この建築上の要件を満たす点固定ガラス システムは、地上の入り口や公共エリアで特に人気があります。最近の技術の進歩により、超高強度接着剤を使用して、ガラスに穴を開けることなく、これらの大きな軽石をアクセサリーに取り付けることができるようになりました。
一般的な地上設置場所では、システムが建物の占有者に対する保護層として機能する必要がある可能性が高く、この要件は一般的な風荷重要件を超えています。穴あけ用の点固定システムについてはいくつかのテストが行​​われましたが、接着方法については行われていませんでした。
この記事の目的は、爆発をシミュレートするために爆薬を備えた衝撃管を使用したシミュレーション テストを記録し、接着された透明コンポーネントに対する爆発性荷重の影響をシミュレートすることです。これらの変数には、ASTM F2912 [1] によって定義された爆発荷重が含まれます。爆発荷重は、SGP アイオノマーサンドイッチを備えた薄板上で実行されます。この研究は、大規模なテストとアーキテクチャ設計における潜在的な爆発性能を定量化できる初めての研究です。直径 60 mm (2.36 インチ) の 4 つの TSSA フィッティングを 1524 x 1524 mm (60 インチ x 60 インチ) のガラス プレートに取り付けます。
48.3 kPa (7 psi) 以下で負荷された 4 つのコンポーネントは、TSSA とガラスに損傷や影響を与えませんでした。5 つのコンポーネントに 62 kPa (9 psi) を超える圧力を加えたところ、5 つのコンポーネントのうち 4 つでガラスの破損が発生し、ガラスが開口部からずれてしまいました。いずれの場合もTSSAは金具に付着したままであり、不具合や固着・固着は認められませんでした。テストの結果、AAMA 510-14 の要件に従って、テストされた TSSA 設計は 48.3 kPa (7 psi) 以下の負荷の下で効果的な安全システムを提供できることが示されました。ここで生成されたデータは、指定された負荷を満たすように TSSA システムを設計するために使用できます。
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) は、Dow Corning の高性能シリコーンの高度なアプリケーションの専門家です。ローレンス D. カーバリー (Lawrence D. Carbary) は、ダウコーニングの高性能建設業界の科学者であり、ダウコーニングのシリコーンと ASTM の研究者です。
ガラスパネルの構造用シリコンアタッチメントは、現代の建物の美観と性能を向上させるために 50 年近く使用されてきました [2] [3] [4] [5]。この固定方法により、透明度の高い平滑な連続外壁が得られます。建築の透明性を高めたいという要望により、ケーブル メッシュ壁とボルトで支持された外壁の開発と使用が始まりました。建築的に困難なランドマークの建物には、今日の最新技術が組み込まれており、地域の建築および安全規定と基準に準拠する必要があります。
透明な構造用シリコーン接着剤 (TSSA) が研究され、ガラスに穴を開ける代わりにボルト固定部品でガラスを支持する方法が提案されています [6] [7]。強度、接着力、耐久性を備えた透明な接着技術には、カーテンウォールの設計者がユニークで斬新な方法で接続システムを設計できる一連の物理的特性があります。
美観と構造性能を満たす円形、長方形、三角形のアクセサリーを簡単にデザインできます。TSSAは合わせガラスと一緒にオートクレーブで硬化させます。オートクレーブサイクルから材料を取り出した後、100% 検証テストを完了できます。この品質保証の利点は、アセンブリの構造的完全性に関するフィードバックを即座に提供できるため、TSSA に特有のものです。
従来の構造用シリコーン材料の耐衝撃性 [8] と衝撃吸収効果が研究されています [9]。ウルフら。シュトゥットガルト大学によって生成されたデータを提供しました。これらのデータは、ASTM C1135 で指定された準静的ひずみ速度と比較して、構造用シリコーン材料の引張強度が極限ひずみ速度 5m/s (197in/s) であることを示しています。強度と伸びが増加します。ひずみと物性の関係を示します。
TSSA は構造用シリコーンよりも高い弾性率と強度を備えた高弾性材料であるため、同様の一般的な性能が期待されます。高いひずみ速度での実験室試験は行われていませんが、爆発時の高いひずみ速度は強度に影響を与えないと予想されます。
ボルト締めされたガラスはテストされており、爆発緩和基準を満たしており [11]、2013 年の Glass Performance Day で展示されました。視覚的な結果は、ガラスが割れた後にガラスを機械的に固定することの利点を明確に示しています。純粋に接着剤で取り付けられたシステムの場合、これは困難になります。
フレームは、深さ 151 mm x 幅 48.8 mm x ウェブ厚さ 5.08 mm (6 インチ x 1.92 インチ x 0.20 インチ) の寸法を持つ米国標準のスチール チャネルで作られており、通常は C 6 インチ x 8.2# スロットと呼ばれます。C チャネルはコーナーで溶接され、フレームの表面から後退したコーナーでは厚さ 9 mm (0.375 インチ) の三角形セクションが溶接されます。直径 14mm (0.55 インチ) のボルトを簡単に挿入できるように、プレートに 18mm (0.71 インチ) の穴を開けました。
直径 60 mm (2.36 インチ) の TSSA 金具が各隅から 50 mm (2 インチ) の位置にあります。各ガラスに 4 つのフィッティングを適用して、すべてを対称にします。TSSAのユニークな特徴は、ガラスの端に近づけることができることです。ガラスに機械的に固定するための穴あけアクセサリには、端から始まる特定の寸法があり、設計に組み込む必要があり、焼き戻し前に穴あけする必要があります。
エッジに近いサイズにより、完成したシステムの透明性が向上し、同時に、一般的なスター ジョイントのトルクが低下するため、スター ジョイントの接着が軽減されます。このプロジェクト用に選択されたガラスは、セントリー グラス プラス (SGP) アイオノマー中間フィルム 1.52mm (0.060) でラミネートされた 2 つの 6mm (1/4 インチ) 強化透明 1524mm x 1524mm (5'x 5') 層です。
厚さ 1 mm (0.040 インチ) の TSSA ディスクが、直径 60 mm (2.36 インチ) の下塗りされたステンレス鋼フィッティングに適用されます。プライマーはステンレス鋼への接着の耐久性を向上させるように設計されており、シランとチタン酸塩を溶媒に混合したものです。金属ディスクは、測定された 0.7 MPa (100 psi) の力で 1 分間ガラスに押し付けられ、濡れて接触します。TSSA がオートクレーブ内での硬化と接着に必要な 30 分の浸漬時間に達できるように、11.9 Bar (175 psi) および 133 C° (272°F) に達するオートクレーブにコンポーネントを置きます。
オートクレーブが完成して冷却されたら、各 TSSA フィッティングを検査し、標準荷重 1.3 MPa (190 psi) を示すように 55Nm (40.6 フィート ポンド) で締め付けます。TSSA のアクセサリは Sadev によって提供され、R1006 TSSA アクセサリとして識別されます。
アクセサリー本体をガラス上の硬化ディスクに組み付け、スチールフレームに下げます。外側のガラスが鉄骨の外側と面一になるようにナットをボルトに調整して固定します。ガラスの周囲を取り囲む 13mm x 13mm (1/2 インチ x 1/2 インチ) の接合部は、翌日から圧力負荷試験を開始できるように、シリコンの 2 部構造でシールされています。
このテストは、ケンタッキー大学の爆発物研究所で衝撃波管を使用して実施されました。衝撃吸収チューブは強化鋼製本体で構成されており、面上に最大3.7m×3.7mのユニットを設置可能です。
衝撃管は、爆発事象の正相と負相をシミュレートするために爆発管の長さに沿って爆発物を配置することによって駆動されます [12] [13]。図 4 に示すように、ガラスと鉄骨のアセンブリ全体を衝撃吸収チューブに入れてテストします。
ショックチューブ内に4つの圧力センサーが設置されており、圧力と脈拍を正確に測定できます。テストの記録には、2 台のデジタル ビデオ カメラと 1 台のデジタル SLR カメラが使用されました。
衝撃波管の外側の窓の近くに設置された MREL Ranger HR 高速カメラは、毎秒 500 フレームでテストを撮影しました。窓の近くに 20 kHz の偏向レーザー記録を設定して、窓の中心での偏向を測定します。
4 つのフレームワーク コンポーネントは合計 9 回テストされました。ガラスが開口部から離れない場合は、より高い圧力と衝撃を加えてコンポーネントを再テストします。それぞれの場合において、目標圧力と推力、およびガラス変形データが記録されます。次に、各テストは AAMA 510-14 [爆発危険軽減のためのフェステレーション システム自主ガイドライン] に従っても評価されます。
上で説明したように、ガラスがブラストポートの開口部から取り外されるまで、4 つのフレームアセンブリがテストされました。最初のテストの目標は、614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec) のパルスで 69 kPa に到達することです。負荷がかかった状態で、ガラス窓が粉々に砕け、フレームから外れました。Sadev ポイント フィッティングにより、TSSA が割れた強化ガラスに接着します。強化ガラスが粉砕したとき、ガラスは約 100 mm (4 インチ) たわんだ後に開口部から出ました。
連続荷重を増加させる条件で、フレーム 2 を 3 回テストしました。結果は、圧力が 69 kPa (10 psi) に達するまで故障は発生しなかったことを示しました。測定された圧力 44.3 kPa (6.42 psi) および 45.4 kPa (6.59 psi) は、コンポーネントの完全性には影響しません。測定圧力 62 kPa (9 psi) の下では、ガラスのたわみによって破損が生じ、ガラス窓が開口部に残されました。すべての TSSA アクセサリには、図 7 と同じように、割れた強化ガラスが取り付けられています。
連続荷重を増加させる条件下で、フレーム 3 を 2 回テストしました。結果は、圧力が目標の 69 kPa (10 psi) に達するまで故障は発生しないことを示しました。測定された圧力 48.4 kPa (7.03) psi は、コンポーネントの完全性に影響を与えません。データ収集ではたわみは認められませんでしたが、ビデオからの目視観察により、フレーム 2 のテスト 3 とフレーム 4 のテスト 7 のたわみが同様であることがわかりました。64 kPa (9.28 psi) の測定圧力下で、190.5 mm (7.5 インチ) で測定されたガラスのたわみにより破損が生じ、ガラス窓が開口部に残りました。すべての TSSA アクセサリには、図 7 と同じように、割れた強化ガラスが取り付けられています。
連続負荷を増加させながら、フレーム 4 を 3 回テストしました。結果は、圧力が 2 回目に目標の 10 psi に達するまで故障は発生しなかったことを示しました。測定された圧力 46.8 kPa (6.79) および 64.9 kPa (9.42 psi) は、コンポーネントの完全性に影響を与えません。テスト #8 では、ガラスが 100 mm (4 インチ) 曲がると測定されました。この荷重によりガラスが破損することが予想されますが、他のデータ ポイントも取得できます。
テスト #9 では、65.9 kPa (9.56 psi) の測定圧力によりガラスが 190.5 mm (7.5 インチ) 変形し、破損が生じ、ガラス窓が開口部に残りました。すべての TSSA アクセサリは、図 7 と同じ割れた強化ガラスで取り付けられています。いずれの場合も、アクセサリは明らかな損傷なしに鉄骨フレームから簡単に取り外すことができます。
各テストの TSSA は変更されません。テスト後、ガラスが無傷であれば、TSSA に視覚的な変化はありません。高速ビデオでは、ガラスがスパンの中間点で破損し、開口部から離れる様子が示されています。
図 8 と図 9 のガラス破損と破損なしの比較から、ガラスの破損モードが取り付け点から遠く離れた場所で発生していることに注目するのは興味深いことです。これは、ガラスの未接着部分が曲げ点に達していることを示しています。ガラスの脆性降伏点は、接着されたままの部分に比例します。
これは、試験中、これらの部品の破損したプレートがせん断力を受けて動く可能性があることを示しています。この原理と、破損モードは接着界面でのガラスの厚さの脆化であると考えられるという観察を組み合わせると、規定の荷重が増加するにつれて、ガラスの厚さを増やすか、他の手段でたわみを制御することによって性能が改善されるはずです。
フレーム 4 のテスト 8 は、テスト施設で嬉しい驚きでした。ガラスは損傷していないためフレームを再度テストできますが、TSSA と周囲のシール ストリップは依然としてこの大きな負荷を維持できます。TSSA システムは、4 つの 60 mm アタッチメントを使用してガラスをサポートします。設計風荷重は活荷重と永続荷重で、どちらも 2.5 kPa (50 psf) です。これは、理想的なアーキテクチャ上の透明性を備えた中程度の設計で、非常に高い負荷を示し、TSSA はそのまま残ります。
この研究は、サンドブラスト性能に対する低レベルの要件に関して、ガラス システムの接着に何らかの固有の危険性や欠陥があるかどうかを判断するために実施されました。明らかに、シンプルな 60mm TSSA アクセサリー システムがガラスの端近くに取り付けられており、ガラスが割れるまで性能を発揮します。ガラスが破損しにくいように設計されている場合、TSSA は、建物の透明性と開放性に関する要件を維持しながら、ある程度の保護を提供できる実行可能な接続方法です。
ASTM F2912-17 規格によれば、テストされた窓コンポーネントは C1 標準レベルの H1 危険レベルに達します。研究で使用された Sadev R1006 アクセサリは影響を受けません。
この研究で使用された強化ガラスは、システムの「弱いリンク」です。ガラスが破損すると、少量のガラス破片がシリコーン素材上に残るため、TSSA と周囲のシーリング ストリップは大量のガラスを保持できなくなります。
設計と性能の観点から、TSSA 接着システムは、爆発物性能指標の初期レベルで爆発物グレードのファサードコンポーネントに高レベルの保護を提供することが証明されており、業界で広く受け入れられています。テストされたファサードは、爆発の危険性が 41.4 kPa (6 psi) と 69 kPa (10 psi) の間の場合、危険レベルの性能が大きく異なることを示しています。
ただし、危険性しきい値間の接着剤とガラスの破片の凝集破壊モードによって示されるように、危険性の分類の違いは接着剤の破壊に起因するものではないことが重要です。観察によると、ガラスのサイズはたわみを最小限に抑えるために適切に調整されており、曲げと取り付けの界面でのせん断応答の増加による脆化を防ぐことができ、これが性能の重要な要素であると考えられます。
将来の設計では、ガラスの厚さを増やし、エッジに対するポイントの位置を固定し、接着剤の接触直径を大きくすることで、より高い負荷の下での危険レベルを下げることができる可能性があります。
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