夹胶玻璃力学性能试验报告

夹胶玻璃力学性能试验报告
摘要：与其他建筑材料相比，玻璃材料有透光、耐磨、耐候、装饰性能好、可再生利用等显著的优势。

玻璃的脆性、不保温和不耐冲击等缺点，经过钢化、夹胶、镀膜、中空等现代加工技术处理后，可得到有效的改善。

玻璃在建筑行业中的应用越来越广泛，玻璃材料已成为建筑师表现建筑物的现代功能和艺术效果所不可缺少的
重要手段。

本文从夹胶玻璃力学性能试验等方面进行了论述。

关键词：夹胶玻璃实验构造
1 概述
从玻璃所具有的力学性能来看，当前在幕墙行业中大量使用的玻璃，无论是框支还是点支，都仅仅利用了玻璃片在平面外的承载能力而已，玻璃片在平面内力学性能的利用，由于技术难度上的原因，或者是重视不够的原因，国内外都缺乏这方面应有的研究和报导。

幕墙行业将玻璃肋片当作梁来应用的技术，无论是设计计算，节点构造，以至施工操作等方面都尚处于探索阶段，缺乏成熟的技术。

上述分析表明：玻璃在建筑行业应用领域的进一步拓展，期待着玻璃片平面内力学性能的研究和开发。

本次试验研究工作，首先由于工程建设的需要，也出于我们对扩大玻璃应用范围的期盼。

某工程建设中，在一组建筑群的上空，建筑师大胆设计了一个富有创意的，大面积玻璃天幕，覆盖了整个建筑群，如右图所示：
我们为配合建筑师的创意，提出了用玻璃索桁架支承玻璃天幕百叶片的设计构思，利用玻璃片在平面内的力学性能与预应力拉索组
成既有承重功能，又有装饰功能的玻璃片索桁架。

这种透明的结构，正好与现代新闻信息也需要高度透明的寓意相协调，因此玻璃索桁架的设计对该新闻中心的建设来说是一次富有创意的工程实践。

为确保玻璃索桁架的顺利实施，应首先进行玻璃片平面内力学性能的试验研究，从而为玻璃索桁架的设计提供依据。

众所周知，玻璃是脆性材料，在加载点和变形约束点很容易产生应力集中而炸裂。

因此，试验探索连接点的构
造十分重要。

另外，不同品种玻璃在平面内的承载能力有多大差异，破坏的形态如何，采用不同形状钢片加强玻璃孔的效果有多大差异等，这些都是我们希望通过本次试验得到解决的问题。

二、试件
2.1试件形式的确定
根据承载和安全方面的需要，玻璃片采用8（ft）+1.14（pvb）+8（ft）夹胶钢化玻璃。

另外，由于建筑美观上的要求，玻璃片与索连接节点的尺寸要求尽量缩小，因此玻璃片在平面内传力时的薄弱环节必然在角部受力的节点上，它是控制玻璃片承载能力的关键，如图2-1中②所示（由于大尺寸玻璃片在平面内加载的难度太大，一般试验室难于实现，故本次试验采用缩小的试件，近似模拟玻璃角部受拉时的承载能力）。

2.2加固试件钢片的类型及尺寸
玻璃是脆性材料，抗拉性能较差，节点传力采用螺栓连接方案时又容易产生应力集中，本次试验采用胶粘钢片的加固玻璃孔的方案
来改善传力点附近应力集中的状况。

为探索不同钢片加固形式和孔洞位置对玻璃片抗拉承载能力的影响，本次试验共设计了五种加固类型及相应的试件尺寸。

2.3试件孔口构造
当用螺栓或销轴对玻璃进行加载时，玻璃片孔口的构造十分重要，必须避免螺栓与玻璃直接接触传力时产生的应力集中，实践经验证明，“硬碰硬”传力是导致玻璃破裂失效的主要原因；其次，夹胶玻璃合片时，在孔口必然有错位误差，利用玻璃孔侧壁直接传力时二片玻璃不可能同时起作用。

所以利用螺栓与玻璃孔壁传力是不可行的。

为解决上述问题，本次试验设计了特殊的轴套，轴套与孔壁脱离接触，并通过钢片和胶粘面向玻璃片传力的孔口构造，如图2-2所示，试件传力的路径为：荷载→加载螺栓→钢轴套→钢片→胶粘面→玻璃试件；其中加载螺栓与钢轴套之间、钢轴套与钢片之间为紧密接触的传力构造，要求采用精密制造的机械加工件。

上述构造中，胶粘剂的选用十分重要，当前粘胶剂的品种相当多，本次试验采用幕墙行业和建筑结构加固行业常用的、粘结强度高、性能稳定、能抗老化并且质量上有保证的改性环氧树脂类胶粘剂。

粘结面积大小、胶层厚度、粘结面的净化处理等均借用现代胶粘技术科研成果和工程经验处理。

三、试验加载装置
本次试验在100t的万能试验机上进行，加载精度为0.01kn，为对玻璃片实施受拉加载，设计了特殊的加载装置，如图3和图4。

加载装置安放在试验机加载台的球形支座上，较好解决了试件加载时的对中问题。

四、试验情况的初步分析
4.1、从玻璃片破坏的现象来看，无论是钢化玻璃，半钢化玻璃，还是浮法玻璃，也不论是加固钢片的类型不同，或胶的品种不同，承载能力的丧失，都是由于玻璃的爆裂造成的，未发现粘结面或胶体本身破坏失效的现象。

上述结果表明，本次试验选用的粘结胶品种、其粘结强度是足够的，有关粘结面积大小、胶层厚度、粘结工艺、固化方法等控制都是成功的。

4.2、浮法玻璃角部抗拉承载能力的离散系数较小，性能较为稳定，但抗拉承载能力太低，不能满足工程需要
4.3、钢化玻璃角部抗拉承载能力的离散系数较大，但承载能力较高，工程中应优先采用钢化的夹胶玻璃
4.4、半钢化玻璃的力学性能很不稳定，其承载能力的低值与浮法玻璃相当，高值与钢化玻璃相当，因此在有承载功能的玻璃桁架中暂不推荐采用半钢化玻璃。

如果半钢化玻璃的生产工艺有保证，力学性能有保证，则采用半钢化玻璃是一种较好的选择。

4.5、从玻璃破坏的情况来看，玻璃孔边应力集中和孔边加工缺陷是影响承载能力的关键，工程设计中应注意改进孔口的构造，提高孔口磨边的质量，并适当加大孔边离外边缘的距离。

4.6、从ⅱ型浮法玻璃裂缝出现的情况来看，第一条裂缝出在孔口边，但不立即丧失承载能力，尚能继续承载，且裂缝不断向下发
展直至加固钢片的底部后破裂，这表明：加固钢片的作用是存在的，适当扩大加固钢片的面积，对提升承载能力是有效果的。

4.7、从ⅲ型承载能力显著高于ⅱ型的试验结果来看，孔口中心距玻璃边缘的距离很重要，应合理处理美观和安全方面的关系，适当加大孔口距边缘的尺寸。

4.8、从ⅴ型承载能力显著高于其他各种类型的试验事实来看，孔口缺陷和应力集中是影响承载能力的主要因素，工程实践中应探索无孔口的节点构造。

4.9、本次试验、粘结面剪应力的平均值在1.73mpa～10.35mpa，一般都在4～5mpa左右。

由于粘结面上剪应力的分布是不均匀的，不均匀分布系数如按2～3考虑，则粘结剂选用时，其抗剪强度值应不低于15mpa，否则玻璃片承载能力就可能由粘结面的粘结强度控制。

另外粘结剂的品种必须有抗老化保证，粘结面施工时，在洁净化处理，胶层厚度，加压固化等方面，必须有严格的工艺保证措施和质量检查验收措施。

4.10、本次试验表明，按ⅲ、ⅳ二种类型，采用钢化玻璃时其抗拉能力的平均值可达39.07kn～47.5kn，但从试验数据统计的离散情况来看，离散系数较大，影响承载能力的因素较多，如玻璃钢化的质量、孔口磨边的精度、钢片胶粘的质量、销轴加载时对中的精度等都会对承载能力产生影响，所以工程应用时必须制定严密的施工工艺措施，并对各个质量环节进行严格的管理和控制；桁架设计时尚应预留足够的安全储备。