呂曼曼

中國專利技術(shù)開發(fā)公司

超長開孔玻璃肋結(jié)構(gòu)分析

呂曼曼

中國專利技術(shù)開發(fā)公司

《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 102-2003未給出超高玻璃肋的穩(wěn)定性理論公式，結(jié)合工程實(shí)際，通過四性試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元分析對比，開孔玻璃肋在風(fēng)荷載作用下玻璃肋受彎孔邊應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，結(jié)合澳大利亞規(guī)范AS1288-2006附錄H中給出了多種邊界條件下的玻璃肋的整體穩(wěn)定驗(yàn)算公式，對超長開孔玻璃肋結(jié)構(gòu)分析給出合理化。

超高開孔玻璃肋；穩(wěn)定性；應(yīng)力集中；四性試驗(yàn)；非線性；有限元分析

1 引言

隨著業(yè)主和建筑師對廳堂通透、美觀及氣派的要求，達(dá)到全透明和全視野的效果，廳堂的層高越來越大，達(dá)到7-8m，更有甚者12m?！恫Ａ粔こ碳夹g(shù)規(guī)范》JGJ 102-2003規(guī)定夾層玻璃肋的等效截面厚度可取兩片玻璃厚度之和，高度大于8m的玻璃肋宜考慮平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算；高度大于12m的玻璃肋，應(yīng)進(jìn)行平面外穩(wěn)定驗(yàn)算[1]，但國內(nèi)幕墻規(guī)范并未給出具體計(jì)算公式。本文結(jié)合實(shí)際工程對開孔玻璃肋結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行探討。

2.玻璃肋計(jì)算模型簡化

超長玻璃肋上下部連接采用入槽的方法，槽的前后端設(shè)有擋板，擋板與玻璃肋前后端面間設(shè)有玻璃墊塊，玻璃肋上端開設(shè)兩個(gè)玻璃圓孔或者長條孔，穿設(shè)緊固件懸掛在上部的鋼轉(zhuǎn)接件上，或者端夾板穿銷軸固定，通過上述構(gòu)造做法玻璃肋計(jì)算模型一般簡化為簡支梁。

工程1，2的PMU試驗(yàn)測試結(jié)果驗(yàn)證了簡支梁計(jì)算模型假定。玻璃肋理論計(jì)算，有限元分析以及試驗(yàn)測試結(jié)果對比如表1：

3.玻璃肋深度確定

在確定玻璃肋深度時(shí)，應(yīng)采用玻璃肋側(cè)面強(qiáng)度。側(cè)面強(qiáng)度為大面強(qiáng)度的70%，例如E1300-2009[4]中鋼化玻璃的側(cè)面強(qiáng)度允許值為玻璃幕墻技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003[1]中鋼化玻璃的側(cè)面強(qiáng)度允許值為超長玻璃肋幕墻系統(tǒng)所受風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值Wk，玻璃肋分格寬度dm，高度Hs，玻璃肋的計(jì)算厚度t取各片玻璃片厚度之和，即玻璃肋所需要的深度

4.開孔玻璃肋應(yīng)力分析

通過表1中數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)工程2開孔玻璃肋在風(fēng)荷載作用下玻璃肋受彎孔邊應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯。然而玻璃肋上固定點(diǎn)支玻璃或者固定橫梁，都需要在玻璃肋上開孔，玻璃是典型的脆性材料，孔邊應(yīng)力集中超過玻璃的破壞強(qiáng)度值破損會(huì)導(dǎo)致整個(gè)玻璃肋破碎。

玻璃肋深度為D，孔半徑為r，玻璃孔中心距離玻璃肋邊緣距離為c，玻璃孔處所受彎矩M，按照理論公式玻璃孔邊緣由彎矩引起的應(yīng)力為：

建立有限元模型確定玻璃肋孔壁集中應(yīng)力，作用到玻璃肋上標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓線荷載3.06x2.25=6.885N/m，考慮作用在單片玻璃肋上的荷載值6.885 /15MPa=0.459MPa

玻璃肋受彎時(shí)在玻璃肋孔壁處產(chǎn)生的應(yīng)力為69MPa，應(yīng)力集中系數(shù)Kt_m=2.7接近于3.0。偏于保守考慮可以參照Roark提出的彈性應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)公式[5]。

表1

5.玻璃肋穩(wěn)定分析

5.1 有限元模型穩(wěn)定分析

運(yùn)用ansys有限元軟件采用殼單元進(jìn)行穩(wěn)定分析，首先進(jìn)行玻璃肋的特征值分析，得到玻璃肋屈曲荷載上限值。施加線荷載標(biāo)準(zhǔn)值于玻璃肋前端面q1=6.885kN/m，玻璃肋屈曲荷載上限值qcr_λ=21.355kN/m，然后加上側(cè)向荷載使玻璃產(chǎn)生L/150的初始變形，再施加2～3倍屈曲荷載上限值于玻璃肋端面進(jìn)行非線性屈曲分析，得到玻璃肋跨中截面某節(jié)點(diǎn)的側(cè)向位移荷載曲線，出現(xiàn)拐點(diǎn)處為玻璃肋的實(shí)際屈曲荷載。玻璃肋實(shí)際屈曲荷載qcr=19.693kN/m，qcr/q1=2.86>2.5.

5.2 理論公式穩(wěn)定分析

AS1288-2006附錄C中給出了多種邊界條件下的玻璃肋的整體穩(wěn)定驗(yàn)算公式[2]，偏安全采用沒有側(cè)向支撐類型穩(wěn)定計(jì)算公式，得到玻璃肋的極限屈曲彎矩MCR=149.6kN·m.Mcr/M=1.9

6 結(jié)束語

1.超長玻璃肋一般簡化為簡支梁受力模型，可采用非線性有限元分析確定超長玻璃肋極限屈曲荷載或者偏于安全的理論計(jì)算公式；

2.開孔玻璃肋可采用注環(huán)氧樹脂膠消除疊差減少孔壁應(yīng)力，在滿足開孔工藝要求的基礎(chǔ)上盡量遠(yuǎn)離玻璃肋邊緣，玻璃肋受彎時(shí)孔壁集中應(yīng)力可以按照如下公式或者有限元分析確定，應(yīng)力集中系數(shù)取值3.0或者按照Roark’s彈性應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)公式

[1]JGT 102-2003 玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]AS 1288 Glass in buildings-selection and installation[S].Sydney：Standards Australia，2006.

[3]GB 50009-2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4]E 1300-2009a_Standard Practice for Determining Load Resistance of Glass in Buildings，2009

[5]Roark's Formulas for Stress and Strain