Puntgefixeerde glassystemen die aan deze architectonische eis voldoen, zijn vooral populair bij entrees of openbare ruimtes. Recente technologische ontwikkelingen hebben het mogelijk gemaakt om deze grote puimstenen met ultrasterke lijm aan accessoires te bevestigen zonder gaten in het glas te hoeven boren.
De typische locatie op de grond vergroot de kans dat het systeem als beschermlaag voor de bewoners van het gebouw moet dienen, en deze eis overtreft of overschrijdt de typische windbelastingseisen. Er zijn enkele tests uitgevoerd met het puntbevestigingssysteem voor boren, maar niet met de verlijmingsmethode.
Het doel van dit artikel is het vastleggen van een simulatietest met een schokbuis met explosieve ladingen om een ​​explosie te simuleren en zo de impact van een explosieve lading op een gelijmd transparant onderdeel te simuleren. Deze variabelen omvatten de explosiebelasting zoals gedefinieerd door ASTM F2912 [1], die wordt uitgevoerd op een dunne plaat met een SGP-ionomeersandwich. Dit onderzoek is de eerste keer dat het de potentiële explosieve prestaties kan kwantificeren voor grootschalige tests en architectonisch ontwerp. Bevestig vier TSSA-fittingen met een diameter van 60 mm (2,36 inch) aan een glasplaat van 1524 x 1524 mm (60 inch x 60 inch).
De vier componenten, belast met een druk van 48,3 kPa (7 psi) of lager, hebben de TSSA en het glas niet beschadigd of aangetast. Vijf componenten werden belast onder een druk van meer dan 62 kPa (9 psi), en vier van de vijf componenten vertoonden glasbreuk, waardoor het glas uit de opening verschoof. In alle gevallen bleef de TSSA aan de metalen fittingen bevestigd en werd geen defect, hechting of binding vastgesteld. Tests hebben aangetoond dat het geteste TSSA-ontwerp, in overeenstemming met de vereisten van AAMA 510-14, een effectief veiligheidssysteem kan bieden bij een belasting van 48,3 kPa (7 psi) of lager. De hier gegenereerde gegevens kunnen worden gebruikt om het TSSA-systeem zo te ontwerpen dat het aan de gespecificeerde belasting voldoet.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) is expert in geavanceerde toepassingen van de hoogwaardige siliconen van Dow Corning. Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) is een wetenschapper in de hoogwaardige bouwsector van Dow Corning en tevens siliconen- en ASTM-onderzoeker.
De structurele siliconenbevestiging van glaspanelen wordt al bijna 50 jaar gebruikt om de esthetiek en prestaties van moderne gebouwen te verbeteren [2] [3] [4] [5]. De bevestigingsmethode kan een gladde, doorlopende buitenmuur met hoge transparantie creëren. De wens naar meer transparantie in de architectuur leidde tot de ontwikkeling en het gebruik van kabelgaaswanden en met bouten ondersteunde buitenmuren. Architectonisch uitdagende, markante gebouwen zullen de moderne technologie van vandaag de dag omvatten en moeten voldoen aan lokale bouw- en veiligheidsvoorschriften en -normen.
De transparante structurele siliconenlijm (TSSA) is onderzocht en er is een methode voorgesteld om het glas te ondersteunen met boutbevestigingsonderdelen in plaats van gaten te boren [6] [7]. De transparante lijmtechnologie met sterkte, hechting en duurzaamheid heeft een reeks fysieke eigenschappen die ontwerpers van gevelbekleding in staat stellen het verbindingssysteem op een unieke en nieuwe manier te ontwerpen.
Ronde, rechthoekige en driehoekige accessoires die esthetiek en structurele prestaties combineren, zijn eenvoudig te ontwerpen. TSSA wordt samen met het gelamineerde glas uitgehard in een autoclaaf. Nadat het materiaal uit de autoclaafcyclus is gehaald, kan de 100% verificatietest worden uitgevoerd. Dit kwaliteitsborgingsvoordeel is uniek voor TSSA, omdat het direct feedback geeft over de structurele integriteit van de constructie.
De slagvastheid [8] en het schokabsorberende effect van conventionele structurele siliconenmaterialen zijn onderzocht [9]. Wolf et al. hebben gegevens verstrekt van de Universiteit van Stuttgart. Deze gegevens tonen aan dat, vergeleken met de quasi-statische reksnelheid zoals gespecificeerd in ASTM C1135, de treksterkte van het structurele siliconenmateriaal bij een maximale reksnelheid van 5 m/s (197 inch/s) ligt. Sterkte en rek nemen toe. Geeft de relatie aan tussen rek en fysische eigenschappen.
Omdat TSSA een zeer elastisch materiaal is met een hogere modulus en sterkte dan structurele siliconen, wordt verwacht dat het dezelfde algemene prestaties zal leveren. Hoewel er geen laboratoriumtests met hoge reksnelheden zijn uitgevoerd, is te verwachten dat de hoge reksnelheid tijdens de explosie de sterkte niet zal beïnvloeden.
Het geschroefde glas is getest, voldoet aan de explosieveiligheidsnormen [11] en werd tentoongesteld op de Glass Performance Day 2013. De visuele resultaten tonen duidelijk de voordelen van het mechanisch bevestigen van het glas na glasbreuk. Voor systemen met een puur verlijmde bevestiging zal dit een uitdaging zijn.
Het frame is gemaakt van Amerikaans staal met afmetingen van 151 mm diep x 48,8 mm breed x 5,08 mm dikte (6" x 1,92" x 0,20"), meestal aangeduid als C 6" x 8,2# sleuf. De C-profielen zijn aan de hoeken aan elkaar gelast en aan de hoeken, iets teruggetrokken ten opzichte van het frameoppervlak, is een driehoekig gedeelte van 9 mm (0,375 inch) dik gelast. In de plaat is een gat van 18 mm (0,71") geboord, zodat er gemakkelijk een bout met een diameter van 14 mm (0,55") in kan worden gestoken.
TSSA metalen fittingen met een diameter van 60 mm (2,36 inch) hebben een afstand van 50 mm (2 inch) vanaf elke hoek. Bevestig vier fittingen per stuk glas om alles symmetrisch te maken. Het unieke kenmerk van TSSA is dat het dicht bij de glasrand geplaatst kan worden. Booraccessoires voor mechanische bevestiging in glas hebben specifieke afmetingen vanaf de rand, die in het ontwerp moeten worden opgenomen en vóór het harden moeten worden geboord.
De afmeting dicht bij de rand verbetert de transparantie van het voltooide systeem en vermindert tegelijkertijd de hechting van de sterverbinding vanwege het lagere koppel op een typische sterverbinding. Het voor dit project geselecteerde glas bestaat uit twee 6 mm (1/4") geharde transparante lagen van 1524 mm x 1524 mm (5' x 5'), gelamineerd met Sentry Glass Plus (SGP) ionomeer tussenlaag van 1,52 mm (0,060").
Een 1 mm (0,040 inch) dikke TSSA-schijf wordt aangebracht op een geprepareerde roestvrijstalen fitting met een diameter van 60 mm (2,36 inch). De primer is ontworpen om de duurzaamheid van de hechting op roestvrij staal te verbeteren en is een mengsel van silaan en titaan in een oplosmiddel. De metalen schijf wordt gedurende één minuut met een gemeten kracht van 0,7 MPa (100 psi) tegen het glas gedrukt om bevochtiging en contact te garanderen. Plaats de componenten in een autoclaaf met een temperatuur van 11,9 bar (175 psi) en 133 °C (272 °F), zodat de TSSA de benodigde inweektijd van 30 minuten kan bereiken voor uitharding en hechting in de autoclaaf.
Nadat de autoclaaf is voltooid en afgekoeld, inspecteert u elke TSSA-fitting en draait u deze vast met 55 Nm (40,6 voetpond) om een ​​standaardbelasting van 1,3 MPa (190 psi) aan te tonen. Accessoires voor TSSA worden geleverd door Sadev en zijn gemarkeerd als R1006 TSSA-accessoires.
Monteer het hoofdgedeelte van het accessoire op de uithardingsschijf op het glas en laat het in het stalen frame zakken. Stel de moeren op de bouten zo af dat het buitenste glas gelijk ligt met de buitenkant van het stalen frame. De voeg van 13 mm x 13 mm (1/2″ x ½″) rondom de glasrand wordt afgedicht met een tweedelige siliconenstructuur, zodat de druktest de volgende dag kan beginnen.
De test werd uitgevoerd met een schokdempende buis in het Explosievenonderzoekslaboratorium van de Universiteit van Kentucky. De schokdempende buis bestaat uit een versterkte stalen behuizing, waarmee eenheden tot 3,7 x 3,7 meter op het front kunnen worden geïnstalleerd.
De impactbuis wordt aangedreven door explosieven langs de lengte van de explosiebuis te plaatsen om de positieve en negatieve fase van de explosie te simuleren [12] [13]. Plaats de volledige glas- en stalen frameconstructie in de schokabsorberende buis voor de test, zoals weergegeven in figuur 4.
In de schokbuis zijn vier druksensoren geïnstalleerd, zodat de druk en de hartslag nauwkeurig kunnen worden gemeten. Twee digitale videocamera's en een digitale spiegelreflexcamera werden gebruikt om de test vast te leggen.
De MREL Ranger HR-hogesnelheidscamera, die zich vlak bij het raam buiten de schokbuis bevond, legde de test vast met 500 frames per seconde. Plaats een laserrecorder met een afbuiging van 20 kHz vlak bij het raam om de afbuiging in het midden van het raam te meten.
De vier framecomponenten werden in totaal negen keer getest. Als het glas de opening niet verlaat, test het onderdeel dan opnieuw onder hogere druk en impact. In elk geval worden de doeldruk, impuls en glasvervormingsgegevens geregistreerd. Vervolgens wordt elke test beoordeeld volgens AAMA 510-14 [Voluntary Guidelines for Explosion Hazard Mitigation van het Festestration System].
Zoals hierboven beschreven, werden vier frameconstructies getest totdat het glas uit de opening van de explosiepoort werd verwijderd. Het doel van de eerste test is om een ​​druk van 69 kPa te bereiken bij een puls van 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-ms). Onder de toegepaste belasting brak het glas en kwam los van het frame. Sadev-puntfittingen zorgen ervoor dat TSSA hecht aan gebroken gehard glas. Toen het geharde glas brak, verliet het glas de opening na een doorbuiging van ongeveer 100 mm (4 inch).
Onder toenemende continue belasting werd frame 2 driemaal getest. De resultaten toonden aan dat de breuk pas optrad bij een druk van 69 kPa (10 psi). De gemeten drukken van 44,3 kPa (6,42 psi) en 45,4 kPa (6,59 psi) hebben geen invloed op de integriteit van het onderdeel. Onder de gemeten druk van 62 kPa (9 psi) veroorzaakte de doorbuiging van het glas breuk, waardoor het glasvenster in de opening achterbleef. Alle TSSA-accessoires zijn bevestigd met gebroken gehard glas, zoals in afbeelding 7.
Onder de conditie van toenemende continue belasting werd frame 3 tweemaal getest. De resultaten toonden aan dat de breuk pas optrad toen de druk de doelstelling van 69 kPa (10 psi) bereikte. De gemeten druk van 48,4 kPa (7,03) psi zal de integriteit van het onderdeel niet beïnvloeden. Gegevensverzameling liet geen doorbuiging toe, maar visuele observatie van de video toonde aan dat de doorbuiging van frame 2 test 3 en frame 4 test 7 vergelijkbaar waren. Onder de meetdruk van 64 kPa (9,28 psi) resulteerde de doorbuiging van het glas gemeten op 190,5 mm (7,5″) in breuk, waardoor het glasvenster in de opening achterbleef. Alle TSSA-accessoires zijn bevestigd met gebroken gehard glas, hetzelfde als Afbeelding 7.
Met toenemende continue belasting werd frame 4 drie keer getest. De resultaten toonden aan dat de breuk pas optrad toen de druk de beoogde 10 psi voor de tweede keer bereikte. De gemeten drukken van 46,8 kPa (6,79) en 64,9 kPa (9,42 psi) hebben geen invloed op de integriteit van het onderdeel. In test #8 werd gemeten dat het glas 100 mm (4 inch) doorboog. Verwacht wordt dat deze belasting het glas zal doen breken, maar er kunnen andere meetpunten worden verkregen.
In test #9 zorgde de gemeten druk van 65,9 kPa (9,56 psi) ervoor dat het glas 190,5 mm (7,5 inch) doorboog en breuk veroorzaakte, waardoor het glas in de opening achterbleef. Alle TSSA-accessoires zijn bevestigd met hetzelfde gebroken geharde glas als in figuur 7. In alle gevallen kunnen de accessoires eenvoudig van het stalen frame worden verwijderd zonder zichtbare schade.
De TSSA blijft voor elke test ongewijzigd. Na de test, wanneer het glas intact blijft, is er geen visuele verandering in de TSSA. De high-speed video toont het glas dat halverwege de overspanning breekt en vervolgens de opening verlaat.
Uit de vergelijking van glasbreuk en geen glasbreuk in figuur 8 en figuur 9 blijkt dat de glasbreukmodus ver van het bevestigingspunt plaatsvindt. Dit geeft aan dat het niet-gelijmde deel van het glas het buigpunt heeft bereikt, dat snel nadert. De brosse vloeigrens van glas is relatief ten opzichte van het deel dat gelijmd blijft.
Dit geeft aan dat de gebroken platen in deze onderdelen tijdens de test waarschijnlijk zullen bewegen onder invloed van schuifkrachten. Gecombineerd met dit principe en de observatie dat de faalwijze de verbrossing van de glasdikte bij de lijmverbinding lijkt te zijn, zouden de prestaties verbeterd moeten worden naarmate de voorgeschreven belasting toeneemt, door de glasdikte te vergroten of de doorbuiging op andere manieren te beheersen.
Test 8 van frame 4 is een aangename verrassing in de testomgeving. Hoewel het glas niet beschadigd is en het frame opnieuw getest kan worden, kunnen de TSSA en de omliggende afdichtstrips deze hoge belasting nog steeds aan. Het TSSA-systeem gebruikt vier 60 mm bevestigingen om het glas te ondersteunen. De ontworpen windbelastingen zijn levende en permanente belastingen, beide van 2,5 kPa (50 psf). Dit is een gematigd ontwerp, met ideale architectonische transparantie, dat extreem hoge belastingen aankan en waarbij de TSSA intact blijft.
Deze studie werd uitgevoerd om te bepalen of de hechting van het glassysteem inherente gevaren of gebreken met zich meebrengt wat betreft de lage eisen voor zandstraalprestaties. Uiteraard wordt een eenvoudig TSSA-accessoiresysteem van 60 mm dicht bij de glasrand geïnstalleerd en blijft het werken totdat het glas breekt. Wanneer het glas breukbestendig is, is TSSA een haalbare verbindingsmethode die een zekere mate van bescherming kan bieden en tegelijkertijd voldoet aan de eisen van het gebouw op het gebied van transparantie en openheid.
Volgens de ASTM F2912-17-norm bereiken de geteste raamcomponenten het H1-gevarenniveau op het C1-niveau. De Sadev R1006-accessoire die in het onderzoek werd gebruikt, is niet aangetast.
Het geharde glas dat in deze studie is gebruikt, is de "zwakke schakel" in het systeem. Als het glas eenmaal gebroken is, kunnen TSSA en de omliggende afdichtstrip een grote hoeveelheid glas niet vasthouden, omdat er een kleine hoeveelheid glasscherven op het siliconenmateriaal achterblijft.
Vanuit ontwerp- en prestatieoogpunt heeft het TSSA-lijmsysteem bewezen een hoog beschermingsniveau te bieden in gevelcomponenten met explosiegevaar op het initiële niveau van explosieprestatie-indicatoren, wat breed geaccepteerd is door de industrie. De geteste gevel toont aan dat bij een explosiegevaar tussen 41,4 kPa (6 psi) en 69 kPa (10 psi), de prestaties op het gevarenniveau aanzienlijk verschillen.
Het is echter belangrijk dat het verschil in gevarenclassificatie niet te wijten is aan een gebrek aan hechting, zoals blijkt uit de cohesieve breukwijze van hechting en glasfragmenten tussen de gevarendrempels. Volgens waarnemingen is de grootte van het glas correct aangepast om doorbuiging te minimaliseren en broosheid te voorkomen als gevolg van een verhoogde schuifrespons op het snijvlak van buiging en bevestiging, wat een belangrijke factor lijkt te zijn voor de prestaties.
Toekomstige ontwerpen kunnen het risiconiveau bij hogere belastingen mogelijk verlagen door de dikte van het glas te vergroten, de positie van het punt ten opzichte van de rand te fixeren en de contactdiameter van de lijm te vergroten.
[1] ASTM F2912-17 Standaard glasvezel specificatie, glas en glassystemen onderhevig aan grote hoogtebelastingen, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2 ] Hilliard, JR, Paris, CJ en Peterson, CO, Jr., “Structural Sealant Glass, Sealant Technology for Glass Systems”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, p. 67-99 pagina's. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz en Gladstone, M., “Seismische prestaties van structureel silicaglas”, Bouwafdichting, kit, glas- en waterdichte technologie, deel 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, redacteur, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 1996, pp. 46-59. [4] Carbary, LD, “Beoordeling van duurzaamheid en prestaties van siliconen structurele glasraamsystemen”, Glass Performance Day, Tampere Finland, juni 2007, conferentieverslagen, pagina's 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD en Takish, MS, “Prestaties van siliconen structurele lijmen”, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ Universiteit van Parijs, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989 Years, pp. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. en Carbary L. D, “Transparante structurele siliconenlijm voor het fixeren van beglazingsdispensers (TSSA) Voorlopige beoordeling van de mechanische eigenschappen en duurzaamheid van het staal”, Het vierde internationale duurzaamheidssymposium “Constructiekitten en lijmen”, ASTM International Magazine, online gepubliceerd, augustus 2011, volume 8, nummer 10 (maand 11 november 2011), JAI 104084, beschikbaar op de volgende website: www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Transparante structuur siliconenlijm, Glass Performance Day, Tampere, Finland, juni 2011, Verslagen van de bijeenkomst, pagina's 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 en Sigurd Sitte “Beoordeling van siliconenrubberkitten bij het ontwerp van kogelwerende ramen en vliesgevels bij hoge bewegingssnelheden”, ASTM International Magazine, nummer 1. 6. Paper nr. 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Standaardtestmethode voor het bepalen van de treksterkte van structurele kitten, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2015, https:/ /doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., “Voortgang in explosieveilig vastgezet glas”, Glass Performance Day, juni 2103, notulen van de vergadering, pp. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Standaardtestmethode voor glas en glassystemen die worden blootgesteld aan hoge windbelastingen, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad en Braden T. Lusk. “Een nieuwe methode voor het bepalen van de respons van anti-explosieve glassystemen op explosieve ladingen.” Metric 45.6 (2012): 1471-1479. [14] “Vrijwillige richtlijnen voor het beperken van het explosiegevaar van verticale raamsystemen” AAMA 510-14.