基于變形性能的幕墻中空玻璃失效檢測方法

金駿+岳增國+許晨+吳國堅(jiān)

摘 要：針對(duì)幕墻中空玻璃中空層氣體泄漏并導(dǎo)致其節(jié)能功能失效及外片脫落質(zhì)量事故問題，研究中空玻璃中空層密封性能檢測方法。簡要地分析介紹了點(diǎn)支中空玻璃板的承載特點(diǎn)，并簡述了有限元模型的建立過程。利用該模型，數(shù)值分析荷載大小變化情況下，中空層失效對(duì)于中空玻璃內(nèi)、外板板心位移的影響。基于此分析結(jié)果，提出采用在中空玻璃面板中心施加荷載，并通過觀測中空玻璃內(nèi)、外片變形量的大小來評(píng)價(jià)中空玻璃中空層的密封性能。

關(guān)鍵詞：中空玻璃 有限元 變形性能 失效 檢測

中圖分類號(hào)：TU398 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（c）-0072-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，玻璃幕墻越來越多地在各高層建筑中使用。僅在2007年，中國生產(chǎn)玻璃幕墻總量就已達(dá)到2200萬m2，占據(jù)世界當(dāng)年產(chǎn)量的86%，玻璃幕墻在中國的使用量已超過3億m2，占全世界的66%。

近幾年，我國新建樓房使用最廣的，是中空玻璃。中空玻璃節(jié)能功效取決于兩片玻璃之間的密封氣體層，一旦密封層失效（ 氣體泄漏），中空玻璃將變成與普通玻璃毫無兩樣，完全失去節(jié)能功效，并造成中空玻璃露點(diǎn)，中空層失效后氣體失去傳載能力，中空玻璃整體承載能力明顯降低，很容易造成外片玻璃破碎甚至整體脫落，嚴(yán)重影響了中空玻璃安全使用。2011年7月8日，19歲女孩朱依依路過杭州市慶春東路慶春發(fā)展大廈時(shí)，被一塊從高空墜下的幕墻玻璃砸中，無辜被截去左腿；杭州閘弄口街道文體中心的玻璃門自爆，傷了3名女孩。因此，中空玻璃中空層密封性能檢測也是玻璃門窗幕墻安全評(píng)估不可缺少的一道工序。為此，該文根據(jù)中空玻璃的承載性能建立有限元模型，分析了中空玻璃在中空層失效前后其承載性能的變化，提出了采用在中空玻璃面板中心施加集中荷載，通過觀測中空玻璃內(nèi)、外片變形量的大小或中空層的厚度變化來評(píng)價(jià)中空玻璃中空層的密封性能。

1 有限元模型

1.1 有限元模型的單元組成

該文使用大型綜合有限元程序ANSYS建立模型，玻璃膠、玻璃由體單元SOLID45模擬，立柱、橫梁由面單元組合模擬；中間空氣層由COMBIN40單元模擬。使用ANSYS提供的COMBIN40單元模擬氣體層行為。COMBIN40（彈簧-阻尼組合單元）為2節(jié)點(diǎn)單元，每節(jié)點(diǎn)有3個(gè)平動(dòng)自由度，可以計(jì)算軸向的壓縮及阻尼行為。使用兩層SOLID45單元模擬計(jì)算中空玻璃外、內(nèi)片玻璃板的抗彎行為，在外、內(nèi)層SOLID45單元之間除支承處，均勻地設(shè)置n個(gè)COMBIN39單元模擬氣體層的壓縮性能。

1.2 中空層本構(gòu)關(guān)系模型

中空玻璃中包含兩種材料，即上下兩層為玻璃，中間為空氣層。玻璃采用SOLID45三維實(shí)體單元。為了更好地模擬空氣層，使上下兩層玻璃面板變形一致，采用COMBIN40彈簧單元來模擬空氣層，并給其一定的彈簧剛度。

2 中空玻璃中空層失效對(duì)變形性能的影響分析

2.1 邊界條件、幾何尺寸及荷載

試驗(yàn)采用中空玻璃樣品規(guī)格為內(nèi)外層玻璃厚6 mm，中空層厚12 mm，玻璃長寬尺寸為1500 mm×2000 mm。分析模型采用框支形式，中空玻璃的外、內(nèi)片玻璃四邊受結(jié)構(gòu)膠約束。模型采用中心加載，荷載作用在外層玻璃上，荷載大小分別為50 N、100 N、150 N、200 N。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

計(jì)算失效前后外片、內(nèi)片的板心位移及其平均值，結(jié)果見表1。

由表1可以明顯看出，中空玻璃失效前后內(nèi)、外板板心位移變化很大；失效后，內(nèi)板板心位移幾乎為零，而外板板心位移幾乎變?yōu)槭暗?倍。這是因?yàn)槭?，荷載通過空氣層重新分配，由內(nèi)外板共同承擔(dān)，而失效后，荷載僅有外板承擔(dān)。

3 中空玻璃失效現(xiàn)場檢測方法的提出

通過給使用中的中空玻璃一面施加集中力，同時(shí)記錄中空玻璃內(nèi)外片中心的位移值（最大位移）或中空層厚度，中空玻璃變形可采用位移傳感器觀測，中空層厚度可采用空氣層厚度測量裝置測量。根據(jù)第2節(jié)提供的計(jì)算方法，算出中空玻璃中空層密封和泄漏情況下玻璃內(nèi)外片的理論撓度值，并與實(shí)際測量值進(jìn)行比較，從而判斷中空玻璃中空層是否密封。當(dāng)內(nèi)層玻璃中心位移約為零時(shí)，表明中空玻璃密封失效。

4 結(jié)論

通過上面的分析，可以得到以下結(jié)論。

（1）中空玻璃失效前后內(nèi)、外板板心位移變化很大。

（2）失效后，內(nèi)板板心位移幾乎為零。

（3）利用失效前后中空玻璃內(nèi)、外板板心位移的變化，可以有效地檢測幕墻中空玻璃密封性能是否失效。

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