سیستم های شیشه ای ثابت که این نیاز معماری را برآورده می کنند، به ویژه در ورودی های زمینی یا مناطق عمومی محبوب هستند.پیشرفت‌های تکنولوژیکی اخیر امکان استفاده از چسب‌های بسیار با استحکام را برای چسباندن این سنگ‌های سنگی بزرگ به لوازم جانبی بدون نیاز به سوراخ کردن شیشه فراهم کرده است.
مکان معمولی زمین این احتمال را افزایش می دهد که سیستم باید به عنوان یک لایه محافظ برای ساکنان ساختمان عمل کند و این نیاز از نیازهای بار باد معمولی بیشتر یا بیشتر است.برخی از آزمایشات بر روی سیستم ثابت نقطه برای حفاری انجام شده است، اما در روش باندینگ انجام نشده است.
هدف از این مقاله، ثبت یک آزمایش شبیه‌سازی با استفاده از یک لوله شوک با بارهای انفجاری برای شبیه‌سازی یک انفجار برای شبیه‌سازی ضربه یک بار انفجاری بر روی یک جزء شفاف متصل شده است.این متغیرها شامل بار انفجار تعریف شده توسط ASTM F2912 [1] است که بر روی یک صفحه نازک با ساندویچ یونومر SGP انجام می شود.این تحقیق اولین بار است که می تواند عملکرد انفجاری بالقوه را برای آزمایش های مقیاس بزرگ و طراحی معماری کمی کند.چهار اتصالات TSSA با قطر 60 میلی متر (2.36 اینچ) را به یک صفحه شیشه ای با ابعاد 1524×1524 میلی متر (60 اینچ در 60 اینچ) وصل کنید.
چهار جزء بارگذاری شده تا 48.3 کیلو پاسکال (7 psi) یا کمتر، آسیبی به TSSA و شیشه وارد نکردند.پنج جزء تحت فشار بالای 62 کیلو پاسکال (9 psi) بارگذاری شدند و چهار جزء از پنج جزء شکستگی شیشه را نشان دادند که باعث شد شیشه از دهانه خارج شود.در همه موارد، TSSA به اتصالات فلزی متصل باقی ماند و هیچ نقص، چسبندگی یا اتصال یافت نشد.آزمایش نشان داده است که مطابق با الزامات AAMA 510-14، طراحی آزمایش شده TSSA می تواند یک سیستم ایمنی موثر تحت بار 48.3 کیلو پاسکال (7 psi) یا کمتر ارائه دهد.داده های تولید شده در اینجا می توانند برای مهندسی سیستم TSSA برای برآوردن بار مشخص شده استفاده شوند.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) کارشناس برنامه های کاربردی پیشرفته سیلیکون های با کارایی بالا Dow Corning است.لارنس دی. کاربری (Lawrence D. Carbary) دانشمند صنعت ساخت و ساز با کارایی بالا داو کورنینگ است که محقق سیلیکون داو کورنینگ و ASTM است.
اتصال سیلیکونی ساختاری پانل های شیشه ای برای نزدیک به 50 سال برای افزایش زیبایی و عملکرد ساختمان های مدرن استفاده شده است [2] [3] [4] [5].روش تثبیت می تواند دیوار بیرونی پیوسته صاف را با شفافیت بالا ایجاد کند.تمایل به افزایش شفافیت در معماری منجر به توسعه و استفاده از دیوارهای شبکه کابلی و دیوارهای خارجی با پشتیبانی از پیچ و مهره شد.ساختمان های شاخص معماری چالش برانگیز شامل فناوری مدرن امروزی هستند و باید با قوانین و استانداردهای ساختمانی و ایمنی محلی مطابقت داشته باشند.
چسب سیلیکونی ساختاری شفاف (TSSA) مورد مطالعه قرار گرفته است و روشی برای حمایت از شیشه با قطعات ثابت پیچ به جای سوراخ‌های حفاری پیشنهاد شده است [6] [7].تکنولوژی چسب شفاف با استحکام، چسبندگی و دوام دارای یک سری ویژگی های فیزیکی است که به طراحان دیوار پرده ای اجازه می دهد تا سیستم اتصال را به روشی منحصر به فرد و جدید طراحی کنند.
لوازم جانبی گرد، مستطیلی و مثلثی شکل که زیبایی شناسی و عملکرد ساختاری را برآورده می کنند، طراحی آسانی دارند.TSSA همراه با شیشه چند لایه که در اتوکلاو پردازش می شود، پخت می شود.پس از حذف مواد از چرخه اتوکلاو، تست تایید 100% را می توان تکمیل کرد.این مزیت تضمین کیفیت برای TSSA منحصر به فرد است زیرا می تواند بازخورد فوری در مورد یکپارچگی ساختاری مجموعه ارائه دهد.
مقاومت ضربه [8] و اثر جذب شوک مواد سیلیکونی ساختاری معمولی مورد مطالعه قرار گرفته است [9].ولف و همکارانداده های تولید شده توسط دانشگاه اشتوتگارت ارائه شده است.این داده ها نشان می دهد که در مقایسه با نرخ کرنش شبه استاتیکی مشخص شده در ASTM C1135، استحکام کششی مواد سیلیکونی ساختاری در نرخ کرنش نهایی 5 متر بر ثانیه (197 اینچ بر ثانیه) است.استحکام و ازدیاد طول افزایش می یابد.رابطه بین کرنش و خواص فیزیکی را نشان می دهد.
از آنجایی که TSSA یک ماده بسیار الاستیک با مدول و استحکام بالاتر نسبت به سیلیکون ساختاری است، انتظار می‌رود که از همان عملکرد کلی پیروی کند.اگرچه تست های آزمایشگاهی با نرخ کرنش بالا انجام نشده است، اما می توان انتظار داشت که نرخ کرنش بالا در انفجار تاثیری بر استحکام نداشته باشد.
شیشه پیچ شده آزمایش شده است، مطابق با استانداردهای کاهش انفجار [11] است و در روز عملکرد شیشه در سال 2013 به نمایش گذاشته شد.نتایج بصری به وضوح مزایای ثابت کردن مکانیکی شیشه را پس از شکستن شیشه نشان می دهد.برای سیستم هایی با چسب خالص، این یک چالش خواهد بود.
این قاب از کانال فولادی استاندارد آمریکایی با ابعاد 151 میلی‌متر عمق x 48.8 میلی‌متر عرض x 5.08 میلی‌متر ضخامت شبکه (6 اینچ x 1.92 اینچ x 0.20 اینچ) ساخته شده است که معمولاً شکاف C 6 اینچ x 8.2# نامیده می‌شود.کانال‌های C در گوشه‌ها به هم جوش داده می‌شوند و یک بخش مثلثی با ضخامت 9 میلی‌متر (0.375 اینچ) در گوشه‌ها جوش داده می‌شود که از سطح قاب عقب‌نشینی می‌کند.یک سوراخ 18 میلی متری (0.71 اینچ) در صفحه ایجاد شد تا بولت با قطر 14 میلی متر (0.55 اینچ) به راحتی در آن قرار گیرد.
اتصالات فلزی TSSA با قطر 60 میلی متر (2.36 اینچ) از هر گوشه 50 میلی متر (2 اینچ) فاصله دارد.چهار اتصالات را به هر تکه شیشه بزنید تا همه چیز متقارن شود.ویژگی منحصر به فرد TSSA این است که می توان آن را نزدیک به لبه شیشه قرار داد.لوازم حفاری برای تثبیت مکانیکی در شیشه دارای ابعاد مشخصی است که از لبه شروع می شود که باید در طرح گنجانده شود و قبل از تمپر کردن باید سوراخ شود.
اندازه نزدیک به لبه، شفافیت سیستم تمام شده را بهبود می بخشد و در عین حال به دلیل گشتاور کمتر روی اتصال ستاره معمولی، چسبندگی اتصال ستاره را کاهش می دهد.شیشه انتخاب شده برای این پروژه، دو لایه 6 میلی‌متری (1/4 اینچ) شفاف 1524 میلی‌متری در 1524 میلی‌متری (5'x 5') است که با لایه میانی آینومر Sentry Glass Plus (SGP) 1.52 میلی‌متر (0.060)» لمینت شده است.
یک دیسک TSSA با ضخامت 1 میلی متر (0.040 اینچ) روی اتصالات فولادی ضد زنگ با قطر 60 میلی متر (2.36 اینچ) اعمال می شود.پرایمر برای بهبود دوام چسبندگی به فولاد ضد زنگ طراحی شده است و مخلوطی از سیلان و تیتانات در یک حلال است.دیسک فلزی با نیروی اندازه گیری شده 0.7 مگاپاسکال (100 psi) به مدت یک دقیقه روی شیشه فشار داده می شود تا خیس شدن و تماس ایجاد شود.قطعات را در اتوکلاو قرار دهید که به 11.9 بار (175 psi) و 133 درجه سانتیگراد (272 درجه فارنهایت) می رسد تا TSSA بتواند به زمان 30 دقیقه خیساندن مورد نیاز برای پخت و اتصال در اتوکلاو برسد.
پس از تکمیل و سرد شدن اتوکلاو، هر یک از اتصالات TSSA را بررسی کرده و سپس آن را تا 55 نیوتن متر (40.6 فوت پوند) سفت کنید تا بار استاندارد 1.3 مگاپاسکال (190 psi) نشان داده شود.لوازم جانبی TSSA توسط Sadev ارائه شده است و به عنوان لوازم جانبی R1006 TSSA شناخته می شود.
بدنه اصلی لوازم جانبی را روی دیسک پخت روی شیشه جمع کنید و آن را در قاب فولادی پایین بیاورید.مهره ها را روی پیچ ها تنظیم و ثابت کنید تا شیشه خارجی با قسمت بیرونی قاب فولادی همسطح باشد.اتصال 13mm x 13mm (1/2 اینچ x½) اطراف محیط شیشه ای با ساختار دو قسمتی سیلیکونی مهر و موم شده است تا آزمایش بار فشاری بتواند روز بعد آغاز شود.
این آزمایش با استفاده از یک لوله شوک در آزمایشگاه تحقیقات مواد منفجره در دانشگاه کنتاکی انجام شد.لوله ضربه گیر از یک بدنه فولادی تقویت شده تشکیل شده است که می تواند واحدهایی تا ابعاد 3.7 در 3.7 متر را روی صورت نصب کند.
لوله ضربه با قرار دادن مواد منفجره در طول لوله انفجار به منظور شبیه سازی فازهای مثبت و منفی رویداد انفجار هدایت می شود [12] [13].همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، کل مجموعه قاب شیشه ای و فولادی را برای آزمایش در لوله ضربه گیر قرار دهید.
چهار سنسور فشار در داخل لوله ضربه نصب شده است، بنابراین فشار و پالس را می توان به طور دقیق اندازه گیری کرد.برای ضبط تست از دو دوربین فیلمبرداری دیجیتال و یک دوربین SLR دیجیتال استفاده شد.
دوربین پرسرعت MREL Ranger HR که در نزدیکی پنجره در خارج از لوله شوک قرار دارد، آزمایش را با سرعت 500 فریم در ثانیه ثبت کرد.برای اندازه گیری انحراف در مرکز پنجره، یک رکورد لیزر انحراف 20 کیلوهرتز در نزدیکی پنجره تنظیم کنید.
چهار مؤلفه چارچوب در مجموع نه بار آزمایش شدند.اگر شیشه از دهانه خارج نشد، قطعه را تحت فشار و ضربه بیشتر دوباره آزمایش کنید.در هر مورد، داده های فشار هدف و ضربه و تغییر شکل شیشه ثبت می شود.سپس، هر آزمایش نیز بر اساس AAMA 510-14 [دستورالعمل‌های داوطلبانه سیستم جشن برای کاهش خطر انفجار] رتبه‌بندی می‌شود.
همانطور که در بالا توضیح داده شد، چهار مجموعه فریم تا زمانی که شیشه از دهانه درگاه انفجار خارج شود، آزمایش شدند.هدف از آزمایش اول رسیدن به 69 کیلو پاسکال در پالس 614 کیلو پاسکال بر ثانیه (10 psi A 89 psi-msec) است.در زیر بار وارد شده، شیشه شیشه شکسته و از قاب خارج شد.اتصالات نقطه Sadev باعث می شود TSSA به شیشه های شکسته شده بچسبد.هنگامی که شیشه سفت شده شکسته شد، شیشه پس از انحراف تقریباً 100 میلی متر (4 اینچ) از دهانه خارج شد.
تحت شرایط افزایش بار مداوم، قاب 2 3 بار آزمایش شد.نتایج نشان داد که شکست تا زمانی که فشار به 69 کیلو پاسکال (10 psi) نرسید، رخ نداد.فشارهای اندازه گیری شده 44.3 کیلو پاسکال (6.42 psi) و 45.4 کیلو پاسکال (6.59 psi) بر یکپارچگی قطعه تأثیر نمی گذارد.تحت فشار اندازه گیری شده 62 کیلو پاسکال (9 psi)، انحراف شیشه باعث شکستگی شد و پنجره شیشه ای در دهانه باقی ماند.تمام لوازم جانبی TSSA با شیشه های شکسته مانند شکل 7 متصل شده اند.
تحت شرایط افزایش بار مداوم، قاب 3 دو بار آزمایش شد.نتایج نشان داد که شکست تا زمانی که فشار به هدف 69 کیلو پاسکال (10 psi) نرسید، رخ نداد.فشار اندازه گیری شده 48.4 کیلو پاسکال (7.03) psi بر یکپارچگی قطعه تأثیر نمی گذارد.جمع‌آوری داده‌ها اجازه انحراف را نداد، اما مشاهده بصری از ویدیو نشان داد که انحراف فریم 2 آزمون 3 و فریم 4 آزمون 7 مشابه بودند.تحت فشار اندازه گیری 64 کیلو پاسکال (9.28 psi)، انحراف شیشه در 190.5 میلی متر (7.5 اینچ) اندازه گیری شده است که منجر به شکستگی شده و پنجره شیشه ای را در دهانه باقی می گذارد.تمام لوازم جانبی TSSA با شیشه های شکسته مانند شکل 7 متصل شده اند.
با افزایش بار مداوم، قاب 4 3 بار آزمایش شد.نتایج نشان داد که تا زمانی که فشار برای بار دوم به 10 psi هدف نرسید، شکست رخ نداد.فشارهای اندازه گیری شده 46.8 کیلو پاسکال (6.79) و 64.9 کیلو پاسکال (9.42 psi) بر یکپارچگی قطعه تأثیری نخواهد گذاشت.در آزمایش شماره 8، شیشه به اندازه 100 میلی متر (4 اینچ) خم شد.انتظار می رود که این بار باعث شکستن شیشه شود، اما می توان سایر نقاط داده را به دست آورد.
در آزمایش شماره 9، فشار اندازه‌گیری شده 65.9 کیلو پاسکال (9.56 psi) شیشه را 190.5 میلی‌متر (7.5 اینچ) منحرف کرد و باعث شکستگی شد و پنجره شیشه‌ای را در دهانه باقی گذاشت.تمام لوازم جانبی TSSA با همان شیشه سکوریت شکسته مانند شکل 7 متصل می شوند.
TSSA برای هر آزمون بدون تغییر باقی می ماند.پس از آزمایش، زمانی که شیشه سالم می ماند، هیچ تغییر بصری در TSSA وجود ندارد.ویدئوی پرسرعت نشان می دهد که شیشه در نقطه میانی دهانه شکسته و سپس از دهانه خارج می شود.
از مقایسه شکست شیشه و عدم شکست در شکل 8 و شکل 9، جالب توجه است که حالت شکست شیشه در فاصله دوری از نقطه اتصال رخ می دهد که نشان می دهد قسمت بدون اتصال شیشه به نقطه خمش رسیده است. به سرعت در حال نزدیک شدن است نقطه تسلیم شکننده شیشه نسبت به قسمتی است که چسبیده باقی می ماند.
این نشان می دهد که در طول آزمایش، صفحات شکسته در این قسمت ها احتمالاً تحت نیروهای برشی حرکت می کنند.با ترکیب این اصل و مشاهده اینکه حالت شکست به نظر می رسد تردی ضخامت شیشه در سطح مشترک چسب است، با افزایش بار تجویز شده، عملکرد باید با افزایش ضخامت شیشه یا کنترل انحراف به روش های دیگر بهبود یابد.
تست 8 فریم 4 یک شگفتی خوشایند در مرکز آزمایش است.اگرچه شیشه آسیب نمی بیند تا بتوان دوباره قاب را آزمایش کرد، TSSA و نوارهای آب بندی اطراف آن همچنان می توانند این بار بزرگ را حفظ کنند.سیستم TSSA از چهار اتصال 60 میلی متری برای پشتیبانی از شیشه استفاده می کند.بارهای باد طراحی شده بارهای زنده و دائمی هستند، هر دو در 2.5 کیلو پاسکال (50 psf).این یک طراحی متوسط ​​است، با شفافیت معماری ایده آل، بارهای بسیار بالایی را نشان می دهد و TSSA دست نخورده باقی می ماند.
این مطالعه برای تعیین اینکه آیا چسبندگی سیستم شیشه ای دارای برخی خطرات یا نقص ذاتی از نظر الزامات سطح پایین برای عملکرد سندبلاست است یا خیر، انجام شد.بدیهی است که یک سیستم لوازم جانبی ساده 60 میلی متری TSSA در نزدیکی لبه شیشه نصب شده است و تا زمانی که شیشه بشکند کارایی دارد.هنگامی که شیشه برای مقاومت در برابر شکستگی طراحی شده است، TSSA یک روش اتصال قابل دوام است که می تواند درجه خاصی از محافظت را در عین حفظ الزامات ساختمان برای شفافیت و باز بودن فراهم کند.
طبق استاندارد ASTM F2912-17، اجزای پنجره تست شده به سطح خطر H1 در سطح استاندارد C1 می رسند.لوازم جانبی Sadev R1006 مورد استفاده در مطالعه تحت تأثیر قرار نگرفته است.
شیشه سکوریت مورد استفاده در این مطالعه "حلقه ضعیف" در سیستم است.هنگامی که شیشه شکسته می شود، TSSA و نوار آب بندی اطراف آن نمی توانند مقدار زیادی شیشه را حفظ کنند، زیرا مقدار کمی از قطعات شیشه روی مواد سیلیکونی باقی می ماند.
از نقطه نظر طراحی و عملکرد، ثابت شده است که سیستم چسب TSSA سطح بالایی از حفاظت را در اجزای نمای با درجه انفجار در سطح اولیه شاخص های عملکرد انفجاری ارائه می دهد که به طور گسترده توسط صنعت پذیرفته شده است.نمای آزمایش شده نشان می دهد که وقتی خطر انفجار بین 41.4 کیلو پاسکال (6 psi) و 69 کیلو پاسکال (10 psi) باشد، عملکرد در سطح خطر به طور قابل توجهی متفاوت است.
با این حال، مهم است که تفاوت در طبقه بندی خطر مربوط به شکست چسب نباشد همانطور که با حالت شکست چسبنده چسب و قطعات شیشه بین آستانه خطر نشان داده می شود.با توجه به مشاهدات، اندازه شیشه برای به حداقل رساندن انحراف به منظور جلوگیری از شکنندگی به دلیل افزایش پاسخ برشی در سطح مشترک خمش و اتصال که به نظر می رسد یک عامل کلیدی در عملکرد باشد، به طور مناسب تنظیم شده است.
طرح های آینده ممکن است بتوانند با افزایش ضخامت شیشه، تثبیت موقعیت نقطه نسبت به لبه و افزایش قطر تماس چسب، سطح خطر را تحت بارهای بالاتر کاهش دهند.
[1] ASTM F2912-17 استاندارد مشخصات فیبر شیشه ای، سیستم های شیشه و شیشه در معرض بارهای ارتفاع بالا، ASTM International، West Conshawken، پنسیلوانیا، 2017، https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] هیلیارد، JR, Paris, CJ and Peterson, CO, Jr., “Structural Sealant Glass, Sealant Technology for Glass Systems”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, p.67- 99 صفحه.[3] ضرغامی، MS، TA، شوارتز، و گلادستون، M.، "عملکرد لرزه ای شیشه سیلیسی سازه"، آب بندی ساختمان، درزگیر، فناوری شیشه و ضد آب، جلد 1. 6. ASTM STP 1286، JC Myers، ویراستار، ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, pp. 46-59.[4] Carbary، LD، "بررسی دوام و عملکرد سیستم های پنجره شیشه ای ساختاری سیلیکونی"، روز عملکرد شیشه، تامپر فنلاند، ژوئن 2007، مجموعه مقالات کنفرانس، صفحات 190-193.[5] Schmidt، CM، Schoenherr، WJ، Carbary LD، و Takish، MS، "عملکرد چسب های ساختاری سیلیکونی"، علم و فناوری سیستم شیشه ای، ASTM STP1054، دانشگاه CJ پاریس، انجمن آمریکایی آزمایش و مواد، فیلادلفیا، سال 1989، صفحات 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. and Carbary L. D, “Transparent Structural Silicone Adhesive for Fixing Glazing Dispensing (TSSA) ارزیابی مقدماتی مکانیکی خواص و دوام فولاد، چهارمین سمپوزیوم بین المللی دوام «درزگیرها و چسب های ساختمانی»، مجله بین المللی ASTM، منتشر شده به صورت آنلاین، اوت 2011، جلد 8، شماره 10 (11 نوامبر 2011 ماه)، JAI 104084، در دسترس از وب سایت زیر : www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm.[7] Clift، C.، Hutley، P.، Carbary، LD، چسب سیلیکونی ساختار شفاف، روز عملکرد شیشه، تامپره، فنلاند، ژوئن 2011، مجموعه مقالات جلسه، صفحات 650-653.[8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., "New Generation Structural Silica Glass" Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137-161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9] ] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf, and Sigurd Sitte “Assessment of Silicone Rubber Sealants in the Design of Bulletproof Windows and Curtain Walls at High Moving Rates”، مجله بین المللی ASTM، شماره 1. 6. مقاله شماره 2، ID JAI101953 [ 10] ASTM C1135-15، روش تست استاندارد برای تعیین عملکرد چسبندگی کششی درزگیرهای ساختاری، ASTM International، West Conshohocken، پنسیلوانیا، 2015، https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15، T. ، "پیشرفت در شیشه ثابت پیچ ضد انفجار"، روز عملکرد شیشه، ژوئن 2103، صورتجلسات، صفحات 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 روش تست استاندارد برای سیستم های شیشه و شیشه تحت بارهای باد زیاد , ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad and Braden T.لوسک."روشی جدید برای تعیین پاسخ سیستم های شیشه ای ضد انفجار به بارهای انفجاری."متریک 45.6 (2012): 1471-1479.[14] "رهنمودهای داوطلبانه برای کاهش خطر انفجار سیستم های پنجره عمودی" AAMA 510-14.