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U型玻璃安全性試驗研究

  U型玻璃介紹
  建筑用U型玻璃(亦称槽型玻璃)是用压延方法连续生产的一种新型建筑型材玻璃,因其横截面呈“U ”型而得名。U 型玻璃具有良好的透光而不透视的特性,保温隔热性能和隔声性能优良,施工简便,有独特的建筑与装饰效果,可广泛用于机场、车站、体育馆、办公楼、宾馆、住宅、温室等工业与民用建筑非承重的内外墙、隔断及屋面。U 型玻璃可分为普通玻璃和钢化玻璃两大类,其表面可以是压花也可以是平滑的,玻璃本体可以是无色也可以是彩色的。目前,生产U 型玻璃的企业有德国兰伯茨公司(L a m b e r t s )、英国皮尔金顿(P i l k i n g t o n )和中国的亚洲高清黄色片_高清亚洲a片_一站式av观影体验_永久免费地址。
  U型玻璃安全性研究的必要性
  U型玻璃是一种异型玻璃制品,普通的钢化炉很难对其进行钢化处理(成品率低和钢化均匀性差)。因此,在国内绝大部分应用的U 型玻璃是退火玻璃而不是钢化玻璃。钢化玻璃是安全玻璃,而退火玻璃不是安全玻璃,因而普通U 型玻璃的应用受到限制。但是U 型玻璃是一种形状和性质都很特殊的制品,与普通平板玻璃有很大差异。所以,有必要对普通U 型玻璃的安全性做细致的研究,以便为建筑设计、产品应用提供充分的依据。本研究报告所提及的U 型玻璃,均指未经钢化处理的普通U 型玻璃。
  U型玻璃安全性研究的技術路線
  玻璃的安全性主要是指玻璃抗破坏的能力及破坏后对人身伤害的程度。现有有关玻璃的国际及国内标准中,一般用弯曲强度、落球沖擊性能、霰彈袋及雙輪胎沖擊性能3项试验指标来衡量(钢化玻璃还有碎片状态指标)。本研究中,也主要以此3项试验为基础,通过合理的试验方案设置(详见第四章),来对U 型玻璃的各项有关安全性指标进行详尽测试。作为对比,将对平板玻璃(浮法玻璃、钢化玻璃)进行相同条件下的检验。通过实验数据的对比、分析,对U 型玻璃的安全性作出客观的评价。
  U型玻璃安全性試驗研究
  承載力及彎曲強度
  1.試樣及試驗方案
  2.試驗結果(略)
  3.試驗結果分析
  玻璃承載力和彎曲強度可以表征其抵抗靜荷載的能力,如建築玻璃的風荷載、雪荷載及結構應力、安裝應力等。承載力是玻璃制品整體破壞前所能承受的最大負荷,是力的單位;抗彎強度是玻璃破壞前單位截面積上所能承受的最大應力。
  承载力比较:由于U 型玻璃独特的腹、翼结构,造成翼面朝向不同时,承载力有很大区别。当翼面朝上(受压应力)时,6mm厚U 型玻璃的承载力是翼面朝下(受张应力)时的2倍;当翼面朝上(受压应力)时,7mm厚U 型玻璃的承载力是翼面朝下(受张应力)时的1.5倍。这是由于当翼面朝上时,U 型玻璃的两个翼面在受力时起到了结构加强筋的作用。
  当翼面朝上(受压应力)时,7mm厚U 型玻璃的承载力是6mm厚U 型玻璃的承载力的1.6倍;当翼面朝下(受张应力)时,7mm厚U 型玻璃的承载力是6mm厚U 型玻璃的承载力的2.2倍;3个试验方案所得结果是一致的。
2塊搭扣組合時承載力大致等于單片翼面朝上和翼面朝下時的平均值;隨著組合玻璃數量的增加,承載力也呈倍數增加:即3塊組合的承載力等于1.5倍2塊組合,4塊組合的承載力等于2倍2塊組合。
  6mm厚U 玻翼面朝上时的承载力相当于同厚度、同长度浮法玻璃的8.8倍,相当于6mm钢化玻璃的2.8倍;翼面朝下时的承载力相当于同厚度、同长度浮法玻璃的4.4倍,相当于6mm钢化玻璃的1.4倍。
  弯曲强度比较:U 型玻璃翼面朝下(受张应力)时的强度比翼面朝上(受压应力)时要高,一般在2:1的水平。这和承载力正好相反,U 型玻璃翼面朝下(受张应力)时的承载力比翼面朝上(受压应力)时要低。这是由于强度计算时要考虑断面模量,U 型玻璃的特殊形状决定了翼面朝向不同时断面模量的巨大差异。
  7mm厚U 型玻璃的强度略低于6mm制品,这可能是由于在厚玻璃中存在更多微缺陷的原因。
  从U 型玻璃和平板玻璃的弯曲强度,发现翼面朝上时,其强度仅为浮法玻璃强度的1/2左右,是钢化玻璃强度的1/6左右;翼面朝下时,其强度略大于浮法玻璃的强度,大致是钢化玻璃强度的1/3。
  U型玻璃的强度计算考虑了其两翼的截面积,加之其压延生产工艺造成的微缺陷较多,所以强度比浮法玻璃要低。考虑U 型玻璃在实际建筑设计和应用时,往往只按腹板面积计算承载,所以在此也按同投影面积(即只按承载力和腹板面积)计算了U 型玻璃强度,我们称之为等效弯曲强度。
按此计算6mm厚U 型玻璃强度,翼面朝上时,其强度为浮法玻璃强度的8倍,为钢化玻璃强度的3倍;翼面朝下时,其强度为浮法玻璃强度的4倍,为钢化玻璃强度的1.5倍;7mm厚U 型玻璃强度还要更高一些。
  落球沖擊
  1.試樣及試驗方案
  试验方案:落球沖擊试验的目的是为确定玻璃或玻璃构件是否保持某一最低强度或黏结强度(对夹层玻璃)。
  在以下标准中涉及了玻璃的落球沖擊。在G B 15763.2-2005《建筑用安全玻璃第2部分:钢化玻璃》标准中,是用1040g 钢球在1m 高度进行冲击;在G B 15763.2-2009《建筑用安全玻璃第3部分:夹层玻璃》标准中,是用1040g 和2260g 钢球在各个高度冲击夹层玻璃,看其在玻璃破碎后胶片是否暴露;在G B 9656-2003《汽车安全玻璃》标准中,有两个落球沖擊试验:一个是用2260g 钢球在4m 高度冲击夹层玻璃,看其是否穿透;一个是用227g 钢球冲击夹层或钢化玻璃,冲击高度根据玻璃品种和厚度确定,钢化玻璃的冲击高度为2m 或2.5m ,夹层玻璃冲击高度在8.5m ~12m ,看钢化玻璃是否破碎或夹层玻璃剥落碎片质量是否超标。以上标准均等同或修改采用国际标准,在指标上与国际标准完全一致。
  在综合以上标准要求的情况下,制定如下试验方案:分别采用227g 、1040g 和2260g 钢球,对U 型玻璃构件的冲击点进行冲击,冲击高度由低到高逐渐增加,直至构件的上片玻璃破碎或构件穿透。作为对比,对610mm×610mm的浮法玻璃及钢化玻璃进行落球沖擊试验,冲击高度由低到高,直至破碎。
  2 .试验结果(略)
  3.試驗結果分析
  U型玻璃采用压延方法生产,相对于浮法工艺,其表面及玻璃内部含有更多的微缺陷,因而在受到机械力如冲击等作用时相对容易损坏。从U 型玻璃冲击试验结果和平板玻璃冲击试验结果的比较可以看出,U 型玻璃冲击破碎高度比同厚度的平板玻璃略低,这主要是由该产品生产工艺所决定的。对于由U 型玻璃组合的构件,在腹板中心和边缘的冲击破碎高度大致相同。
  U型玻璃通常组合成构件使用,当采用搭扣形式组合时,虽然上片的破碎高度和单片时相同,但整个构件的穿透高度大大提高。两块6mm或7mm厚U 型玻璃227g 钢球的穿透高度达到7000mm,相当于6mm钢化玻璃的抗冲击水平;1040g 钢球的穿透高度达到1000mm以上,相当于8mm浮法玻璃的抗冲击水平;6mm厚U 玻搭扣构件2260g 钢球的穿透高度达到800mm,相当于6mm浮法玻璃的抗冲击水平。
  当U型玻璃腹板内侧贴有有机膜时,227g 钢球的穿透高度达到12000mm以上,相当于8mm以上钢化玻璃的抗冲击水平(受试验设备限制,12m 是最高冲击极限);1040g 钢球的穿透高度达到7000mm以上,相当于8mm钢化玻璃的抗冲击水平。
  霰彈袋及雙輪胎沖擊
  1.試樣及試驗方案
  试验方案:玻璃的霰弹袋或双轮胎冲击试验是为检验玻璃在受到如人体等钝器高速冲击的情况下,是否对人身安全造成威胁。在以下标准或规范中涉及了霰弹袋或双轮胎冲击试验:A N S I Z 97.1、B S 6206、G B 15763.2和G B 15763.3、E N 12600、德国TRAV 。
  A N S I Z 97.1-2004是美国安全玻璃测试国家标准,B S 6206-1981是英国安全玻璃冲击测试标准。冲击体采用45k g 霰弹袋,试样尺寸1930×864mm。冲击高度及分级如下(略)。
  GB15763.2-2005和G B 15763.3-2009是我国安全玻璃系列标准,也采用45k g 霰弹袋作为冲击体。夹层玻璃的冲击高度及分级如下(略)。
  钢化玻璃的冲击高度也为300mm、750mm和1200mm,但产品并未分级。E N 12600-2002是欧洲标准“建筑平板玻璃冲击测试和分级”。该标准不仅针对安全玻璃,也可以是其他玻璃材料。冲击体为50k g 的双轮胎,试样尺寸1938mm×876mm。其冲击高度和分级如下(略)。
  TRAV (2006)是德国安全玻璃应用技术规范,冲击体为50k g 的双轮胎。其冲击高度和分级如下(略)。
  用霰弹袋或双轮胎冲击是验证玻璃制品人身安全性的最重要手段。综合这些标准,结合U 型玻璃制品的实际情况,我们制定如下试验方案:
  霰彈袋試驗沖擊高度:100mm、150mm、200mm、300mm、450mm、750mm、900mm、1200mm。
  雙輪胎試驗沖擊高度:100mm、150mm、190mm、300mm、450mm、700mm、900mm、1200mm。
  设置100mm、150mm和200mm冲击高度是考虑普通未钢化U 型玻璃抗冲击能力比较弱,循序渐进进行试验。
  U型构件的冲击点设置为5点,从低到高逐步提高冲击高度,观察U 型玻璃构件冲击破坏高度。同时对比各厚度的普通浮法、钢化玻璃冲击破坏高度。平板玻璃的冲击点为试验中心的B 点,冲击高度同U 玻构件。
  2.試驗結果(略)
  3.試驗結果分析
  霰弹袋及双轮胎试验结果显示,1930mm×864mm的U 型玻璃构件不同部位的抗冲击性能基本一致;6mm和7mm厚玻璃也没有明显差别。
  對霰彈袋沖擊,構件的前片玻璃在100mm高度沖擊下發生破碎,未貼膜構件的後片玻璃在200mm高度沖擊也發生破碎。
  對雙輪胎沖擊,構件均通過了100mm高度的沖擊;但在150mm高度,前片玻璃破壞;未貼膜的構件的後片玻璃在190mm高度破壞。
  構件貼膜,對前片玻璃抗沖擊性能基本沒有影響;但顯著提高了後片玻璃破壞的沖擊高度;且後片玻璃破碎後無碎片剝落。
  U型玻璃比同厚度的浮法玻璃抗沖擊性能要略差一些,這也要歸結于其壓延生産方式和浮法工藝比較,制品缺陷要相對多一些。
  若將貼膜構件後片玻璃破壞作爲判別基准,貼膜構件的抗沖擊高度則超過同厚度的浮法玻璃。這是由于前片玻璃的貼膜大大阻礙了其碎片對後片玻璃的沖擊。
  結論
  通过对U 型玻璃及其构件所做的测试及对比试验,得出如下結論:
  U型玻璃是一種建築型材,通過彎折的兩翼達到了普通平板玻璃所沒有的特殊性能:
  1.优异的承载能力:翼面朝向影响承载力的大小,翼面受压应力时U 型玻璃承载力是受张应力时的1.5~2倍。承载力随玻璃厚度增加而增加,7mm厚U 型玻璃承载力是6mm的1.6~2.2倍。和同投影面积的浮法玻璃及钢化玻璃相比,U 型玻璃具有优异的承载能力:翼面受压应力时U 型玻璃承载力是同厚度浮法玻璃的8.8倍,钢化玻璃的2.8倍;翼面张压应力时U 型玻璃承载力是同厚度浮法玻璃的4.4倍,钢化玻璃的1.7倍。
  2.高的等效弯曲强度:翼面受张应力时U 型玻璃的弯曲强度是翼面受压应力时的2倍;强度是材料特性的表征,U 型玻璃的弯曲强度与厚度无关。翼面受张应力时U 型玻璃的弯曲强度与同厚度浮法玻璃相当;翼面受压应力时U 型玻璃的弯曲强度是同厚度浮法玻璃的1/2。按同投影面积计算的U 型玻璃的弯曲强度,翼面受压应力时是同厚度浮法玻璃的8倍;翼面受张应力时是同厚度浮法玻璃的4倍。
  U型玻璃采用搭扣方式組合使用及貼膜時,提高了構件抗穿透性能:
  U型玻璃抗落球沖擊、霰弹袋冲击及双轮胎冲击能力略低于同厚度浮法玻璃。
  當U型玻璃搭扣組合使用,尤其是貼有有機膜時,其抗落球尤其是小鋼球穿透能力大大增強,內片玻璃破壞載荷高度遠高于同厚度鋼化玻璃;霰彈袋沖擊及雙輪胎沖擊時,貼膜玻璃構件內片玻璃破壞載荷高度相當于同厚度浮法玻璃。
  U型玻璃作爲獨立單元組成構件用于建築,在受到沖擊破壞時,呈現單元破壞的特征:
  即仅冲击点所在的U 型玻璃破坏,周边玻璃单元保持完好。相比普通玻璃构件具有破坏范围小的特点,有助于降低玻璃破碎时对人员的伤害程度。
  综上所述,通过详尽的试验研究,我们认为U 型玻璃作为一种新型建筑材料,除具有特有的保温、節能、隔音、透光不透视等优点外,也具有较好的力学性能———优异的承载能力和抗弯强度;作为组合构件尤其是贴有有机膜时,具有良好的抗穿透能力。按照相关建筑规范进行设计应用时,能够满足使用安全性的要求。

完整檢測報告下載:

內容詳情

作者: 米家華、崔厚寅
來源: 中国建材报 (2010-10-12 第5608号)