Cu privire la metodologia de calculare a sticlei în sisteme de fațadă, acoperiri, podele de clădiri și structuri
În prezent, în Rusia nu există documente normative care să reglementeze metodele de calculare a structurilor din tablă de sticlă și încărcături mecanice.
Pentru a evalua rezistența sticlei utilizate în structurile translucide în Centrul de testare „Samarastroyispytaniya“ VPO „Samara Universitatea de Stat de Inginerie Civilă“ Studii experimentale si teoretice ale operațiunii foi de sticlă au fost efectuate la o curbă transversală distribuită uniform și sarcinii concentrate.
Studiile au arătat că teoria existenței rezistenței plăcii bazată pe utilizarea materialelor din plastic elastic nu poate fi utilizată pentru a calcula sticla de tablă.
Caracteristicile funcționării sticlei în structuri translucide
Atunci când se analizează tabla de sticlă ca material structural, este necesar să se ia în considerare caracteristicile lucrării sale sub sarcini mecanice, asociate cu caracteristicile de rezistență ale sticlei și metodele de determinare a acestora. Din aceste caracteristici depinde puterea și deformabilitatea structurii ca întreg. Forța de rezistență a oricărui material structural include: rezistența la tracțiune (Rp), compresia (Rc). modul de elasticitate (E) și coeficientul de deformare transversală (# 956;). Mărimea acestor caracteristici depinde atât de proprietățile materialului, cât și de metodele de măsurare a acestora. Pentru toate materialele structurale cele mai comune, s-au dezvoltat metode și documente normative pentru determinarea caracteristicilor de rezistență. Pentru sticlă în prezent, în practică mondială, nu există o opinie unificată asupra tehnicii de determinare a caracteristicilor de rezistență. În unele țări, rezistența sticlei este determinată de metoda inelului coaxial dublu (EN 1288-2). Metoda are un număr de avantaje asociate cu eliminarea efectului asupra rezultatului măsurării defectelor marginilor eșantionului. Cu toate acestea, această metodă are o serie de dezavantaje datorită faptului că atunci când se testează în sticlă, există o stare de stres complexă cauzată de întindere, forfecare și forfecare. În acest sens, rezultatul testului este tăria finală condiționată la care sticla este distrusă și nu rezistența la întindere la încovoiere. În această metodă, apare un factor de scalare, în funcție de raportul dintre grosimea sticlei și diametrul inelului interior.
Cercetările noastre au arătat că metoda cea mai exactă pentru determinarea rezistenței la tracțiune (Rp), a modulului de elasticitate (E) și a coeficientului de deformare transversală (# 956;). foaia de sticlă în îndoire este testarea plăcilor cu o dimensiune de 650x120 mm. printr-o schemă în patru puncte.
În multe țări, unde temperatura exterioară în timpul iernii este negativă, cu apariția filmelor de protecție a luminii și a sticlei colorate, distrugerea în masă a sticlei a început în primăvară. Diferența de temperatură pe suprafața zonelor solare și umbrite ale sticlei puternic colorate atinge până la 70 ° C, astfel încât în sticlă apar solicitări de întindere. Mărimea acestor solicitări depinde de coeficientul de absorbție al sticlei de energie solară (# 948;) și de coeficientul de expansiune a temperaturii sticlei (CTE). Dacă rezistența sticlei este insuficientă pentru a percepe astfel de solicitări, atunci apare o fisură. Figura 1 prezintă distrugerea sticlei colorate din solicitările de temperatură.
Studiile au arătat că sticla nu se va rupe în jos de stres termic, atunci când absorbanța energiei solare va corespunde o anumită valoare a rezistenței efective a sticlei, iar coeficientul de dilatație termică nu mai mult de 9 × 10 -6 1 / ° C. Aceste cerințe sunt prezentate în tabelul 1.
Coeficient de absorbție a energiei solare # 948;,%
Rezistența sticlei la îndoire transversală, nu mai mică de MPa
Figura 1 - Distrugerea sticlei de la solicitările de temperatură
Rezistența sticlei plane la îndoire transversală
Din acțiunea încărcărilor vântului din sticlă se află tensiuni de tracțiune. Când se ating aceste limite, sticla va fi distrusă. Oricare ar fi distrugerea, sticla din structurile translucide ar trebui proiectată astfel încât să perceapă astfel de încărcături cu un anumit grad de fiabilitate. Din păcate, în Rusia nu există documente normative și metode pentru calcularea sticlei de tablă pentru rezistență în îndoire transversală. În proiectarea structurilor translucide iau grosimea sticlei este în general intuitiv, fără a ține cont puterea reală suficiente recomandări de studiu sau utilizări economice și teoretice GOST 23166, în care este luată grosimea sticlei în funcție de dimensiunea sa, cu excepția sarcinilor externe.
O foaie de sticlă, considerând-o ca o construcție, poate fi reprezentată sub forma unei plăci susținute pe patru laturi și percepând o încărcătură distribuită. Există teorii despre puterea unor astfel de plăci. Pentru ei, în primul rând, ar trebui să se atribuie teoria SP. Timosenko, A.S. Volmir, B.G. Galerkina, I.G. Bubnov. În unele surse literare, pentru a determina grosimea sticlei (h), se recomandă formula obținută de SP. Timoșenko.
(1)
unde # 946; - coeficientul, în funcție de raportul dintre lungimile laturilor;
b - partea scurtă a foii de sticlă;
Rp este rezistența de proiectare a sticlei.
Cu toate acestea, rezistența maximă obținută din aceste teorii nu corespunde valorii reale obținute în cadrul testelor. Diferența ajunge până la 2 sau mai multe ori. Această situație se explică prin faptul că teoriile existente tratează plăcile cu legătură laterală scurtă cu grosimea nu mai mult de 100. apar tensiunile maxime în astfel de plăci în zona de mijloc. În structurile de închidere se folosește o sticlă de tablă cu un raport lateral lateral / grosime cuprins între 100 și 300. În astfel de plăci, eforturile maxime în îndoire transversală apar în zonele de colț.
Deoarece proba 1500h1500h6 mm sub o sarcină de 24,8 kPa stres din formula 1 este 445 MPa, practic la testele maxime echivalente de stres au fost egale cu 184,2 MPa. Valorile rezistenței obținute în calculul elementului finit diferă de valorile experimentale cu mai mult de 20%.
Ca urmare a studiilor teoretice efectuate, s-au obținut formule de calcul pentru a determina rezistența și deformarea finală a sticlei de tablă la îndoire transversală.
Limita de rezistență a unei plăci din tablă de sticlă cu raport între partea scurtă și grosimea (b / h) de la 100 la 300 trebuie determinată prin formule:
unde # 963; max - tensiunile maxime de tracțiune în zona unghiulară a plăcii, MPa;
# 963; pn - tensiuni de întindere în zona unghiulară perpendiculară pe diagonala plăcii, MPa;
q - sarcina pe placă, kPa;
a - partea lungă a plăcii, mm;
b - partea scurtă a plăcii, mm;
h este grosimea plăcii, mm;
# 945; 1 - coeficient în funcție de b / h;
c1 este un coeficient care ține cont de condițiile de susținere a plăcii;
# 946; - coeficient, în funcție de raportul laturilor lungi și scurte ale plăcii (a / b).
Rezistența sticlei plate în structuri translucide și de închidere va fi asigurată dacă
(5)
unde # 963; max - tensiuni maxime de tracțiune obținute prin formula (2), MPa;
Rp este rezistența de proiectare a sticlei la întindere în timpul îndoirii, MPa.
Rezistența de proiectare a sticlei la întindere atunci când îndoirea R p depinde de rezistența sticlei la încovoiere și de clasa de responsabilitate a structurii
(6)
unde Rmax este rezistența maximă la tracțiune a sticlei, egală cu tensiunile maxime la tracțiune obținute la testarea eșantioanelor de sticlă de 650 x 120 mm, MPa;
c - factorul de factor de siguranță, în funcție de clasa de responsabilitate a structurilor, este adoptat conform tabelului 2.
Clasa de responsabilitate a structurilor
Caracteristicile unei clădiri sau ale unei structuri în care sunt utilizate structuri transparente și închise
Rezistența sticlei la îndoire și factorul de siguranță trebuie indicate în proiectul clădirii.
Întregul calcul al sticlei este redus la determinarea grosimii și deformării pentru dimensiunile, încărcările și rezistența efectivă a sticlei atunci când se îndoaie.
Încărcarea de la vânt se determină în conformitate cu documentele normative existente, luând în considerare rezultatele observațiilor sistematice din ultimii 50 de ani și rezultatele testelor privind structura clădirilor și structurilor.
Rezistența sticlei ca material pentru îndoire (Rmax) trebuie luată din rezultatele încercărilor de eșantioane cu dimensiunile de 650x120 mm într-un model cu patru puncte (figura 2). Instalarea este organizată în Centrul de testare "Samarastroyspytaniya".
Deformarea sticlei în structuri trebuie determinată de formula:
(7)
unde α este partea lungă a plăcii, mm;
p este rigiditatea redusă;
# 947; - coeficient, în funcție de raportul b / h;
# 956; Este coeficientul de deformare transversală.
Cu o sarcină de proiectare, deformarea sticlei nu trebuie să depășească 1/100 din partea lungă a foii.
Conform rezultatelor cercetării, a fost elaborat programul "Sticlă solidă" pentru calculul sticlei în timpul curbării transversale.
Această metodologie și programul de calcul au fost utilizate în proiectarea mai multor clădiri și structuri înalte.
Pentru a confirma valabilitatea formulelor obtinute, s-au testat probele de sticla utilizata in sistemele de fatade. Dimensiunea probelor a fost de 1500x1500x6 mm. 1500x1200x6 mm, 1500x750x6 mm. Testele au fost efectuate pe o unitate special fabricată (Figura 3).
Sarcina de încercare a fost creată de o presiune negativă a aerului, adică un vid. În timpul încercărilor, deformarea sticlei a fost măsurată perpendicular pe diagonală și pe deformarea probei. Distrugerea a avut loc instantaneu, fără manifestarea deformărilor plastice. Începutul distrugerii a fost în zona colțului eșantionului (Figura 4). Diferența dintre sarcina reală de rupere și cea teoretică, determinată de formula 2, nu a depășit 10%.
Figura 2 - Instalare pentru determinarea rezistenței sticlei
Figura 3 - Testarea sticlei de tablă cu sarcină distribuită
Figura 4 - Distrugerea probelor de sticlă în timpul încercării
- La proiectarea clădirilor și a structurilor, este necesar să se țină seama de rezistența sticlei plate, care ar trebui indicată în documentația de proiectare. Valoarea forței trebuie să corespundă încărcărilor vântului, temperaturii și altor influențe, luând în considerare clasa de responsabilitate a clădirii.
- producător de sticlă trebuie să specifice documentele pe geamul rezistența la tracțiune, care este determinată de rezultatele testării sistematice pentru îndoire transversală sticlă 650h120 eșantioane dimensiune mm într-un circuit de patru.
- La fabricarea structurilor translucide, partea flotantă a sticlei trebuie plasată într-o zonă care este comprimată din cot.
- Metoda propusă de calcul și programul „sticlă solidă“ sunt confirmate prin studii experimentale și pot fi utilizate în proiectarea structurilor translucide, acoperișuri și plafoane de sticlă, inclusiv cele pentru clădiri înalte.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: