Les systèmes de verre à fixation ponctuelle qui répondent à cette exigence architecturale sont particulièrement appréciés dans les entrées au rez-de-chaussée ou dans les espaces publics.Les progrès technologiques récents ont permis l'utilisation d'adhésifs à ultra haute résistance pour fixer ces grosses pierres ponces aux accessoires sans avoir besoin de percer des trous dans le verre.
L'emplacement typique au sol augmente la probabilité que le système doive agir comme une couche protectrice pour les occupants du bâtiment, et cette exigence dépasse ou dépasse les exigences typiques en matière de charge de vent.Certains tests ont été effectués sur le système de fixation par points pour le perçage, mais pas sur la méthode de collage.
Le but de cet article est d'enregistrer un test de simulation utilisant un tube à choc avec des charges explosives pour simuler une explosion afin de simuler l'impact d'une charge explosive sur un composant transparent collé.Ces variables incluent la charge d'explosion définie par ASTM F2912 [1], qui est réalisée sur une plaque mince avec un sandwich ionomère SGP.Cette recherche est la première fois qu’elle permet de quantifier les performances explosives potentielles pour des tests et une conception architecturale à grande échelle.Fixez quatre raccords TSSA d'un diamètre de 60 mm (2,36 pouces) à une plaque de verre mesurant 1 524 x 1 524 mm (60 pouces x 60 pouces).
Les quatre composants chargés à 48,3 kPa (7 psi) ou moins n'ont pas endommagé ni affecté la TSSA ni le verre.Cinq composants ont été chargés sous une pression supérieure à 62 kPa (9 psi), et quatre des cinq composants présentaient un bris de verre, provoquant le déplacement du verre par rapport à l'ouverture.Dans tous les cas, le TSSA est resté attaché aux raccords métalliques et aucun dysfonctionnement, adhérence ou liaison n'a été constaté.Les tests ont montré que, conformément aux exigences de l'AAMA 510-14, la conception TSSA testée peut fournir un système de sécurité efficace sous une charge de 48,3 kPa (7 psi) ou moins.Les données générées ici peuvent être utilisées pour concevoir le système TSSA afin de répondre à la charge spécifiée.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) est l'expert en applications avancées des silicones haute performance de Dow Corning.Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) est un scientifique de l'industrie de la construction de haute performance du Dow Corning qui est un chercheur sur le silicone et l'ASTM du Dow Corning.
La fixation structurelle en silicone des panneaux de verre est utilisée depuis près de 50 ans pour améliorer l'esthétique et les performances des bâtiments modernes [2] [3] [4] [5].La méthode de fixation permet de rendre le mur extérieur continu et lisse avec une grande transparence.Le désir d'une transparence accrue dans l'architecture a conduit au développement et à l'utilisation de murs en treillis câblé et de murs extérieurs soutenus par des boulons.Les bâtiments emblématiques d'une architecture complexe incluront la technologie moderne d'aujourd'hui et devront être conformes aux codes et normes locaux de construction et de sécurité.
L'adhésif silicone structurel transparent (TSSA) a été étudié et une méthode de support du verre avec des pièces de fixation par boulons au lieu de percer des trous a été proposée [6] [7].La technologie de la colle transparente, dotée de résistance, d'adhérence et de durabilité, possède une série de propriétés physiques qui permettent aux concepteurs de murs-rideaux de concevoir le système de connexion d'une manière unique et novatrice.
Les accessoires ronds, rectangulaires et triangulaires qui allient esthétique et performances structurelles sont faciles à concevoir.Le TSSA est durci avec le verre feuilleté traité dans un autoclave.Après avoir retiré le matériau du cycle de l'autoclave, le test de vérification à 100 % peut être effectué.Cet avantage en matière d'assurance qualité est unique à TSSA car il peut fournir une rétroaction immédiate sur l'intégrité structurelle de l'assemblage.
La résistance aux chocs [8] et l'effet d'absorption des chocs des matériaux silicones structurels conventionnels ont été étudiés [9].Wolf et coll.a fourni des données générées par l’Université de Stuttgart.Ces données montrent que, comparée à la vitesse de déformation quasi-statique spécifiée dans la norme ASTM C1135, la résistance à la traction du matériau structurel en silicone est à une vitesse de déformation ultime de 5 m/s (197 pouces/s).La force et l'allongement augmentent.Indique la relation entre la déformation et les propriétés physiques.
Étant donné que le TSSA est un matériau hautement élastique avec un module et une résistance plus élevés que le silicone structurel, il devrait suivre les mêmes performances générales.Bien que des tests en laboratoire avec des vitesses de déformation élevées n'aient pas été effectués, on peut s'attendre à ce que la vitesse de déformation élevée lors de l'explosion n'affecte pas la résistance.
Le verre boulonné a été testé, répond aux normes d'atténuation des explosions [11] et a été exposé au Glass Performance Day 2013.Les résultats visuels montrent clairement les avantages de la fixation mécanique du verre après son bris.Pour les systèmes avec fixation purement adhésive, cela constituera un défi.
Le cadre est constitué d'un canal en acier standard américain avec des dimensions de 151 mm de profondeur x 48,8 mm de largeur x 5,08 mm d'épaisseur d'âme (6" x 1,92" x 0,20"), généralement appelé fente C 6" x 8,2#.Les profilés en C sont soudés ensemble aux coins et une section triangulaire de 9 mm (0,375 pouce) d'épaisseur est soudée aux coins, en retrait de la surface du cadre.Un trou de 18 mm (0,71″) a été percé dans la plaque afin qu'un boulon d'un diamètre de 14 mm (0,55″) puisse y être facilement inséré.
Les raccords métalliques TSSA d'un diamètre de 60 mm (2,36 pouces) sont à 50 mm (2 pouces) de chaque coin.Appliquez quatre raccords sur chaque morceau de verre pour que le tout soit symétrique.La particularité du TSSA est qu’il peut être placé près du bord du verre.Les accessoires de perçage pour la fixation mécanique dans le verre ont des dimensions spécifiques à partir du bord, qui doivent être incorporés dans la conception et doivent être percés avant la trempe.
La taille proche du bord améliore la transparence du système fini et réduit en même temps l'adhérence du joint en étoile en raison du couple plus faible sur le joint en étoile typique.Le verre sélectionné pour ce projet est constitué de deux couches transparentes trempées de 6 mm (1/4″) de 1524 mm x 1524 mm (5′x 5′) laminées avec un film intermédiaire ionomère Sentry Glass Plus (SGP) de 1,52 mm (0,060) « ).
Un disque TSSA de 1 mm (0,040 pouce) d'épaisseur est appliqué sur un raccord en acier inoxydable apprêté de 60 mm (2,36 pouces) de diamètre.L'apprêt est conçu pour améliorer la durabilité de l'adhésion à l'acier inoxydable et est un mélange de silane et de titanate dans un solvant.Le disque métallique est pressé contre le verre avec une force mesurée de 0,7 MPa (100 psi) pendant une minute pour assurer le mouillage et le contact.Placez les composants dans un autoclave qui atteint 11,9 bars (175 psi) et 133 C° (272°F) afin que le TSSA puisse atteindre le temps de trempage de 30 minutes requis pour le durcissement et le collage dans l'autoclave.
Une fois l'autoclave terminé et refroidi, inspectez chaque raccord TSSA, puis serrez-le à 55 Nm (40,6 pieds-livres) pour afficher une charge standard de 1,3 MPa (190 psi).Les accessoires pour TSSA sont fournis par Sadev et sont identifiés comme accessoires R1006 TSSA.
Assemblez le corps principal de l'accessoire au disque de durcissement sur le verre et abaissez-le dans le cadre en acier.Ajustez et fixez les écrous sur les boulons de manière à ce que le verre extérieur affleure l'extérieur du cadre en acier.Le joint de 13 mm x 13 mm (1/2″ x½ ») entourant le périmètre du verre est scellé avec une structure en deux parties de silicone afin que le test de charge de pression puisse commencer le lendemain.
Le test a été réalisé à l’aide d’un tube à choc au Laboratoire de recherche sur les explosifs de l’Université du Kentucky.Le tube amortisseur est composé d'un corps en acier renforcé, permettant d'installer des unités jusqu'à 3,7 mx 3,7 m en façade.
Le tube d'impact est entraîné en plaçant des explosifs sur toute la longueur du tube d'explosion pour simuler les phases positives et négatives de l'événement d'explosion [12] [13].Placez l'ensemble du cadre en verre et en acier dans le tube amortisseur pour le tester, comme indiqué sur la figure 4.
Quatre capteurs de pression sont installés à l'intérieur du tube de choc, afin que la pression et le pouls puissent être mesurés avec précision.Deux caméras vidéo numériques et un appareil photo reflex numérique ont été utilisés pour enregistrer le test.
La caméra haute vitesse MREL Ranger HR située près de la fenêtre à l'extérieur du tube à choc a capturé le test à 500 images par seconde.Définissez un enregistrement laser de déviation de 20 kHz près de la fenêtre pour mesurer la déviation au centre de la fenêtre.
Les quatre composants du cadre ont été testés neuf fois au total.Si le verre ne quitte pas l'ouverture, testez à nouveau le composant sous une pression et un impact plus élevés.Dans chaque cas, les données de pression cible, d'impulsion et de déformation du verre sont enregistrées.Ensuite, chaque test est également évalué conformément à la norme AAMA 510-14 [Festestration System Voluntary Guidelines for Explosion Hazard Mitigation].
Comme décrit ci-dessus, quatre ensembles de cadres ont été testés jusqu'à ce que le verre soit retiré de l'ouverture du port de soufflage.L'objectif du premier test est d'atteindre 69 kPa à une impulsion de 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec).Sous la charge appliquée, la vitre s'est brisée et s'est détachée du cadre.Les raccords ponctuels Sadev permettent au TSSA d'adhérer au verre trempé brisé.Lorsque le verre trempé s'est brisé, le verre a quitté l'ouverture après une déviation d'environ 100 mm (4 pouces).
Dans des conditions de charge continue croissante, le cadre 2 a été testé 3 fois.Les résultats ont montré que la défaillance ne s'est produite que lorsque la pression a atteint 69 kPa (10 psi).Les pressions mesurées de 44,3 kPa (6,42 psi) et 45,4 kPa (6,59 psi) n'affecteront pas l'intégrité du composant.Sous la pression mesurée de 62 kPa (9 psi), la déflexion du verre a provoqué un bris, laissant la vitre dans l'ouverture.Tous les accessoires TSSA sont fixés avec du verre trempé brisé, comme sur la figure 7.
Dans des conditions de charge continue croissante, le cadre 3 a été testé deux fois.Les résultats ont montré que la défaillance ne s'est produite que lorsque la pression a atteint la cible de 69 kPa (10 psi).La pression mesurée de 48,4 kPa (7,03) psi n'affectera pas l'intégrité du composant.La collecte de données n'a pas permis la déviation, mais l'observation visuelle de la vidéo a montré que la déviation de l'image 2, test 3 et de l'image 4, test 7 était similaire.Sous la pression de mesure de 64 kPa (9,28 psi), la déflexion du verre mesurée à 190,5 mm (7,5″) a entraîné une rupture, laissant la vitre dans l'ouverture.Tous les accessoires TSSA sont fixés avec du verre trempé brisé, comme sur la figure 7.
Avec une charge continue croissante, le cadre 4 a été testé 3 fois.Les résultats ont montré que la défaillance ne s'est produite que lorsque la pression a atteint la cible de 10 psi pour la deuxième fois.Les pressions mesurées de 46,8 kPa (6,79) et 64,9 kPa (9,42 psi) n'affecteront pas l'intégrité du composant.Dans le test n° 8, la courbure du verre a été mesurée à 100 mm (4 pouces).On s'attend à ce que cette charge provoque la rupture du verre, mais d'autres points de données peuvent être obtenus.
Lors du test n°9, la pression mesurée de 65,9 kPa (9,56 psi) a fait dévier le verre de 190,5 mm (7,5″) et a provoqué un bris, laissant la vitre dans l'ouverture.Tous les accessoires TSSA sont fixés avec le même verre trempé brisé que sur la figure 7. Dans tous les cas, les accessoires peuvent être facilement retirés du cadre en acier sans aucun dommage évident.
La TSSA pour chaque test reste inchangée.Après le test, lorsque le verre reste intact, il n'y a aucun changement visuel dans TSSA.La vidéo à grande vitesse montre le verre se brisant au milieu de la travée puis sortant de l'ouverture.
À partir de la comparaison entre la rupture du verre et l'absence de rupture dans les figures 8 et 9, il est intéressant de noter que le mode de fracture du verre se produit loin du point d'attache, ce qui indique que la partie non liée du verre a atteint le point de courbure, ce qui approche rapidement La limite d'élasticité fragile du verre est relative à la partie qui reste collée.
Cela indique que lors de l'essai, les plaques brisées dans ces pièces sont susceptibles de se déplacer sous l'effet des forces de cisaillement.En combinant ce principe et l'observation selon laquelle le mode de rupture semble être la fragilisation de l'épaisseur du verre au niveau de l'interface adhésive, à mesure que la charge prescrite augmente, les performances devraient être améliorées en augmentant l'épaisseur du verre ou en contrôlant la déflexion par d'autres moyens.
Le test 8 du cadre 4 est une agréable surprise dans l'installation de test.Même si le verre n'est pas endommagé, le cadre peut être testé à nouveau, mais le TSSA et les bandes d'étanchéité environnantes peuvent toujours supporter cette charge importante.Le système TSSA utilise quatre attaches de 60 mm pour soutenir le verre.Les charges de vent de conception sont des charges vives et permanentes, toutes deux de 2,5 kPa (50 psf).Il s'agit d'une conception modérée, avec une transparence architecturale idéale, qui présente des charges extrêmement élevées et la TSSA reste intacte.
Cette étude a été menée pour déterminer si l'adhésion adhésive du système de verre présente des dangers ou des défauts inhérents en termes d'exigences de faible niveau en matière de performances de sablage.Évidemment, un simple système d'accessoires TSSA de 60 mm est installé près du bord du verre et conserve ses performances jusqu'à ce que le verre se brise.Lorsque le verre est conçu pour résister à la casse, le TSSA constitue une méthode de connexion viable qui peut offrir un certain degré de protection tout en respectant les exigences de transparence et d'ouverture du bâtiment.
Selon la norme ASTM F2912-17, les composants de fenêtres testés atteignent le niveau de danger H1 au niveau standard C1.L’accessoire Sadev R1006 utilisé dans l’étude n’est pas concerné.
Le verre trempé utilisé dans cette étude est le « maillon faible » du système.Une fois le verre brisé, le TSSA et la bande d'étanchéité environnante ne peuvent pas retenir une grande quantité de verre, car une petite quantité de fragments de verre reste sur le matériau silicone.
Du point de vue de la conception et des performances, il a été prouvé que le système adhésif TSSA offre un niveau élevé de protection des composants de façade de qualité explosive au niveau initial des indicateurs de performance explosive, ce qui a été largement accepté par l'industrie.La façade testée montre que lorsque le risque d'explosion est compris entre 41,4 kPa (6 psi) et 69 kPa (10 psi), les performances sur le niveau de danger sont significativement différentes.
Cependant, il est important que la différence dans la classification des dangers ne soit pas imputable à la défaillance de l'adhésif, comme l'indique le mode de rupture cohésive de l'adhésif et des fragments de verre entre les seuils de danger.Selon les observations, la taille du verre est ajustée de manière appropriée pour minimiser la déflexion afin d'éviter la fragilité due à une réponse accrue au cisaillement à l'interface de flexion et de fixation, ce qui semble être un facteur clé de performance.
Les conceptions futures pourraient être en mesure de réduire le niveau de risque sous des charges plus élevées en augmentant l'épaisseur du verre, en fixant la position de la pointe par rapport au bord et en augmentant le diamètre de contact de l'adhésif.
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