Newsletter

Login Form



Czytaj także -

Aktualne wydanie

SS-03-2018 okladka

20180123-BANNER-160X600-V3-PL FENSTERBAUEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

swiat szkla 750x100 2

 6032 IX Kongres Stolarki polskiej banery reklamowe www 550x120

sacroexpo 468x60 

Badania doświadczalne konstrukcji szklanych mocowanych punktowo
Data dodania: 02.04.09

Wykorzystywanie szkła jako materiału konstrukcyjnego jest dzisiaj w budownictwie coraz bardziej powszechne. Nie dotyczy to już tylko prostego szklenia okien, gdyż szkło pojawia się zarówno w całoszklanych elewacjach budynków, jak również w różnego rodzaju rozwiązaniach konstrukcyjnych (np. schody, dachy). 

 

Bardzo często stosowanym rozwiązaniem w konstrukcjach szklanych są mocowania punktowe. Wybór rozwiązania konstrukcyjnego z wykorzystaniem mocowań punktowych powoduje jednak koncentrację naprężeń wokół otworu. Z tego też powodu interesujące i ważne stało się zbadanie doświadczalne takiego zagadnienia.

 

Wykorzystując prosty przypadek oparcia tafli szklanej na czterech mocowaniach określono wielkości siły niszczącej w zależności od rodzaju szkła, typu łącznika oraz wielkości otworu do mocowania tego łącznika w szkle. 

 

Łączniki punktowe
    W badaniach wykorzystane były dwa rodzaje łączników: sztywne i przegubowe, których producentem jest firma NOVAGLAS z Bielska Białej. W pierwszym z nich talerze, między którymi mocowana jest szklana tafla, są nieruchome w stosunku do tulei mocującej. Jeśli więc w badaniu tuleja została ustawiona pionowo, talerze znajdowały się poziomo a ewentualne pochylenie mocowań było tylko efektem działania dużej siły. W mocowaniach przegubowych natomiast, talerze obejmujące taflę szklaną są połączone przegubowo z tuleją tak, że podczas przykładania obciążenia tuleja pozostaje pionowa, natomiast talerze dostosowują kąt nachylenia, aby leżeć współpłaszczyznowo z powierzchnią próbki szklanej w miejscu mocowania.


Badane szkło
    Badania zostały przeprowadzone na trzech rodzajach szkła: zwykłym (float), hartowanym (ESG) i klejonym (VSG). Niezależnie od rodzaju szkła każda z tafli miała wymiary 1000x560 mm. Każda próbka miała cztery otwory, jednakowej średnicy dla danej próbki. Środek otworów dla każdej tafli znajdował się w odległości 50 mm od krawędzi. W zależności od tego, jaki łącznik był zamocowany do danej tafli, różne były średnice otworów w szkle.

 

Sumarycznie zbadano 42 próbki szklane w następujących kombinacjach:
- szkło zwykłe – próbki wykonane ze szkła SGG Planilux 8 mm, średnice otworów: 14 mm, 20 mm i 32 mm, po 6 próbek o otworach danej średnicy.
- szkło hartowane – próbki wykonane ze szkła SGG Securit Planilux 8 mm, średnice otworów: 20 mm i 32 mm, po 6 próbek o otworach danej średnicy.
- szkło klejone – próbki wykonane ze szkła SGG Stadip 44,4 ESG/TVG, które powstało ze sklejenia szyby hartowanej SGG Securit Planilux 4 mm (ESG) oraz szyby półhartowanej SGG Planidur 4 mm (TVG) za pomocą folii PVB grubości 1,52 mm, średnice otworów: 20 mm i 32 mm, po 6 próbek o otworach danej średnicy.

    Każda z próbek ze szkła zwykłego i hartowanego była oklejona z obu stron przeźroczystą folią, aby zapobiec odpryskom szkła w momencie zniszczenia tafli szklanej a także umożliwić zachowanie siatki spękań przydatnej do dalszej analizy.



Stanowisko doświadczalne

    Badania przeprowadzone zostały w laboratorium Instytutu Konstrukcji Budowlanych Politechniki Poznańskiej. Stanowisko badawcze (rys.1) przygotowane zostało w takim sposób, iż tuleje mocowań punktowych przykręcone zostały do blachy stalowej, która wzmocniona była dodatkowo płytą stalową grubości 3 cm. Tak skonstruowane oparcie umieszczone zostało na ramie maszyny wytrzymałościowej INSTRON 8505. Bezpośrednio do mocowań talerzowych przytwierdzane były próbki szklane. Obciążenie z tłoka maszyny przekazywane było na próbki poprzez przekładki elastomerowe, które dzięki swoim

 

własnościom dostosowywały kształt do tafli. Celem zastosowania przekładek była minimalizacja koncentracji obciążenia w miejscu kontaktu próbki z obwodem tłoka, a więc maksymalizacja równomierności obciążenia.

 

 

    W przypadku mocowań sztywnych, próbki były umieszczane na dokręconym do blachy podstawy łączniku i mocowane jedynie przez dokręcenie talerza górnego śrubą imbusową. Mocowanie przegubowe z kolei przykręcane było najpierw w całości do szyby. Tak przygotowana próbka umieszczana była na podstawie i dopiero wtedy tuleje systemowe dokręcane były do blachy podstawy.


    Odmienny sposób montażu mocowania sztywnego i przegubowego wynikał z konstrukcji tych mocowań oraz sposobu dokręcania. W łączniku sztywnym jako ostatni montowany jest talerz zewnętrzny i to on, poprzez dokręcenie śrubą imbusową dociska szybę do talerza dolnego. W mocowaniu przegubowym rolę tę spełnia talerz dolny, który zostaje dokręcany do włożonego w otwór talerza górnego z tuleją.



Eksperyment
    Zginanie próbki opartej na czterech mocowaniach przeprowadzono przy użyciu maszyny wytrzymałościowej INSTRON 8505. Próbki szklane opierane były na mocowaniach dokręconych do omówionej wcześniej podstawy. Między stalowymi talerzami mocującymi a szkłem umieszczone zostały przekładki z tworzywa chroniące przed bezpośrednim kontaktem szkła ze stalą. Talerze zostały skręcone śrubą imbusową, w przypadku łącznika sztywnego, oraz specjalnym kluczem, dla mocowania przegubowego, unieruchamiając w ten sposób taflę szklaną. Na tak ułożonych próbkach szklanych umieszczono dwie przekładki elastomerowe o wymiarach 393x393 mm i grubości 22 mm każda. Przekładki zostały umieszczone centralnie względem środka szyby, aby zachowana była symetria obciążenia.


    W trzech miejscach próbki (rys. 1) dokonywano pomiaru przemieszczeń w kierunku pionowym (ugięć). Dwa czujniki umieszczono symetrycznie po obu stronach elastomerowej przekładki w odległości 7,5 cm od dłuższych krawędzi tafli (czujnik lewy i prawy). Użyto czujników 50-cio milimetrowych. Trzeci czujnik umieszczono w odległości 29,5 cm licząc wzdłuż dłużej osi próbki, od krótszej krawędzi. Zastosowano tutaj czujnik 20-sto milimetrowy.



Badania dodatkowe
    W doświadczeniu przeprowadzono również badania odkształceń szklanych próbek. Wykorzystano do tego tensometry elektrooporowe zmieniające swą rezystancję wraz ze zmianą wymiarów. Tensometry foliowe, służące do pomiaru odkształceń, zostały umieszczone na jednej próbce z każdego rodzaju z wyjątkiem próbek ze szkła klejonego i z wyjątkiem próbek z otworem Ø14 mm. Dwa tensometry umieszczono w okolicy środka próbki: jeden dokładnie w środku wzdłuż dłuższej osi, drugi wzdłuż krótszej osi tak, że jego środek znajdował się w odległości 15 mm od środka tafli. Kolejne dwa tensometry rozmieszczono symetrycznie wzdłuż dłuższej osi w odległości 150 mm od środka próbki. Ostatni, piąty tensometr, umieszczono w okolicy otworu w szkle.



Wyniki badań

Szkło zwykłe
    Na podstawie badań stwierdzić można, że w przypadku szkła zwykłego mocowanego sztywno większą wytrzymałość uzyskuje się stosując otwory dopasowane (Ø14 mm) w porównaniu z mocowaniem z luzem (otwór Ø20 mm). W przypadku takiego połączenia do zniszczenia dochodzi zawsze w pierwszej kolejności w okolicy otworu (rys. 2), na podstawie czego wnioskować można, że decydujące o nośności jest tutaj tzw. osłabienie otworami. Zaznaczyć jeszcze należy, że w przypadku próbek mocowanych przegubowo o otworach średnicy Ø32 mm wyklucza się dużą średnicę otworu jako przyczynę zniszczenia, ponieważ w przebadanych próbkach nigdy nie doszło do uszkodzenia próbki w okolicy mocowania. Decydujące o zniszczeniu było tutaj ugięcie próbek szklanych.

 

 

    Na podstawie przeprowadzonych badań naprężeń zauważono zasadniczą różnicę w znaku naprężeń w okolicy mocowania. W przypadku sztywnego mocowania pojawiają się w tym miejscu (na spodniej stronie próbki) stosunkowo duże naprężenia ściskające. Gdy zastosuje się rotule przegubową uzyskujemy bardzo niewielkie naprężenia rozciągające.



Szkło hartowane

    Przeprowadzone badania dowodzą się, że także dla próbek ze szkła hartowanego siła niszcząca jest większa dla szkła mocowanego w sposób sztywny. Różnica w sposobie niszczenia się próbek różnie mocowanych jest podobna jak w przypadku szkła zwykłego (rys. 3), jednak ugięcia oraz wartości sił niszczących są już znacznie większe. Przy otworach w szkle po zniszczeniu widoczne jest zagęszczenie siatki spękań, podobna sytuacja występuje w środku rozpiętości, co świadczy o większych naprężeniach w tych miejscach szklanej tafli.

 

 
 

 Szkło klejone
    W badaniach zaobserwowano, że dla mocowań sztywnych zniszczeniu w okolicy mocowania najpierw ulegała szyba TVG. Pękanie tafli rozpoczynało się w miejscu jednego z mocowań punktowych lub jednocześnie przy dwóch łącznikach. Pomimo tego, że od tego momentu szkło należy uznać za zniszczone zwiększano dalej obciążenie, które powodowało pęknięcie szyby ESG (rys. 4).


    Tafle wykonane ze szkła klejonego nie były oklejane folią w celu zabezpieczenia przez odpryskami, gdyż tę funkcję spełniała umieszczona w tafli folia PVB. Z badań wynika, że wykorzystanie takiego rozwiązania w konstrukcjach jest słuszne, ponieważ mimo tego, że poszczególne płyty szklane rozpadły się na drobne kawałki, przylegały w całości do folii PVB (rys. 5).


    Próbki ze szkła klejonego mocowane sztywno niszczą się przy około dwukrotnie mniejszej sile w porównaniu z mocowanymi przegubowo. Główną przyczyną takiej rozbieżności może być fakt stosunkowo małej wytrzymałości tafli szklanej TVG mocowanej w sposób sztywny. Gdy ona pęka wyłącza się ze współpracy i dalej obciążenie przenosi praktycznie tylko szkło hartowane. Jego grubość stanowi jednak tylko połowę sumarycznej grubości przekroju szkła w tafli klejonej, odpowiednio mniejsza jest więc i jej nośność (rys. 6).

 

Wnioski
    Na podstawie badań stwierdzić można, że największą nośnością cechują się próbki wykonane ze szkła hartowanego. Największa grubość jednolitej tafli i dodatkowo brak innych zaburzeń, jak chociażby zaburzeń związanych z pękaniem szkła TVG w szybie  klejonej powodują, że średnia nośność (w porównaniu z innymi badanymi rodzajami próbek) jest największa. Co więcej, ze względu na wprowadzenie w procesie hartowania naprężeń wstępnych próbki ze szkła ESG mogą przenosić znacznie większe wartości naprężeń rozciągających wywołanych obciążaniem niż inne typy szkła. Dzięki temu odporne są one na stosunkowo duże wartości naprężeń pojawiających się w danym obszarze (np. w okolicy mocowania).


    Szkło hartowane, mimo iż rozpada się na drobne odłamki i jest tzw. „szkłem bezpiecznym”, nie może być stosowane wszędzie. Niekiedy zachodzi potrzeba zastosowania szkła klejonego, które jak się okazuje, ma większą nośność w przypadku mocowania przegubowego. Powodem jest fakt zastosowania w zestawie szkła TVG, które jest znacznie mniej odporne na docisk miejscowy, decydujący w mocowaniu sztywnym. Zniszczenie tafli półhartowanej niesie ze sobą konsekwencję szybszego zniszczenia szkła ESG. W przypadku mocowania przegubowego nie zauważa się znaczącej różnicy w wartości siły niszczącej dla próbek ESG i klejonych ESG + TVG. Istotną cechą, która mimo przedstawionych rezultatów stawia szkło klejone ponad szkłem hartowanym jest folia PVB, dzięki której tafla po rozbiciu utrzymuje się na mocowaniach (punktowych bądź liniowych).

 

 

    Szkło zwykłe badano tylko ze względów poznawczych. Nie jest ono z reguły stosowane w elementach mocowanych punktowo. Mała w porównaniu ze szkłem ESG i VSG wartość siły wystarczającej do zniszczenia jak również fakt, że szkło float nie jest szkłem bezpiecznym dyskwalifikuje to szkło w poważniejszych konstrukcjach.    Podczas badań laboratoryjnych badano 42 próbki. Żadne z mocowań punktowych nie uległo zniszczeniu. Zauważalna była jedynie niewielka deformacja śrub imbusowych w mocowaniach sztywnych, która powstała na skutek dużego ugięcia tafli ze szkła hartowanego.

 

Talerze i tuleja łącznika nie uległy trwałym deformacjom. Podczas badania szkła ESG widać było, że talerze mocowania uginały się w kierunku środka tafli, ale kontrola po zakończeniu badań nie wykazała żadnych trwałych odkształceń, co świadczy o pracy w zakresie sprężystym. W mocowaniu przegubowym nie zauważono żadnych uszkodzeń, pierścień przegubu także pozostał nienaruszony. Podkładki zastosowane w mocowaniach okazały się bardzo trwałe. W czasie badań nie ulegały miażdżeniu. Po zakończeniu doświadczenia nie stwierdzono pęknięć ani wyraźnych, trwałych uszkodzeń. Jedynie na krawędziach podkładek widać niewielkie naruszenie struktury.


    Na podstawie wyników uzyskanych z tensometrów stwierdzono, że największe wartości naprężeń występują w środku tafli po kierunku dłuższej osi próbki. Obserwuje się, że próbki szkła hartowanego niszczą się przy największej wartości naprężeń od zginania a różnica tych naprężeń w stosunku do szkła zwykłego jest znacząca i wynosi około 380% (rys.6). Naprężenia we wszystkich badanych miejscach są rozciągające, za wyjątkiem okolic mocowania w przypadku podparcia sztywnego, gdzie pojawiają się naprężenia ściskające.

 

mgr inż. Barbara Szczerbal
mgr inż. Dariusz Włochal
dr hab. inż. Adam Glema
prof. Tomasz Łodygowski
Instytut Konstrukcji Budowlanych
Politechnika Poznańska
 

więcej informacji: Świat Szkła 3/2009

 

wszytkie artykuły cyklu:

Łączniki punktowe w szklanych konstrukcjach , Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski , Świat Szkła 1/2009

Projektowanie szklanych konstrukcji mocowanych punktowo , Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski , Świat Szkła 2/2009

Badanie doświadczalne konstrukcji szklanych mocowanych punktowo , Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski , Świat Szkła 3/2009 

Analiza numeryczna konstrukcji szklanych mocowanych punktowo cz. 1 , Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski , Świat Szkła 4/2009

Analiza numeryczna konstrukcji szklanych mocowanych punktowo cz. 2 , Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski , Świat Szkła 6/2009

 

patrz też:

- Kryterium pękania i zniszczenia szkła konstrukcyjnego , Dobrosława Jaśkowska, Świat Szkła 9/2008,

- Badania elementów szklanych w różnych warunkach obciążenia i pracy , Dobrosława Jaśkowska, Świat Szkła 1/2009,

- Budowa wewnętrzna i właściwości szkła konstrukcyjnego , Dobrosława Jaśkowska, Świat Szkła 3/2009

- Technologia szkła stosowanego w budownictwie , Dobrosława Jaśkowska, Świat Szkła 4/2009,
- Od biżuterii do materiału konstrukcyjnego , Dobrosława Jaśkowska, Świat Szkła 6/2009,  


inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik