[面内剪力作用下点支承玻璃承载性能的试验研究]点式玻璃幕墙所受荷载包括自重、风荷载、雨雪荷载、地震作用、施工荷载、温度变化或支座位移引起的作用以及活荷载等。而其作用形式可以分成两类:垂直于玻璃板表面的作用和...+阅读

1 前 言

点支承玻璃幕墙是用金属连接件和紧固件将玻璃与支承结构连接成整体的建筑结构形式,玻璃板往往 需要点支承处开孔以安装连接件。中空玻璃是在两层钢化玻璃之间的封闭空间内充入惰性气体[1][2],在国家大剧院等项目中得到了广泛使用。国内外试验资料表明,开孔玻璃面板的应力往往在钻孔处。同时孔边缘在切割过程中形成的大量微裂纹,使该处强度有所降低。故开孔周边是点支式玻璃幕墙的薄弱处[3,4,5]。现行规范、规程尚未对玻璃孔边应力的计算做出严格、定量的规定,国内外对于点支承单层玻璃板孔边应力的研究较多,而关于中空玻璃孔边应力的研究还不多 见[5,6]。本文使用有限元方法,对四点支承中空玻璃的孔边应力进行计算,分析了孔心边距、玻璃板、中空层厚度等因素对于孔边应力的影响,提出了必要的设计建议。

2 孔边应力的有限元分析方法

2.1 点支承中空玻璃基本承载特点

流体静止时,起作用的只是垂直于各接触面的力,中空玻璃板中空层中的气体不具有抗弯刚度,也不能阻止内、外片在面内的相对滑移。设中空玻璃承受的总荷载集度为ps;外、内片分别承担荷载为p0和pi。中空层中气体的作用,即为在垂直于玻璃板的方向上,将pi从中空层的上表面传递至内片的上表面,同时中空层内压产生增量:pg=pi。故考虑中空玻璃受弯承载性能,只需考虑中空层在垂直于玻璃板方向上的作用[2,7]。

2.2 点支承中空玻璃有限元计算方法

本文使用综合有限元程序ANSYS建立模型。为了能够模拟点支承中空玻璃支承孔边缘的构造,外、内片玻璃采用Solid单元建模,并在板面大范围内通过Sweep方式生成规则分布的单元。

使用ANSYS提供的bin单元模拟气体层行为。bin(弹簧-阻尼组合单元)具备二个节点,可以计算轴向的压缩及阻尼行为。本文根据清华大学及同济大学完成的点支承中空玻璃试验建立模型[2,8],几何参数如表1。根据对称性建立1/4模型,使用Solid单元模拟玻璃板,在外、内板之间除点支承外,均匀的设置n个bi

单元模拟气体层的压缩性能(图1)。bin单元的弹性模量由式(1)计算:

其中,K为bin单元的总弹性模型,k为假设各处压缩性一致时每个bin单元的弹性模量;P0为1标准大气压(1.013×105Pa);A为玻璃板的面积;d0为中空层的初始厚度。

中空玻璃对于连接处的气密性要求很高,故实际工程中的点支承中空玻璃通常采用图2所示的浮头式点支承连接形式[4]。为精确求解开孔处周边的应力,在该处细分单元(图1和图3a)。模仿图建立浮头式金属连接件及塑料垫层(图3b),将其嵌入开孔处。金属连接件、塑料垫层及玻璃板之间进行“粘结”,使其互相粘结处具有一致的位移。