Czytaj także -

Aktualne wydanie

2021 09 okladka1

Świat Szkła 09/2021

User Menu

 ET-160x600-PL-4

 

 

 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 konferencja 9 grunia 2021

 Adv-750x100-px-Builing-Science-23

 

 

 RZ RT 2022 Banner Tag Motiv Animiert 550x150 PL

 

 

Wytrzymałość szkła na uderzenie w świetle norm projektowych i badań własnych
Data dodania: 13.11.21

Współczesna architektura stawia na rozwiązania energooszczędne. Jednocześnie dominują w niej duże powierzchnie przeszklone, w których bardzo często stosuje się szkło hartowane, zarówno jako element okiennych szyb zespolonych, jak i w postaci nieprzezroczystych szklanych paneli tzw. spandreli. W budownictwie szkło hartowane ma zastosowanie również wewnątrz budynków jako materiał do budowy przegród wewnętrznych, podłóg, schodów, balustrad czy drzwi.

 

 2021 10 50 1

Rys. 1. Stanowisko badawcze [7]

 

Zwiększające się możliwości technologiczne i wzrost zapotrzebowania na szkło w budownictwie powoduje pojawianie się nowych pytań m.in. dotyczących tego, w jaki sposób można przełożyć wyniki badań przeprowadzonych w laboratorium na próbkach normowych na pełnowymiarowe, rzeczywiste wyroby zastosowane w budownictwie.

 

Niniejszy artykuł porusza temat odporności szklanych tafli na uderzenie ciałem twardym. W pierwszej części artykułu zaprezentowano krytyczny przegląd aktualnych i obecnie opracowywanych norm dotyczących projektowania i badania elementów wykonanych ze szkła budowlanego. W drugiej części przedstawiono wyniki badań i analiz własnych, których celem jest próba retrospektywnego oszacowania wytrzymałości szkła na uderzenie stalową kulą za pomocą narzędzi numerycznych.

 


Normy materiałowe
Wprowadzając wyrób na rynek w krajach należących do Unii Europejskiej producenci muszą spełniać określone wymagania. Obecnie obowiązuje dokument związany ze znakowaniem wyrobów budowlanych znakiem CE i dopuszczeniem ich do obrotu w krajach UE. Podstawą przedmiotowej regulacji jest Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) Nr 305/2011 z dn. 9.03.2011r., z późniejszymi zmianami tj. Rozporządzenie Delegowane Komisji (UE) Nr 568/2014 oraz Nr 574/2014.

 

Zgodnie z wymogami w/w dokumentów producent zobowiązany jest każdorazowo ustalić typ produktu, który chce wprowadzić do obrotu (na podstawie przeprowadzonych badań).

 

Norma PN EN 12150 2:2006 mówi, że producent jest odpowiedzialny za sporządzenie i przechowywanie opisu wyrobu do oceny zgodności, a część normatywna opisu powinna zawierać co najmniej powołanie na EN 12150 cz. 1 i 2 oraz inne normy, z którymi zgodność zgłasza.

 

W myśl Rozporządzenia Jednostka Notyfikowana dokonuje oceny przynajmniej jednej właściwości użytkowej (w ramach systemu 3), która jest konieczna do sporządzenia przez producenta Deklaracji Właściwości Użytkowych. Wyboru zasadniczej charakterystyki dokonuje producent.

 

Szkło jest obecnie jednym z dominujących materiałów elewacyjnych. Jednocześnie architekci wciąż poszukują bardziej estetycznych materiałów niż stal i żelbet, z których wykonywane są elementy nośne. Jednak aby szkło stało się elementem podnoszącym walory estetyczne i użytkowe obiektu, koniecznym jest zastosowanie produktu pełnowartościowego, pozbawionego wad, czyli spełniającego wszystkie wymagania techniczne.

 

Do podstawowych badań szkła hartowanego należą analiza siatki spękań, badanie wytrzymałości na czteropunktowe zginanie i przynajmniej jednej z właściwości użytkowych określających właściwości fizyko-chemiczne szkła. Badaniu siatki spękań poddaje się próbki szkła o wymiarze 360×1100 mm.

 

Badanie wytrzymałości na czteropunktowe zginanie wykonuje się zgodnie z normą PN-EN 1288-3:2002, na próbkach szkła o wymiarach 360×1100 mm. Zgodnie z deklaracją, to producent wybiera przynajmniej jedną deklarowaną właściwość użytkową. Do najczęściej wybieranych należy badanie wytrzymałości na uderzenie wahadłem. Badanie przeprowadza się z zgodnie z metodyką opisaną w normie PN-EN- 12600:2004 na próbkach o wymiarach 876×1938 mm.

 

Przeprowadzając wyżej wymienione badania, producent kontroluje jakość swoich wyrobów. Wykonując je w niezależnym laboratorium może szybko znaleźć wszelkie nieprawidłowości w procesie technologicznym.

 

Z uwagi na to, że są to badania normowe, próbki są jednoznacznie zdefiniowane, i niestety przyjęte wymiary dostosowane są do badań na skalę laboratoryjną. Pozytywne wyniki badań laboratoryjnych świadczą jedynie o spełnieniu wymaganych parametrów materiałowych, nie zwalniają projektanta z przeprowadzenia obliczeń dowodzących, że element wykonany ze szkła jest bezpieczny w konkretnym rozwiązaniu.

 


Normy projektowe
Jedyną do tej pory opublikowaną normą projektową w Polsce jest dokument PN-EN 16612:2020-03 Szkło w budownictwie - Wyznaczanie metodą obliczeniową nośności normalnie obciążonych tafli szklanych. Norma ta ma jednak zastosowanie tylko do paneli wypełniających nośną ramę – elementów drugorzędnych (niekonstrukcyjnych), których zadaniem jest jedynie przeniesienie obciążeń zmiennych na konstrukcję główną (w tym wypadku ramę montażową). Elementy drugorzędne są samonośne i nie stanowią podparcia dla innych elementów wykonanych ze szkła.

 

W przytoczonej normie podano współczynniki dla obciążeń dla klasy konsekwencji zniszczenia CC1, gdzie występuje niskie zagrożenie życia ludzkiego lub występują małe albo nieznaczne konsekwencje społeczne, ekonomiczne i środowiskowe, np. budynki rolnicze, w których ludzie zazwyczaj nie przebywają oraz szklarnie. W dokumencie zawarto również podstawowe dane do projektowania, takie jak parametry materiałowe (gęstość objętościowa, moduł Younga, współczynnik Poissona) oraz charakterystyczną i obliczeniową wytrzymałość szkła.

 

Podane w normie maksymalne ugięcia tafli (min. L/65 lub 50 mm) są bardzo liberalne, ma to jednak prawdopodobnie związek z niską klasą konsekwencji zniszczenia.

 

W dokumencie podano również procedurę wyznaczania grubości efektywnej dla szkła warstwowego, wykorzystywaną do obliczeń naprężeń i ugięć oraz przykłady obliczeniowe dla jedno- i dwukomorowej szyby zespolonej.

 

Norma PN-EN 16612:2020-03 nie porusza zagadnienia nośności tafli na uderzenie. Podaje jedynie, że dla obciążeń wyjątkowych o bardzo krótkim czasie trwania obciążenia, współczynnik kmod, wykorzystywany do obliczania wytrzymałości szkła, jest większy od wartości równej 1,0. Jednocześnie norma ogranicza stosowanie wzoru na kmod do minimalnego czasu trwania obciążenia 20 ms, co daje maksymalną wartość kmod = 1,412.

 

W ogólnym przypadku, zastosowanie takiego współczynnika zwiększa wytrzymałość obliczeniową szkła odprężonego o ok. 40%, natomiast wzrost wytrzymałości dla szkła hartowanego wynosi jedynie niecałe 11%. Należy podkreślić, że typowy czas trwania obciążenia w przypadku uderzenia ciałem miękkim, w zależności od sztywności elementu, w który się uderza, wynosi od 10 do 150 ms, natomiast w przypadku uderzenia ciałem trwałym, np. kulą stalową, czas kontaktu wynosi mniej niż 1 ms. Dlatego przytoczony wzór ma zastosowanie praktyczne tylko do uderzenia ciałem podatnym (miękkim).

 

Aktualnie w Europejskim Komitecie Normalizacyjnym CEN/TC 250 trwają prace nad opracowaniem nowej normy do projektowania szkła, tzw. Eurokodu 10. Dokumenty mają status projektu i znajdują się w recenzji w krajowych komitetach normalizacyjnych. Wdrożenie norm w państwach europejskich planowane jest najwcześniej w 2025 r.

 

Należy zaznaczyć, że przytoczone poniżej dokumenty wciąż mają status projektu, dlatego przedstawione informacje nie są ostateczne i mogą ulec zmianie w finalnej wersji normy. Dlatego, należy je traktować jedynie jako naświetlenie kierunku zmian, których możemy się spodziewać po wdrożeniu tych norm.

 

W skład tzw. Eurokodu 10 wchodzą następujące dokumenty:
- prCEN/TS 19100-1:2020 Design of glass structures – Part 1: Basis of design and materials,
- prCEN/TS 19100-2:2020 Design of glass structures – Part 2: Out-of-plane loaded glass components,
- prCEN/TS 19100-3: 2020 Design of glass structures – Part 3: Design of in-plane loaded glass components and their mechanical joints.

 

Pierwszy z nich dotyczy podstaw projektowania i materiałów wykorzystywanych w projektowaniu konstrukcji wykonanych ze szkła. Jest to norma wprowadzająca, ponieważ do jej zapisów odnoszą się dwie pozostałe.

 

Znajdują się w niej nowe, zmodyfikowane wzory na wytrzymałość szkła oraz współczynniki materiałowe uzależnione od klasy konsekwencji zniszczenia. Jest to duża zmiana w porównaniu do zapisów normy PN-EN 16612:2020-03. Generalnie podejście jest takie, że im bardziej odpowiedzialna konstrukcja, tym wyższe współczynniki bezpieczeństwa.

 

Najważniejszą zmianą, która zmieni dość drastycznie dotychczasowe podejście do projektowania, jest wprowadzenie nowych stanów granicznych dla wybranych elementów budowlanych wykonanych ze szkła.

 

W tych przypadkach, oprócz standardowych, dobrze znanych stanów granicznych (Stanu Granicznego Nośności oraz Stanu Granicznego Użytkowania), norma wymienia zupełnie nowe stany:
- Stan Graniczny Zarysowania (Fracture Limit State),
- Stan Graniczny Zniszczenia (Post Fracture Limit State).

 

Oba stany odnoszą się do pozasprężystego zakresu pracy elementu wykonanego ze szkła, czyli od momentu, kiedy tafla ulega zarysowaniu. Pierwszy z nowych stanów odnosi się bezpośrednio do momentu zarysowania tafli. Aby spełnić ten stan graniczny należy zapewnić, że ziszczenie części lub całego elementu nie spowoduje zagrożenia dla ludzi, którzy znajdują się w bezpośrednim sąsiedztwie oraz nie dojdzie do penetracji ciała uderzającego przez przegrodę.

 

W tym stanie granicznym należy rozważyć wszystkie możliwe kombinacje obciążeń, które mogą wystąpić w czasie użytkowania, włączając w to jednoczesne działanie obciążeń dynamicznych (np. uderzenie) z innymi obciążeniami stałymi i zmiennymi.

 

Drugi z nowych stanów dotyczy pracy elementu od momentu zarysowania elementu przez zdefiniowany czas, np. czas ewakuacji użytkowników budynków lub okres do momentu wymiany elementu. W tym stanie granicznym należy rozważyć nośność pokrytyczną elementu, w tym – w szczególnych przypadkach - określić tzw. alternatywne ścieżki obciążeń, które zapobiegną katastrofie postępującej.

 

Drugi dokument dotyczy projektowania elementów obciążonych prostopadle do ich płaszczyzny. Znajdują się w nim zmodyfikowane wzory na grubość efektywną szkła laminowanego oraz dodatkowe wzory do obliczania naprężeń i ugięć tafli (m.in. obciążenie punktowe, podparcie punktowe). Norma podaje również bardziej precyzyjne wartości maksymalnych ugięć, np. dla wolnej krawędzi szyby zespolonej i elementów stropowych. W projekcie normy zostają również poruszone zagadnienia dynamiczne (np. drgania).

 

Zakres trzeciego dokumentu obejmuje zagadnienia związane z projektowaniem szklanych elementów obciążonych w swojej płaszczyźnie m.in. belek, żeber szklanych, a także mechanicznych połączeń między nimi. Norma wprowadza pojęcia znane z innych norm projektowych, takie jak imperfekcje geometryczne oraz podaje podstawowe wzory na nośność słupa ze względu na wyboczenie oraz belki (zwichrzenie).

 

Analizując projekty dokumentów, można dojść do wniosku, że wraz z ich wprowadzeniem projektowanie szklanych elementów będzie bardziej usystematyzowane i jednolite, a analiza zagadnień związanych z bezpieczeństwem (weryfikacja Stanu Granicznego Zarysowania i Stanu Granicznego Zniszczenia) odpowiedzialnych elementów stanie się wymogiem w świetle opracowywanych norm.

 

Poza tym, jak podają projekty norm, weryfikacja nowych stanów granicznych może być przeprowadzana za pomocą zwalidowanych modeli numerycznych lub badań eksperymentalnych.

 

Jednak biorąc pod uwagę koszt badań niszczących, modelowanie numeryczne stanie się jednym z podstawowych narzędzi do projektowania elementów wykonanych ze szkła.

 


Badania i analizy własne
Badania własne podzielono na dwie, następujące części:
- opracowanie wyników badań laboratoryjnego przeprowadzonych w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych im. Łukasiewicza w Krakowie [1],
- analiza numeryczna w programie ABAQUS.

 

Tabela 1. Średnie wartości wysokości krytycznej dla trzech grubości próbek

 2021 10 50 1t

  (kliknij na zdjęcie aby je powiększyć)

 


Badania laboratoryjne
Badania laboratoryjne wytrzymałości szkła na uderzenie były prowadzone na próbkach ze szkła hartowanego, które jest szeroko używane w budownictwie [2].

 

Szkło hartowane wykazuje wyższą charakterystyczną wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu (120 MPa) w porównaniu do szkła odprężonego (45 MPa) [3]. Wynika to z faktu wprowadzenia dodatkowych naprężeń powierzchniowych (ściskających) podczas procesu hartowania szkła [4], [5].

 

Na potrzeby analizy wybrano wyniki 105 próbek szkła hartowanego, o trzech różnych grubościach (6, 8 i 10 mm), co daje 35 próbek dla każdej grubości.

 

Próbki miały wymiar 500 mm x 360 mm. Krawędzie próbek przed procesem hartowania zostały oszlifowane i wypolerowane, gdyż zwiększa to wytrzymałość szkła, ze względu na mniejsze prawdopodobieństwo występowania rys Griffith’a [6].

 

W czasie badań wykorzystano maszynę badawczą, która jest przedstawiona na rys. 1. Próbki zostały ułożone na stalowych, cylindrycznych podporach o średnicy 50 mm i długości 365 mm, które uprzednio pokryto gumowym, elastycznym materiałem.

 

Maszyna posiadała metalową konstrukcję z zamocowanym ramieniem wyposażonym w elektromagnes, z którego zwalniany był element uderzający. Elementem uderzającym była stalowa kula o masie 4,11 kg, umieszczana 10 cm nad próbką na początku badania.

 

Po każdym uderzeniu wysokość kuli nad próbką szkła była zwiększana co 10 cm, aż do momentu zniszczenia próbki. Z opracowanych wyników pomiarowych uzyskano średnie wartości wysokości krytycznej dla trzech grubości próbek przedstawione w Tab. 1.

 

Rysunek 2 przedstawia wyniki badań laboratoryjnych. Średnia wartość wysokości krytycznej, przy której następowało zniszczenie próbki, zwiększa się wraz ze wzrostem grubości próbki. Wyniki nie były zaskoczeniem, ponieważ większa energia uderzenia jest potrzebna to zarysowania tafli o większej grubości.

 

2021 10 50 2

Rys. 2. Wyniki badań laboratoryjnych [7]

 

2021 10 50 3

Rys. 3. Model numeryczny [7]

 

 

Analiza numeryczna
Celem analizy było numeryczne odtworzenie badania laboratoryjnego wraz z przeanalizowaniem zachowania próbki w czasie uderzenia, w tym historii siły dynamicznej, prędkości elementu uderzającego oraz naprężeń rozciągających w szkle.

 

Zamodelowano układ, którego cechy odpowiadają właściwościom elementów z badania laboratoryjnego, takie jak geometria i grubość próbek, masa elementu uderzającego oraz początkowa prędkość, odpowiadająca swobodnemu spadkowi ciała z wysokości krytycznej, uprzednio wyznaczonej w badaniu eksperymentalnym. Model numeryczny został wykorzystany do retrospektywnego oszacowania wytrzymałości szkła na uderzenie kulą stalową.

 

Trójwymiarowy model numeryczny został stworzony w programie ABAQUS, który wykorzystuje Metodę Elementów Skończonych (MES), przy użyciu modułu o nazwie „Implicit Dynamic Solver”. Aby zredukować model, przy jednoczesnym zachowaniu poprawnych wyników, postanowiono wykorzystać symetrię układu i opracowano jedynie 1/4 układu badawczego, co zostało przedstawione na rys. 3. W modelu założono odpowiednie warunki brzegowe, które odpowiadają warunkom rzeczywistym badania.

 

W skład modelu numerycznego wchodziła próbka szklana, stalowy cylinder z gumową, elastyczną podkładką i element uderzający (kula stalowa). Próbki szklane o grubościach 6, 8 i 10 m zostały zamodelowane jako 8-węzłowe, bryłowe elementy 3D z pełną integracją (typ C3D8). Natomiast dla kuli stalowej oraz stalowego cylindra zastosowano dyskretne, sztywne powierzchnie (typ R3D3) o średnicy 50 mm.

 

Zamodelowano element uderzający o masie 0,51375 kg, co odpowiada 1/8 masy całkowitej kuli stalowej, który został umiejscowiony w pozycji wyjściowej 0,5 mm nad próbką szklaną w punkcie referencyjnym.

 

Przemieszczenie elementu uderzającego zostało zwolnione wzdłuż osi Z, aby umożliwić ruch kuli w kierunku tafli szklanej. Pomiędzy próbką a elementem uderzającym założono warunki brzegowe o współczynniku tarcia równym 0,7, które jednocześnie pozwalają na przenoszenie jedynie sił ściskających.

 

Dodatkowo, między taflą i podporą została zamodelowana gumowa podkładka o wymiarach 8 x 40 mm, aby uniknąć dodatkowych naprężeń w szkle, co mogłoby skutkować zawyżonymi naprężeniami w okolicy miejsca podparcia.

 

Dla szkła przyjęto gęstość równą 2500 kg/m3, moduł Younga równy 70 GPa, współczynnik Poissona równy 0,23 [PN-EN 16612:2020-3] oraz linowo-sprężysty model materiału. Ponadto, założono tłumienie dla tafli szklanej równe 1% [8], [9]. Dla gumowej podkładki przyjęto tłumienie na poziomie 5% oraz zastosowano liniowo-sprężysty model materiałowy z parametrami: model Younga równy 1000 MPa i współczynnik Poissona równy 0,48.

 

Istotnym czynnikiem modelu jest siatka elementów skończonych, która wpływa na wartość otrzymanych wyników naprężeń lokalnych. Założono, że dla próbki szklanej w miejscu kontaktu (obszar 50 x 50 mm) siatka będzie miała wymiar 1x1 mm. Dla pozostałej części próbki zaprojektowano siatkę o nieregularnym kształcie, której wymiar odpowiadał jej grubości. Taka sama siatka została zastosowana do pozostałych stref modelu. Do elementu uderzającego zastosowano siatkę zagęszczoną, jak w miejscu kontaktu.

 

W celu symulacji uderzenia kuli stalowej w taflę szklaną element udarowy został wprowadzony w ruch z początkową prędkością, która odpowiada wartości wysokości krytycznej, obliczoną ze wzoru (1), gdzie h oznacza wysokość spadania kuli [m], a g przyspieszenie ziemskie [m/s2].


2021 10 50 1w (1)


Aby przedstawić globalne zachowanie modelu w czasie uderzenia, wybrano reprezentatywny model z taflą o grubości 6 mm uderzoną kulą z prędkością, która odpowiada krytycznej wysokości spadania kuli równej 0,76 m.

 

Na rysunku 4 przedstawiono wyniki uzyskane z analizy numerycznej: siłę dynamiczną, prędkość i przemieszczenie tafli (w punkcie centralnym) i kuli stalowej oraz naprężenia główne (rozciągające) w szkle.

 

Na rys. 4a, przedstawiającym zmianę siły dynamicznej
w czasie, można zauważyć kilka charakterystycznych punktów w postaci nagłych zmian siły, co jest związane z drganiami próbki po uderzeniu. Pierwszy, a za razem największy, skok odpowiada wartości 1200 N. Powyższe spostrzeżenie jest typowe dla szklanych tafli poddanych uderzeniu ciałem twardym.

 

Na rysunku 4b, który przedstawia zmianę prędkości próbki i elementu udarowego w czasie, można zauważyć trzy charakterystyczne miejsca na wykresie. Jedno z nich to moment, w którym następuje pierwszy kontakt elementu uderzającego i tafli szklanej do ok. 3 ms. Prędkość próbki zostaje zrównana z prędkością elementu uderzającego i zmniejsza się, co jest związane z oporem stawianym przez taflę.

 

Następnie, w ok. 3-4 ms prędkość próbki gwałtownie wzrasta do wartości około 3,9 m/s. To zjawisko związane jest z siłą bezwładności i naturalnym ugięciu sprężystym. Chwilowy brak kontaktu między elementem uderzającym i próbką można również zauważyć na rys. 4c, który przedstawia przebieg przemieszczenia obu elementów w czasie. W 4 ms prędkość tafli zmienia zwrot i dochodzi do drugiego kontaktu próbki i elementu uderzającego. Na rys. 4b w czasie równym w przybliżeniu 7 ms pojawia się podobne zjawisko, lecz w znacznie mniejszej skali.

 

 2021 10 50 4

2021 10 50 4a

Rys. 4. Wyniki analiz numerycznych (grubość tafli 60 mm, prędkość v0 = 3,862 m/s): (a) siła dynamiczna, (b) prędkość, (c) przemieszczenie, (d) naprężnie główne (rozciągające) w szkle w miejscu uderzenia [7]. Na wykresach oznaczono wyniki dla elementu uderzającego i tafli szklanej

 

2021 10 50 5

Rys. 5. Wyniki analiz numerycznych (grubość tafli 60 mm, prędkość v0 = 3,862 m/s): przemieszczenie globalne w wybranych punktach symulacji [7]. Wartości w legendzie podano w metrach

 


Najistotniejszy wykres, z punktu widzenia celu analizy, został przedstawiony na rys. 4d, który obrazuje maksymalne naprężenia główne (rozciągające) w szkle w czasie analizy. Podobnie jak w przypadku historii siły dynamicznej, również w przebiegu naprężeń można zaobserwować nagłe zmiany wartości w czasie.

 

Oba zjawiska wynikają z dynamicznego charakteru analizy. Pierwszy gwałtowny wzrost wartości (193,7 MPa) naprężeń występuje zaraz po pierwszym kontakcie tafli i elementu uderzającego – w czasie równym 0,36 ms. W dalszej części analizy następują kolejne gwałtowne zmiany wartości w następnych przedziałach czasowych symulacji.

 

W literaturze [10], [11] zaobserwowano podobne zjawisko. W całej analizie uzyskano maksymalną wartość 262,8 MPa (w czasie 4,8 ms), co stanowi 135,7% wartości po pierwszym kontakcie elementu uderzającego i próbki szklanej. Jednak po przeprowadzonej dogłębnej analizie, założono, że wartość pierwszego skoku naprężeń (o wartości 193,7 MPa) jest wartością krytyczną.

 

W badaniach eksperymentalnych [1] określano tylko krytyczną wysokość spadku kuli, natomiast nie rejestrowano czasu, w którym następowało zniszczenie. W związku z powyższym, do dalszej analizy wybrano wartość najniższą ze wszystkich skoków, następującą bezpośrednio po pierwszym kontakcie elementów (w czasie t < 1 ms). Jest to założenie bezpieczne, ponieważ zaniżono w ten sposób wytrzymałość szkła.

 

Tabela 2. Wyniki analiz numerycznych

 2021 10 50 2t

  (kliknij na zdjęcie aby je powiększyć)

 

W tabeli 2 przedstawiono wyniki analiz numerycznych w postaci średnich wartości naprężenia głównego w szkle wraz z odchyleniem standardowym wynikającym z badań niszczących. Dodatkowo podano energię uderzenia obliczoną według wzoru (2).

 

We wzorze m oznacza masę kuli, a v0 prędkość początkową [m/s] wynikającą z wysokości spadania [m].

 

2021 10 50 2w(2)

 


Na rysunku 6 zestawiono uzyskane wyniki. Zaznaczono również normową wartości charakterystycznej wytrzymałości szkła hartowanego w badaniu statycznym (120 MPa), zgodnie z PN-EN 16612:2020. Uzyskano średnią wartość dla wszystkich grubości próbek (6, 8 i 10 mm) równą 189,5 MPa, która zawiera się w przedziale (180-200 MPa) proponowanym przez [12].

 

2021 10 50 6

Rys. 6. Zależność maksymalnych naprężeń głównych w szkle i grubości tafli [7]

 

W przyszłości planowane są dalsze prace w celu pogłębiania tematyki przedstawionej w artykule, w szczególności będą one dotyczyły badań eksperymentalnych tafli o różnej geometrii i grubości. Osoby zainteresowane tą tematyką zapraszamy do kontaktu. 

 

Publikacja została zrealizowana w ramach projektu „Innowacyjne rozwiązania dla szkła laminowanego mocowanego punktowo o zwiększonej nośności pokrytycznej” (LIDER/34/0125/L-11/19/NCBR/2020) finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu LIDER XI.

 

dr hab. inż. Marcin Kozłowski, prof. PŚ – Katedra Inżynierii Budowlanej, Wydział Budownictwa, Politechnika Śląska, Gliwice

 

inż. Kinga Zemła – Wydział Budownictwa, Politechnika Śląska, Gliwice

 

dr inż. Magda Kosmal – Sieć Badawcza Łukasiewicz, Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Kraków

 

Literatura
[1] B. Ziemba, T. Zduniewicz, T. Tarczoń, J. Brzezicki, I. Kozubek, „Alternatywna metoda badań wytrzymałośći mechanicznej szkła, dla Producentów termicznie hartowanego bezpiecznego szkła sodowo-wapniowo-krzemianowego w ramach ZKP,” ISCMOiB OSK, Kraków, 2009.


[2] J. Wurm, „Glass Structures: Design and Construction of Self- Supporting Skins”, Basel, Switzerland: Birkhauser Velrag AG, 2007.


[3] M. Haldimann, A. Luible, M. Overend, „Structural Use of Glass”, Zurich: IABSE-AIPC-IVBH, 2008.


[4] M. Soutsos, P. Domone, „Constructions Materials. Fifth Edition.,” Taylor & Francis Group, 2018, pp. 438-439.


[5] E. L. Bourhis, „Glass: Mechanics and Technology, 2nd edition.”, Wienheim, Germany: Wiley-VCH Verlag, 2014.


[6] B. Ładecki, „Strength study on soda-lime-silicate-toughened glass,” Mechanics and Control, p. 52, Vol. 35 2015.


[7] M. Kozłowski, K. Zemła, M. Kosmal, „Exploratory finite element analysis of monolithic toughened glass panes subjected to hard-body impact,” w WMCAUS, Prague, 2021.


[8] C. Bedon, M. Fasan, C. Amadio, „Vibration analysis and dynamic characterization of structural glass elements with different restraints based on Operational Modal Analysis,” Buildings, nr 9 (1), p. 13, 2019.


[9] L. Figuli, D. Papan, Z. Papanova, C. Bedon, „Experimental mechanical analysis of traditional in-service glass windows subjected to dynamic tests and hard body impact,” Smart Strucutres and Systems, Vol. 27 (0) 2021.


[10] M. Kozłowski, D. Kinsella, K. Perssona, J. Kubica, J. Hulimka, „Structural Analysis of Slender Glass Panel Subjected to Static and Impact Loading,” w Challenging Glass 6- Conference on Architectural and Structural Applications of Glass, Delft University of Technology, May 2018.


[11] M. Kozłowski, K. Persson, D. Honfi, N. W. Portal, „Structural Behaviour of Glass Panels Under Soft-body Impact,” w Challenging Glass 7 - Conference on Architectural and Structural Applications of Glass, Ghent University, September 2020.


[12] UK. Glazing Hazard Guide, „Glazing hazard guide, cubicle standoffs, tables and charts.,” Explosive Protection, nr SSG/EP/4/97, SAFE/SSG, 1997.

 

 2021 10 50 7

 (kliknij na zdjęcie aby je powiększyć)

 

Czytaj także --

Czytaj także

 

 

01 chik
01 chik