Wprowadzenie
Szkło coraz częściej pełni nie tylko funkcję osłonową, ale również konstrukcyjną. Stosuje się je w fasadach, zadaszeniach, żebrach i elementach transparentnych, w których oczekuje się nośności, lekkości wizualnej i estetyki. Jego podstawowym ograniczeniem pozostaje jednak kruchy charakter zniszczenia. Pęknięcie może nastąpić nagle, bez wyraźnych odkształceń plastycznych poprzedzających awarię.
Jednym ze sposobów ograniczenia tego problemu są belki hybrydowe, w których szkło współpracuje z innym materiałem. W opisanych badaniach analizowano belki drewniano-szklane (dalej nazywane skrótem T-G od ang. Timber-Glass). Ich przekrój był zbliżony do dwuteowego: szklany środnik połączono z drewnianymi półkami. Szkło, dzięki dużej sztywności, uczestniczyło w przenoszeniu ścinania, a drewno przejmowało część naprężeń od zginania i poprawiało zachowanie elementu po uszkodzeniu szkła.
W artykule przedstawiono wyniki badań wykonanych w ramach pracy magisterskiej [1] oraz działalności Koła Naukowego Konstrukcji Metalowych Wydziału Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej. Porównano dwa warianty belek T-G: ze środnikiem z pojedynczej tafli szkła hartowanego (ESG) oraz ze środnikiem laminowanym (VSG). Oceniano nośność, sztywność, mechanizm zniszczenia oraz nośność pokrytyczną, czyli zdolność do dalszej pracy po pęknięciu szkła.
Próbki i program badań
Badane belki miały długość 2600 mm. Półki wykonano z drewna C24 o przekroju 60×52 mm. W osi każdej półki wykonano bruzdę o głębokości 26 mm, w której osadzono szklany środnik. Detal ten stabilizował taflę, ułatwiał przekazywanie sił przez spoinę i chronił wrażliwe krawędzie szkła.
Zmienną badawczą był rodzaj środnika. Wariant I wykonano z pojedynczej tafli ESG 12×200×2600 mm. Wariant II wykonano jako laminat VSG 66.4, czyli dwie tafle ESG 6 mm połączone folią PVB 1,52 mm, o grubości całkowitej ok. 13,5 mm. W obu wariantach zastosowano ten sam klej konstrukcyjny Vi-Pro MMA 2K High Performance Adhesive firmy Proventuss. Półki dostarczyła firma Andrewex Sp. z o.o., a środniki szklane firma Pilkington IGP (Fot. 1).
Łącznie przygotowano 10 belek: po 5 dla każdego wariantu. Pierwszą próbkę z każdej serii potraktowano jako testową, a do zasadniczego porównania przyjęto po 4 próbki właściwe. Badania prowadzono w układzie czteropunktowego zginania, przy rozstawie podpór 2250 mm. Obciążenie przykładano przez trawers w jednej trzeciej rozpiętości, co pozwoliło uzyskać w środku belki strefę stałego momentu (Fot. 2).
Podczas prób rejestrowano siłę, ugięcie w środku rozpiętości oraz odkształcenia w wybranych miejscach przekroju. Przemieszczenia mierzono czujnikami LVDT, a odkształcenia tensometrami umieszczonymi na półkach drewnianych i krawędziach środnika. Po próbach testowych zastosowano stalowe blachy rozdzielcze na podporach i pod punktami obciążenia, aby ograniczyć lokalne zgniatanie drewna.
