三 、玻璃断裂力学及玻璃结构(4)

2018-12-29 18:46

度。

若8mm钢化玻璃的断裂韧度K1C=5.5310Nm2,根据(1) 式对甲、乙两公司的断裂强度因子K1估算如下:

K1甲 =1.1σ

62

=1.1352310N/m31?10?4m a05

?35

?3≈5.72310Nm2 K1乙 =1.1σ

5

62?40.5?10m =1.1352310N/m3a0?3≈4310Nm2

甲公司的玻璃应力强度因子K1甲大于玻璃的断裂韧度K1C (5.72310Nm2>5.5310Nm2),甲公司的玻璃将会产生断裂,是不安全的。

乙公司的玻璃应力强度因子K1己小于玻璃的断裂韧度K1C (43105

Nm2<5.5310Nm2 ),乙公司的玻璃不会产生断裂,是安全的。

尽管乙公司的价格要高些,应选乙公司中标。这个判断和现有观念的判断是完全相反的。

例二: 点支承玻璃幕墙:玻璃的最大应力设计值为40N/mm2,甲、乙两公司都是同一规格、同一品牌的8mm钢化玻璃,甲公司玻璃表面裂纹的最大深度为0.1mm;乙公司玻璃表面裂纹的最大深度为0.05mm,但乙公司每平方米玻璃的价格比甲公司贵100元。

选用哪家公司的玻璃?

解:根据(1)式甲、乙两公司的断裂强度因子估算如下: 甲公司的断裂强度因子:

K1甲=1.1σ

6-2

=1.1340310Nm31?10?4m a05

?3?35

?35

?35

?3=4.4310Nm2

16

乙公司的断裂强度因子: K1乙=1.1σ

6-2?40.5?10m =1.1340310Nm3a05

?3≈3.1310Nm2

8mm钢化玻璃断裂韧度K1C=5.5310Nm2,甲、乙两公司玻璃的断裂强度因子均小于玻璃的断裂韧度,都是安全的,但乙公司价格要高些,可以选用甲公司的玻璃。根据公式(10) 估算临界裂纹深度aC=(

5.5?10Nm2

)≈0.156mm;根据公式(9) 估算甲、乙两公司玻6?21.1?40?10Nm5?325

?3璃的疲劳寿命:

0.156?n0.15

N 甲=≈14310 ?1122225?4?10(mm/N)?(40N/mm)14?105甲公司玻璃的疲劳寿命为:Y 甲=年≈47年

3?1040.156?n0.065

N乙=≈30310 ?1122225?4?10(mm/N)?(40N/mm)30?105乙公司玻璃的疲劳寿命为:Y乙=年≈100年

3?104若从风荷载的作用下的玻璃疲劳寿命来看,尽管乙公司的价格要高一些,但其玻璃的疲劳寿命要比甲公司大一倍,选用乙公司的玻璃是合算的。

3.3.3.4玻璃面板的强度设计计算

目前国内常见的有两种计算方式。一是有限元法,通过软件进行计算。另一种是简化为四角支承矩形板的力学模型进行设计计算。如

17

图3-11:

a= Ly – 2Ey b= Lx – 2Ex

图3-11

f(挠度)=Kfqa4/Bc M(弯矩)=Km(弯矩系数) 3q3a2 σ=

6?q?a2?km t2 ≤f g边 ——————(1)

Ly——长边

Lx——短边 Bc=Et3/12(1-μ2)板的刚度

M——弯矩

q——面分布荷载设计值 σ——板中最大应力设计值

fg边——玻璃边缘强度设计值 σ——玻璃应力设计值 Kf——挠度系数 KM——弯矩系数 t——玻璃的板厚 σ——玻璃应力设计值

18

系数可在《建筑结构静力计算手册》中查得,查表时注意以下几点:

1)《手册》只给了μ=0,μ=1/6,μ=0.3三种情况 μ=0 代表的是一种理想材料,实际不存在。

μ=1/6 主要用于混凝土材料, μ=0.3 主要用于钢材 玻璃的μ=0.2, Kf挠度系数 KM弯矩系数查下表。 b/a Km Kf 0.75 0.1398 0.5 0.1303 0.01417 0.8 0.1423 0.55 0.1317 0.6 0.1335 0.65 0.1355 0.01555 0.95 0.1506 0.02363 0.02363 0.7 0.1376 0.01630 1.00 0.1536 0.02603 0.02603 0.01451 0.01496 0.85 0.1449 0.9 0.1477 0.01725 0.01842 0.01725 0.01842 0.01984 0.02157 0.01984 0.02157 2)四角支承在计算公式中的Ly为长边。 3)表内为单位板宽的弯矩系数。

4)四角支承板的力学计算模型未考虑打孔板悬挑边缘效应。 没有一边槽口、二边槽口、六点支承的可查系数。建议试用法国AVIS技术委员会的设计计算公式

法国AVIS技术委员会的计算公式 (1)采用的符号和单位:

a,b─支承点间距离(m); t─ 玻璃厚度(mm);

t

eq─ 玻璃等效厚度(mm);

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t1、t2─ 夹层玻璃、中空玻璃单片玻璃厚度(mm);

E ─ 弹性模量,玻璃E=7.231010P

qK─ 荷载标准值, q─ 荷载设计值,

?─ 泊松比,玻璃?=0.22; ?─ 挠度系数;

m─ 应力系数; ?─ 曲率半径系数; ─ a边上最大挠度(mm); ub─ b边上最大挠度(mm); ─ 中点最大挠度(mm);

uaucσa─ a边上最大应力(MPa); σb─ b边上最大应力(MPa); σc─ 板中点最大应力(MPa); M─ 弯矩(N2m)

R─ 支承线上弯曲半径(m); D ─ 板的刚度(N﹒mm)。

(2)板的支承条件

1)四点支承、一边槽口支承、两边槽口支承; 2)六点支承;

3)四点嵌固。(均见板支承条件示意图) (3)适用条件:

1)支点可以有一定范围内的转动; 2)外挑长度不大于支承点间距的10%; 3)夹层玻璃的等效厚度按下式计算: teq?3t1?t2?0.2(t1?t2)3 式中 teq─ 夹层玻璃等效厚度(mm); t1、t2─ 夹层玻璃单片玻璃厚度(mm)。

夹层玻璃的等效厚度teq(mm)

20

33


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