Czytaj także -

Aktualne wydanie

okladka SS-7-8 2018-do Internetu

20180123-BANNER-160X600-V3-PL FENSTERBAUEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 RODO

 

25575923 

  

480x100px RFT18 engl

 

abs banner 480x120 English

 

glass2018 480x120  

 lisec SS FastLAne

 

Konstrukcyjne połączenia silikonowe w giętych na zimno szybach SSG
Data dodania: 09.05.18

Stosowanie szkła giętego na zimno i zakrzywianego na zimno (o zwichrowanej powierzchni prostokreślnej) w strukturalnych ścianach osłonowych o jednolitej powierzchni zyskuje coraz to nowe zastosowania od kilku ostatnich lat. Narzuca to specjalne wymagania dotyczące szklanych elementów strukturalnych i metalowych elementów konstrukcyjnych, a także elastycznych i nośnych połączeń wykonywanych z zastosowaniem klejów silikonowych do szklenia strukturalnego (Structural Sealant Glazing – SSG). Szczególne wymagania zależą od podejścia do produkcji i instalacji tych wyrobów, jak również geometrycznych warunków brzegowych.

 

Na konstrukcyjne złącza silikonowe mają dodatkowy wpływ oddziaływania od stałego obciążenia (ciężaru własnego) i wynikające z ruchu połączenia – oprócz zwykłych, użytkowych obciążeń określonych w odpowiednich normach. Ze względu na wygięty lub zakrzywiony kształt szyby, mogą wystąpić znaczące zmiany w rozkładzie obciążenia, podziale obciążenia i sztywności, a nawet mogą wystąpić obciążenia maksymalne w elastycznych złączach silikonowych.

 

W niniejszym artykule podsumowano wymagania techniczne i zasady inżynierskie, a także kwestie projektowe umożliwiające właściwe zaprojektowanie i obliczenie połączeń silikonowych w wygiętych na zimno szybach zespolonych SSG. Częścią przedstawionej analizy jest zapewnienie bezpieczeństwa i trwałości tych obciążonych połączeń.

 

 

Wprowadzenie

 

Zapotrzebowanie na komputerowe symulowanie działania złożonego i płynnie zmieniającego się rzeczywistego układu konstrukcyjnego, w skład którego wchodzą w różny sposób wygięte szyby o różnorodnej krzywiźnie lub nawet projekty mające cechy biomorficzne – w połączeniu z przezroczystymi panelami i ważnymi powierzchniami zewnętrznymi – jest coraz popularniejszym trendem, zastępującym w projektach architektonicznych konwencjonalną geometrię budynków o prostych i ostrych krawędziach.

 

Tradycyjne projektowanie ogranicza swobodę architektoniczną, a także wartość wyróżniania się i uzyskiwania tożsamości przez budynki. Krzywoliniowe kształty obiektów oferują natomiast nieograniczoną różnorodność niestandardowych i niepowtarzalnych kształtów budynków, wykonanych wg życzeń klienta. Projekty wspierane przez zaawansowane procesy projektowania i narzędzia do obliczania wspomagane komputerowo, zarezerwowane dotychczas dla przemysłu motoryzacyjnego, zostały implementowane do projektowania budynków i fasad.

 

Biorąc pod uwagę, że wyrafinowane projekty typowych produktów przemysłowych są wdrażane do seryjnej produkcji przy użyciu złożonych i specjalnie zaprojektowanych narzędzi, wyzwaniem dla projektanta i producenta elewacji staje się właściwe realizowanie niestandardowych i najczęściej niepowtarzalnych kształtów fasad, w ramach określonych ograniczeń ekonomicznych, technicznych i prawnych oraz w dopuszczalnych ramach czasowych.

 

W związku z faktem, że fasady, mogą być postrzegane jako „oblicze” lub „skóra” budynku, muszą spełniać określone wymogi funkcjonalne, ochronne i estetyczne, w tym także szkło i szklane elementy będące główną częścią elewacji.

 

Oznacza to, że szyby i ich obramowania muszą pasować do krzywoliniowego kształtu fasady budynku, co zwiększa popyt na zakrzywione (z wieloma różnymi krzywiznami) i zwichrowane (wygięte w niezwykły sposób) pojedyncze tafle szkła. Dotyczy to szkła laminowanego, ale także szyb zespolonych, zastępujących coraz częściej dotychczasowe szyby płaskie i wielokątne lub nawet elementy szklane wygięte cylindrycznie.

 

 

Produkcja wygiętych elementów szklanych

 

Wygięte szyby architektoniczne mogą być wytwarzane na potrzeby wykonawców fasad według trzech głównych metod.

 

Gięcie “na gorąco”

 

Podczas termicznego kształtowania szkła można uzyskać różnorodne kształty cylindryczne i sferyczne oraz giete asymetrycznie i nieregularnie, z mniejszymi lub większymi promieniami gięcia, w granicach możliwości technicznych pieców do gięcia szkła. Zaletą jest dokładne i trwałe ustawienie wymaganego kształtu w procesie produkcyjnym.

 

Wstępnie przygotowane tafle ze szkła float są podgrzewane do temperatury tuż powyżej temperatury transformacji. W zależności od pożądanej geometrii i procesów produkcyjnych, podgrzane i „zmiękczone” szkło może się osadzać na prefabrykowanej i ognioodpornej formie (zginanie grawitacyjne) pod własnym ciężarem lub jest kształtowane poprzez formowanie mechaniczne. Uzyskiwana wytrzymałość szkła, wzór spękania i tolerancje w stanie gotowym są w dużej mierze kontrolowane przez sam proces chłodzenia.

 

Powłoki funkcyjne zwykle nie mogą być nakładane na ukształtowane podczas zginania na gorąco powierzchnie szklane.

 

Ze względu na proces produkcji i, np., wymaganą refleksyjność powłoki niskoemisyjnej, powłoka funkcyjna musi być stabilna termicznie i odpowiednia do hartowania. Folie PVB, stosowane do laminowania dwóch giętych tafli szkła po procesie gięcia na gorąco, muszą być dobrane pod względem grubości i właściwości materiału tak, aby uwzględnić odpowiednią tolerancję wymiarową szczeliny pomiędzy łączonymi taflami i żeby nie wprowadzać dodatkowych naprężeń tafli przy łączeniu z folią. Montaż szyby zespolonej lub jej połączenie z elementem elewacyjnym również muszą być wykonane tak, aby nie wywoływać dodatkowych naprężeń.

 

Jednak szczególnie w przypadku tafli z małym promieniem gięcia należy wziąć pod uwagę zwiększone oddziaływania klimatyczne, wpływające na hermetycznie zamknięte powietrze wewnątrz szyby zespolonej, a także tworzenie się i rozkład sił oddziaływania, które różnią się znacznie od sytuacji płaskiego oszklenia i niezakrzywionych szyb zespolonych.

 

Gięcie cylindryczne na zimno lub uzyskiwanie krzywizny prostokreślnej na zimno

 

Jeśli wymagane jest użycie lekko wygiętych lub jednorodnie czy symetrycznie wygiętych szyb o mało skomplikowanej geometrii, zwykle zaleca się stosowanie oszklenia giętego na zimno. Ponieważ szyby zimnogięte nie są już podgrzewane do temperatury transformacji szkła, zachowana jest jakość powierzchni, gładkość i równość powierzchni szkła float.

 

Lokalne zniekształcenia, powstałe podczas procesu transformacji w czasie zginania na gorąco, nie występują podczas gięcia na zimno.

 

Hartowanie, pokrywanie frytami lub farbami ceramicznymi, drukowanie i oklejanie folią można wykonać przy użyciu standardowego wyposażenia w stanie płaskim, bez uszczerbku dla właściwości, jakości i różnorodności. Jednak wielkość i kształt zimnogiętej szyby są ograniczone. Trwałe naprężenia w szkle, które są spowodowane przez zginanie na zimno, są określone przez wymuszone przesunięcie i grubość szkła. Produkty szklane poddane obróbce cieplnej są zwykle stosowane w celu zapewnienia odpowiedniej wytrzymałości na obciążenia, obróbka cieplna wywołuje naprężenia przeciwstawne do naprężeń powstających od obciążenia, więc się one wzajemnie znoszą.

 

 

(...)

Gięcie na „ciepło” przez laminowanie

 

Elementy szklane gięte na „ciepło” przez laminowanie muszą spełnić warunki dotyczące np. promienia gięcia szkła, podobnie jak szyby gięte na zimno. W przeciwieństwie do normalnego zginania na zimno, wymagany kształt zginania jest nadawany podczas procesu podgrzewania w autoklawie, za pomocą odpowiedniego urządzenia do gięcia lub formy. Wygięciu podlega cały pakiet – tafle szklane i warstwy folii laminującej – zanim połączą się ze sobą w procesie laminowania, który jest potrzebny do utworzenia jednolitego, wygiętego szkła laminowanego. Obróbka termiczna w autoklawie odbywa się znacznie poniżej temperatury transformacji szkła, a zatem nie ma wpływu na właściwości powierzchni produktów szklanych i nałożonych powłok funkcyjnych na szkle.

 

W zależności od zastosowanej folii laminującej do warstwy pośredniej, technologia stosowana do gięcia na zimno połączona z laminowaniem (na „ciepło” przez laminowanie) musi uwzględniać specyficzne, sprężyste wygięcie wsteczne, jak również zależne od czasu, obciążenia i temperatury pełzanie*) organicznej folii laminującej – czyli powolne odkształcanie się tego materiału wskutek działania długotrwałych obciążeń. Zastosowanie szkła wygiętego przez laminowanie jest szczególnie korzystne, gdy szkła laminowanego należy użyć również z konieczności spełnienia wymagań dla szkła bezpiecznego, albo gdy celem jest uzyskanie dokładnej, cylindrycznej konstrukcji o dużym promieniu. Gięcie na „ciepło” poprzez laminowanie może znacznie zmniejszyć trwałe oddziaływania na krawędziach szkła laminowanego i szklanych elementach nośnych.

 

Wymogi wizualne (estetyczne), techniczna wykonalność i faktyczna dostępność zwykle wpływają na wybór konkretnego procesu gięcia szkła. Ponadto, wymogi wynikające z przepisów, uzgodnienia z konsultantami branżowymi i odpowiednia równowaga pomiędzy kosztami, korzyściami i zagrożeniami są ważnymi czynnikami, które należy uwzględnić przy tym wyborze.

 

Nawet jeśli szyby zespolone stały się standardowymi elementami architektonicznymi, a projektanci i producenci szkła i elewacji mają coraz więcej wiedzy i doświadczenia, to jednak wygięte elementy szklane nadal nie są ustandaryzowane. W związku z tym, może wystąpić ryzyko wystąpienia błędu w zakresie technicznym lub ekonomicznym, z którym muszą się liczyć decydenci i inwestorzy.

 

 

Konstrukcyjne połączenia silikonowe w giętych na zimno szybach SSG

 

Gięcie i wichrowanie (wyginanie prostokreślne) na zimno szklanych elementów fasadowych polega głównie na gięciu szkieł monolitycznych, laminowanych lub szyb zespolonych. Może to także dotyczyć złożonego elementu elewacyjnego w stanie płaskim, obejmującego szkło, ale także ramy metalowe podkonstrukcji i ramki dystansowe, nadające odpowiednią strukturę. Technika gięcia na zimno drastycznie obniża koszty produkcji zakrzywionych elementów fasadowych i jest bardzo korzystna w projektach, w których seryjna powtarzalna obróbka elementów nie występuje lub jest ograniczona.

 

W większości międzynarodowych projektów, w których przezroczyste i płynnie zmieniające się układy konstrukcyjne są akcentowane za pomocą krzywoliniowych kształtów, mocowanie odpowiednio ukształtowanych na zimno szklanych paneli w konstrukcyjnych elementach (określanych jako szklenie strukturalne – SSG) osiąga się poprzez nośne połączenie klejone, zapewniane przez konstrukcyjne kleje silikonowe (rys. 1).

 

 

2018 04 37 1

 Rys. 1. Typowy system szklenia strukturalnego SSG

 

 

Aprobaty i atesty dotyczące szklenia strukturalnego są kontrolowane w Europie przez EOTA, według wytycznych ETAG002 [3] , a w Ameryce według normy ASTM C 1401 [4].

 

Wytyczne ETAG 002 [3] wydane przez EOTA (Europejska Organizacja ds. Oceny Technicznej) odnoszą się do narażenia konstrukcyjnych połączeń silikonowych na krótkotrwałe obciążenia wiatrem (dynamiczne naprężenie rozciągające τdyn), cykliczną rozszerzalność cieplną między różnymi elementami (dynamiczne naprężenie ścinające τdes) i długotrwałe przenoszenie obciążenia statycznego, np. ciężaru własnego (statyczne naprężenie ścinające τstat). Podobna koncepcja jest przyjęta w normie ASTM C 1401 [4].

 

2018 04 38 1

 

 

Naprężenia wynikające ze zginania na zimno szyb zespolonych i elementów elewacji nie są wyraźnie uwzględnione we wspomnianych normach, a zatem wymagają starannej i kompleksowej analizy inżynierskiej.

 

Znaczące oddziaływania, które powstają w elastycznych silikonowych połączeniach z powodu ich umiejscowienia w elementach szklanych zginanych na zimno, są następujące:

 

Długotrwałe obciążenia rozciągające – Obciążenia w spoinie SSG powstałe w wyniku wygięcia szklanego elementu w celu połączenia go z ramą, jak również w uszczelnieniu IG w szybach zespolonych (rys. 4).

 

Długotrwałe naprężenie rozciągające są wywołane przez siły „powracające” (odkształcenie wsteczne) elastycznego odkształcenia (szyba wygięta „chce wrócić’ do płaskiego stanu) i spoina musi być odpowiednio wytrzymała przez cały cyklu życia. Rys. 2 pokazuje wizualizację rozkładu naprężeń rozciągających wywołanych przez siły „przywracające” w giętej na zimno szybie według Beer [2].

 

 

2018 04 37 2

Rys. 2. Rozkład naprężeń rozciągających w połączeniach SSG w szybach giętych na zimno według Beer [2]: maksymalne wartości naprężeń w narożach oparte na obliczeniach, wg nieliniowej analizy Elementów Skończonych (po lewej) i wg uproszczonego jednolitego rozkładu naprężeń (po prawej)

 

 

Wysokie naprężenia szczytowe w narożnikach elementów można określić za pomocą precyzyjnej symulacji sił reakcji w nieliniowym modelu elementów skończonych opartym na hiper-elastycznych elementach skończonych reprezentujących elastyczne połączenia klejowe.

 

Rozważenie efektu Mullinsa może być wykorzystane do oceny takich maksimów naprężeń w złączach: odpowiedź sprężysta kleju silikonowego. Kształt wykresu – krzywej naprężenie-odkształcenie, dla tego silikonu – zależy od maksymalnego obciążenia wcześniej doświadczanego (rys. 3), a naprężenia mogą zostać określone jako natychmiastowe i nieodwracalne zmiękczenie krzywej odkształcenia-naprężenia, które pojawia się, gdy obciążenie wzrasta powyżej jego wcześniejszej całkowitej wartości maksymalnej.

 

 

2018 04 37 3

Rys. 3. Efekt Mullinsa dla silikonu konstrukcyjnego Sikasil® SG-500. Efekt Mullinsa jest szczególnym aspektem odpowiedzi mechanicznej w elastomerach, w którym krzywa naprężenie-odkształcenie zależy od maksymalnego obciążenia, które wcześniej wystąpiło. Krzywe naprężenie-odkształcenie dla elastomeru wykazują postępujące cykliczne zmiękczenie

 

 

Nieliniowe zachowanie sprężyste pojawia się, gdy obciążenie jest mniejsze niż wcześniejsze maksimum, podczas gdy zmiękczanie Mullinsa jest efektem lepkosprężystości, głównie w wyniku tarcia wypełniaczy i przesuwania łańcuchów polimerowych. Dlatego można argumentować, że krótkotrwałe obciążenie wiatrem nałożone na obciążenie rozciągające wskutek zginania na zimno może powodować zmiękczenie materiału i redukcję naprężeń. Niemniej jednak, obszar, w jakim maksima naprężenia mogą być uważane za efekt tymczasowy i mogą być kompensowane w wyniku relaksacji*) na korzyść jednolitego rozkładu naprężeń, wymaga dalszych badań lub wyjaśnienia zależnego od materiału.

 

Przy założeniu równomiernego rozkładu, jak pokazano na rys. 2 po prawej stronie, siła przywracająca analizowanej szyby zespolonej może być również obliczona lub określona doświadczalnie, przy użyciu próbnego ładunku, który mógłby następnie zostać rozmieszczony jako wyidealizowane obciążenie trójkątne na krawędziach szyby. W zależności od potrzeb, wytrzymałość elastycznych połączeń klejowych na stałe obciążenia można regulować, zwiększając w razie potrzeby przesunięcie spoiny. Długotrwałe przemieszczenia ścinające – oddziałujące na spoinę SSG w wyniku „wymuszonego” połączenia szklanego elementu z ramą (złącze sjoint – rys. 4) oraz uszczelnienie IG w szybach zespolonych, które są gięte na zimno (sseal – rys. 4).

 

 

 2018 04 38 2

Rys. 4. Długotrwałe oddziaływanie na elastyczne połączenia klejowe. Klejenie SSG i izolacyjne uszczelnienie krawędzi szyby zespolonej: stan płaski (rys. lewy). Szyba zespolona i rama są połączone w stanie płaskim, a następnie wygięte (rys. w środku). Gięcie i klejenie płaskiej szyby zespolonej do wstępnie ukształtowanych (wygiętych) elementów ramy (metalowej podkonstrukcji) (rys. prawy) (© Sika)

 

 

Pod wpływem sił ścinających spowodowanych przez przemieszczenia związane z geometrią i ruchy powrotne nałożone na powiązane powierzchnie, możliwości kontrolowania poziomu naprężeń w złączu bez znacznego zwiększenia jego grubości (e) są ograniczone.

 

e = G x Δ / τ∞,Movem

 

Jednakże, podczas gdy siły przywracające działające poza płaszczyznę giętego lub zwichrowanego na zimno zespołu szyby zespolonej mogą być zmniejszone jedynie przez zmniejszenie sztywności szkła (grubość szkła, rozmiar szkła, elastyczne i termoelastyczne folie laminujące) lub przez użycie ograniczenia mechanicznego, istnieją możliwości aktywnego wpływania na redukcję ruchów ścinających w elastycznym połączeniu klejowym (spoinie silikonowej) poprzez ocenę różnych procedur zginania na zimno: 

 

  • Bardzo skuteczną opcją usuwania stałego naprężenia ścinającego w spoinach SSG z powodu zginania na zimno, jest stosowanie wstępnie wygiętych elementów ramowych, tak, że tylko oszklenie jest gięte na zimno.

 

Szyba zespolona może być gięta na zimno na wstępnie ukształtowanej ramie i tymczasowo przymocowana do niej za pomocą urządzeń mechanicznych. Następnie może być nakładany klej silikonowy i tworzona spoina – SSG. Po całkowitym utwardzeniu kleju można usunąć mechaniczne urządzenie przytrzymujące wygiętą szybę. Wprowadzanie znacznych ruchów ścinających w połączeniu SSG (sjoint – rys. 4) jest na stałe uniemożliwione. 

 

  • Inną opcją ograniczenia stałego naprężenia ścinającego w połączeniu SSG z powodu zginania na zimno jest tymczasowe przymocowanie przez urządzenia mechaniczne szyby zespolonej do ramy i zginanie całości na zimno; po tym wygięciu można nałożyć spoinę SSG. Kiedy klej silikonowy w tej spoinie zostanie całkowicie utwardzony, mechaniczne urządzenia do tymczasowego mocowania szyby mogą zostać usunięte.

 

Stałe naprężenia rozciągające pojawią się w spoinie SSG. Naprężenia ścinające pojawią się również w spoinie SSG, ale ich czas trwania będzie ograniczony do czasu od produkcji do instalacji, kiedy zostanie przywrócony kształt wygięcia na zimno.

 

Jeśli wziąć pod uwagę, że poziom ruchów ścinających zależy nie tylko od przemieszczenia potrzebnego do ustawienia krzywizny, ale także od geometrii połączonych elementów, oczywistym jest, że sama konstrukcja systemu może mieć istotny wpływ na ograniczanie trwałych sił w kleju złącza bez dalszego zwiększania wysiłku i złożoności produkcji fabrycznej oraz klejenia elementów elewacyjnych.

 

Jak pokazano na rys. 5, na stopień odkształcenia przy ścinaniu ma znaczny wpływ wysokość przekroju poprzecznego połączonych elementów i nie zależy to tylko od przesunięcia i krzywizny elementu wygiętego na zimno. Oznacza to, że im większa jest wysokość przekroju ramy i szkła, tym większe przesunięcie osi gięcia i powierzchni połączonych elementów i większy ruch powrotny Δ powierzchni łączących, natomiast przejęcie dużych ruchów ścinających w obrębie dopuszczalnych naprężeń może być osiągnięte jedynie przez ogromny wzrost grubości spoiny klejowej.

 

 

2018 04 38 3

Rys. 5. Wpływ krzywizny i wysokości przekroju na odkształcenie ścinające spoiny SSG (© Sika)

 

 

Innymi słowy, trwałe naprężenie ścinające w spoinie SSG można znacznie zmniejszyć poprzez zwiększenie grubości strukturalnego złącza silikonowego, ale także poprzez solidne zmniejszenie wysokości przekroju poprzecznego połączonych elementów. Można to osiągnąć np. przez: 

 

  • Stosowanie płaskich, wąskich ram, mechanicznie połączonych z ramą nośną w taki sposób, aby były możliwe swobodne ruchy w płaszczyźnie (rys. 6). Płaska, wąska ramka adaptera może być przyklejona do szyby zespolonej w fabryce. Po całkowitym stwardnieniu spoin, na miejscu montażu mogą wystąpić wymagane przemieszczenia poza płaszczyzną do gięcia na zimno. 
  • Stosowanie płaskich, wąskich ramek adaptera, które są przyklejone do elementów ze szkła płaskiego w fabryce. Po całkowitym utwardzeniu spoiny, sklejony zestaw może być zgięty na zimno i zamocowany na wstępnie uformowanej ramie nośnej na miejscu montażu.

 

 

2018 04 39 1 

Rys. 6. Wąska ramka adaptera użyta dla zminimalizowania efektów wywołanych ruchów ścinających w wyniku zginania na zimno

 

 

Trwałe oddziaływania na spoinę SSG spowodowane przez gięcie na zimno

 

Po określeniu trwałych reakcji na obciążenia, które powstają w elastycznych połączeniach klejowych przez zginanie na zimno lub wichrowanie na zimno (nadawanie krzywoliniowej krzywizny) szyb zespolonych SSG, należy ocenić wpływ na nośność i trwałość konstrukcyjnego wiązania silikonowego.

 

Norma ASTM C 1401 [4] wymaga silnego ograniczenia trwałych skutków obciążenia, takich jak naprężenia ścinające od ciężaru własnego, do maksimum 1psi (0,007 MPa), podczas gdy europejskie wytyczne EOTA ETAG 002 [3] podają tylko częściowe wskazówki, jak postępować. Definicja testu pełzania przy długotrwałym ścinaniu w połączeniu z cyklicznym obciążeniem rozciągającym, podana w rozdziale 5.1.4.6.8 tych wytycznych [3], pomaga uzyskać wskazówki na temat długoterminowego działania silikonów konstrukcyjnych.

 

Określa on wpływ stałego naprężenia ścinającego od ciężaru własnego na systemy niepodparte, co oznacza, że całkowity ciężar szkła jest trwale przenoszony tylko przez silikon konstrukcyjny.

 

Oprócz badania pełzania, które wymaga obszernego ograniczenia odkształcenia szczątkowego po całkowitym usunięciu obciążenia, oprócz odpowiedniej odporności materiału na długotrwałe obciążenie, współczynnik pełzania wynoszący co najmniej 10 jest określony przez wytyczne [3] w tym samym rozdziale. Dopuszczalne naprężenia ścinające muszą zostać zmniejszone przez współczynnik pełzania oprócz dynamicznego współczynnika bezpieczeństwa, gdy elastyczne spoiny klejowe mają przejąć całkowity ciężar własny.

 

Procedura określona w wytycznych [3] może być zastosowana do oceny elastycznych połączeń klejowych, które są stosowane w giętych na zimno szybach SSG tylko w pewnym zakresie. Rzeczywiście, podczas gdy badania pełzania, zdefiniowane przez wytyczne [3], analizują łączny efekt stałego obciążenia ścinającego i chwilowego lub dynamicznego obciążenia rozciągającego, skutki gięcia na zimno powodują trwałe obciążenia rozciągające i w ograniczonym zakresie ruchy ścinające.

 

 

2018 04 39 2

Rys. 7. Dokumentacja testu pełzania zgodnie z EOTA ETAG 002- 5.1.4.6.8 dla Sikasil® SG-500. (© Sika)

 

 

Biorąc to pod uwagę, można przyjąć podejście wytycznych [3] i zmniejszyć naprężenia dopuszczalne dla dynamicznego obciążenia rozciągającego dodatkowym współczynnikiem pełzania γc ≥ 10, w odniesieniu do stałego działania sił przywracających i w celu trwałego kontrolowania gięcia na zimno konstrukcyjnie sklejonych szklanych elementów.

 

σ = σdes / 10

 

Dla oceny stałego ruchu ścinającego wytyczne [3] nie wykazują praktycznego podejścia, ponieważ zastosowanie dopuszczalnego statycznego naprężenia ścinającego w tym przypadku właściwie nie doprowadziłoby do uzyskania odpowiedniej grubości połączenia. Co więcej, należy wziąć pod uwagę, że wymuszone przesunięcie jest rzeczywiście trwałe, ale ograniczone w skali, w odniesieniu do jednorazowego ustawienia i nie zwiększa się w cyklu życia.

 

W związku z tym ryzyko pełzania nie istnieje strukturalnie. Zamiast tego należy znaleźć proces, który ostatecznie określa maksymalny dopuszczalny poziom relaksacji trwale odkształconych połączeń. W tym kontekście należy wspomnieć, że dopuszczalne rozluźnienie połączenia klejowego w kierunku ścinania nie może mieć wpływu na zmniejszenie wytrzymałości materiału.

 

 

2018 04 40 2 2

 

 

2018 04 41 1

 

 

 

W tym celu przeprowadzono następujące badania konstrukcyjnych klejów silikonowych: 

 

  • Badania wytrzymałości na ścinanie z użyciem silikonowych połączeń konstrukcyjnych obciążonych do uszkodzenia w następujących warunkach:

– próbki do badania ścinania, zbadane do momentu zerwania/zniszczenia w temperaturze 23°C/50% wilgotności względnej bez wstępnego obciążenia i stosowane jako odniesienie;

– próbki do badania ścinania, zbadane do momentu zerwania/zniszczenia w temperaturze 55°C/95% wilgotności względnej bez wstępnego obciążenia;

– próbki do badania ścinania obciążone przez 91 dni przy różnych poziomach narzuconych ruchów ścinania i badane aż do momentu zerwania/ zniszczenia przy 55°C/95% wilgotności względnej.

 

Porównanie wyników uzyskanych z powyższych badań ścinania pokazuje, że wytrzymałość końcowa złącza nie zmniejsza się, jeśli klej wcześniej doświadczył wymuszonej deformacji, do maksymalnego obciążenia obliczeniowego 30% ustalonego przez wytyczne [3]. 

 

  • Testy pełzania zgodnie z wytycznymi EOTA ETAG002 [3], związane ze stałym obciążeniem od 10% do 60% obciążenia obliczeniowego zdefiniowanego przez wytyczne [3]. Test wykazuje, że do maksymalnie 30% tego obciążenia przemieszczenia spoiny są ustabilizowane i nie zwiększają się dalej po 91 dniach, chociaż rejestrowane są odkształcenia szczątkowe (rys. 8).

 

 

2018 04 40 1

 Rys. 8. Badanie pełzania zgodnie z EOTA ETAG002 dla różnych poziomów obciążenia. (© Sika)

 

 

W oparciu o powyższe rozważania i serie testów można zaproponować rozszerzone wartości projektowe, uwzględniające wytrzymałość na ścinanie z efektem relaksacji, które można zastosować, gdy ruchy ścinania są nakładane na połączenia, ale nie ma stałych obciążeń ścinających, które mają zostać przeniesione.

 

Dla całej oceny konstrukcyjnych spoin silikonowych należy również wziąć pod uwagę wpływy wiatru, obciążenia użytkowe i obciążenia klimatyczne. Należy określić kombinacje krótkotrwałych i stałych obciążeń, a kombinację poziomów użytkowych z istniejącego naprężenia i dopuszczalnych naprężeń należy ocenić w odniesieniu do odpowiednich kierunków obciążenia i czasów trwania.

 

 

Wnioski

 

Istnieje szereg kryteriów optymalizacji procesu gięcia zakrzywionych elementów szklanych w zastosowaniach fasadowych, które uwzględniają różne procesy projektowania i procesy produkcyjne oraz potrzeby. Poza omówionymi aspektami wizualnymi, technicznymi i kosztowymi, należy również wziąć pod uwagę wpływ spoin na projektowanie szyb SSG.

 

W jaki sposób negatywny wpływ dużych odkształceń ścinających można znacznie zredukować w przypadku trwale obciążonych konstrukcyjnych spoin silikonowych – dzięki przemyślanej konstrukcji systemu i zastosowaniu smuklejszej ramy adaptera – pokazano w rozdziale „Konstrukcyjne połączenia silikonowe w giętych na zimno szybach SSG”.

 

Ponadto związek między wytycznymi EOTA ETAG 002 [3] a naprężeniem w elastycznych spoinach klejowych w szybach zespolonych giętych na zimno został ustalony w rozdziale „Trwałe oddziaływania na spoinę SSG spowodowane przez gięcie na zimno”. Badania pokazują, że istniejące aprobaty techniczne konstrukcyjnych klejów silikonowych wydane na podstawie wytycznych [3], [4], nie mogą być stosowane lub mogą być stosowane tylko w ograniczonym zakresie (na zasadzie konsultacyjnej), w celu weryfikacji giętych na zimno szyb SSG. Potrzebne są obszerniejsze wytyczne do oceny i metod obliczeniowych elementów zginanych na zimno, a także do definiowania dopuszczalnych naprężeń głównych.

 

 

 

Viviana Nardini
Sika Services AG
– Building Systems & Industry

 

Florian Doebbel
Sika Services AG
– Building Systems & Industry

 

 

 

Artykuł opiera się na wykładzie prezentowanym Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2017,która odbyła się 28-30.06.2017 w Tampere, Finlandia

 

 

Bibliografia

[1] Dodd, G .; Thieme, S .: Comparison of curved glass and cold bent panels (Porównanie zakrzywionego szkła i giętych na zimno paneli). GPD Glass Performance Days 2007, S. 83-86.

[2] Beer, B .: Structural Silicone Sealed Cold-Bent Glass – High-Rise Projects Experience Leading to a New Design Concept (Konstrukcyjne silikony klejące szkło gięte na zimno – doświadczenia z projektowania wieżowców prowadzące do nowej koncepcji projektowej). GPD Glass Performance Days 2015, S. 235-240.

[3] Wytyczne EOTA ETAG 002-1 Structural Sealant Glazing Systems Part 1: Supported and Unsupported Systems (Systemy oszkleń z konstrukcyjnymi klejami Część 1: Systemy podparte i niepodparte), 1998.

[4] Norma ASTM C1401 Standard Guide for Structural Sealant Glazing (Normowy przewodnik dotyczący oszkleń z klejami konstrukcyjnymi), 2014.

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 04/2018

 

 

Czytaj także --

Czytaj także

 

 

01 chik
01 chik