點(diǎn)式幕墻鋼化玻璃圓盤試驗(yàn)研究

1　前　言
近幾年，國內(nèi)點(diǎn)式玻璃幕墻技術(shù)發(fā)展較快，由于它具有通透性好、美觀、大方的特點(diǎn)，所以作為北京標(biāo)志性建筑的“北京植物園展覽溫室”(見圖1)就采用了這種結(jié)構(gòu)類型[1]。
在點(diǎn)式玻璃建筑中，其維護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼化玻璃。鋼化玻璃由于具有較高的承載能力和良好的保溫隔熱效果，所以在越來越多的建筑中被采用。
在點(diǎn)式玻璃幕墻建筑中，帶孔鋼化玻璃板的承載性能與連接方式和開孔方式有很大關(guān)系，而鋼化玻璃板本身的強(qiáng)度和它的生產(chǎn)工藝有關(guān)。由于各個(gè)生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝不同，所以它的強(qiáng)度有一定的離散性。按目前國內(nèi)規(guī)范，玻璃材料性質(zhì)是：彈性模量72 000 MPa，強(qiáng)度84 MPa，泊松系數(shù)為0.22。但由于本工程采用的鋼化玻璃全部為國外進(jìn)口，在我們以前所做的孔邊應(yīng)力和變形問題的研究中發(fā)現(xiàn)[2][3]，這批材料的強(qiáng)度和變形與規(guī)范數(shù)值計(jì)算結(jié)果相比，存在一定誤差，所以簡單地采用國內(nèi)規(guī)范玻璃材料性質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)是不科學(xué)的。我們希望通過同批玻璃的補(bǔ)充材性試驗(yàn)來得到較為準(zhǔn)確的材性系數(shù)。
2　試　驗(yàn)
2.1　試驗(yàn)方法
玻璃是較有有代表性的脆性破壞材料，其破壞特征在于：幾乎所有的玻璃都由于拉應(yīng)力產(chǎn)生表面裂紋而破碎。根據(jù)規(guī)范[1]，玻璃的抗彎強(qiáng)度較限是玻璃的重要性質(zhì)，它的數(shù)值決定玻璃作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用前途。因?yàn)椴Ａг趯?shí)際條件下通常都要經(jīng)受這種負(fù)荷。
由于玻璃屬于各相異性材料，所以采用環(huán)形簡支，中間采用環(huán)形荷載，通過完全對(duì)稱來清理各相異性的影響。試驗(yàn)中我們采用的支撐環(huán)直徑為200 mm，受力環(huán)直徑為100 mm。
2．2　試驗(yàn)?zāi)Ｐ?BR>由于在植物園溫室點(diǎn)式玻璃幕墻建筑中，玻璃厚度分別為8 mm和12 mm，所以試驗(yàn)中我們主要針對(duì)這2種厚度的玻璃進(jìn)行。玻璃試件的規(guī)格統(tǒng)一為300 mm的圓形平面鋼化玻璃。
試件編號(hào)為CX－1、2、3、4的試件，直徑為300 mm，厚度為8 mm；編號(hào)為CX－5、6、7、8、9的試件，直徑為300 mm，厚度為12 mm。
2.3　加載方案
試驗(yàn)裝置見圖2。



圖2　試驗(yàn)裝置示意
1－支撐鋼柱；2－鋼梁；3－支撐臺(tái)；4－支撐環(huán)；5－玻璃試件；
6－受力環(huán)；7－千斤頂
裝置中，工字鋼柱通過地腳螺栓固定在地面上，鋼柱上通過連接板固定受力反梁，梁上固定千斤頂加載，通過傳感器調(diào)節(jié)加載速度。
2.4　試驗(yàn)測(cè)量內(nèi)容
在這次點(diǎn)式支承玻璃板材性試驗(yàn)中，主要測(cè)試內(nèi)容是玻璃板中心處應(yīng)力與位移。
2．5　試驗(yàn)現(xiàn)象
在CX－1試件試驗(yàn)中，隨著荷載的逐漸增加，測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)變值近似的呈現(xiàn)出線性增加。并且測(cè)量的位移也隨荷載增加呈現(xiàn)出線性遞增的趨勢(shì)。在荷載加到2000 kg時(shí)，試件的撓度已經(jīng)達(dá)到2.35 mm，但試件仍然沒有破壞；當(dāng)荷載達(dá)到2385 kg，試件破壞。
在CX－5試件試驗(yàn)中，隨著荷載的逐漸增加，測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)變值也近似的呈現(xiàn)出線性增加。而且測(cè)量的位移也隨荷載增加呈現(xiàn)出線性遞增的趨勢(shì)。在荷載加到5000 kg時(shí)，試件的撓度已經(jīng)達(dá)到1．89 mm，但試件仍然沒有破壞；當(dāng)荷載達(dá)到5771 kg，試件破壞。其它試件加載也出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。
3　試驗(yàn)結(jié)果
3．1　試驗(yàn)荷載－應(yīng)力曲線
試驗(yàn)繪制了9根荷載－應(yīng)力曲線，其中CX－1曲線見圖3。
3.2　試驗(yàn)荷載－撓度曲線
試驗(yàn)繪制了9根荷載－撓度曲線，在這里我們給出CX－1的曲線見圖4。
4　結(jié)果分析
4．1　有限元計(jì)算分析
模型單元類型為三維實(shí)體單元，形狀類似正四面體。每個(gè)單元定義10個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)帶 3個(gè)自由度，具有大變形的特性，所以在有限元計(jì)算中選用三維實(shí)體單元。網(wǎng)格劃分時(shí)控制 單元邊長［5]。
 計(jì)算軟件采用ANSYS，計(jì)算中主要用到ANSYS軟件提供的結(jié)構(gòu)靜力分析模塊，用來求解外載荷 引起的位移和應(yīng)力。 根據(jù)試驗(yàn)實(shí)際加載條件，試件玻璃厚度分別為8 mm，12 mm，圓形玻璃的直徑300 mm。荷載 值為試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。