中空玻璃強度、剛度、密封性能分析

 

　　中空玻璃在使用的整個壽命周期中要不斷受到外界環(huán)境腐蝕及外力作用，在使用一段時間后部分中空玻璃會出現(xiàn)各種質(zhì)量問題，其中主要有兩種：一是中空玻璃密封性能失效（氣體泄漏），使中空玻璃產(chǎn)生露點，并失去保溫隔熱功能；二是中空玻璃炸裂及外片整體脫落，容易造成嚴重的安全隱患。特別是中空玻璃密封性能失效會導(dǎo)致其承載能力下降，在外力作用下，其外片更容易發(fā)生整體脫落。因此，研究中空玻璃承載性能的基本理論，了解中空玻璃在外載作用下的強度特征及變形特征，合理設(shè)計中空玻璃結(jié)構(gòu)尺寸，并提出一套中空玻璃中空層密封性能失效現(xiàn)場檢測方法，對指導(dǎo)中空玻璃工程應(yīng)用，降低中空玻璃失效概率，保證中空玻璃安全可靠使用有著重要意義。為此，本文根據(jù)中空玻璃結(jié)構(gòu)特點，分析了影響中空玻璃承載性能的各方面因素，提出了采用在中空玻璃面板中心施加集中荷載，通過觀測中空玻璃內(nèi)、外片變形量的大小或中空層的厚度變化來評價中空玻璃中空層的密封性能，并設(shè)計了一套配套的檢測裝置。

 

　　中空玻璃承載性能分析

　　影響中空玻璃承載性能的主要因素為中空玻璃強度、中空玻璃剛度及中空玻璃中空層密封性能。

 

　　1.中空玻璃的強度及剛度

　　中空玻璃強度是指中空玻璃抵抗外載作用的能力，剛度是指中空玻璃承載變形的能力。顯然，在玻璃材料給定后，比如普通平板玻璃或鋼化玻璃，那么根據(jù)玻璃強度設(shè)計理論，玻璃原片的斷裂強度就確定下來了。因此，要使中空玻璃承載能力提高，就必須在同載荷作用下使玻璃表面彎拉應(yīng)力更小，這就與中空玻璃原片尺寸（各原片的長度、寬度、長寬比與厚度）及中空層厚度有關(guān)。外載作用下直接分配到每片玻璃上的載荷大小決定著中空玻璃的承載能力。

 

　　由于中空玻璃是由兩片（或兩片以上）玻璃構(gòu)成，周邊密封形成一個密封的空氣層，中空玻璃在一面玻璃受到載荷作用時，受力面玻璃變形壓縮中空層氣體，氣體壓強增大，將部分載荷傳送給另一面玻璃，因此在氣體密封狀態(tài)下，中空玻璃是兩片玻璃共同承擔(dān)載荷，兩片玻璃同時變形。

 

　　2.中空層失效狀態(tài)下中空玻璃承載特性

　　在中空層氣體密封的情況下，氣體的傳遞作用能夠?qū)⒁徊糠滞夂奢d傳遞給另一片玻璃，但是當(dāng)氣體層泄漏時，中空層氣體則完全喪失了傳遞荷載的作用，此時，中空玻璃承受荷載完全由直接受力的那片玻璃承擔(dān)。

 

　　顯然，此時的中空玻璃承受荷載能力將會明顯下降。

 

　　通過試驗測量中空玻璃（規(guī)格為6mm＋12mm＋6mm，尺寸為1000mmⅹ1000mm）在6kPa均布荷載作用下中空層在密封和泄漏情況下內(nèi)片玻璃（非承載一面）沿中線上的撓度值。此圖表明了在中空層氣體密封條件下內(nèi)片玻璃的撓度明顯大于泄漏狀態(tài)下的撓度，泄漏后中空氣體層失去傳載能力，內(nèi)片不受力，幾乎沒有變形。

 

　　3.環(huán)境溫、壓差對中空玻璃承載性能的影響

　　即使不受外荷載作用，由于中空玻璃的生產(chǎn)地域環(huán)境與使用地域環(huán)境存在差別，也會導(dǎo)致中空玻璃中空層氣體的膨脹或收縮（見圖2），直接導(dǎo)致兩片玻璃原片產(chǎn)生變形和附加應(yīng)力，嚴重時會使兩片玻璃相互磕碰在一起，甚至導(dǎo)致玻璃破裂。

 

　　中空層失效在線檢測方法及裝置

　　由分析可知，中空玻璃在中空層密封性能失效后改變了其承載性能，為此，提出了通過在玻璃板中心施加集中力方法并觀測中空玻璃內(nèi)外片變形或中空層厚度變化，來識別中空層是否密封。

 

　　為達到在線檢測中空玻璃中空層密封性能，檢測裝置主要包括施力裝置和中空玻璃變形觀測裝置。

 

　?。╝）是現(xiàn)場給幕墻或門窗中空玻璃施加集中力裝置構(gòu)成示意圖，其中施力裝置采用螺旋加力方式。這個檢測裝置中設(shè)一用于跨設(shè)安裝在幕墻附框上的有足夠剛度的導(dǎo)桿，在導(dǎo)桿兩端各設(shè)有一掛鉤，掛鉤可在導(dǎo)桿上自由移動。掛鉤上裝設(shè)吸盤，導(dǎo)桿的中段配置有螺旋加力器，螺旋加力器上的螺紋桿與導(dǎo)桿垂直，螺紋桿前端設(shè)一柔性墊片，尾端連接施力螺旋手柄，通過轉(zhuǎn)動施力手柄推動螺紋桿前進；螺紋桿中段放置力傳感器用以獲取施力大小。

 

　　（b）是另一種現(xiàn)場給幕墻中空玻璃施加集中力裝置構(gòu)成示意圖，其中加力裝置采用砝碼加力的方式。這個檢測裝置中設(shè)一連桿，連桿由兩部分組成，為拉桿和壓桿，拉桿和壓桿的一端用鉸鏈連接，使兩桿可以相互旋轉(zhuǎn)并得到不同的角度。拉桿的另一端設(shè)有掛鉤與一真空吸盤連接可吸固在玻璃上，在連桿的鉸鏈處設(shè)有一掛鉤，掛鉤和掛繩一端連接，在掛繩另一端也設(shè)有掛鉤，掛鉤上可放置砝碼。調(diào)節(jié)拉壓桿的角度，使壓桿與檢測玻璃平面相垂直，增減砝碼可得到給玻璃施加的不同的集中力。

 

　　通過給使用中的中空玻璃一面施加集中力，同時記錄中空玻璃內(nèi)外片中心的撓度值（最大撓度）或中空層厚度，中空玻璃變形可采用位移傳感器觀測，中空層厚度可采用空氣層厚度觀測裝置測量。