风荷载作用下隐框玻璃幕墙力学行为研究

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作为一种建筑外围护结构,隐框幕墙在我国的城市建筑中被广泛的应用。然而,隐框幕墙的质量却没有随其应用的日益广泛而得到普遍的提高。近年来,隐框幕墙玻璃面板自爆和脱落、结构胶老化等问题,造成了大量的人身伤亡和财产损失,引起了各级政府和社会的广泛关注。在隐框幕墙中,面板材料、结构胶和铝合金型材为三个主要组成部分。其中,面板材料主要有玻璃面板和石材面板两种,而玻璃面板以其优秀的透明性和装饰性而广泛应用于隐框幕墙中。作为隐框幕墙的主要构件,结构胶连接着面板材料和铝合金型材,是整个隐框幕墙系统中最重要的载荷传递节点。因此,在以往对于隐框幕墙的研究中,多将结构胶的自然老化和人工老化为研究重点。然而,有的学者也指出,结构胶的尺寸和结构胶本身的材料性质才是保证整个隐框幕墙系统质量的关键。隐框幕墙在服役过程中需要承受来自外界的许多方面的荷载,其中风荷载、温度荷载和地震荷载是主要的三个部分。对于隐框幕墙的安全性和可靠性而言,风荷载作用的重要性又大于温度荷载与地震荷载。因此,研究风荷载条件下玻璃面板的力学行为意义重大。本文将隐框玻璃幕墙为研究对象,并将风荷载和结构胶的几何尺寸作为两个最重要的控制因素,系统的研究了隐框玻璃幕墙中玻璃面板在均布风荷载作用下的力学行为。通过本文的研究表明,在均布正风荷载的作用下,隐框幕墙中玻璃面板的力学行为与简支板存在较大差异。这种差异的主要原因是玻璃面板的支承方式与简支板不同。此外,玻璃面板在正风荷载下将产生负向挠度,而负向挠度的存在可能是隐框幕墙中结构胶老化的真正原因所在。按照标准的设计要求,本文设计了五种不同的结构胶几何尺寸,分别研究了均布风荷载加载下不同结构胶尺寸装配的隐框幕墙中玻璃面板的力学行为。通过本文的研究表明,结构胶的尺寸变化将直接影响玻璃面板的力学行为乃至整个隐框幕墙系统的质量。因此,幕墙工程设计和施工过程应严格控制结构胶的几何尺寸。本文在风荷载的加载方式中考虑了正压加载和负压加载两种情况。通过不同风压加载条件下隐框幕墙中玻璃面板力学行为的比较发现,风荷载的加载方式对玻璃面板的力学行为影响很大,考虑主要原因为结构胶的弹性模量存在拉伸模量和压缩模量之分。研究表明,密封胶的压缩模量一般都大于拉伸模量。当隐框幕墙承受正风压加载时,大部分结构胶受到压缩作用,此时结构胶的压缩模量起主要作用;而负风压加载时结构胶的拉伸模量起主要作用。那么,相比正风压加载条件,负风压加载下,玻璃面板的变形受到的边界约束较小,体现为玻璃面板的应力和挠度比正风压加载时更大。本文利用ANSYS有限元软件尝试性的对玻璃面板和结构胶进行整体建模,发现单独的使用结构胶的拉伸应力-伸长率曲线无法真实的模拟结构胶在隐框幕墙中发挥的重要作用。因此,准确的对隐框玻璃幕墙进行整体建模不但需要了解结构胶在拉伸情况下的力学行为,还需要全面了解结构胶在压缩、剪切以及其他受力情况下的力学行为。
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