Czytaj także -

Aktualne wydanie

2021 07 okladka1

Świat Szkła 07-08/2021

User Menu

 ET-160x600-PL-4

 

 

 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 

 Adv-750x100-px-Builing-Science-23

 

 

480x100

 

 RZ RT 2022 Banner Tag Motiv Animiert 550x150 PL

 

 

Właściwości modułu folii PVB wg współczesnych norm europejskich
Data dodania: 02.01.21

Moduł sprężystości poprzecznej1 dla folii laminującej tzw. międzywarstwy wpływa na wielkość naprężeń w szkle laminowanym pod obciążeniem.

Wyznaczanie wielkości modułu dla międzywarstwy w szkle laminowanym jest skomplikowane i do niedawna inżynier projektujący opierał się w większości przypadków na właściwościach modułu dla międzywarstwy określonych przez producentów folii laminujących.

 

Niedawno pojawiły się normy i wytyczne, które zawierają wskazówki dotyczące wielkości modułu dla międzywarstwy dla różnych kategorii folii laminujących jako stałe wartości dla określonego scenariusza obciążenia lub bardziej ogólne modele materiałowe.

 

 

 

Dane dotyczące standardowych folii PVB i konstrukcyjnych folii PVB są dostępne m.in. w takich publikacjach jak: projekt normy europejskiej prEN 16113 (2017), holenderska norma NEN 2608 (2014/2019), norweska norma NS3510 (2015) i niemieckie aprobaty krajowe związane z zastosowaniem DIN 18008 (2011-2016).

 

Niniejsza praca ma na celu przedstawienie przeglądu różnych wartości modułów dla folii PVB dostępnych dla każdej z kategorii międzywarstw w różnych dostępnych normach i innych źródłach normatywnych.

 

Dzięki pracom w CEN/TC250/SC11 nad Eurokodem do projektowania konstrukcji z zastosowaniem szkła strukturalnego, pozostanie to aktywny obszar rozwoju w dającej się przewidzieć przyszłości. Spójne podejście do opisywania właściwości modułu międzywarstwy pomogłoby inżynierom zajmującym się projektowaniem konstrukcji szklanych.

 


Wstęp
Podczas przeglądu właściwości modułu międzywarstwy w różnych normach ważne jest, aby mieć pewne zrozumienie, w jaki sposób określa się właściwości międzywarstwy. Właściwości modułu międzywarstwy są najczęściej określane poprzez pomiary bezpośrednio na folii laminującej pracującej jako międzywarstwa w szkle laminowanym z zastosowaniem dynamicznej analizy mechanicznej (dynamic mechanical analysis DMA2).

 

Dane są zbierane w różnych temperaturach, w wybranym zakresie częstotliwości, np. typowo w zakresie od 0,1 do 100 Hz, patrz np. ISO 6721 (Tworzywa sztuczne – Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych) [1], lub szczególnie dla międzywarstw w prEN 16613 (Oznaczanie właściwości mechanicznych międzywarstwy) [2].

 

Na podstawie porównania różnych metodologii dla foli laminujących (materiałów międzywarstw) [3, 4, 5] i cytowanych tam odniesień przedstawiono pewne konkretne zalecenia. Ponieważ międzywarstwy są materiałami lepkosprężystymi3, moduł4 materiału jest funkcją czasu (czasu trwania obciążenia) i temperatury.

 

Połączone wyniki pomiarów są przekładane na tak zwaną krzywą wzorcową materiału w określonej temperaturze za pomocą superpozycji czasu i temperatury. Pozwala to na wyznaczenie wartości modułu międzywarstwy pod obciążeniem znacznie przekraczającym zakres częstotliwości, w której przeprowadzono pomiary.

 

Aby to podejście było słuszne, ważne jest, aby materiały były reologicznie proste i aby podczas pomiaru lub w zakresie czasowo-temperaturowym nie zachodziła żadna kombinacja procesów fizycznych, takich jak przechodzenie przez temperaturę zeszklenia i topnienia. do którego przenoszone są właściwości [6].

 

Szczególnie w przypadku międzywarstw, Schneider i in. [7] stwierdził, że materiał poli (winylobutyral) (PVB) jest reologicznie prosty w przeciwieństwie do niektórych innych materiałów międzywarstw, np. poli (kopolimer etylenu z octanem winylu) (EVA) lub poli (kwas etylenokometakrylowy).

 

Alternatywnie, właściwości międzywarstwy można określić poprzez badania mechaniczne próbek szkła laminowanego. Najczęściej stosowanymi metodami są zginanie czteropunktowe, znormalizowane zgodnie z normą EN 1288-3 [8] lub badania eksperymentalne relaksacji przy skręcaniu [9-11].

 

Podobnie jak w przypadku DMA, należy uzyskać wyniki w różnych temperaturach. Przekładanie zmierzonego ugięcia (przy zginaniu) lub redukcji siły (przy skręcaniu) na moduł międzywarstwy można przeprowadzić analitycznie lub przy użyciu modeli elementów skończonych MES. Porównanie metod i ich dokładności/ czułości w odniesieniu do międzywarstw przedstawiono w piśmiennictwie [12, 13].

 

Niezależnie od wybranej metodologii określenie właściwości modułu międzywarstwy jest stosunkowo złożone, ponieważ metodologia, parametry eksperymentalne i ustawienia sprzętu oraz metodologia przetwarzania danych muszą być wykonywane ostrożnie. Sugerowano, że podejście zrównoważone obejmowałoby DMA międzywarstwy w połączeniu z badaniami (oznaczeniem) na szkle laminowanym [14].

 

Moduł Kirchhoffa (G) (inaczej moduł odkształcalności/sprężystości postaciowej albo moduł sprężystości poprzecznej albo prościej „moduł ścinania”) – współczynnik uzależniający odkształcenie postaciowe materiału od naprężenia, jakie w nim występuje. Jest to współczynnik charakteryzujący właściwości sprężyste materiałów i określa on zależność między naprężeniem stycznym τ\tau, które powstaje pod wpływem obciążenia zewnętrznego, a związanym z nim odkształceniem sprężystym, jakim jest kąt odkształcenia postaciowego γ\gamma.

Dynamiczna analiza mechaniczna (w skrócie DMA ) to technika umożliwiająca pomiar właściwości mechanicznych i lepkosprężystych takich materiałów, jak polimery (termoplasty, tworzywa termoutwardzalne, elastomery), ceramika czy metale. W analizatorach DMA próbka materiału jest deformowana (ulega odkształceniu) przez poddanie jej zmiennym/oscylacyjnym obciążeniom mechanicznym (zginanie, rozciąganie, ścinanie i skręcanie). Mierzony jest moduł będący funkcją czasu lub temperatury, co dostarcza informacji na temat przejść fazowych. np. próbka poddawana drganiom (obciążeniom dynamicznym) sinusoidalnie zmiennym w czasie.

Materiały lepkosprężyste mają właściwości zarówno materiałów lepkich, jak i elastycznych i można je modelować, łącząc elementy, które reprezentują te cechy. Jeden model lepkosprężysty, zwany modelem Maxwella, przewiduje zachowanie zbliżone do sprężyny (elementu elastycznego) będącego w szeregu z amortyzatorem/tłumikiem (elementem lepkim), podczas gdy model Voigta umieszcza te elementy równolegle. Chociaż model Maxwella jest dobry w przewidywaniu relaksacji naprężeń, jest dość słaby w przewidywaniu pełzania. Z drugiej strony model Voigta jest dobry w przewidywaniu pełzania, ale raczej słaby w przewidywaniu relaksacji naprężeń
Lepkosprężystość bada się za pomocą dynamicznej analizy mechanicznej, w której do materiału przykładana jest siła oscylacyjna (naprężenie) i mierzone jest wynikające z tego przemieszczenie (odkształcenie).
- W materiałach czysto sprężystych naprężenia i odkształcenia występują w tej samej fazie, tak że reakcja jednego z nich zachodzi jednocześnie z drugim.
- W materiałach czysto lepkich występuje różnica faz między naprężeniem, a odkształceniem, gdzie odkształcenie opóźnia naprężenie o 90 stopni (π/ 2 radian) opóźnienia fazy.
- Materiały lepkosprężyste wykazują zachowanie gdzieś pomiędzy materiałami czysto lepkimi i czysto elastycznymi, wykazując pewne opóźnienie w odkształceniu.

Moduł dynamiczny (dynamic modulus) czasami nazywany modułem zespolonym (complex modulus) to stosunek naprężenia do odkształcenia w warunkach wibracyjnych (obliczony na podstawie danych uzyskanych z badań drgań swobodnych lub wymuszonych, przy ścinaniu, ściskaniu lub rozciąganiu). Jest to właściwość materiałów lepkosprężystych. Moduł relaksacji naprężeń G(t) jest stosunkiem naprężenia σ (t) pozostałego po czasie t po etapie odkształcenia ε powstałego w tym czasie, G = σ(t)/ε co jest zależnym od czasu uogólnieniem prawa Hooke’a. Dla lepkosprężystych ciał stałych, moduł relaksacji naprężeń G(t) zbiega się z równoważnym modułem ścinania G.

 

 

Wynik wyznaczania modułu w funkcji czasu i temperatury może mieć postać tabelarycznie zestawionych wartości lub dopasowanego modelu ogólnego typu szeregu/serii Maxwell/Prony5 w połączeniu z funkcją przesunięcia temperatury. Ta ostatnia ma tę zaletę, że jest w stanie podać wartości dla dowolnego scenariusza obciążenia w rozważanym zakresie ważności. Wymagany jest większy wysiłek ze strony użytkownika w celu oceny. Niektóre publikacje akceptują oba te rozwiązania dla wygody użytkownika.

 

Przy wyborze odpowiednich scenariuszy obciążeń, Eurokod 1991 Oddziaływania na konstrukcje dostarcza podstawowych wskazówek dotyczących rodzaju oddziaływań, które należy zastosować. Załączniki krajowe i / lub normy krajowe dotyczące szkła często zawierają wytyczne dotyczące typowego czasu trwania obciążeń związanych z oceną kmod (współczynniki czasu trwania obciążenia) w celu obliczenia projektowej wytrzymałości szkła laminowanego na obciążenie.

 

Można je wykorzystać jako odpowiedni czas działania w odniesieniu do wyboru odpowiedniego modułu międzywarstwy. Jeśli chodzi o radzenie sobie z odpowiednią temperaturą dla rozważanego scenariusza obciążenia, praktyki są bardzo zróżnicowane. W niektórych krajach obciążenie projektowe jest przyłożone w ustalonej temperaturze, w innych obciążenie projektowe jest przykładane do szkła o maksymalnej temperaturze (podejście konserwatywne).

 

W niektórych przypadkach projektowe obciążenie szkła może się zmieniać w zależności od temperatury w funkcji warunków klimatycznych. Przykładowo w Niemczech ustalono zależność między maksymalną prędkością wiatru (a tym samym ciśnieniem), a temperaturą – można to wykorzystać w projektowaniu szkła.

 

 

Tabela 1. Określenie sztywności rodzin zgodnie z normami prEN16613/prEN16612 opracowanymi w latach 2013 i 2017

2020 12 48 1 


Tabela 2. Określenie rodziny sztywności zgodnie z prEN16613/prEN1661312 (2017).

2020 12 48 2 

 


Wyniki i dyskusja
Przed porównaniem różnych norm lub dokumentów zawierających wytyczne należy zapoznać się z ich zakresem, określeniem właściwości międzywarstw, rozpoznanymi typami właściwości międzywarstw i modelami obliczeniowymi, które mają być zastosowane.

 


Przegląd norm
EN 16612 S zkło w budownictwie – Wyznaczanie metodą obliczeniową nośności normalnie obciążonych tafli szklanych
Ten projekt normy [15] przeszedł poważne zmiany w zakresie od czasu publikacji pierwszej wersji ankiety w 2013 r. W tamtym czasie kluczowa fraza w zakresie brzmiała po prostu „Niniejsza Norma Europejska podaje zasady określania nośności szkła poddanego obciążeniu”.

 

Nie określono żadnych ograniczeń co do rodzaju użytkowania, rodzaju obciążenia lub rodzaju zastosowanego mocowania. Po rozpatrzeniu uwag do wersji ankiety z 2017 roku, najnowsza wersja tego zapisu znana autorowi – i która ma przejść pod formalne głosowanie jeszcze w tym roku – to: „W niniejszej Normie Europejskiej podano metodę określania obliczeniowej wartości wytrzymałości szkła na zginanie. Norma określa: – ogólną metodę obliczeń, oraz - wytyczne dotyczące nośności na normalne (prostopadłe do płaszczyzny) obciążenia elementów oszklonych podpartych liniowo, stosowanych jako panele wypełniające;”

 

Przykładami normalnych obciążeń są obciążenia wiatrem i śniegiem oraz ciężar własny pochyłego szkła i obciążenia klimatyczne na szyby zespolone. Niniejsza norma obejmuje te panele wypełniające, które są w klasie konsekwencji niższej niż te objęte normą EN 1990.

 

Wiele zastosowań szkła, w których właściwości międzywarstwy są najważniejsze dla właściwości konstrukcyjnych (szkło wspornikowe, szklenie mocowane punktowo), jest zatem wyłączonych z proponowanego zakresu prEN16612.

 

Klasyfikacja typów zastosowań w klasach konsekwencji należy do kompetencji krajowych, ale jest mało prawdopodobne, aby aplikacje, w których wymagane są określone obliczenia konstrukcyjne, były określane poniżej klas konsekwencji określonych w EN 1990.

 

5 Gaspard Marie Riche de Prony – opracował metodę obliczeniową (metoda Prony’ego), pozwalającą (podobnie do transformacji/szeregów Fouriera) aproksymować funkcje znane w równo oddalonych punktach (próbkowane ze stałą częstotliwością) przy użyciu sumy oscylacji tłumionych.
Serie (szeregi) Prony. W jednowymiarowym teście relaksacji materiał poddaje się nagłemu odkształceniu, które utrzymuje się na stałym poziomie przez cały czas trwania testu, a naprężenie mierzy się w czasie.
Początkowe naprężenie wynika z elastycznej odpowiedzi materiału. Następnie naprężenie zmniejsza się z upływem czasu z powodu lepkości materiału. Zazwyczaj stosuje się odkształcenie rozciągające, ściskające, skręcające lub ścinające. Wynikowe dane dotyczące naprężenia w funkcji czasu można dopasować za pomocą szeregów równań zwanych modelami.     
 

 

2020 12 48 3 1 

Rys.1. Korelacja między modułem międzywarstwy z prEN 16613, a współczynnikiem przenoszenia ścinania

 

Inną ważną zmianą w prEN16612 od roku 2013 do 2017 było przeniesienie uproszczonej metody obliczania efektywnej grubości do załącznika informacyjnego. Ponadto liczba rodzin sztywności została zmniejszona z 4 do 3, jak w tabeli 1.

 

Scenariusze obciążenia klimatycznego i scenariusze obciążenia huraganowym wiatrem zostały dodane zarówno do prEN 16613, jak i prEN 16612. Scenariusz obciążenia śródziemnomorskim podmuchem wiatru został zmieniony, z odpowiednią temperaturą zwiększoną z 30°C do 35°C, wraz ze zmianą kryterium modułu.

 

Zmieniono kryterium modułu dla obciążeń osobowych (tłumów). Przegląd scenariuszy obciążeń obecnie zawartych w projektach norm oraz minimalne wartości modułu międzywarstwy wymaganego do sklasyfikowania dla określonego współczynnika przenoszenia ścinania przedstawiono w tabeli 2.

 

Lista zawiera tylko ograniczoną liczbę wartości modułu istotnych dla określenia (1, 10, 20 i 100 MPa) oraz taką samą liczbę domyślnych współczynników przenoszenia ścinania (0,1, 0,3, 0,5 i 0,7). Współczynniki przenoszenia ścinania można również obliczyć bezpośrednio z modułu międzywarstwy, np. zgodnie z ASTM 1300 załącznik X9 [16].

 

Kluczowe zmienne obejmują grubość szkła i międzywarstwy oraz minimalne wymiary szyby. Można wykreślić wyniki dla różnych konfiguracji wraz z implikowaną korelacją między współczynnikiem przenoszenia ścinania a modułem z Tabeli 2 (Rysunek 1).

 

Dlatego wymienione współczynniki ω są konserwatywne („bardzo ostrożne”) dla konfiguracji, które są cieńsze niż konfiguracja 1212.4 i mają krótszy bok większy niż 1000 mm. Dotyczy to większości stosowanych tafli szkła, w przypadku którego podejmowane są szczegółowe obliczenia.

 

Jednak ten element konserwatyzmu zostaje utracony, gdy wartości modułu międzywarstwy określone zgodnie z prEN 16613 są używane bezpośrednio np. modelowanie MES. Chociaż przyszłe znaczenie prEN 16612 jest ograniczone w wyniku zmian w zakresie, pozostaje on ważnym źródłem dla odpowiednich scenariuszy obciążenia i wskazówek dotyczących właściwości międzywarstw.

 


DIN 18008 S zkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania oraz powiązane aprobaty krajowe
Różne części niemieckiej normy DIN 18008-1÷7 obejmują szeroki zakres zastosowań i typów szkłab[17]. Niektóre części dotyczą określonych typów mocowania (podparte liniowo, mocowane punktowo), inne części ze szkłem o określonej funkcji (przeszklenie barierowe – ochrona przed upadkiem z wysokości, przeszklenie umożliwiające chodzenie, szkło dostępne tylko w czasie serwisowania).

 

Zasadniczo korzystne oddziaływanie (interakcja) między warstwami szkła laminowanego skutkujące pojawieniem się naprężeń ścinających na styku folii laminującej, a poszczególnymi taflami szkła laminowanego nie może być brane pod uwagę przy określaniu naprężeń i odkształceń dla szkła laminowanego zgodnie z normą DIN 18008.

 

Zgodnie z niemieckimi przepisami krajowymi, o możliwość stosowania wyrobów budowlanych nieobjętych niemiecką normą można ubiegać się w przypadku produktu, jeżeli na podstawie obiektywnych danych niemiecki instytut budowlany wydał dla tego produktu krajowe atesty. Obejmuje to wykorzystanie przenoszenia ścinania przy projektowaniu szkła na podstawie atestów lub certyfikatów dla szkła laminowanego lub samej międzywarstwy.

 

We wcześniejszych wytycznych i atestach/aprobatach właściwości międzywarstwy, które można było wykorzystać do projektowania, były publikowane w formacie tabelarycznym dla określonych scenariuszy obciążenia. Ale dwie ostatnie wydane tego typu aprobaty, obie dla sztywnych produktów z PVB, zawierały szereg/serię Prony, dla której można było obliczyć odpowiednią wartość modułu projektowego dla dowolnego scenariusza obciążenia [18, 19].

 

W przypadku standardowych typów folii PVB dozwolone wartości obejmowały tylko wartość modułu dla obciążenia wiatrem na podstawie analizy korelacji. Ta indywidualna/pojedyncza wartość jest trudna do porównania z innymi normami, ponieważ dotyczy tylko niemieckich warunków klimatycznych.

 

Wartości modułu podane w krajowych aprobatach mogą być wykorzystane bezpośrednio do projektowania, pod warunkiem spełnienia wymienionych kryteriów jakości. Można zastosować dowolne modele obliczeniowe, które rzetelnie obejmują warunki konstrukcyjne, w tym modele geometryczne nieliniowe. W praktyce najczęściej stosuje się modelowanie metodą elementów skończonych.

 

(...)


NEN 2608 – S zkło w budownictwie: wymagania oraz metody określania nośności i odkształceń
Holenderska norma NEN 2608 [20] zawiera wymagania i metody obliczania wytrzymałości na działania obciążenia i ugięcia szkła sodowo-wapniowego, które jest głównie obciążone statycznie. Oddziaływanie przekazywane przez naprężenia ścinające na styku szkła i międzywarstwy można uwzględnić określając właściwości międzywarstwy.

 

Obliczanie rozkładu naprężeń ścinających przebiega raczej okrężną drogą, w której początkowo oblicza się różne współczynniki przenoszenia ścinania na podstawie właściwości międzywarstwy pod względem naprężenia i ugięcia, a następnie oblicza efektywną grubość dla naprężenia i ugięcia. Obliczenie współczynników przenoszenia ścinania jest funkcją współczynnika kształtu i typu mocowania rozważanego szkła.

 

W chwili pisania tego tekstu, ta norma jest jedyną normą zawierającą szereg/serię Prony dla materiałów międzywarstw, takich jak konwencjonalne PVB i międzywarstwy jonomerowe. Można je prześledzić w publikacjach naukowych [21. 22]. Norma NEN 2608 została zaktualizowana w 2019 r. i został w niej uwzględniony model materiałowy dla sztywnych typów PVB.

 

Model ten został wykorzystany do obliczenia wartości modułów przedstawionych w tym artykule. Ponieważ w przypadku metody obliczeniowej główne wymagania normy holenderskiej są odpowiednie i dostatecznie dokładne, w praktyce moduł międzywarstwy uzyskany z dostarczonych modeli materiałowych jest bezpośrednio wprowadzany do oprogramowania typu MES.

 


NS 3510: S zkło bezpieczne w budownictwie – Wymagania dotyczące projektowania i klasyfikacji dla różnych obszarów zastosowań

Norweska norma NS 3510 [23] stanowi podstawę do projektowania i stosowania bezpiecznego szkła w pracach budowlanych. Interakcje naprężeń ścina-

 

jących przekazywanych przez międzywarstwy można uwzględnić na podstawie właściwości międzywarstwy wymienionych w formacie tabelarycznym dla wielu scenariuszy obciążenia. Rozpoznawane kategorie międzywarstw to konwencjonalne i sztywne typy PVB, a także międzywarstwy jonomerowe. Wartości są przeznaczone do bezpośredniego zastosowania w oprogramowaniu MES, z uwzględnieniem efektów nieliniowych, pod warunkiem, że oprogramowanie zapewnia spójne wyniki sprawdzone podczas badań (eksperymentów).

 


Porównanie norm
Format i przeznaczenie informacji podanych w źródłach wymienionych powyżej można podsumować w tabeli 3. Ponieważ dane w prEN 16613 i NS 3510 są dostępne tylko w formacie tabelarycznym, można porównać tylko określone scenariusze obciążenia, które są wspólne dla obu norm. Jako podstawę zastosowano prEN 16613, ponieważ ta norma ma najszerszy zakres scenariuszy obciążenia.

 

Wybrano następujące pięć scenariuszy obciążenia: obciążenia podmuchami wiatru (3 s, 20°C), obciążenia „parciem ludzi” barier chroniących przed upadkiem na obszarach niezatłoczonych (30 s, 30°C) oraz obszary, na których mogą występować tłumy (5 min, 30°C) i obciążenie śniegiem dla budynków ogrzewanych (5 dni, 20°C) i dla budynków nieogrzewanych (3 tygodnie, 0°C).

 

Nawet przy tak ograniczonym wyborze rzeczywiste scenariusze obciążenia mogą się nieco różnić. W wybranych warunkach NS 3510 dla obciążeń „parciem ludzi” na szklane balustrady (bariery) dotyczy tylko szkła używanego wewnątrz budynków, a czas trwania obciążenia śniegiem w Norwegii jest „odpowiednio” dłuższy (odpowiednio 1 tydzień lub 3 miesiące).

 

Założono, że konwencjonalna folia PVB zostałaby sklasyfikowany jako międzywarstwy dla rodziny sztywności 1, a sztywna folia PVB jako warstwa pośrednia – do rodziny sztywności 2 w rozważanych przypadkach, na podstawie danych dostawcy. Jeśli te małe różnice zostaną pominięte, można zestawić porównania, jak w tabelach 4 i 5.

 

Mając na uwadze, że krzywe modułu w funkcji czasu trwania są zwykle wykreślane w skali logarytmicznej, obliczeniowe wartości modułu dla dwóch różnych typów międzywarstw PVB mieszczą się w stosunkowo wąskim zakresie, niezależnie od źródła danych w wielu przypadkach, np. do obciążeń parciem tłumu ludzi.

 

W niektórych przypadkach bezwzględna różnica między źródłami danych może być stosunkowo duża, ale zachowanie laminatu szklanego nie ulegnie zmianie, ponieważ wszystkie wielkości/wartości modułów wskazują na stosunkowo sztywne zachowanie/ wydajne połączenie i powodują powstanie naprężeń ścinających, np. dla obciążeń podmuchami wiatru. W przypadku obciążeń dachów szklanych śniegiem w ogrzewanych budynkach konieczne jest dokładne zrozumienie rozmiaru, grubości, stopnia nachylenia dachu i zamierzonej konfiguracji szkła, aby ocenić, czy podane wartości modułów wpłyną na projekt.

 

 

Tabela 3. Analiza danych zamieszczonych w przeglądanych normach

2020 12 48 4

 

Tabela 4. Odpowiedni/Stosowany lub minimalny moduł ścinania G dla konwencjonalnego PVB w przeglądanych normach

2020 12 48 5

 


Tabela 5. Odpowiedni/Stosowany lub minimalny moduł ścinania G dla sztywnego PVB w przeglądanych normach

2020 12 48 6

 

 

Trafność danych
Chociaż każda różnica wielkości parametru może być potencjalnie myląca, ważne jest, aby zrozumieć, w jakim zakresie i dla jakich konfiguracji wartości modułów stają się bardziej krytyczne dla projektu szkła, aby uniknąć poświęcania zbyt wiele czasu na określenie najbardziej wiarygodnej liczby. Dlatego trzy różne przypadki zostały ocenione pod kątem rozwoju naprężenia i ugięcia przy użyciu nieliniowego podejścia i analizy MES z modułem międzywarstwy jako zmienną podstawową.


Trzy różne przypadki to:
1) 66.2, 4-stronne podparcie, równomierne obciążenie 1 kPa, 3000 mm (h) * 2000 mm (w) (np. okno fasadowe)

 

2) 1212.2, dwustronne podparcie, równomierne obciążenie 1 kPa, 3000 mm (w.) * 2000 mm (sz.) (np.  okno w galerii handlowej),

 

3) 88.4, jednostronne podparcie, obciążenie liniowe 0,75 kN/m (0,5 kN/m * 1,5) przy górnej krawędzi, wysokość 1100 mm z użyciem dwóch elastycznych klinów (liniowych podparć) do mocowania tafli szklanej o wysokości 90 mm, szerokości 1500 mm (np. zamocowana wspornikowo balustrada). Grubość i obciążenie szkła zostały dobrane tak, aby uzyskać naprężenia i ugięcia w realistycznym zakresie. Wynikowe naprężenia i ugięcia przedstawiono na rys. 2.

 

 

W przypadku 1 (podparcie z czterech stron) maksymalne naprężenie, jakie występuje w tafli szklanej, prawie nie zależy od modułu międzywarstwy, ponieważ naprężenia są skutecznie redystrybuowane dzięki efektom membranowym. Umiejscowienie maksymalnego naprężenia w szybie jest funkcją modułu międzywarstwy, ale szczegółowe omówienie wykracza poza zakres niniejszego artykułu. Istnieje pewna zależność ugięcia od modułu międzywarstwy, ale ugięcia są stosunkowo ograniczone dla wymiarów szyby. Dla modułu sprężystości ścinania powyżej wartości 1 MPa dalsze zmniejszanie ugięć i naprężeń staje się coraz bardziej wyraźne.

 

W przypadku 2 (podparcie z dwóch stron) przyrost naprężeń i ugięcia zależny od modułu międzywarstwy jest bardziej wyraźny. Sztywność międzywarstwy może znacząco przyczynić się do kontrolowania skutków obciążenia szkła. Podobnie jak w przypadku 1, powyżej wartości modułu międzywarstwy ścinania wynoszącej 1 MPa, dalsze zmiany mają tendencję do narastania, ale nawet między 0,5 a 1 MPa rozwój naprężeń i ugięć zaczyna się znacznie stabilizować/ wyrównywać.

 

Przypadek 3 (podparcie z jednej strony - wspornikowe) jest najbardziej wrażliwy na wzrost modułu międzywarstwy, a zarówno naprężenie, jak i ugięcie nadal spadają aż do granicznej wartości 10 MPa. Ten przypadek jest najbardziej wrażliwy na wybór odpowiedniej temperatury i czasu trwania oraz źródła danych. Dobre zrozumienie znaczenia dokładnej wartości modułu międzywarstwy dla zachowania laminatu szklanego, a także zróżnicowania zachowania, które występuje jako funkcja typu mocowania, pomaga w określeniu różnych wartości.

 

Na koniec należy zauważyć, że komercyjne szkło płaskie jest sprzedawane tylko w skończonej liczbie/ gamie grubości. Ma to tendencję do łagodzenia stosunkowo niewielkich różnic w konstrukcji szkła w wyniku różnic w module międzywarstwy. Jako przykład rozważmy symetryczny laminat, w którym zastosowanie określonej wartości modułu międzywarstwy daje minimalną obliczoną grubość 8.4 mm dla poszczególnych tafli szkła.

 

Obliczenia powtarza się przy użyciu innej, bardziej zachowawczej wartości, dla wartości modułu międzywarstwy, co daje minimalną grubość pojedynczej tafli szkła wynoszącą 10,1 mm. W obu przypadkach konfiguracja musiałaby być wykonana z nominalnego szkła o grubości 10 mm, aby zagwarantować żądane parametry.

 


Kierunki rozwoju
Nawet przy dobrym zrozumieniu zachowania laminatu szklanego w funkcji właściwości modułu międzywarstwy, zajmowanie się różnymi źródłami i wartościami modułu międzywarstwy dla pojedynczego materiału dla danego scenariusza obciążenia jest kłopotliwe. Zaprojektowanie szkła zgodnego z wytycznymi Eurokodu może dać możliwość uwzględnienia jednego źródła danych o modułach do projektowania szkła dla typowych kategorii materiałów międzywarstwy.

 

Dane powinny mieć najlepiej format szeregu/serii Prony z funkcją „przesuwania” temperatury, aby móc poradzić sobie z dużą liczbą scenariuszy obciążenia. Aby zapewnić łatwość obsługi, liczba elementów powinna być rozsądna do zastosowania (np. 10-12), a niektóre tabele oparte na wybranych modelach materiałów można dodatkowo uwzględnić. Zakres modelu pod względem maksymalnego i minimalnego czasu trwania, a także obowiązujący zakres temperatur powinien być jasno zdefiniowany.

 

 2020 12 48 7 2

Rys. 2. Naprężenia i ugięcia w szkle laminowanym jako funkcja modułu międzywarstwy dla trzech typowych scenariuszy

 


Wnioski
Wyznaczanie i stosowanie modułu międzywarstwy będzie przedmiotem ciągłego rozwoju normatywnego. Z jednej strony, na konstruktorze spoczywa odpowiedzialność za szerokie zrozumienie wpływu modułu międzywarstwy w szkle laminowanym (laminacie szklanym) na zachowanie się pod obciążeniem.

 

Z drugiej strony przedstawiciele instytutów akademickich i badawczych, władz budowlanych i przemysłu powinni współpracować w opracowaniu ram normatywnych, aby zapewnić modele materiałowe, które są zarówno bezpieczne do projektowania, jak i łatwo dostępne dla wszystkich zainteresowanych, bez konieczności odwoływania się do różnych źródeł.

 

(...)

 

dr Wim M. Stevels

 

Artykuł został oparty na wykładzie zaprezentowanym na Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2019, która odbyła się w dniach 26-28 czerwca 2019 r. Tampere w Finlandii

 


Bibliografia
[1] ISO 6721-1 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych – Część 1: Zasady ogólne
ISO 6721-2 Tworzywa sztuczne -- Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych -- Część 2: Metoda wahadła skrętnego
ISO 6721-3 Tworzywa sztuczne -- Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych -- Część 3: Drgania zginające -- Metoda krzywej rezonansowej
ISO 6721-4 Tworzywa sztuczne - Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych - Część 4: Drgania rozciągające - Metoda bezrezonansowa
ISO 6721-5 Tworzywa sztuczne - Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych - Część 5: Drgania zginające - Metoda bezrezonansowa

ISO 6721-6 Tworzywa sztuczne - Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych - Część 6: Drgania poprzeczne (ścinające) - Metoda bezrezonansowa
ISO 6721-7 Tworzywa sztuczne - Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych - Część 7: Drgania skrętne - Metoda bezrezonansowa
ISO 6721-8 Tworzywa sztuczne - Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych - Część 8: Drgania wzdłużne i ścinające - Metoda propagacji fal
ISO 6721-9 Tworzywa sztuczne - Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych - Część 9: Drgania rozciągające - Metoda propagacji impulsów dźwiękowych
ISO 6721-10 Tworzywa sztuczne - Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych - Część 10: Złożona lepkość ścinania przy użyciu reometru oscylacyjnego z równoległą płytą
ISO 6721-11 Tworzywa sztuczne - Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych - Część 11: Temperatura zeszklenia
ISO 6721-12 Tworzywa sztuczne - Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych - Część 12: Drgania ściskające - Metoda bezrezonansowa
[2] prEN 16613 Szkło w budownictwie - Szkło warstwowe i szkło warstwowe bezpieczne - Określanie właściwości lepkosprężystych międzywarstwy (Glass in Building – Laminated glass and laminated safety glass - Determination of interlayer mechanical properties)
[3] Kuntsche, J.; Schuster, M.; Schneider, J.; Langer, S.: Właściwości lepkosprężyste międzywarstw w szkle laminowanym - teoria i doświadczenia (Viscoelastic properties of laminated glass interlayers – theory and experiments). GPD 2015, pp. 143-147.
[4] Zhang, P., Stevels, W., Haldeman, S., Schimmelpenningh, J.: Pomiary modułu ścinania międzywarstwy PVB a prEN 16613 (Shear modulus measurements of structural PVB interlayer and prEN 16613). GPD 2015, pp. 148-152.
[5] Stevels, W.; D’Haene, P.; Zhang, P.; Haldeman, S.: Porównanie różnych metodologii określania modułu międzywarstwy PVB (A comparison of different methodologies for PVB interlayer modulus characterization). In Proceedings Challenging Glas 5, Bos, F.; Louter, C.; Belis, J. (eds), Gent, 2016.
[6] Ferry, J.D.: Właściwości lepkosprężyste polimerów (Viscoelastic properties of polymers). 3rd Ed. Wiley, New York, 1980.
[7] Schneider, J.; Kuntsche, J.; Schuster, M.: Zachowanie mechaniczne międzywarstw polimerowych (Mechanical behavior of polymeric interlayers). In: Proceedings Glas im konstruktiven Ingenieurbau 14 (Munich Germany), 2016, Chapter 16.
[8] EN 1288-3 Szkło w budownictwie -- Określanie wytrzymałości szkła na zginanie -- Część 3: Badanie na próbkach podpartych na dwóch podporach (czteropunktowe zginanie) (Glass in building — Determination of the bending strength of glass — Part 3: Test with specimen supported at two points (four point bending))
[9] Kasper, R.: Właściwości wytrzymałościowe szklanych nośników (Tragverhalten von Glasträgern). Dissertation RWTH Aachen, Aachen Germany 2003.
[10] Callewaert, D., Belis, J., Van Impe, R., Lagae, G., Vanlaere, W.: Ulepszona konfiguracja do czystego skręcania szkła laminowanego (Refined set-up for pure torsion of laminated glass). GPD 2007, pp. 118-121.
[11] Stevels, W.M.: Wpływ różnych źródeł danych dotyczących modułu międzywarstwy na projektowanie szkła: przypadek konstrukcyjny PBV (Effect of different sources of interlayer modulus data for glass design: the structural PBV case). GPD 2017, pp. 393-396.
[12] Botz, M.; Kraus, M.A.; Siebert, G.: Analiza dokładności w celu określenia modułu międzywarstwy przy ścinaniu w szkle laminowanym za pomocą próby skręcania (Sensitivity analysis for the determination of the interlayer shear modulus in laminated glass using a torsional test), Glass Structures and Engineering, 3 (2018), pp. 355-372.
[13] Botz, M.; Kraus, M.A.; Siebert, G.: Eksperymentalne wyznaczanie modułu sprężystości poprzecznej międzywarstw polimerowych stosowanych w szkle laminowanym (Experimental determination of the shear modulus of polymeric interlayers used in laminated glass.) In: Proceedings GlassCon Global 2018, pp.31- 38.
[14] Siebert, G.; Botz, M.; Kraus, M.A.: Porównanie szkła laminowanego LSG według norm niemieckich i europejskich (Comparison of LSG according to German and European standards). In: Proceedings of Engineered Transparency 2018, pp. 111-120.
[15] prEN 16612 Szkło w budownictwie - Wyznaczanie metodą obliczeniową i badawczą nośności normalnie obciążonych tafli szklanych (Glass in Building – Laminated glass and laminated safety glass - Determination of the load resistance of glass panes by calculation and testing)
[16] ASTM E1300 -12a: Normowe reguły do określania nośności szkła w budynkach (Standard Practice for determining the load resistance of glass in buildings).
[17] DIN 18008-1 Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 1 Warunki i zasady ogólne
DIN 18008-2 Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 2 Systemy szklenia podparte liniowo
DIN 18008-3 Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 3 Systemy szklenia mocowane punktowo
DIN 18008-4 Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 4 Dodatkowe wymagania dla szklanych balustrad ochronnych
DIN 18008-5 Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 5 Dodatkowe wymagania dla szklanych elementów z możliwością chodzenia
DIN 18008-6 Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 6 Dodatkowe wymagania wobec przeszklenia z możliwością chodzenia w celu czyszczenia i konserwacji
DIN 18008-7 Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 7 Konstrukcje specjalne
[18] Laminowane szkło bezpieczne z rodziny produktów Saflex DG poddane naprężeniom ścinającym (Verbund- Sicherheitsglas aus der Produktfamilie Saflex DG mit Schubverbund). Generic building approval Z-70.3-230, Niemiecki Instytut Techniki Budowlanej, Berlin 2016
[19] Laminowane szkło bezpieczne z folią TROSIFOL ES PVB z wiązaniem na ścinanie (Verbund- Sicherheitsglas mit der PVB-Folie TROSIFOL ES mit Schubverbund Z-70.3-236, Niemiecki Instytut Techniki Budowlanej, Berlin 2016
[20] NEN 2608 Szkło w budownictwie: wymagania oraz metody określania nośności i odkształceń (Vlakglas voor gebouwen - Eisen en Bepalingsmethode).
[21] Bennison, S.J.; A. Jagota, A.: Smith, C.A.: Pęknięcie szkła / laminatu z PVB przy zginaniu dwuosiowym (Fracture of glass/PVB Laminates in biaxial flexure), J. Am. Cer. Soc., 1761-1770, 1999.
[22] De Vogel, K.: Wpływ temperatury na wytrzymałość przy skręcaniu próbki ze szkła laminowanego z międzywarstwą jonomerową (Temperature effects on torsional behavior of glass/ionomer laminates) Master Thesis University of Gent Belgium (2008).
[23] NS 3510 Szkło bezpieczne w budownictwie - Wymagania dotyczące projektowania i klasyfikacja w różnych obszarach zastosowań (Sikkerhetsruter i byggverk – Krav til prosjektering og klasser for ulike bruksomrader)

 2020 10 48 11

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 

Więcej informacji:  Świat Szkła 12/2020 

 

Czytaj także --

Czytaj także

 

 

01 chik
01 chik