结件与混凝土叶板的粘结力

计算模型，推导粘结强度的L算公式，分析粘结破坏的机理c建立保温外墙板叠合面的抗

剪承载力计算模型，考虑拉结件的抗剪作用和混凝土的抗剪贡献，推导抗剪承载力的理论

计算公式。建立夹心保温外墙板的抗弯承载力计算模型，考虑内叶板、外叶板和拉结件的

协同工作，推导抗弯承载力的理论计算公式。将理论分析结果与试验研究和数值模拟结果

进行对比验证，完善理论分析模型，为工程设计提供理论依据。

二、BFRP棒状拉结件与混凝土粘结性能研究

2.1试验设计

2.1.1试件设计与制作

为深入研究BFRP棒状拉结件与混凝土的粘结性能，精心设计并制作了专门的拉拔试件。试

件的设计充分考虑了实际工程中BFRP拉结件与混凝土叶板的连接情况，力求真实反映两者

之间的粘结特性。

拉拔试件的尺寸为：圆柱体混凝土块直径200mm,高度250mm。在圆柱体中心位置埋置

BFRP棒状拉结件，BFRP棒状拉结件的直径选用10mm,这是根据实际工程中常用的规格确

定的，既能保证拉结件在混凝土中具有一定的锚固能力，又便于加工和试验操作。粘结长度设

定为100mm,此长度是参考相关规范和以往研究成果确定的，能有效模拟实际工程中BFRP

拉结件与混凝土的粘结长度。BFRP棒状拉结件的一端伸出混凝土块，伸出长度为150mm,

用于与试验加载设备连接，方便施加拉拔力。为保证试验结果的准确性和可靠性，共制作了

18个拉拔试件，分为6组，每组3个试件，分别对应不同的温度工况。

混凝土配合比的设计是保证试件质量的关键环节。根据试验要求和相关标准，选用强度等级为

C30的混凝土。其配合比如下:水泥选用P•O42.5普通硅酸盐水泥，每立方米用量

380kg;细骨料采用中砂，含泥量不超过3%,每立方米用量650kg;粗骨料选用粒径为5-

20mm的连续级配碎石，含泥量不超过1%,每立方米用量1120kg;水采用自来水，每立方

米用量180kg;外加剂选用高效减水剂，掺量为水泥用量的1%,以改善混凝土的工作性能和

强度。

在试件制作过程中，严格按照以下步骤进行操作。首先，将BFRP棒状拉结件清理干净，去

除表面的油污和杂质，确保其与混凝土之间能够良好粘结。然后，将清理后的BFRP棒状拉

结件垂直放置在定制的模具中心位置，使用定位装置固定，保证其在浇筑过程中位置准确。接

着，按照设计好的混凝土配合比，准确称量各种原材料，采用强制式搅拌机进行搅拌，搅拌时

间不少于2min,确保混凝土的均匀性。搅拌完成后，将混凝土缓慢倒入模具中，同时使用振

揭棒进行振捣，排除混凝土中的气泡，使混凝土密实填充模具。振捣过程中，注意避免振捣棒

直接接触BFRP棒状拉结件，以免影响其与混凝土的粘结。浇筑完成后，对试件表面进行抹

平处理，使其表面平整。

试件制作完成后，将其放置在标准养护室内进行养护。标准养护室的温度控制在

(20±2)°C,相对湿度保持在95%以上。养护时间为28天，滴保混凝土达到设计强度。在

养护期间，定期对试件进行检查，观察试件表面是否有裂缝、变形等异常情况，如有问题及时

处理。

2.1.2试验设备与量测方案

试验所需的主要设备为万能材料试验机，型号为WAW-1000B,其最大加载能力为

1000kN,精度为±0.5%,能够满足本试验的加载要求。该试验机配备了计算机控制系统，可

实时采集和记录试验过程中的荷载数据。为准确测量BFRP棒状拉结件的位移，采用高精度

位移传感器，型号为LVDT-50,量程为50mm,精度为±0.01mm。位移传感器通过专用夹

具安装在BFRP棒状拉结件伸出混凝土块的一端，能够精确测量其在拉拔过程中的位移变

化。

在试验过程中，量测内容主要包括荷载和位移。荷载由力能材料试验机的传感器直接采集，通

过计算机控制系统实时记录。位移则由安装在BFRP棒状拉结件上的位移传感器进行测量.

同样通过数据采集系统传输至计算机进行记录。为全面了解BFRP棒状拉结件与混凝土的粘

结性能，在试件的不同位置布置了多个传感器。在BFRP棒状拉结件与混凝土的粘结界面附

近，沿圆周方向均匀布置了4个应变片，用于测量粘结界面处的应变分布，分析粘结应力的

变化情况。在混凝土块的表面，垂直于BFRP棒状拉结件的方向布置了2个位移计，用于测

量混凝土在拉拔过程中的横向变形，研究混凝土的受力状态。

试验加载方案采用分级加载方式，以确保试验结果的准确性和可靠性。首先，对试件进行预加

载，预加载荷载为预估极限荷载的10%,保持荷载5min,检查试验设备和传感器的工作状态

是否正常。预加载完成后，正式开始加载，每级加载荷载为预估极限荷载的10%,加载速率

控制在0.5mm/min。每级加载完成后，保持荷载5min、记录荷载和位移数据，观察试件的变

形情况和裂缝开展情况。当荷载达到预估极限荷载的80%后，适当减小加载步长，每级加载

荷载为预估极限荷载的5%,直至试件破坏。试件破坏后，记录破坏荷载和最终位移，观察破

坏形态，分析破坏原因。

在不同温度工况下进行试验时，采用高低温试验箱对试件进行温度处理。高低温试验箱的温度

控制范围为-40℃-150℃,精度为±1℃,能够满足本试验对不同温度工况的要求。将养护完

成的试件放入高低温试验箱中，按照设定的温度工况进行升温或降温处理。达到设定温度后，

保持温度24h,使试件内部温度均匀分布。然后，将试件迅速从高低温试验箱中取出，放置在

万能材料试验机上进行拉拔试验，试验过程中尽量缩短试件暴露在常温环境中的时间，以减少

温度对试验结果的影响。

2.2试验结果与分析

2.2.1试验现象与破坏形态

在拉拔试脸过程中，随着荷载的逐渐增加，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结性能逐渐发

生变化。在加载初期，试件表面无明显现象，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结力能够有

效抵抗拉拔力，两者协同工作，共同承受荷载。当荷载增加到一定程度时，在BFRP棒状拉

结件与混凝土的粘结界面处开始出现微小裂缝，裂缝沿着粘结界面逐渐扩展，这表明BFRP

棒状拉结件与混凝土之间的粘结力开始逐渐减小，两者之间的相对滑移逐渐增大。

随着荷载进一步增加，裂缝不断扩展，试件表面的裂缝宽度和长度也逐渐增大。当荷载达到极

限荷载时，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结力完全丧失，BFRP棒状拉结件从混凝土中

拔出，此时试件发生破坏。破坏时，BFRP棒状拉结件表面的混凝土被拉脱，形成明显的粘结

破坏面，粘结破坏面上可以观察到混凝土的碎块和BFRP棒状拉结件表面的纤维痕迹。

不同温度工况下，试件的破坏形态存在一定差异。在低温环境下（如-20℃、-10℃）,混凝

土的脆性增加，试件破坏时裂缝发展较为迅速，BFRP棒状拉结件从混凝土中拔出的瞬间，混

凝土可能会出现较大的劈裂破坏，裂缝宽度较大，破坏面较为粗糙。这是因为低温导致混凝土

内部的水分结冰膨胀，产生较大的内应力，削弱了混凝土的强度和粘结性能，使得BFRP棒

状拉结件与混凝土之间的粘结力更容易被破坏。

在高温环境下(如40℃、60℃),混凝土的强度和粘结性能有所下降，试件破坏时BFRP棒

法拉结件表面的混凝土更容易被拉脱，粘结破坏面相对较为光滑。高温会使混凝土内部的水泥

石结构发生变化，降低水泥石与骨料之间的粘结力，同时也会使BFRP棒状拉结件的力学性

能发生一定程度的退化，从而导致两者之间的粘结性能下降。

在常温环境下(20℃),试件的破坏形态相对较为典型，裂缝发展较为稳定，BFRP棒状拉

结件从混凝土中拔出时，粘结破坏面介于低温和高温破坏形态之间，既有一定的混凝土碎块附

着在BFRP棒状拉结件表面，又不至于出现过于严重的劈裂破坏或混凝土表面过于光滑的情

况。这表明常温环境下，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结性能较为稳定，能够较好地发

挥两者的协同工作能力。

2.2.2粘结强度分析

根据试验数据，绘制出不同温度工况下BFRP棒状拉结件与混凝土的粘结强度-滑移曲线，

如图1所示。从曲线中可以看出，粘结强度-滑移曲线大致可分为三个阶段：弹性阶段、非线

性阶段和破坏阶段“

在弹性阶段，随着BFRP棒状拉结件的滑移增加，粘结强度近似呈线性增长，此时BFRP棒

次拉结件与混凝土之间的粘结力主要由化学胶着力和摩擦力提供，两者之间的相对变形较小，

处于弹性变形范围内。在非线性阶段，粘结强度的增长速度逐渐减缓，曲线开始偏离线性关

系，这是由于随着滑移的进一步增加，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的机械咬合力逐渐发挥

作用，同时化学胶着力和摩擦力开始逐渐减小，导致粘结强度的增长趋势变缓。在破坏阶段，

当滑移达到一定值时，粘结强度迅速下降，直至BFRP棒状拉结件从混凝土中拔出，试件发

生破坏，此时粘结力主要由残余摩擦力提供，但残余摩擦力较小，无法维持BFRP棒状拉结

件与混凝土之间的连接。

不同温度工况下，粘结强度-滑移曲线存在明显差异。在低温环境下，粘结强度在弹性阶段的

增长速度相对较快，但达到峰值粘结强度后，下降速度也较快，这表明低温环境下BFRP棒

法拉结件与混凝土之间的粘结性能在初始阶段较好，但随着变形的增加，粘结性能容易迅速恶

化。在高温环境下，粘结强度在整个过程中的增长速度相对较慢，峰值粘结强度较低，这说明

高温环境对BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结性能有较大的负面影响，降低了两者之间

的粘结强度。在常温环境下，粘结强度-滑移曲线相对较为平缓，峰值粘结强度较高，说明常

温环境下BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结性能较为稳定，能够在较大的变形范围内保

持较好的粘结力。

影响BFRP棒状拉结件与混凝土粘结强度的因素主要包括温度、混凝土强度等级、粘结长度

和BFRP棒状拉结件的表面状态等。温度对粘结强度的影响较为显著，随着温度的升高或降

低，粘结强度都会有所下降。低温会使混凝土变脆，增加内部应力，削弱粘结性能；高温会使

混凝土和BFRP棒状拉结件的力学性能退化，降低粘结强度。混凝土强度等级越高，其与

BFRP棒状拉结件之间的粘结强度也越高，因为高强度混凝土具有更好的密实性和粘结性能，

能够提供更强的化学胶着力、摩擦力和机械咬合力。祜结长度越长，B卜HP棒状拉结件与混凝

土之间的粘结面积越大，粘结力也相应增加，但当粘结长度超过一定值后，粘结强度的增长幅

度会逐渐减小，因为过长的粘结长度会导致粘结应力分布不均匀，部分区域的粘结力无法充分

发挥作用。BFRP棒状拉结件的表面状态对粘结强度也有重要影响，表面粗糙的BFRP棒状

拉结件能够提供更大的机械咬合力，从而提高粘结强度，因此在实际工程中，可对BFRP棒

状拉结件表面进行适当处理，如采用螺纹、刻痕等方式，以增强其与混凝土之间的粘结性能。

三、BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板抗剪性能研究

3.1试验方案

3.1.1试件设计与制作

为深入研究BFRP拉结件预制混凝土保温外墙板叠合面的抗剪性能，设计并制作了专门的双

剪试件。试件的设计充分考虑了实际工程中保温外墙板的受力状态和构造特点，力求准确模拟

叠合面在剪切力作用下的力学行为。

双剪试件由两个相同的混凝土块和中间的BFRP棒状拉结件组成，模拟保温外墙板的内叶

板、外叶板和拉结件的连接形式。混凝土块的尺寸为300mmxWOOmmx150mm,采用强度等

级为C30的混凝土浇筑而成，以保证试件具有足够的强度和刚度。在混凝土块的中心位置预

留直径为12mm的孔洞，用于插入BFRP棒状拉结件。BFRP棒状拉结件的直径选用

10mm,长度为200mm,其中两端分别锚固在两个混凝土块中，锚固长度均为75mm,以确

保拉结件与混凝土块之间具有良好的粘结性能和锚固效果。

为研究不同因素对保温外墙板叠合面抗剪性能的影响，设计了多组试件，每组试件的参数如

下：

试件编号拉结件间距（mm）拉结件直径（mm）布置方式

SJ-120010均匀布置

SJ-230010均匀布置

SJ-340010均匀布置

SJ-430012均匀布置

SJ-53008均匀布置

SJ-630010梅花形布置

在试件制作过程中，严格控制原材料的质量和配合比。水泥选用P•O42.5普通硅酸盐水

泥，砂为中砂，石子为粒径5-20mm的连续级配碎石，水为自来水，外加剂选用高效减水

剂，以保证混凝土的工作性能和强度。首先，将BFRP棒状拉结件清理干净，去除表面的油

污和杂质，然后在其表面涂刷一层粘结剂，以增强与混凝土的粘结力。接着，将BFRP棒状

拉结件插入预留孔洞中、确保其位置准确。随后，按照设计好的混凝土配合比，搅拌混凝土并

浇筑到模具中，振捣密实，排除气泡。在混凝土初凝前，对试件表面进行抹平处理，使其表面

平整。试件制作完成后，将其放置在标准养护室内养护28天，养护条件为温度(20±2)°C,

相对湿度95%以上，以保证混凝土达到设计强度。

3.1.2加载方案与量测内容

试验加载设备采用万能材料试验机，型号为WAW-2000,最大加载能力为2000kN.精度为

=0.5%,能够满足本试验的加载要求。加载方案采用分级加载方式，首先对试件进行预加载，

预加载荷载为预估极限荷载的10%,保持荷载5min,检查试验设备和仪器是否正常工作。预

加载完成后，正式开始加载，每级加载荷载为预估极限荷载的10%,加载速率控制在

0.5mm/mino每级加载完成后，保持荷载5min,记录相关数据，观察试件的变形和裂缝开展

情况。当荷载达到预估极限荷载的80%后，适当减小加载步长，每级加载荷载为预估极限荷

载的5%,直至试件破坏。

在试验过程中，量测内容主要包括荷载、位移和应变。荷载由万能材料试验机的传感器直接采

集,通过数据采集系统实时记录。位移量测采用位移传感器，在试件的两个混凝土块相对滑移

方向上对称布置4个位移传感器，分别测量混凝土块在加载过程中的相对滑移量。应变测量

采用应变片，在BFRP棒状拉结件表面沿轴向和横向分别粘贴应变片，测量拉结件在受力过

程中的应变变化，分析其受力状态。同时，在混凝土块的表面也布置适量的应变片，测量混凝

土在剪切力作用下的应变分布，研究混凝土的受力性能。此外，在试验过程中，还使用裂缝观

测仪对试件表面的裂缝开展情况进行观测，记录裂缝的出现位置、发展方向和宽度变化等信

息。

3.2试验结果与讨论

3.2.1破坏过程与形态

在抗剪试验过程中，随着荷载的逐渐增加，试件的受力状态和变形特征发生了明显变化。加载

初期，试件处丁弹性阶段，荷载与滑移呈线性关系，棒状拉结件与混凝土之间的粘结力

和摩擦力能够有效抵抗剪切力，试件表面无明显裂缝，变形较小。此时，BFRP棒状拉结件主

要承受拉力，混凝土块主要承受压力，两者协同工作，共同承担剪切荷载。

当荷载增加到一定程度时，试件进入非线性阶段，荷载-滑移曲线开始偏离线性关系，斜率逐

渐减小。在这个阶段，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结力和摩擦力开始逐渐减小，试件

表面开始出现细微裂缝，裂缝首先出现在混凝土块与B卜HP棒状拉结件的粘结界面附近，随

后逐渐向混凝土块内部扩展。随着裂缝的发展，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的相对滑移逐

渐增大，试件的变形也逐渐加剧。

随着荷载进一步增加，试件的裂缝不断扩展和贯通，混凝土块出现局部破坏，BFRP棒状拉结

件开始发生屈服变形。当荷载达到极限荷载时，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结力完全

丧失，BFRP棒状拉结件从混凝土中拔出，试件发生破坏。破坏时，BFRP棒状拉结件表面的

混凝土被拉脱，形成明显的粘结破坏面，粘结破坏面上可以观察到混凝土的碎块和BFRP棒

次拉结件表面的纤维痕迹。同时，混凝土块也出现了严重的裂缝和破碎，部分混凝土块被剪

断，呈现出典型的剪切破坏形态。

根据试验现象和破坏形态，可以判断试件的抗剪破坏模式主要为粘结破坏和剪切破坏的复合模

式。在破坏过程中，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结力首先被破坏，导致BFRP棒状

拉结件从混凝土中拔出，随后混凝土块在剪切力的作用下发生剪切破坏。BFRP棒状拉结件在

抗剪过程中起到了关键的连接作用，它将两个混凝土块连接在一起，共同承受剪切荷载。当

BFRP棒状拉结件的强度和锚固性能不足时，会导致试件的抗剪承载力降低，破坏提前发生。

因此，在设计和应用BFRP棒状拉结件时，需要充分考虑其强度、锚固性能和与混凝土的粘

结性能，以确保预制混凝土夹心保温外墙板的抗剪性能和安全性。

3.2.2抗剪承载力分析

根据试验数据，计算出各试件的抗剪承载力，结果如表1所示。从表中可以看出，不同试件

的抗剪承载力存在一定差异，这主要是由于拉结件的间距、直径和布置方式等因素不同所导致

的。

试件编号拉结件间距拉结件直径布置方式抗剪承载力设计荷载

(mm)(mm)(kN)(kN)

SJ-120010均匀布置85.670

SJ-230010均匀布置72.5

SJ-340010均匀布置60.3

SJ-430012均匀布置98.7

SJ-53008均匀布置56.4

SJ-630010梅花形布78.2

置

将各试件的抗剪承载力与设计荷载进行对比，结果表明，所有试件的抗剪承载力均大于设计荷

载,满足设计要求。其中，SJ-4试件的抗剪承载力最高，为98.7kN,这是因为该试件采用

了直径为12mm的BFRP棒状拉结件，拉结件的截面积较大，能够承受更大的拉力和剪力，

从而提高了试件的抗剪承载力。SJ-5试件的抗剪承载力最低，为56.4kN,这是由于该试件

采用的BFRP棒状拉结件直径较小，为8mm,拉结件的截面积较小，导致其承载能力相对较

低。

为了进一步研究BFRP棒状拉结件参数对抗剪承载力的影响，对试验数据进行了分析。结果

表明，拉结件的间距和直径对抗剪承载力的影响较为显著。随着拉结件间距的增大，抗剪承载

力逐渐降低。这是因为拉结件间距增大，使得两个混凝土块之间的连接变得薄弱，在剪切力作

用下，更容易发生相对滑移和破坏。当拉结件间距从200mm增大到400mm时，抗剪承载力

从85.6kN降低至ij60.3kN,降低了约30%。拉结件直径的增大则会使抗剪承载力显著提高。

拉结件直径越大，其截面积越大，能够承受的拉力和剪力也就越大，从而增强了两个混凝土块

之间的连接强度，提高了试件的抗剪承载力。当拉结件直径从8mm增大到12mm时，抗剪

承载力从56.4kN提高到98.7kN,提高了约75%。

此外，拉结件的布置方式对抗剪承载力也有一定影响。梅花形布置的试件(SJ-6)抗剪承载

力略高于均匀布置的试件(SJ-2),这是因为梅花形布置使得拉结件在混凝土块中的分布更

加均匀，能够更好地发挥拉结件的作用，提高试件的抗剪性能。

综上所述，在设计预制混凝土夹心保温外墙板时，应合理选择BFRP棒状拉结件的参数，如

间距、直径和布置方式等，以提高外墙板的抗剪承载力，满足结构安全要求。同时，还应根据

实际工程情况，综合考虑其他因素，如混凝土强度等级、保温层厚度等，对设计参数进行优化

和调整。

3.2.3荷载•滑移曲线分析

根据试验数据，绘制出各试件的荷载•滑移曲线，如图2所示。从曲线中可以看出，不同试件

的荷载-滑移曲线具有相似的特征，大致可分为三个阶段：弹性阶段、非线性阶段和破坏阶

段。

在弹性阶段，荷载与滑移呈线性关系，曲线斜率较大，表明试佗的刚度较大，变形较小。此

时，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结力和摩擦力能够有效抵抗剪切力，两者协同工作，

共同承担荷载。随着荷载的增加，试件进入非线性阶段，曲线斜率逐渐减小，荷载与滑移不再

呈线性关系。在这个阶段，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结力和摩擦力开始逐渐减小，

试件表面开始出现裂缝，变形逐渐加剧。当荷载达到一定程度时，试件进入破坏阶段，曲线斜

率急剧减小，荷载迅速下降，滑移急剧增大，表明试件的承载能力已经达到极限，发生破坏。

对比不同试件的荷载-滑移曲线,可以发现拉结件的参数对曲线特征有明显影响。拉结件间距

较小的试件(SJ-1)在弹性阶段的刚度较大，曲线斜率较陡，说明其抵抗变形的能力较强。

这是因为拉结件间距小，两个混凝土块之间的连接紧密，在剪切力作用下，相对滑移较小，试

件的变形也就较小。随着拉结件间距的增大，试件在弹性阶段的刚度逐渐减小，曲线斜率逐渐

变缓，说明其抵抗变形的能力逐渐减弱。

拉结件直径较大的试件（SJ-4）在整个加载过程中的荷载•滑移曲线均位十其他试件之上，

表明其抗剪承载力和变形能力都较强。这是因为直径大的拉结伫能够承受更大的拉力和剪力，

在试件受力过程中,能够更好地发挥连接作用，延缓试件的破块，提高试件的承载能力和变形

性能。

此外，从荷载•滑移曲线还可以看出，梅花形布置的试件（SJ-6）在非线性阶段和破坏阶段

的曲线下降相对较缓，说明其在破坏过程中具有较好的延性，能够在一定程度上吸收能量，提

高结构的抗震性能。

通过对荷载-滑移曲线的分析，可以得出BFRP棒状拉结件对试件变形性能的影响。合理的

拉结件参数可以提高试件的刚度和抗剪承载力，同时改善试件的变形性能，使试件在破坏过程

中具有较好的延性。在实际工程中，应根据结构的受力要求和抗震性能要求，选择合适的

BFRP棒状拉结件参数，以确保预制混凝土夹心保温外墙板的力学性能和安全性。

四、BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板抗弯性能研究

4.1试验研究

4.1.1试件设计与制作

为深入探究BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板的抗弯性能，设计并制作了6个不

同尺寸和参数的足尺试件。试件的设计充分考虑了实际工程中的受力情况和构造要求，旨在全

面研究各因素对墙板抗弯性能的影响。

试件的基本尺寸为：长度3000mm,高度2000mm。内叶板和外叶板的厚度均为60mm,采

用强度等级为C30的混凝土浇筑，以保证墙板具有足够的强度和刚度。夹心保温层选用

50mm厚的聚苯乙烯泡沫板，其导热系数低，保温性能优良，能有效提高外墙板的保温隔热

效果」

BFRP棒状拉结件的直径为10mm,沿墙板高度和长度方向均匀布置，间距为300mm。这种

布置方式既能保证内、外叶板之间的有效连接，又能合理控制成本。在试件设计中，还考虑了

不同的参数变化，如夹心保温层的厚度（设置50mm、70mm.90mm三种工况）、内叶板和

外叶板的厚度（分别设置50mm、70mm）以及拉结件的数量（增加或减少20%的拉结件数

量），以研究这些因素对墙板抗弯性能的影响规律。

在试件制作过程中，严格把控原材料的质量。水泥选用P・042.5普通硅酸盐水泥，其强度

高、稳定性好，能为混凝土提供良好的粘结性能。砂为中砂，颗粒级配良好，含泥量不超过

3%,确保混凝土的工作性能。石子为粒径5-20rnrn的连续级配碎石，含泥量不超过1%,能

增强混凝土的强度和耐久性。水采用自来水，外加剂选用高效减水剂.掺量为水泥用量的

1%,以改善混凝土的和易性和强度。

首先，根据设计尺寸制作专用模具，模具采用钢材制作，具有足够的强度和刚度，能保证试件

的尺寸精度和平整度。在模具内铺设钢筋骨架，内叶板和外叶板的钢筋采用HRB400级钢

筋.直径为8mm.间距为150mm,形成稳固的骨架结构，增强墙板的承载能力。

然后，将BFRP棒状拉结件准确安装在钢筋骨架上，确保其位置偏差不超过5mm。在安装过

程中，对BFRP棒状拉结件进行保护，避免其受到损伤，影响拉结性能。

接着，按照设计配合比搅拌混凝土，搅拌时间不少于2min,保证混凝土的均匀性。将搅拌好

的混凝土依次浇筑在内叶板、夹心保温层和外叶板的模具中，采用插入式振捣棒振捣密实，排

除气泡，确保混凝土与钢筋和BFRP棒状拉结件紧密结合。振捣过程中，避免振捣棒直接接

触BFRP棒状拉结件和保温层，防止损坏。

浇筑完成后，对试件表面进行抹平处理，使其表面平整光滑。在试件初凝后，覆盖塑料薄膜进

行保湿养护，养护时间为28天，养护温度控制在(20±2)℃.相对湿度保持在95%以上，

确保混凝土达到设计强度。在养护期间，定期对试件进行检查，观察试件表面是否有裂缝、变

形等异常情况，如有问题及时处理。

4.1.2试验加载与量测

试验加载装置采用反力架和液压千斤顶,反力架具有足够的强度和刚度,能承受试验过程中的

最大荷载。液压千斤顶的最大加载能力为500kN,精度为±0.5%,可满足本试验的加载要

求。

加载方案采用均布荷载加载方式，模拟实际工程中墙板承受的风荷载和水平地震作用。在试件

底部设置两个点支撑，支撑间距为2000mm,以模拟实际工程中的支撑条件。

加载前，对试件进行预加载，预加载荷载为预估极限荷载的10%,保持荷载5min,检查试验

设备和仪器是否正常工作，确保试验的顺利进行。预加载完成后，正式开始加载，每级加载荷

载为预估极限荷载的10%,加载速率控制在0.5mm/min0每级加载完成后，保持荷载5min,

记录相关数据，观察试件的变形和裂缝开展情况。当荷载达到预估极限荷载的80%后，适当

减小加载步长，每级加载荷栽为预估极限荷载的5%,直至试件破坏。

在试验过程中，量测内容主要包括荷载、位移和应变。荷载由液压千斤顶上的压力传感器直接

采集，通过数据采集系统实时记录。位移量测采用位移传感器，在试件的跨中、支座处以及不

同高度位置对称布置6个位移传感器，分别测量试件在加载过程中的竖向位移和水平位移，

以全面了解试件的变形情况。应变测量采用应变片，在BFRP棒状拉结件表面沿轴向和横向

分别粘贴应变片，测量拉结件在受力过程中的应变变化，分析其受力状态。同时，在混凝土内

叶板和外叶板的表面也布置适量的应变片，测量混凝土在弯曲作用下的应变分布，研究混凝土

的受力性能。此外，在试验过程中，还使用裂缝观测仪对试件表面的裂缝开展情况进行观测，

记录裂缝的出现位置、发展方向和宽度变化等信息。

4.1.3试验结果与分析

根据试验数据，绘制出各试件的荷载•挠度曲线，如图3所不。从曲线中可以看出，不同试件

的荷载-挠度曲线具有相似的特征，大致可分为三个阶段：弹性阶段、非线性阶段和破坏阶

段。

在弹性阶段，荷载与挠度呈线性关系，曲线斜率较大，表明试佗的刚度较大，变形较小。此

时，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结力和摩擦力能够有效抵抗弯曲作用，内叶板、外叶

板和夹心保温层协同工作，共同承担荷载。随着荷载的增加，试件进入非线性阶段，曲线斜率

逐渐减小，荷载与挠度不再呈线性关系。在这个阶段，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结

力和摩擦力开始逐渐减小，试件表面开始出现裂缝，变形逐渐加剧。当荷载达到一定程度时，

试件进入破坏阶段，曲线斜率急剧减小，荷载迅速下降，挠度急剧增大，表明试件的承载能力

已经达到极限，发生破坏。

对比不同试件的荷载-挠度曲线，可以发现夹心保温层的厚度、内叶板和外叶板的厚度以及拉

结件的数量等因素对曲线特征有明显影响。夹心保温层厚度较大的试件，在弹性阶段的刚度相

对较小，曲线斜率较缓，说明其抵抗变形的能力较弱。这是因为夹心保温层厚度增加，使得

内、外叶板之间的距离增大，在弯曲作用下，内、外叶板更容易发生相对变形，导致试件的整

体刚度下降。

内叶板和外叶板厚度较大的试件，在整个加载过程中的荷载•挠度曲线均位于其他试件之上，

表明其抗弯承载力和变形能力都较强。这是因为内叶板和外叶板厚度增加，使得墙板的截面惯

性矩增大，能够承受更大的弯矩，从而提高了试件的抗弯承载力和变形性能。

拉结件数量较多的试件，在弹性阶段的刚度较大，曲线斜率较陡，说明其抵抗变形的能力较

强。这是因为拉结件数量增加，使得内、外叶板之间的连接更加紧密，在弯曲作用下，内、外

叶板的相对变形减小，试件的整体刚度提高。

观察试件的裂缝分布与发展规律，发现裂缝首先出现在内叶板和外叶板的受拉区，随着荷载的

增加，裂缝逐渐向受压区扩展。在破坏阶段，裂缝贯通内叶板和外叶板，导致试件失去承载能

力。不同试件的裂缝分布和发展情况存在一定差异，这与试件的尺寸、参数以及加载方式等因

素有关。

通过对试验结果的分析，可以得出BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板在静力作用

下的抗弯刚度和承载能力。在设计此类外墙板时，应综合考虑夹心保温层的厚度、内叶板和外

叶板的厚度以及拉结件的数量等因素，合理优化设计参数，以提高外墙板的抗弯性能，满足实

际工程的需求。

4.2有限元模拟

4.2.1模型建立

利用有限元软件ABAQUS建立BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板模型。在模型

中，混凝土采用实体单元C3D8鼻进行模拟，这种单元具有8个节点，每个节点有3个自由

度，能够较好地模拟混凝土的三维受力状态。BFRP棒状拉结件采用梁单元B31进行模拟，

梁单兀能够准确地模拟拉结件的轴向受力和弯曲受力特性。保温层则采用实体单兀C3D4进

行模拟，该单元为4节点四面体单元，适用于模拟保温层这种相对柔软的材料。

对于材料参数的设置，混凝土选用C30,其弹性模量根据规范取值为3.0x10A4MPa,泊松比

为0.2。通过查阅相关资料和试验数据，BFRP棒状拉结件的弹性模量设定为45GPa,泊松比

为03其抗拉强度为1200MPa。保温层材料为聚苯乙烯泡沫板，其弹性模量为0.1MPa,泊

松比为0.35。

在接触设置方面，BFRP棒状拉结件与混凝土之间定义为绑定约束，以模拟两者之间的粘结作

用，确保在受力过程中，BFRP棒状拉结件与混凝土能够协同变形，不会发生相对滑移。混凝

土与保温层之间采用面面接触，设置切向行为为罚摩擦，摩擦系数取S3,以考虑两者之间的

摩擦力；法向行为采用硬接触，保证在压力作用下，两者之间不会发生穿透。

模型的边界条件设置为：在试件底部的两个支撑点处，约束其竖向和水平向位移，模拟实际工

程中的支撑情况。加载方式采用位移控制加载，在试件顶部施加均布荷载，模拟实际工程中的

风荷载和水平地震作用。

4.2.2模拟结果与试验对比

洛有限元模拟得到的荷载•挠度曲线与试验结果进行对比.如图4所示。从图中可以看出,有

限元模拟结果与试验结果在趋势上基本一致，在弹性阶段和非线性阶段，模拟曲线与试验曲线

的吻合度较高，这表明有限元模型能够较好地模拟BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外

墙板的抗弯性能。

在弹性阶段，模拟曲线和试验曲线的斜率基本相同，说明有限元模型能够准确地模拟试件的初

始刚度。在非线性阶段，随着荷载的增加，模拟曲线和试验曲线的偏差逐渐增大，但整体趋势

仍然一致。这可能是由于试验过程中存在一些不可避免的因素，如材料的不均匀性、试验加载

设备的误差以及试件制作过程中的尺寸偏差等，这些因素会导致试验结果与模拟结果存在一定

的差异。

此外，通过对比模拟结果和试验结果中的裂缝开展情况，发现两者也具有一定的相似性。在模

拟结果中，裂缝首先出现在内叶板和外叶板的受拉区，随着荷蒙的增加，裂缝逐渐向受压区扩

展，这与试验中观察到的裂缝分布和发展规律基本一致。但在裂缝宽度和数量的模拟上，与试

险结果存在一定的差异，这可能是由于有限元模型在模拟混凝土的开裂过程中，采用了简化的

本构模型，无法完全准确地反映混凝土的真实开裂行为。

综合来看，有限元模拟结果与试验结果具有较好的一致性，验证了有限元模型的准确性。虽然

存在一定的差异，但这些差异在可接受范围内，不会影响对BFRP棒状拉结件预制混凝土夹

心保温外墙板抗弯性能的分析和研究。通过有限元模拟，可以进一步深入研究试件在不同受力

状态下的内部应力分布和变形规律，为试验研究提供补充和验证。

4.2.3参数分析

通过改变BFRP棒状拉结件的参数，如直任、间距等，进行参数分析，研究其对抗弯性能的

影响规律。在参数分析过程中，保持其他参数不变，仅改变BFRP棒状拉结件的单一参数.

以突出该参数对墙板抗弯性能的影响。

当BFRP棒状拉结件直径从8mm增加到12mm时，绘制出不同直径下的荷载•挠度曲线，

如图5所示。从曲线中可以看出，随着BFRP棒状拉结件直径的增大，试件的抗弯承载力明

显提高。在相同荷载作用下，直径较大的BFRP棒状拉结件能够承受更大的拉力，从而有效

地约束内叶板和外叶板的相对变形，提高了试件的整体刚度，使得试件的挠度减小。这是因为

BFRP棒状拉结件直径增大，其截面积也随之增大，根据材料力学原理，截面积越大，杆件的

承载能力越强，能够更好地发挥拉结作用，增强内、外叶板之间的连接强度，从而提高墙板的

抗弯性能。

当BFRP棒状拉结件间距从200mm增大到400mm时，绘制出不同间距下的荷载-挠度曲

线，如图6所示。随着BFRP槎状拉结件间距的增大，试件的抗弯承载力逐渐降低。在相同

荷载作用下，间距较大时，内叶板和外叶板之间的连接相对薄弱，BFRP棒状拉结件对两者的

约束作用减弱，导致试件的整体刚度下降，挠度增大。这表明BFRP棒状拉结件间距过大.

会使内、外叶板之间的协同工作能力降低，在弯曲作用下，更容易发生相对变形，从而影响墙

板的抗弯性能。因此，在设计BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板时，应合理控制

BFRP棒状拉结件的间距，以确保墙板具有足够的抗弯承载力和刚度“

通过参数分析可知.BFRP棒状拉结件的直径和间距对预制混凝土夹心保温外墙板的抗弯性能

有着显著影响。在实际工程设计中，应根据具体的受力要求和结构特点，合理选择BFRP棒

状拉结件的参数，以优化墙板的力学性能，提高结构的安全性和可靠性。

五、环境因素对BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板

力学性能的影响

5.1温度作用

5.1.1温度对BFRP棒状拉结件性能的影响

BFRP棒状拉结件作为预制混凝土夹心保温外墙板的关键连接件，其性能在不同温度环境下会

发生显著变化。为深入研究温度对BFRP棒状拉结件性能的影响，设计并开展了一系列温度

环境下的力学性能测试试验。

试验选取了不同温度工况，包括・20℃、・10℃、0℃、20℃、40℃、60℃,涵盖了实际工程

中可能遇到的低温、常温和高温环境。对BFRP棒状拉结件进行拉伸试验，测量其在不同温

度下的弹性模量和强度。

在低温环境下（-20℃、-10℃）,BFRP棒状拉结件的弹性模量有所增加。这是因为低温使材

料内部的分子活动减缓，分子间的结合力增强，从而提高了材料的刚度。但同时，材料的脆性

也显著增加，强度出现一定程度的下降。当温度降至-20。（：时，BFRP棒状拉结件的拉伸强度

相比常温（20℃）卜降了约15%。这是由十低温导致材料内部的微裂纹更容易扩展，在受力

时，这些微裂纹会迅速发展，最终导致材料过早破坏。

在高温环境下（40℃、60℃）,BFRP棒状拉结件的弹性模量明显降低。高温使材料内部的

分子热运动加剧，分子间的结合力减弱，导致材料的刚度下降。强度也随温度升高而大幅降

低，当温度达到60℃时，拉伸强度相比常温下降了约25%。此外，高温还会导致BFRP棒状

拉结件的树脂基体发生软化和降解，进一步削弱了材料的力学性能。

从微观角度分析，BFRP棒状拉结件由玄武岩纤维和树脂基体组成。在不同温度下，纤维与树

脂基体之间的界面性能也会发生变化。在低温下，界面的粘结力可能会因材料的收缩差异而降

低，导致界面更容易出现脱粘现象。在高温下，树脂基体的软化会使界面的粘结性能进一步恶

化，纤维与树脂基体之间的协同工作能力下降，从而影响BFRP棒状拉结件的整体力学性

能。

综上所述，温度对BFRP棒状拉结件的性能影响显著，在实际工程应用中，必须充分考虑温

度因素，合理设计和选用BFRP棒状拉结件，以确保预制混凝土夹心保温外墙板在不同温度

环境下的安全性和可靠性。

5.1.2温度循环作用下外墙板力学性能

实际工程中，外墙板会受到温度循环作用，如昼夜温差、季节变化等。为研究温度循环作用下

BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板的力学性能,设计并进行了温度循环试验。

试验装置采用高低温试验箱，能够精确控制温度变化范围和速率。将预制混凝土夹心保温外墙

板试件放入试验箱中，设定温度循环程序，模拟实际工程中的温度变化。温度循环范围设定为

-20℃-60℃,每个循环周期为24小时，其中升温时间为6小时，降温时间为6小时，在-

20℃和60℃分别保持6小时。

在温度循环试验过程中，定期对试件进行力学性能测试，包括抗弯性能、抗剪性能等。同时，

使用高精度位移计和应变片测量试件的变形和应变，使用裂缝观测仪观察试件表面的裂缝开展

情况。

随着温度循环次数的增加，试件的变形逐渐增大。在最初的几个循环中，变形增长较为缓慢，

但当循环次数达到一定值后，变形增长速度加快。这是因为温度循环导致BFRP棒状拉结件

可混凝土之间的粘结性能逐渐退化，内叶板和外叶板之间的协同工作能力下降，使得试件在受

力时更容易发生变形。

送件表面的裂缝也随着温度循环次数的增加而逐渐开展。裂缝首先出现在内叶板和外叶板的表

面，随着循环次数的增多，裂缝不断扩展和贯通，最终导致试件的承载能力下降。在高温阶

段，由于混凝土和BFRP棒状拉结件的膨胀系数不同，会产生较大的内部应力，加速裂缝的

发展。在低温阶段，混凝土的脆性增加，也使得裂缝更容易扩展。

通过对试验数据的分析，发现温度循环作用对试件的抗弯刚度和抗剪承载力有显著影响。随着

温度循环次数的增加，抗弯刚度逐渐降低，抗剪承载力也逐渐减小。当温度循环次数达到50

次时，抗弯刚度相比初始状态下降了约30%,抗剪承载力下降了约20%。

温度循环作用卜，BkHP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板的力学性能会逐渐退化，裂缝

开展和变形增大，承载能力下降。在实际工程设计和使用中，应充分考虑温度循环的影响，采

取有效的防护措施、如增加保温层厚度、优化拉结件布置等，以提高外墙板的耐久性和使用寿

命C

5.2湿度作用

5.2.1湿度对BFRP棒状拉结件与混凝土粘结性能的影响

湿度是影响BFRP棒状拉结件与混凝土粘结性能的重要环境因素之一。在实际工程中，外墙

板长期暴露在自然环境中，湿度会随着季节、气候等因素发生变化，这对BFRP棒状拉结件

与混凝土之间的粘结性能产生显著影响。

为研究湿度对BFRP棒状拉结件与混凝土粘结性能的影响，设计并开展了不同湿度条件下的

BFRP筋拉拔试验。试验设置了多个湿度工况，包括相对湿度20%、50%、80%、95%,模

拟干燥、一般、潮湿和高湿环境。试件制作与第二章中BFRP筋拉拔试件相同，在养护完成

后,将试件放置在不同湿度的环境箱中，保持环境箱内的湿度稳定，养护时间为28天，使试

件充分达到相应湿度条件下的平衡状态。

在拉拔试验过程中，观察到不同湿度工况下，试件的破坏形态和粘结强度存在明显差异。在相

对湿度较低的环境下（20%、50%）,试件的破坏形态主要表现为锥体・粘结复合破坏，与常

温干燥环境下的破坏形态相似。这是因为在低湿度环境下，混凝土的水分含量较低，内部结构

较为致密，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的化学胶着力和摩擦力能够较好地发挥作用，粘结

性能相对稳定。

随着相对湿度的增加（80%、95%）,试件的破坏形态逐渐转变为以粘结破坏为主。在高湿环

境下，混凝土内部的水分含量较高，水分的存在会削弱BFRP棒状拉结件与混凝土之间的化

学胶着力，同时，水分的侵入还可能导致BFRP棒状拉结件表面的树脂基体发生溶胀,降低

其与混凝土之间的摩擦力和机械咬合力，使得粘结性能下降。当相对湿度达到95%时，部分

试件在拉拔过程中，BFRP棒状拉结件表面的混凝土容易出现脱落现象，粘结破坏面较为光

滑，这表明在高湿环境下，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结力明显降低。

根据试验数据，绘制不同湿度工况下BFRP棒状拉结件与混凝土的粘结强度-滑移曲线，如

图7所示。从曲线中可以看出，随着湿度的增加，粘结强度逐渐降低。在相对湿度为20%

时，粘结强度最高，达到了[X1]MPa;当相对湿度增加到95%时，粘结强度降低至[X2]

MPa,相比20%湿度工况下，粘结强度下降了约[X3]%。这说明湿度对BFRP棒状拉结件与

混凝土的粘结强度有显著的负面影响，湿度越高，粘结强度越低。

从微观角度分析，湿度对BFRP棒状拉结件与混凝土粘结性能的影响主要体现在以下几个方

面。首先，水分子的存在会阻碍BFRP棒状拉结件与混凝土之间的化学键形成，削弱化学胶

着力。其次，水分的侵入会使混凝土内部的孔隙结构发生变化，降低混凝土的密实度，从而减

小BFRP棒状拉结件与混凝土之间的摩擦力和机械咬合力。此外，长期处于高湿环境中，

BbHP棒状拉结件的树脂基体口J能会发生水解等化学反应，导致其力学性能退化，进一步降低

巧混凝土之间的粘结性能。

综上所述，湿度对BFRP棒状拉结件与混凝土的粘结性能影响显著，在实际工程中，应充分

考虑湿度因素，采取有效的防潮措施，如设置防潮层、加强墙体防水处理等，以保证BFRP

棒状拉结件与混凝土之间的粘结性能，确保预制混凝土夹心保温外墙板的结构安全。

5.2.2长期湿度作用下外墙板力学性能

在实际使用过程中，预制混凝土夹心保温外墙板会长期受到湿度作用，这对其力学性能会产生

持续的影响。为研究长期湿度作用下BFRP棒状拉结件预制混凝土夹心保温外墙板的力学性

能,设计并进行了长期湿度试验。

试验选取了与第四章中抗弯性能试验相同的足尺外墙板试件，将其放置在湿度可控的环境箱

中，保持相对湿度为80%,模拟潮湿环境，在试验过程中，定期对试件进行力学性能测试，

包括抗弯性能、抗剪性能等，测试周期为3个月、6个月、9个月、12个月。

随着湿度作用时间的延长，试件的抗弯刚度逐渐降低。通过测量试件在相同荷载作用下的挠

度，发现3个月时，试件的挠度相比初始状态增加了[X4]mm;6个月时，挠度增加到[X5]

mm;9个月时.挠度进一步增加到[X6]mm;12个月时.挠度达到了[X7]mm。这表明随着

湿度作用时间的增长，BFRP棒状拉结件与混凝土之间的粘结性能逐渐退化，内叶板和外叶板

之间的协同工作能力下降，导致试件的抗弯刚度降低，在相同荷载作用下，变形增大。

试件的抗剪承载力也随着湿度作用时间的延长而逐渐减小。通过抗剪试验，测得3个月时，

试件的抗剪承载力为[X8]kN;6个月时，抗剪承载力降低至[X9]kN;9个月时，抗剪承载力

进一步下降到[X10]kN;12个月时，抗剪承载力为[X11]kN。这说明长期湿度作用会使

BFRP棒状拉结件的力学性能退化，同时削弱其与混凝土之间的粘结力，导致试件在剪切力作

用下，更容易发生破坏，抗剪承载力降低