Punktfaste glassystemer, der opfylder dette arkitektoniske krav, er særligt populære i stueetagen eller offentlige områder. Nylige teknologiske fremskridt har muliggjort brugen af ​​ultra-højstyrke klæbemidler til at fastgøre disse store pimpsten til tilbehør uden behov for at bore huller i glasset.
Den typiske placering på jorden øger sandsynligheden for, at systemet skal fungere som et beskyttende lag for bygningens beboere, og dette krav overstiger eller overgår typiske vindbelastningskrav. Der er udført nogle tests på punktfastgørelsessystemet til boring, men ikke på bindingsmetoden.
Formålet med denne artikel er at optage en simuleringstest ved hjælp af et stødrør med eksplosive ladninger for at simulere en eksplosion for at simulere virkningen af ​​en eksplosiv belastning på en bundet transparent komponent. Disse variabler inkluderer eksplosionsbelastningen defineret af ASTM F2912 [1], som udføres på en tynd plade med en SGP-ionomersandwich. Denne forskning er første gang, den kan kvantificere den potentielle eksplosive ydeevne til storskala testning og arkitektonisk design. Fastgør fire TSSA-fittings med en diameter på 60 mm (2,36 tommer) til en glasplade, der måler 1524 x 1524 mm (60 tommer x 60 tommer).
De fire komponenter, der blev belastet til 48,3 kPa (7 psi) eller lavere, beskadigede eller påvirkede ikke TSSA og glasset. Fem komponenter blev belastet under tryk over 62 kPa (9 psi), og fire af de fem komponenter viste glasbrud, hvilket fik glasset til at forskyde sig fra åbningen. I alle tilfælde forblev TSSA fastgjort til metalbeslagene, og der blev ikke fundet nogen funktionsfejl, vedhæftning eller binding. Test har vist, at det testede TSSA-design i overensstemmelse med kravene i AAMA 510-14 kan give et effektivt sikkerhedssystem under en belastning på 48,3 kPa (7 psi) eller lavere. De data, der genereres her, kan bruges til at konstruere TSSA-systemet, så det opfylder den specificerede belastning.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) er den avancerede anvendelsesekspert inden for Dow Cornings højtydende silikoner. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) er en Dow Cornings højtydende byggeindustriforsker, der også er Dow Cornings silikone- og ASTM-forsker.
Strukturel silikonefastgørelse af glaspaneler er blevet brugt i næsten 50 år til at forbedre æstetikken og ydeevnen i moderne bygninger [2] [3] [4] [5]. Fastgørelsesmetoden kan skabe en glat, kontinuerlig ydervæg med høj transparens. Ønsket om øget transparens i arkitekturen førte til udviklingen og brugen af ​​kabelnetvægge og boltunderstøttede ydervægge. Arkitektonisk udfordrende vartegnbygninger vil omfatte nutidens moderne teknologi og skal overholde lokale bygnings- og sikkerhedsforskrifter og -standarder.
Den transparente strukturelle silikoneklæber (TSSA) er blevet undersøgt, og en metode til at understøtte glasset med boltfastgørelsesdele i stedet for at bore huller er blevet foreslået [6] [7]. Den transparente limteknologi med styrke, vedhæftning og holdbarhed har en række fysiske egenskaber, der gør det muligt for designere af facadevægge at designe forbindelsessystemet på en unik og nyskabende måde.
Runde, rektangulære og trekantede tilbehør, der opfylder æstetiske og strukturelle krav, er nemme at designe. TSSA hærdes sammen med det laminerede glas, der behandles i en autoklave. Efter at materialet er fjernet fra autoklavecyklussen, kan 100% verifikationstesten gennemføres. Denne kvalitetssikringsfordel er unik for TSSA, fordi den kan give øjeblikkelig feedback på enhedens strukturelle integritet.
Slagfastheden [8] og stødabsorberingseffekten af ​​konventionelle strukturelle silikonematerialer er blevet undersøgt [9]. Wolf et al. har leveret data genereret af Universitetet i Stuttgart. Disse data viser, at trækstyrken af ​​det strukturelle silikonemateriale, sammenlignet med den kvasistatiske tøjningshastighed specificeret i ASTM C1135, er ved en ultimativ tøjningshastighed på 5 m/s (197 in/s). Styrke og forlængelse øges. Indikerer forholdet mellem tøjning og fysiske egenskaber.
Da TSSA er et meget elastisk materiale med højere modul og styrke end strukturel silikone, forventes det at have samme generelle ydeevne. Selvom der ikke er udført laboratorietests med høje tøjningshastigheder, kan det forventes, at den høje tøjningshastighed i eksplosionen ikke vil påvirke styrken.
Det boltede glas er blevet testet, opfylder standarderne for eksplosionsbeskyttelse [11] og blev udstillet på Glass Performance Day i 2013. De visuelle resultater viser tydeligt fordelene ved mekanisk fastgørelse af glasset, efter det er brudt. For systemer med ren klæbende fastgørelse vil dette være en udfordring.
Rammen er lavet af amerikansk standardstål med dimensioner på 151 mm dybde x 48,8 mm bredde x 5,08 mm kropstykkelse (6” x 1,92” x 0,20”), normalt kaldet C 6” x 8,2# slot. C-profilerne er svejset sammen i hjørnerne, og en 9 mm (0,375 tomme) tyk trekantet sektion er svejset i hjørnerne, tilbagetrukket fra rammens overflade. Et 18 mm (0,71") hul blev boret i pladen, så en bolt med en diameter på 14 mm (0,55") nemt kan indsættes i den.
TSSA-metalbeslag med en diameter på 60 mm (2,36 tommer) er 50 mm (2 tommer) fra hvert hjørne. Anvend fire beslag på hvert stykke glas for at gøre alt symmetrisk. Det unikke ved TSSA er, at det kan placeres tæt på glassets kant. Boretilbehør til mekanisk fastgørelse i glas har specifikke dimensioner startende fra kanten, som skal indarbejdes i designet og skal bores før hærdning.
Størrelsen tæt på kanten forbedrer gennemsigtigheden af ​​det færdige system og reducerer samtidig vedhæftningen af ​​stjernesamlingen på grund af det lavere drejningsmoment på den typiske stjernesamling. Glasset, der er valgt til dette projekt, er to 6 mm (1/4") hærdede transparente 1524 mm x 1524 mm (5′x 5′) lag lamineret med Sentry Glass Plus (SGP) ionomermellemfilm 1,52 mm (0,060)").
En 1 mm (0,040 tommer) tyk TSSA-skive påføres en 60 mm (2,36 tommer) grundet rustfri stålfitting i diameter. Primeren er designet til at forbedre holdbarheden af ​​vedhæftningen til rustfrit stål og er en blanding af silan og titanat i et opløsningsmiddel. Metalskiven presses mod glasset med en målt kraft på 0,7 MPa (100 psi) i et minut for at give befugtning og kontakt. Placer komponenterne i en autoklave, der når 11,9 bar (175 psi) og 133 °C (272 °F), så TSSA'en kan nå den 30-minutters iblødsætningstid, der kræves til hærdning og binding i autoklaven.
Når autoklaven er færdig og afkølet, skal hver TSSA-fitting inspiceres og derefter strammes til 55 Nm (40,6 fodpund) for at vise en standardbelastning på 1,3 MPa (190 psi). Tilbehør til TSSA leveres af Sadev og er identificeret som R1006 TSSA-tilbehør.
Saml tilbehørets hoveddel på hærdningsskiven på glasset, og sænk den ned i stålrammen. Juster og fastgør møtrikkerne på boltene, så det udvendige glas flugter med ydersiden af ​​stålrammen. 13 mm x 13 mm (1/2″ x ½”) samlingen, der omgiver glasperimeteren, forsegles med en todelt silikonestruktur, så trykbelastningstesten kan begynde den næste dag.
Testen blev udført med et stødabsorberende rør på Explosives Research Laboratory ved University of Kentucky. Det stødabsorberende rør består af et forstærket stålhus, der kan installere enheder på op til 3,7 m x 3,7 m på fronten.
Slagrøret drives ved at placere sprængstoffer langs eksplosionsrørets længde for at simulere de positive og negative faser af eksplosionshændelsen [12] [13]. Placer hele glas- og stålrammen i det stødabsorberende rør til test, som vist i figur 4.
Fire tryksensorer er installeret inde i stødrøret, så tryk og puls kan måles nøjagtigt. To digitale videokameraer og et digitalt spejlreflekskamera blev brugt til at optage testen.
MREL Ranger HR-højhastighedskameraet, der er placeret nær vinduet uden for støddæmperrøret, optog testen med 500 billeder i sekundet. Placer en 20 kHz afbøjningslaseroptager nær vinduet for at måle afbøjningen i midten af ​​vinduet.
De fire rammekomponenter blev testet ni gange i alt. Hvis glasset ikke forlader åbningen, skal komponenten testes igen under højere tryk og slag. I hvert tilfælde registreres måltryk og impuls- samt glasdeformationsdata. Derefter vurderes hver test også i henhold til AAMA 510-14 [Festestration System Voluntary Guidelines for Explosion Hazard Mitigation].
Som beskrevet ovenfor blev fire rammeenheder testet, indtil glasset blev fjernet fra åbningen af ​​​​sprængporten. Målet med den første test er at nå 69 kPa ved en puls på 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-ms). Under den påførte belastning knuste glasvinduet og frigjorde sig fra rammen. Sadev-punktbeslag får TSSA til at klæbe til knust hærdet glas. Når det hærdede glas knuste, forlod glasset åbningen efter en afbøjning på cirka 100 mm (4 tommer).
Under stigende kontinuerlig belastning blev ramme 2 testet 3 gange. Resultaterne viste, at fejlen først opstod, da trykket nåede 69 kPa (10 psi). De målte tryk på 44,3 kPa (6,42 psi) og 45,4 kPa (6,59 psi) vil ikke påvirke komponentens integritet. Under det målte tryk på 62 kPa (9 psi) forårsagede glassets afbøjning brud, hvilket efterlod glasvinduet i åbningen. Alt TSSA-tilbehør er fastgjort med knust hærdet glas, ligesom i figur 7.
Under stigende kontinuerlig belastning blev ramme 3 testet to gange. Resultaterne viste, at fejlen først opstod, da trykket nåede målet på 69 kPa (10 psi). Det målte tryk på 48,4 kPa (7,03) psi vil ikke påvirke komponentens integritet. Dataindsamlingen tillod ikke nedbøjning, men visuel observation fra videoen viste, at nedbøjningen af ​​ramme 2, test 3, og ramme 4, test 7, var ens. Under måletrykket på 64 kPa (9,28 psi) resulterede glassets nedbøjning målt ved 190,5 mm (7,5") i brud, hvilket efterlod glasvinduet i åbningen. Alt TSSA-tilbehør er fastgjort med knust hærdet glas, som vist i figur 7.
Med stigende kontinuerlig belastning blev ramme 4 testet 3 gange. Resultaterne viste, at fejlen først opstod, da trykket nåede målet på 10 psi for anden gang. De målte tryk på 46,8 kPa (6,79) og 64,9 kPa (9,42 psi) vil ikke påvirke komponentens integritet. I test nr. 8 blev glasset målt til at bøje 100 mm (4 tommer). Det forventes, at denne belastning vil få glasset til at knække, men andre datapunkter kan indhentes.
I test nr. 9 afbøjede det målte tryk på 65,9 kPa (9,56 psi) glasset med 190,5 mm (7,5″) og forårsagede brud, så glasvinduet blev i åbningen. Alt TSSA-tilbehør er fastgjort med det samme knuste hærdede glas som i figur 7. I alle tilfælde kan tilbehøret nemt fjernes fra stålrammen uden nogen synlige skader.
TSSA'en for hver test forbliver uændret. Efter testen, når glasset forbliver intakt, er der ingen visuel ændring i TSSA'en. Højhastighedsvideoen viser glasset knække midt i spændet og derefter forlade åbningen.
Ud fra sammenligningen af ​​glasbrud og intet brud i figur 8 og figur 9 er det interessant at bemærke, at glasbrudtilstanden opstår langt væk fra fastgørelsespunktet, hvilket indikerer, at den ubundne del af glasset har nået bøjningspunktet, som hurtigt nærmer sig. Glass sprødhedsflydegrænse er relativ til den del, der forbliver bundet.
Dette indikerer, at de knækkede plader i disse dele under testen sandsynligvis vil bevæge sig under forskydningskræfter. Ved at kombinere dette princip og observationen om, at fejltilstanden synes at være sprødhed af glastykkelsen ved klæbefladen, når den foreskrevne belastning stiger, bør ydeevnen forbedres ved at øge glastykkelsen eller kontrollere udbøjningen på andre måder.
Test 8 af ramme 4 er en behagelig overraskelse i testfaciliteten. Selvom glasset ikke er beskadiget, så rammen kan testes igen, kan TSSA og de omkringliggende tætningslister stadig modstå denne store belastning. TSSA-systemet bruger fire 60 mm fastgørelser til at understøtte glasset. De designmæssige vindbelastninger er levende og permanente belastninger, begge på 2,5 kPa (50 psf). Dette er et moderat design med ideel arkitektonisk transparens, der udviser ekstremt høje belastninger, og TSSA forbliver intakt.
Denne undersøgelse blev udført for at fastslå, om glassystemets klæbende vedhæftning har nogle iboende farer eller defekter med hensyn til lave krav til sandblæsningsydelse. Det er klart, at et simpelt 60 mm TSSA-tilbehørssystem installeres nær kanten af ​​glasset og har ydeevnen, indtil glasset går i stykker. Når glasset er designet til at modstå brud, er TSSA en brugbar forbindelsesmetode, der kan give en vis grad af beskyttelse, samtidig med at bygningens krav til gennemsigtighed og åbenhed opretholdes.
I henhold til ASTM F2912-17-standarden når de testede vindueskomponenter H1-fareniveauet på C1-standardniveauet. Sadev R1006-tilbehøret, der blev brugt i undersøgelsen, er ikke berørt.
Det hærdede glas, der anvendes i denne undersøgelse, er det "svage led" i systemet. Når glasset er brudt, kan TSSA og den omgivende tætningsliste ikke tilbageholde en stor mængde glas, fordi en lille mængde glasfragmenter forbliver på silikonematerialet.
Fra et design- og ydeevnesynspunkt har TSSA-klæbesystemet vist sig at give et højt beskyttelsesniveau i facadekomponenter af eksplosiv kvalitet på det indledende niveau af eksplosive ydeevneindikatorer, hvilket er bredt accepteret af branchen. Den testede facade viser, at når eksplosionsfaren er mellem 41,4 kPa (6 psi) og 69 kPa (10 psi), er ydeevnen på fareniveauet betydeligt anderledes.
Det er dog vigtigt, at forskellen i fareklassificering ikke kan tilskrives klæbemiddelfejl, som indikeret af den kohæsive brudtilstand for klæbemiddel og glasfragmenter mellem faretærsklerne. Ifølge observationer er glassets størrelse passende justeret for at minimere nedbøjning og forhindre sprødhed på grund af øget forskydningsrespons ved grænsefladen mellem bøjning og fastgørelse, hvilket synes at være en nøglefaktor for ydeevne.
Fremtidige designs kan muligvis reducere fareniveauet under højere belastninger ved at øge glassets tykkelse, fastgøre punktets position i forhold til kanten og øge klæbemidlets kontaktdiameter.
[1] ASTM F2912-17 Standard Glasfiber Specifikation, Glas og Glassystemer Udsat for Høje Højdebelastninger, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ og Peterson, CO, Jr., “Strukturel Forseglerglas, Forseglerteknologi til Glassystemer”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, s. 67-99 sider. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz og Gladstone, M., “Seismisk Ydeevne af Strukturel Silicaglas”, Bygningsforsegling, Forseglerglas og Vandtæt Teknologi, Bind 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, redaktør, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, s. 46-59. [4] Carbary, LD, “Gennemgang af holdbarhed og ydeevne af silikonekonstruktioner i glasvinduer”, Glass Performance Day, Tampere Finland, juni 2007, Konferencerapporter, siderne 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD, og ​​Takish, MS, “Performance of Silicone Structural Adhesives”, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ University of Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989, s. 22-45. [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. og Carbary L. D, “Transparent Structural Silicone Adhesive for Fixing Glazing Dispensing (TSSA) Preliminary assessment of the mechanical properties and durability of the steel”, The Fourth International Durability Symposium “Construction Sealants and Adhesives”, ASTM International Magazine, udgivet online, august 2011, bind 8, nummer 10 (11. november 2011), JAI 104084, tilgængelig fra følgende hjemmeside: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Silikoneklæbemiddel med transparent struktur, Glass Performance Day, Tampere, Finland, juni 2011, Mødets referat, side 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., “Ny generation af strukturelt silicaglas” Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf og Sigurd Sitte “Vurdering af silikonegummitætningsmidler i design af skudsikre vinduer og facadevægge ved høje bevægelseshastigheder”, ASTM International Magazine, udgave 1. 6. Artikel nr. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standard testmetode til bestemmelse af trækfasthedsegenskaber for strukturelle tætningsmidler, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., “Fremskridt inden for "Eksplosionssikkert boltfastgjort glas", Glass Performance Day, juni 2103, mødereferat, s. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Standard testmetode til glas og glassystemer udsat for høje vindbelastninger, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad og Braden T. Lusk. "En ny metode til bestemmelse af eksplosionssikre glassystemers reaktion på eksplosive belastninger." Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] "Frivillige retningslinjer for afbødning af eksplosionsfaren ved vertikale vinduessystemer" AAMA 510-14.