Влияние характера излома на остаточное сопротивление многослойного стекла при высоких деформациях

Дата: 28 марта 2023 г.

Авторы: С. К. Ангелидес, Дж. П. Талбот и М. Оверенд.

Источник:Стеклянные конструкции и инженерия, том 7

DOI: https://doi.org/10.1007/s40940-022-00168-y

Панели из многослойного стекла все чаще устанавливаются на застекленных фасадах для повышения взрывозащиты зданий. Эти пластичные панели обладают остаточным сопротивлением изгибу после разрушения слоев стекла благодаря совместному действию прикрепленных фрагментов стекла при сжатии и промежуточного слоя при растяжении. Испытания на трехточечный изгиб, проведенные ранее на образцах многослойного стекла при низкой температуре с целью имитировать эффекты высокой скорости деформации из-за зависимости промежуточного слоя от температуры и времени, продемонстрировали увеличение предельной несущей способности на два порядка. по сравнению с таковым при комнатной температуре. Эти испытания проводились на образцах с идеализированной картиной разрушения путем предварительного разрушения трещин на одинаковом расстоянии 20 мм, выровненных в обоих слоях стекла. Однако при взрывных нагрузках возникает случайный набор фрагментов неравномерного размера, при этом трещины в двух слоях стекла не всегда совпадают.

Кроме того, расположение пластикового шарнира внутри каждого образца совпадало с точкой приложения нагрузки, что могло повлиять на результаты. В данной статье эти проблемы решаются путем сообщения о дальнейших низкотемпературных испытаниях, в которых рассматривались четыре дополнительных образца с предварительным разрушением как при трехточечном, так и при четырехточечном изгибе. Результаты показывают, что на устойчивость образцов к изгибающему моменту не влияет количество и размер фрагментов стекла, а также выбор нагружающего устройства. Устойчиво наблюдается повышение изгибной способности образцов с несоосными трещинами, почти в два раза превышающее таковое у образцов со совмещенными трещинами. Это говорит о том, что идеализированный образец с выровненными трещинами, рассмотренный в предыдущей работе, приводит к нижней оценке способности к изгибу для панелей со случайным рисунком разрушения, образовавшихся под взрывной нагрузкой.

Во время взрыва фасады зданий выступают в качестве первого защитного барьера, защищающего находящихся внутри людей, предотвращая проникновение взрывных волн внутрь помещений. Упругие застекленные фасады, способные обеспечить такую ​​защиту, могут быть достигнуты за счет использования пластичных многослойных стеклянных панелей вместо хрупких монолитных стеклянных панелей. Эти композитные сэндвич-панели, состоящие из нескольких слоев стекла, ламинированных прозрачным полимерным промежуточным слоем, удерживают фрагменты стекла на месте и обеспечивают повышенную емкость, обеспечивая устойчивость к взрывной волне после разрушения слоев стекла. Хотя доступно множество типов промежуточных слоев, Центр защиты национальной инфраструктуры Великобритании рекомендует использовать только прослойки из поливинилбутираля (ПВБ) и иономера для взрывозащиты (CPNI 2019). Основное внимание здесь уделяется первому, поскольку это наиболее распространенный промежуточный слой, используемый в фасадах зданий.

Ламинирование слоев стекла и ПВБ приводит к образованию прочной адгезионной связи между слоями стекла и ПВБ. После разрушения слоев стекла именно эта связь удерживает фрагменты стекла на промежуточном слое, тем самым снижая риск травм, связанных со стеклом, во время взрывов. Эта связь не является универсальной константой, и на нее влияют факторы окружающей среды (Butchart and Overend 2012, 2013, 2017; Samieian et al. 2018). Более того, некоторые фрагменты неизменно расслаиваются при больших отклонениях (Hooper 2011; Pelfrene et al. 2016).

Дополнительным преимуществом соединения стекло-ПВБ является то, что прикрепленные фрагменты стекла способствуют устойчивости панели к разрушению, что приводит к сложному изгибающему действию, в котором участвует промежуточный слой, работающий на растяжение, вместе с фрагментами стекла, которые вступают в контакт. по мере деформации панель работает на сжатие. Хотя экспериментально было продемонстрировано, что эта способность к изгибу незначительна при квазистатических нагрузках (т.е. при низких скоростях деформации), по сравнению с способностью неповрежденной панели (Котт и Фогель 2003, 2004, 2007), реакция фундаментально отличается при высоких нагрузках. скорости деформации, связанные с взрывной нагрузкой, из-за вязкоупругой природы ПВБ. Следует отметить, что это применимо к незамкнутым фрагментам стекла, поскольку вклад разбитого стекла незначителен, даже при очень низких скоростях деформации, если он находится между слоями неразбитого стекла (Overend et al. 2014).