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價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：TU398 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，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價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個平動自由度，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埃奢d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，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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