段瑞斌，李依妮，黄得杨，张海辉

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州510500）

0 引言

近年来，随着建筑工程技术特别是幕墙技术的发展，石材挂装工艺在许多工程中都得到了广泛应用［1，2］。由于挂装工艺多用在室外工程，环境多变，且板材与金属材料的连接其实是一种硬性的脆性连接，一旦石材与挂件连接失效，会造成石材掉落，存在相当大的安全隐患［3］。可以说，挂装强度是石材挂装工艺成败的关键，其试验检测逐渐受到重视，成为了一项重要的力学性能指标。锚栓等安装组件起到了荷载传递的作用［4］，其材质、安装质量与石材本身的材质性能，均对挂装强度有重要的影响［5，6］。研发挂装强度试验装置，开展挂装强度试验检测，有利于加强幕墙施工质量控制管理，提高工程质量，保证人民的财产和生命安全［7］。

目前，挂装强度主要按照《天然饰面石材试验方法第7 部分：检测板材挂件组合单元挂装强度试验方法：GB/T 9966.7-2001》［8］中检测技术的要求进行，由于标准中只有简单的试验原理示意图，无具体的试验装置说明，在现有技术中，并无专门的挂装强度试验仪器。另外，挂装产品的种类繁多，规格不一，也给试验检测带来一定的困难。鉴于上述原因，研究挂装强度测试技术与装置，对于客观、真实地反映幕墙石材挂装质量状况具有重要的现实意义。

1 总体思路

1.1 标准中的要求

文献［8］中要求试样上的槽或孔按实际使用要求加工，不得有裂纹、缺棱和掉角，每组5 块。挂件：工程实际使用的挂件，按工程实际使用要求将石材与挂件组成试样单元。试样单元上不得有裂纹、缺棱等影响强度的缺陷。

试验步骤如下：将试样放在20℃±2℃的蒸馏水中，浸泡48 h 后取出，用拧干的湿毛巾将试样表面水分擦去。在平台上安装试样并在夹具与试样之间垫放胶垫。根据工程要求的加载方向对试样连续平稳地施加载荷，加载速率应保证从试样受力至试样破坏的时间约2 mim 或按照设计要求的速率加载，如图1 所示。

图1 背面钻孔试验示意图Fig.1 Diagram of Back Drilling Test

记录挂装样品的破坏荷载与破坏位置、破坏形态等，试样挂装强度为试样破坏时的最大载荷，以牛顿（N）为单位表示。

1.2 研究设计思路

文献［8］中只有简单的试验原理示意图，无具体的试验装置说明。研发过程中在遵守标准规定的前提下，要注意体现操作便利，另外，由于挂装产品的种类繁多，规格不一，所研发的试验装置需满足大多数挂装工艺试验要求，且操作简单、方便快捷。

挂装方式主要有2 种，背面钻孔（拉拔）、背面钻孔（剪切），其挂装方式不同，原理也不同［9］，需要的试验装置各异，需解决的问题亦不相同。除了考虑样品的规格各异带来的定位、限位困难；更有背面钻孔（拉拔）试件锚栓规格，力值传递、转接；背面钻孔（剪切）由于示意图中显示是水平加载，如何使样品就位，如何选择加载设备，亦是研发中的难点。

2 背面钻孔试件（拉拔）试验装置的研发与应用

2.1 试验装置的构造

试验装置主要包括上夹持组件和下夹持组件，上夹持组件包括挂接头、转接套筒和上连接柱。下夹持组件包括底座、一对长条形的夹板、下连接柱和定位部件。底座上表面的两侧开有滑槽，滑槽的槽口上方设有夹板，夹板上开有长条形的调节孔。定位部件的下端与滑槽滑动配合，定位部件向上穿过夹板的调节孔沿调节孔移动并固定，以使夹板压紧在试验样品上，从而将试验样品夹持在底座上。下连接柱的上端固定在底座的下表面上，下端用于固定在万能试验机平台上，如图2、图3 所示。

图2 上夹持组件Fig.2 Upper Clamping Parts

图3 下夹持组件及定位T 形螺栓Fig.3 Lower Clamping Parts and Locating T Bolt

定位部件采用T 形螺栓、垫圈和螺母，所述调节孔在每个夹板上设置一对，每个调节孔中安装一个定位部件，T 形螺栓主要由螺杆和设于其下端的滑块组成，滑块与滑槽相适应并在滑槽中移动，螺杆向上穿过调节孔后安装垫圈，再由螺母紧固而将夹板压紧在试验样品上。

可适用宽度100～400 mm，长度250 mm 以上的，厚度150 mm 以下的样品试验要求。底座中设计有滑槽，四个T 形螺栓可沿滑槽自由移动，同时夹板可上下移动，满足不同规格及要求的材料试验需要。用于连接安装组件的内螺纹孔道，可根据具体情况改变直径，适用的安装组件（包括锚栓、螺母和垫片）规格广泛，挂接头如图4 所示。

图4 不同规格的挂接头Fig.4 Various Diameter Hanging Part

2.2 测试与应用

主要试验步骤

⑴将下夹持组件的底座通过下连接柱安装在万能试验机平台上，用销子固定。

⑵在底座上垫放胶垫，然后将试验样品安放在底座的上表面中央，以横向中刻线、纵向中刻线轴对称，同时纵向中刻线与标尺上的零点刻度对应。以保证试验样品的安装组件在底座的中心位置。

⑶安装4个T 形螺栓，将其沿滑槽轻轻滑动，接触样品，但不紧密接触。轻轻安装夹板，每条滑槽上的2个T 形螺栓，分别对称分布在夹板的调节孔中。然后安装垫圈，最后拧紧螺母，将试验样品固定在下夹持组件上。

⑷选择与组合安装组件规格相符的挂接头，放入转接套筒内，然后与上连接柱组合在一起，成为上夹持组件；转接套筒内挂接头与上连接柱留有一定高度的自由空间。将上夹持组件通过上连接柱安装在万能试验机横梁上，用销子固定。

⑸调节万能试验机横梁缓缓下移，同时用手轻轻扶持挂接头，使挂接头的上部接触上连接柱的下端，至挂接头距离样品的安装组件只有几毫米时，停止下移万能试验机中横梁。仔细将挂接头通过内螺纹孔道和安装组件的锚栓拧紧，连接好。试验样品安装完毕，如图5 所示。

⑹在电脑上打开试验软件，编辑试验加载方案；打开万能试验机电源，试验软件力值清零；开始加载，至安装组件断裂破坏，记录数据，计算挂装强度。

该试验装置适用材料种类范围广，不仅可使用在幕墙石材挂装强度试验中，亦可使用在混凝土、轻质墙板、陶瓷、陶土板等材料的挂装强度试验中，如埋设的挂件不是锚栓，则只需要将上夹持组件更换为夹头即可（见图6）。尤其是能满足超厚、异形等各种样品规格的检测要求（见图7）。为客户提供多样化的检测服务。设计有不同内螺纹直径的挂接头，覆盖了常用的安装组件规格。

图5 石材背面钻孔（拉拔）挂装强度试验Fig.5 Back Drilling（Drawing）Testing of Stone

图6 混凝土板挂装强度试验Fig.6 Anchorages Strength Testing of Concrete Plate

图7 超厚异形样品挂装强度试验Fig.7 Anchorages Strength Testing of Special Shaped Extra-thick Sample

3 背面钻孔试件（剪切）试验装置的研发与应用

3.1 试验装置的构造

装置主要由上连接柱、试验架、剪切接头组成，如图8、图9 所示。剪切接头孔径有多种规格，满足不同规格安装组件试验要求。

3.2 测试与应用

主要试验步骤如下：

图8 背面钻孔（剪切）试验架Fig.8 Back Drilling（Shearing）Testing Frame

图9 剪切接头Fig.9 Shearing Joint

⑴选择与安装组件规格相符的剪切接头，将剪切接头安装在万能试验机平台上，用销子固定。

⑵将试验架安装在试验架横梁上，用销子固定；样品安装在试验架中，注意保持左右对称。

⑶调节试验机横梁缓缓下移，同时用手轻轻扶持剪切接头，至剪切接头小孔距离样品的安装组件基本处于同一水平线时，停止下移试验机横梁。仔细将剪切接头通过内孔道和安装组件的锚栓拧紧，连接好。试验样品安装完毕（见图10）。

图10 背面钻孔（剪切）的挂装强度试验Fig.10 Back Drilling（Shearing） Anchorages Strength Testing

⑷在电脑上打开试验软件，编辑试验加载方案；打开试验机电源，试验软件力值清零；开始加载，至安装组件断裂破坏，记录数据，计算挂装强度。

一般试验机只有竖向拉伸或压缩的功能，没有施加水平载荷的功能，如购买一台横向加载试验机，将大幅度提高实验室成本。该试验装置把抗剪试验的横向加载转换为竖向加载，解决了此难题，具有较好的现实意义和经济效益。

4 应用效果

选用同批次的花岗石板材、M6的锚栓安装组件，进行分析试验。由于在石材、安装组件相同的情况下，安装工艺质量对试验结果影响较大［10］，故采用同一人员、相同的安装工艺制作试验样品，进行平行试验。

2 种挂装方式各取10个试件进行试验，样品编号1#～10#为拉拔试件，11#～20#为剪切试件，试验结果如表1 所示。

表1 背面钻孔试验结果Tab.1 Testing Result of Back Drillin

可知拉拔试验结果，平均值5 506 N，最大值5 810 N，最小值5 290 N；最大值与平均值之差304 N，比例为5.5%，最小值对应比例为-3.9%。幅度很小，数据较为稳定。

剪切试验结果，平均值7 406 N，最大值7 850 N，最小值6 970 N；最大值与平均值之差444 N，比例为6.0%，最小值对应比例为-5.9%。幅度很小，数据较为稳定。

挂装（拉拔、剪切）试验装置结构简单，体积小，成本低，维护容易。操作简单，功能多样，适用材料种类范围广，提高了试验检测效率。该测试技术已成功应用于多个工程项目，效果良好。

5 结语

通过自主研发的方式，将标准中的简单示意图，转化为实际使用的试验装置；背面钻孔（拉拔）试验装置功能多样，适用材料种类范围广，不仅可使用在幕墙石材挂装强度试验中，亦可使用在混凝土、轻质墙板、陶瓷、陶土板等材料的挂装强度试验中，尤其能满足超厚、异形等各种样品规格的检测要求。背面钻孔（剪切）试验装置把抗剪试验的横向加载转换为竖向加载，具有较好的现实意义和经济效益。