地下粮仓内衬聚丙烯防水构件复合受力试验.pdf

第 42 卷第 4 期2023 年 7 月Vol.42No.4Jul.2023JOURNAL OF HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY（NATURAL SCIENCE）河南理工大学学报（自然科学版）地下粮仓内衬聚丙烯防水构件复合受力试验张昊，李军，常哲，王振清（河南工业大学 土木工程学院，河南 郑州 450001）摘要：为解决地下粮仓仓壁防水难题，设计和制作内衬聚丙烯塑料-混凝土仓壁试件，并对其进行轴压和水压复合加载试验，研究内衬塑料防水构件在轴压和水压共同作用下的破坏形态和内力变化规律，得到了聚丙烯内衬塑料防水构件的水压承载力。结果表明：轴压保持在 1 800 kN，水压达到 153 kPa时，节点焊缝发生未完全破坏；水压加载至 160 kPa时，塑料防水板发生破裂；塑料防水板的位移随荷载增大而增大，跨中位移远大于节点位移，最大位移为 5.8 mm；塑料防水板应变随荷载增大而增大，四节点跨中应变小于节点和两节点跨中应变，且应变最大值分布不均匀。研究结果可为地下粮仓和类似地下结构的防水防潮设计提供参考。关键词：地下粮仓；聚丙烯；节点；轴压；水压中图分类号：TU57文献标志码：A文章编号：1673-9787（2023）4-172-7Composite mechanical test of polypropylene waterproof component lining in underground granaryZHANG Hao，LI Jun，CHANG Zhe，WANG Zhenqing（School of Civil Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，Henan，China）Abstract：In order to solve the waterproof problem of the underground granary wall，the lining polypropylene plastic-concrete specimen was designed and produced，and the composite load test was carried out subjected to combined axial pressure and water pressure.The failure mode and internal force variation of the plastic waterproof component subjected to combined axial compression and water pressure were studied and analyzed，and the ultimate water pressure bearing capacity of the polypropylene plastic waterproof component was obtained.The test results showed that under axial pressure of 1 800 kN，the joint welds were not completely destroyed with water pressure reaching 153 kPa and the plastic waterproof plate ruptured with the water pressure increasing to 160 kPa.The displacement of the plastic waterproof plate increased with the increase of the load，and the mid-span displacement was much larger than the node displacement，the maximum displacement was 5.8 mm.The strain of plastic waterproof plate increased with the increase of load，and the mid-span strain of four nodes was less than that of nodes and the mid-span strain of two nodes with 张昊，李军，常哲，等.地下粮仓内衬聚丙烯防水构件复合受力试验 J.河南理工大学学报（自然科学版），2023，42（4）：172-178.doi：10.16186/ki.1673-9787.2021070056ZHANG H，LI J，CHANG Z，et al.Composite mechanical test of polypropylene waterproof component lining in underground granary J.Journal of Henan Polytechnic University（Natural Science），2023，42（4）：172-178.doi：10.16186/ki.1673-9787.2021070056收稿日期：2021-07-15；修回日期：2021-10-25基金项目：国家自然科学基金资助项目（51708182）；河南省科技攻关项目（202102110122）；河南工业大学高层次人才科研启动基金资助项目（2018BS077）第一作者简介：张昊（1979），男，河南周口人，博士，教授，主要从事储仓结构和绿色储粮体系方面的教学和研究工作。Email：O S I D第 4 期张昊，等：地下粮仓内衬聚丙烯防水构件复合受力试验the unevenly distributed maximum strain.The research results could provide references for the waterproof and moisture-proof design of underground granaries and similar underground structures.Key words：underground granary；polypropylene；node；axial compression；water pressure0引 言地下粮仓具有低温、隔热、避免药物熏蒸、占地少等优点，是一种理想的绿色仓储1。近些年相 关 学 者 对 地 下 粮 仓 的 研 究 取 得 了 一 系 列 成果2-7，但防水防潮依旧是地下粮仓面临的难题。王振清等8、CHUAI J等9利用钢板形成封闭防水抗渗层，将钢板用在装配式混凝土地下粮仓内侧，但地下水易锈蚀钢板。为了解决钢板的锈蚀问题，将聚丙烯塑料应用于地下粮仓中，聚丙烯塑料无毒无味，防水性能好，易于加工10。丁明等11采用硅酮结构胶将塑料黏贴在混凝土上，并对试件进行闭水试验，发现采用此胶黏剂后塑料-混凝土试件的抗水压能力；张淑媛12将聚丙烯塑料板通过塑料棒与混凝土浇筑在一起，进行中心抗拔试验，结果表明，表面开槽后塑料棒的抗拔性能是表面光滑塑料棒的 3 倍；王振清等13通过中心拉拔试验，研究了影响聚丙烯塑料棒与混凝土黏结性的因素，其中聚丙烯塑料棒表面形式对其黏结性能影响最大，螺纹型聚丙烯塑料棒极限黏结应力远大于光圆型的，结果表明，直径 30 mm聚丙烯棒的黏结应力比 25 mm 的增大了 35.9%；尹淑君等14通过试验和理论分析，确定了螺纹型聚丙烯塑料棒与混凝土之间的黏结应力-滑移模型，建立螺纹型聚丙烯塑料棒与混凝土之间的黏结强度模型；张昊等15通过试验分析了对不同节点间距的塑料防水板的水压承载能力，得到了节点间距每增大 100 mm，塑料板的水压承载能力降低 55%的结论；常晨辉16通过强度试验，得到了不同形式下聚丙烯塑料板与栓钉连接的承载力；席达17对3 种不同形式的塑料焊缝进行水压试验，并确定了影响焊缝强度的因素；张昊等18-19对防水内衬聚丙烯构件进行水压加载并与有限元模拟值进行对比分析，得到了构件的水压承载力，并设计 3种不同栓钉间距的塑料-混凝土试件，通过水压加载试验，分析试件在水压均匀分布情况下塑料防水板的受力状态，塑料板应力随水压增大而增大，不同栓钉间距试件的破坏形态不同。基于前人对聚丙烯塑料防水研究，为了研究圆形塑料-混凝土地下粮仓仓壁在渗水情况下的真实受力状态，制作塑料-混凝土试件，对其进行轴压和水压复合加载试验，分析塑料防水板的破坏形态、应变-荷载关系、位移-荷载关系以及轴压对试件的影响，以期为地下防水防潮提供理论参考。1试件制作与试验方法1.1试件制作试件由聚丙烯塑料防水板通过聚丙烯塑料棒与混凝土现浇在一起，如图 1 所示。塑料棒选取螺纹型，螺纹长 100 mm20，螺距 1.5 mm21，直径30 mm14；塑料连接板直径 100 mm；聚丙烯塑料防水板尺寸 1 600 mm1 600 mm10 mm，节点间距250 mm；试件高 150 mm，混凝土厚 140 mm。防水板四周焊接 20 mm 厚的聚丙烯塑料模板和挡水板，挡水板与塑料模板间距 150 mm，防止加载过程中出现渗水现象。将塑料连接板焊接在塑料防水板上，再将塑料棒与塑料连接板进行螺纹连接，连接处形成节点。为形成两条流水贯穿缝，混凝土浇筑前预埋两根直径 14 mm 的光圆钢筋；混凝土达到终凝时，抽拔出钢筋，并在贯穿缝交集处预留注水口，四周预留水压测试口，见图 2。试件内部采用直径 8 mm 的 HRB400 钢筋，间距 200 mm，按构造配筋22。为了方便吊装试件，在试件四角预埋 4 个吊钩。最后，进行混凝土浇筑（图 3），并制作 6 块混凝土标准试块23，与试件在同等条件下养护 28 d。1.2试件加载试验为了测量试验过程中塑料防水板应变和位移变化情况，在塑料防水板内侧节点设置 80个应变片，记作 DF，见图 4。塑料防水板外侧两节点跨中设置 40 个应变片，记作 LK，见图 5。塑料防水板外侧四节点间设置 16个应变片，记作 SK，见图 6。图 1 试件剖面图Fig.1 Profile of component1732023 年第 42 卷河南理工大学学报（自然科学版）塑料防水板外侧节点处设置 11 个位移计，记作SD；塑料防水板外侧四节点跨中设置 16 个位移计，记作 KZ，见图 7。由于轴压试验机加载面尺寸小于塑料-混凝土试件的，因此需要设计2个转换梁，选用2 100 mm300 mm30 mm 的长方体钢板和厚 20 mm、尺寸为525 mm180 mm555 mm 的三角形钢板，将三角形钢板焊接在长方体钢板上组成转换梁，再将转换梁通过连接钢板与加载面侧边进行连接。正式加载前先进行预加载，为确保水压表和控制阀门正常使用采用水压预加载。轴压预加载采取分级加压方式，每级 50 kN，保持 3 min，加载至 300 kN，待数据采集正常后，对试件进行正式加载。正式加载过程中，轴压每级 200 kN，保持 3 min。加载至 1 800 kN保持不变，再进行水压逐级加载，每级10 kPa，加载至塑料防水板破坏。加载示意图如图 8所示。图 2 试件平面图Fig.2 Plane diagram of component图 3 试件浇筑Fig.3 Casting diagram of specimen图 4 节点应变片布置示意Fig.4 Diagram of node strain arrangement图 5 两节点间应变片布置示意Fig.5 Diagram of strain arrangement between two nodes图 6 四节点间应变片布置示意Fig.6 Diagram of strain arrangement between