Системи точкового кріплення скла, які відповідають цій архітектурній вимозі, особливо популярні в під’їздах з цокольного рівня або в громадських місцях.Останні технологічні досягнення дозволили використовувати надвисокоміцні клеї для прикріплення цих великих пемз до аксесуарів без необхідності свердлити отвори в склі.
Типове розташування на землі збільшує ймовірність того, що система повинна діяти як захисний шар для мешканців будівлі, і ця вимога перевищує або перевищує стандартні вимоги до вітрового навантаження.Були проведені деякі випробування системи точкового кріплення для свердління, але не методу склеювання.
Метою цієї статті є запис симуляційного випробування з використанням ударної труби з зарядами вибухівки для імітації вибуху, щоб імітувати вплив вибухового навантаження на зв’язаний прозорий компонент.Ці змінні включають вибухове навантаження, визначене ASTM F2912 [1], яке виконується на тонкій пластині з іономерним сендвічем SGP.Це дослідження є першим випадком, коли воно може кількісно визначити потенційну вибухову продуктивність для широкомасштабного тестування та архітектурного проектування.Прикріпіть чотири фітинги TSSA діаметром 60 мм (2,36 дюйма) до скляної пластини розміром 1524 x 1524 мм (60 дюймів x 60 дюймів).
Чотири компоненти, навантажені до 48,3 кПа (7 фунтів на квадратний дюйм) або нижче, не пошкодили та не вплинули на TSSA та скло.П'ять компонентів були завантажені під тиском понад 62 кПа (9 фунтів на квадратний дюйм), і чотири з п'яти компонентів показали розбиття скла, що призвело до зміщення скла з отвору.У всіх випадках TSSA залишався прикріпленим до металевої арматури, і не було виявлено несправності, адгезії чи зчеплення.Тестування показало, що згідно з вимогами AAMA 510-14 перевірена конструкція TSSA може забезпечити ефективну систему безпеки під навантаженням 48,3 кПа (7 фунтів на квадратний дюйм) або нижче.Згенеровані тут дані можна використовувати для проектування системи TSSA відповідно до вказаного навантаження.
Джон Кімберлейн (Jon Kimberlain) — передовий експерт із застосування високоефективних силіконів Dow Corning.Лоуренс Д. Карбарі (Lawrence D. Carbary) — науковець високопродуктивної будівельної індустрії Dow Corning, дослідник силікону Dow Corning і ASTM.
Структурне силіконове кріплення скляних панелей використовується майже 50 років для підвищення естетики та ефективності сучасних будівель [2] [3] [4] [5].Метод кріплення може зробити гладку суцільну зовнішню стіну з високою прозорістю.Прагнення до більшої прозорості в архітектурі призвело до розробки та використання кабельних сітчастих стін і зовнішніх стін, що тримаються на болтах.Архітектурно складні визначні будівлі включатимуть сучасні технології та відповідатимуть місцевим будівельним нормам і нормам і стандартам.
Досліджено прозорий структурний силіконовий клей (TSSA) і запропоновано спосіб опори скла болтовими кріпильними деталями замість свердління отворів [6] [7].Технологія прозорого клею з міцністю, адгезією та довговічністю має низку фізичних властивостей, які дозволяють дизайнерам навісних стін проектувати систему з’єднання унікальним та новим способом.
Круглі, прямокутні та трикутні аксесуари, які відповідають естетичному та структурному виконанню, легко розробити.TSSA затверджується разом з ламінованим склом, яке обробляється в автоклаві.Після видалення матеріалу з циклу автоклавування можна завершити перевірочний тест на 100%.Ця перевага гарантії якості є унікальною для TSSA, оскільки вона може забезпечити негайний зворотний зв’язок щодо структурної цілісності вузла.
Досліджено ударостійкість [8] і ударопоглинаючий ефект звичайних конструкційних силіконових матеріалів [9].Вовк та ін.надав дані, отримані Штутгартським університетом.Ці дані показують, що порівняно зі швидкістю квазістатичної деформації, зазначеною в ASTM C1135, межа міцності на розрив структурного силіконового матеріалу становить 5 м/с (197 дюймів/с).Підвищується міцність і подовження.Вказує на зв’язок між деформацією та фізичними властивостями.
Оскільки TSSA є високоеластичним матеріалом із вищим модулем пружності та міцністю, ніж структурний силікон, очікується, що він матиме однакові загальні характеристики.Хоча лабораторні випробування з високою швидкістю деформації не проводилися, можна очікувати, що висока швидкість деформації при вибуху не вплине на міцність.
Скло з болтами пройшло випробування, відповідає стандартам щодо запобігання вибуху [11] і було представлено на виставці Glass Performance Day 2013.Візуальні результати чітко показують переваги механічної фіксації скла після розбиття скла.Для систем з чистим клейовим кріпленням це буде складним завданням.
Рама виготовлена ​​зі сталевого швелера американського стандарту з розмірами 151 мм глибина x 48,8 мм ширина x 5,08 мм товщина полотна (6 дюймів x 1,92 дюймів x 0,20 дюймів), які зазвичай називають C 6 дюймів x 8,2 # слот.С-канали зварені разом по кутах, а трикутна секція товщиною 9 мм (0,375 дюйма) приварена по кутах, відступлених від поверхні рами.У пластині просвердлено отвір діаметром 18 мм (0,71 дюйма), щоб у нього можна було легко вставити болт діаметром 14 мм (0,55 дюйма).
Металеві фітинги TSSA діаметром 60 мм (2,36 дюйма) знаходяться на відстані 50 мм (2 дюйми) від кожного кута.Застосуйте чотири фітинги до кожного шматка скла, щоб зробити все симетричним.Унікальна особливість TSSA полягає в тому, що його можна розмістити впритул до краю скла.Аксесуари для свердління для механічної фіксації в склі мають певні розміри, починаючи з краю, які повинні бути включені в дизайн і повинні бути просвердлені перед загартуванням.
Розмір, близький до краю, покращує прозорість готової системи та в той же час зменшує адгезію зірчастого з’єднання через нижчий крутний момент на типовому зірчастому з’єднанні.Скло, вибране для цього проекту, складається з двох загартованих прозорих шарів товщиною 6 мм (1/4 дюйма) розміром 1524 мм x 1524 мм (5′x 5′), ламінованих іономерною проміжною плівкою Sentry Glass Plus (SGP) 1,52 мм (0,060) ").
Диск TSSA товщиною 1 мм (0,040 дюйма) накладається на ґрунтований фітинг із нержавіючої сталі діаметром 60 мм (2,36 дюйма).Праймер призначений для підвищення міцності адгезії до нержавіючої сталі і являє собою суміш силану і титанату в розчиннику.Металевий диск притискають до скла з виміряною силою 0,7 МПа (100 psi) протягом однієї хвилини, щоб забезпечити змочування та контакт.Помістіть компоненти в автоклав, який досягає 11,9 бар (175 psi) і 133 C° (272°F), щоб TSSA міг досягти 30-хвилинного часу витримки, необхідного для затвердіння та зв’язування в автоклаві.
Після завершення роботи автоклава та охолодження перевірте кожен фітинг TSSA, а потім затягніть його моментом 55 Нм (40,6 фут-фунтів), щоб показати стандартне навантаження 1,3 МПа (190 фунтів на квадратний дюйм).Аксесуари для TSSA надаються компанією Sadev і позначаються як аксесуари R1006 TSSA.
З’єднайте основний корпус аксесуара з полімеризаційним диском на склі та опустіть його в сталеву раму.Відрегулюйте та закріпіть гайки на болтах так, щоб зовнішнє скло було врівень із зовнішньою частиною сталевої рами.З’єднання 13 мм x 13 мм (1/2 дюйма x ½ дюйма), що оточує скляний периметр, ущільнено двокомпонентною силіконовою структурою, щоб наступного дня можна було розпочати випробування тиском.
Випробування було проведено за допомогою ударної труби в лабораторії дослідження вибухових речовин Університету Кентуккі.Амортизуюча труба складається з армованого сталевого корпусу, який може встановлювати блоки розміром до 3,7 x 3,7 м на лицьовій частині.
Ударна труба приводиться в рух шляхом розміщення вибухівки вздовж труби вибуху, щоб імітувати позитивну та негативну фази події вибуху [12] [13].Помістіть всю скляну та сталеву раму в амортизуючу трубку для тестування, як показано на малюнку 4.
Чотири датчики тиску встановлені всередині ударної трубки, тому тиск і пульс можна точно виміряти.Для запису тесту використовувалися дві цифрові відеокамери та цифрова дзеркальна камера.
Високошвидкісна камера MREL Ranger HR, розташована біля вікна за межами ударної труби, знімала тест зі швидкістю 500 кадрів на секунду.Щоб виміряти відхилення в центрі вікна, встановіть 20 кГц лазерний запис відхилення біля вікна.
Чотири компоненти фреймворку загалом перевіряли дев’ять разів.Якщо скло не виходить з отвору, повторно перевірте компонент під більшим тиском і ударом.У кожному випадку реєструються цільовий тиск, імпульс і дані про деформацію скла.Потім кожен тест також оцінюється відповідно до AAMA 510-14 [Добровільні рекомендації щодо зменшення небезпеки вибуху в системі нагноєння].
Як описано вище, чотири вузли рами були випробувані, поки не було видалено скло з отвору дуття.Метою першого випробування є досягнення 69 кПа при імпульсі 614 кПа-мс (10 psi A 89 psi-мс).Під дією навантаження віконне скло розлетілося та вилетіло з рами.Точкові фітинги Sadev дозволяють TSSA прилипати до розбитого загартованого скла.Коли загартоване скло розбилося, воно залишило отвір після відхилення приблизно на 100 мм (4 дюйми).
За умови постійного збільшення навантаження раму 2 випробовували 3 рази.Результати показали, що збій не відбувся, доки тиск не досяг 69 кПа (10 psi).Виміряний тиск 44,3 кПа (6,42 psi) і 45,4 кПа (6,59 psi) не вплине на цілісність компонента.Під виміряним тиском 62 кПа (9 фунтів на квадратний дюйм) прогин скла спричинив розбиття, залишивши скляне вікно в отворі.Усі аксесуари TSSA кріпляться за допомогою розбитого загартованого скла, як на малюнку 7.
В умовах постійного збільшення навантаження каркас 3 випробовували двічі.Результати показали, що збій не відбувся, доки тиск не досяг цільового значення 69 кПа (10 psi).Виміряний тиск 48,4 кПа (7,03) psi не вплине на цілісність компонента.Зібрані дані не дозволили виявити відхилення, але візуальне спостереження з відео показало, що відхилення кадру 2 тест 3 і кадру 4 тест 7 були подібними.Під вимірювальним тиском 64 кПа (9,28 фунтів на квадратний дюйм) відхилення скла, виміряне на 190,5 мм (7,5 дюйма), призвело до поломки, залишивши скляне вікно в отворі.Усі аксесуари TSSA кріпляться за допомогою розбитого загартованого скла, як на малюнку 7.
При збільшенні безперервного навантаження каркас 4 випробовували 3 рази.Результати показали, що збій не відбувся, доки тиск не досяг цільового значення 10 psi вдруге.Виміряний тиск 46,8 кПа (6,79) і 64,9 кПа (9,42 фунтів на квадратний дюйм) не вплине на цілісність компонента.Під час випробування №8 скло вигинається на 100 мм (4 дюйми).Очікується, що це навантаження призведе до розбивання скла, але можна отримати інші точки даних.
У випробуванні №9 виміряний тиск 65,9 кПа (9,56 фунтів на квадратний дюйм) відхилив скло на 190,5 мм (7,5 дюйма) і спричинив розбиття, в результаті чого скло залишилося в отворі.Усі аксесуари TSSA кріпляться тим же розбитим загартованим склом, що й на малюнку 7. У всіх випадках аксесуари можна легко зняти зі сталевої рами без видимих ​​пошкоджень.
TSSA для кожного тесту залишається незмінним.Після тесту, коли скло залишається неушкодженим, візуальних змін TSSA немає.На високошвидкісному відео видно, як скло розбивається в середині прольоту, а потім залишає отвір.
З порівняння руйнування скла та відсутності руйнування на рисунках 8 і 9 цікаво відзначити, що руйнування скла відбувається далеко від точки кріплення, що вказує на те, що несклеєна частина скла досягла точки згину, що швидко наближається Межа крихкості скла відносно частини, яка залишається склеєною.
Це вказує на те, що під час випробування зламані пластини в цих частинах, ймовірно, рухатимуться під дією зсувних сил.Поєднуючи цей принцип і спостереження про те, що тип руйнування, здається, є крихкість товщини скла на межі адгезії, тому що зі збільшенням заданого навантаження продуктивність повинна бути покращена шляхом збільшення товщини скла або контролю прогину іншими засобами.
Тест 8 кадру 4 є приємним сюрпризом у випробувальному центрі.Незважаючи на те, що скло не пошкоджено, тому раму можна перевірити ще раз, TSSA та навколишні ущільнювальні смуги можуть витримувати це велике навантаження.Система TSSA використовує чотири 60-мм кріплення для підтримки скла.Розрахункові вітрові навантаження є живими та постійними навантаженнями, як 2,5 кПа (50 фунтів на фут).Це помірна конструкція, з ідеальною архітектурною прозорістю, виявляє надзвичайно високі навантаження, а TSSA залишається незмінною.
Це дослідження було проведено, щоб визначити, чи має адгезійна адгезія скляної системи певні небезпеки або дефекти з точки зору низьких вимог до продуктивності піскоструминної обробки.Очевидно, що проста 60-міліметрова система аксесуарів TSSA встановлюється біля краю скла і працює, поки скло не розіб’ється.Якщо скло розроблено таким чином, щоб протистояти розбиттю, TSSA є життєздатним методом з’єднання, який може забезпечити певний ступінь захисту, зберігаючи вимоги будівлі щодо прозорості та відкритості.
Відповідно до стандарту ASTM F2912-17 перевірені компоненти вікон досягають рівня небезпеки H1 на рівні стандарту C1.Аксесуар Sadev R1006, який використовувався в дослідженні, не впливає.
Загартоване скло, яке використовується в цьому дослідженні, є «слабкою ланкою» в системі.Після того, як скло розбите, TSSA та навколишня ущільнювальна смужка не можуть утримувати велику кількість скла, оскільки на силіконовому матеріалі залишається невелика кількість осколків скла.
З точки зору дизайну та ефективності доведено, що клейова система TSSA забезпечує високий рівень захисту вибухонебезпечних компонентів фасаду на початковому рівні показників вибухонебезпечності, що було широко прийнято в промисловості.Перевірений фасад показує, що коли небезпека вибуху становить від 41,4 кПа (6 фунтів на квадратний дюйм) до 69 кПа (10 фунтів на квадратний дюйм), показники рівня небезпеки значно відрізняються.
Однак важливо, щоб різниця в класифікації небезпеки не була пов’язана з руйнуванням клею, на що вказує когезійний спосіб руйнування клею та осколків скла між пороговими значеннями небезпеки.Відповідно до спостережень, розмір скла належним чином відрегульовано, щоб мінімізувати прогин, щоб запобігти крихкості через підвищену реакцію на зсув на межі згинання та прикріплення, що, здається, є ключовим фактором ефективності.
Майбутні конструкції можуть знизити рівень небезпеки при більших навантаженнях шляхом збільшення товщини скла, фіксації положення точки відносно краю та збільшення контактного діаметра клею.
[1] ASTM F2912-17 Standard Glass Fiber Specification, Glass and Glass Systems Subject to High Altitude Loads, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ та Peterson, CO, Jr., «Скло для конструкційного герметика, технологія герметика для скляних систем», ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, p.67-99 стор.[3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz, and Gladstone, M., “Seismic Performance of Structural Silica Glass”, Building Sealing, Sealant, Glass and Waterproof Technology, Том 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, редактор, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, стор. 46-59.[4] Карбарі, Л. Д., «Огляд довговічності та ефективності віконних систем із силіконового структурного скла», День ефективності скла, Тампере, Фінляндія, червень 2007 р., Матеріали конференції, сторінки 190-193.[5] Шмідт, К. М., Шенхерр, В. Дж., Карбарі Л. Д. і Такіш, М. С., «Ефективність силіконових конструкційних клеїв», Наука та технологія скляних систем, ASTM STP1054, Паризький університет CJ, Американське товариство випробувань і матеріалів, Філадельфія, 1989 роки, стор. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. and Carbary L. D, «Прозорий структурний силіконовий клей для кріплення скління (TSSA) Попередня оцінка механічного властивості та довговічність сталі», Четвертий міжнародний симпозіум із довговічності «Будівельні герметики та клеї», Міжнародний журнал ASTM, опублікований онлайн, серпень 2011, Том 8, Випуск 10 (11 листопада 2011 Місяць), JAI 104084, доступний на наступному веб-сайті : www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm.[7] Кліфт, К., Хатлі, П., Карбарі, Л. Д., Прозорий силіконовий клей, Glass Performance Day, Тампере, Фінляндія, червень 2011 р., Матеріали зустрічі, сторінки 650-653.[8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., «New Generation Structural Silica Glass» Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [ 9 ] Кеннет Ярош, Андреас Т. Вольф і Сігурд Сітте «Оцінка силіконових гумових герметиків у конструкції куленепробивних вікон і навісних стін при високих швидкостях руху», Міжнародний журнал ASTM, випуск 1. 6. Стаття № 2, ID JAI101953 [ 10] ASTM C1135-15, Стандартний метод випробувань для визначення ефективності адгезії при розтягуванні конструкційних герметиків, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T. , «Прогрес у вибухозахищеному склі, що кріпиться болтами», Glass Performance Day, червень 2103 р., протокол зустрічі, стор. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Стандартний метод випробування скла та скляних систем, що піддаються сильним вітровим навантаженням , ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Весілля, Вільям Чад і Брейден Т.Ласк.«Новий метод визначення реакції противибухових скляних систем на вибухові навантаження».Метрика 45.6 (2012): 1471-1479.[14] «Добровільні рекомендації щодо зменшення небезпеки вибуху вертикальних віконних систем» AAMA 510-14.