Вопросы качества, прочности и безопасности отечественных изделий из упрочненного стекла при проектировании строительных конструкций
Вид материала | Документы |
- Некоторые практические способы и подходы к производственному контролю качества при, 123.86kb.
- Рабочая программа дисциплины «Механическое оборудование предприятий строительной индустрии», 248.05kb.
- Авдейчиков Г. В. «Испытание строительных конструкций»: Учебное пособие (конспект лекций), 159.67kb.
- Стальные конструкции, 4261.04kb.
- Тезисы к докладу «Автоматизированная система мониторинга безопасности строительных, 10.89kb.
- Учет при проектировании изделий требований эргономики. Социальные требования к проектированию, 29.48kb.
- Справочник работ и профессий рабочих Выпуск 27 Разделы: "Производство синтетических, 8171.37kb.
- На строительных чертежах наносят размеры трех видов. Конструктивные, номинальные, 71.09kb.
- Наименование предприятия, местонахождение,, 82.32kb.
- Железобетонными (Жб) называются конструкции, в которых совместно работают бетон н сталь., 77.8kb.
Вопросы качества, прочности и безопасности отечественных изделий из упрочненного стекла при проектировании строительных конструкций
Родичев Ю.М 1, Музыка Ю.К. 2,
1Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина
E-mail: rym@ipp.kiev.ua, тел./факс +38 044 2865257, тел. +38 044 2859613
2 Компания «Альтис- Гласс», Киев, Украина, E-mail: ukraltis@com.ua
Kлючевые слова
1= переработка стекла 2= качество 3= прочность
4= безопасность 5= проектирование
Термоупрочненное и полностью закаленное стекла являются упрочненными светопрозрачными материалами, сочетающими конструкционные функции и роль заполнения проемов. При проектировании современных строительных конструкций остекления, прозрачных несущих и ограждающих структур сложной и актуальной проблемой является обеспечение прочности, надежности, долговечности и безопасности строительных элементов из стекла, так как по совокупности характеристик конструкционной прочности стекло принципиально отличается от других строительных материалов. Сложность проблемы определяется отсутствием конкретных данных о прочности со стороны производителей базового стекла, изготовителей стеклянных элементов из исходного и упрочненного стекла и гарантий прочности строительных организаций, осуществляющих проектирование, монтаж и эксплуатацию стеклянных архитектурных конструкций. Актуальность проблемы обусловлена интенсификацией технического прогресса и расширением сферы применения стекла в современной архитектуре зарубежных странах и в Украине.
В докладе приведены результаты научных исследований Института проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины и ряда зарубежных организаций, которые показывают, что при проектировании строительных конструкций фактическая конструкционная прочность стеклоизделий не может быть гарантирована надлежащим выбором типа стекла и вида упрочнения, если на всех этапах производства, монтажа и эксплуатации стеклоэлементов должным образом не контролируются параметры, влияющие на механическое поведение стекла.
С использованием образцов и элементов применительно к условиям производства Компании «Альтис-Гласс» показано, что вся промышленная технология, включая стадии резки, механической обработки и термического упрочнения, а также сборки стеклянных узлов и конструкций, должна быть оптимизирована по критериям качества и прочности, чтобы гарантировать заданную несущую способность, долговечность и безопасность конструкций. Без этого эффективность конструкционного применения стекла снижается в несколько раз, и возникают трудности при проектировании ответственных строительных конструкций.
Главными факторами, определяющими механическое сопротивление строительных элементов из исходного листового стекла, являются поверхностные дефекты типа микротрещин, царапин, сколов, размеры и геометрические параметры которых значительно зависят от вида и качества исходного стекла, способов и технологических режимов механической обработки края, отверстий и вырезов. На несущую способность стеклоэлементов сильное влияние оказывают условия силового или термического нагружения, а именно, характер и степень равномерности распределения напряжений, режимы изменения нагрузки – кратковременной, длительной или циклической. Температура и внешняя среда при эксплуатации также влияют на сопротивление разрушению стеклоэлементов.
Закалка и другие виды термического упрочнения строительного стекла являются эффективным способом повышения его конструкционных свойств. Однако фактический уровень прочности, долговечности и характер разрушения упрочненных стеклоэлементов могут сильно и непредсказуемо изменяться, если на производстве не уделяется должное внимание контролю качества и прочности в соответствии с ведомственными и общегосударственными стандартами и нормами. Следствием этого является разрушение строительных конструкций или их завышенная материалоемкость и стоимость.
При оценке прочности конструкций из закаленного стекла следует исходить из того, что по сравнению и прочностью исходного стекла появляется важный дополнительный фактор для повышения механического сопротивления за счет закалочных сжимающих напряжений, формируемых в трещиноватом поверхностном слое стекла. За счет этих напряжений предельная нагрузка, необходимая для критического раскрытия микротрещин и разрушения стеклянных деталей при механическом и тепловом нагружении, может быть значительно увеличена.
Это увеличение может быть разным в зависимости от фактических режимов термического упрочнения, состояния технологического оборудования, квалификации персонала и многих других факторов, влияние которых трудно оценить без проведения специальных испытаний в условиях производства или в специализированной организации, имеющей опыт в области конструкционной прочности стекла.
Обсуждаются полученные впервые результаты комплексного исследования конструкционной прочности на поперечный изгиб пластин и образцов из отожженного и упрочненного стекла с учетом характера и уровня поверхностной дефектности, а также реальных условий данного промышленного производства закаленного стекла. Учтены требования Европейских стандартов на закаленное и термически упрочненное стекло для строительства и архитектуры и способы оценки его механической прочности. Показано, что реальный уровень прочности на изгиб отечественного закаленного строительного стекла при определенных условиях может быть в 2 и более раз выше предусмотренного существующими отечественными и международными стандартами и строительными нормами. Это может быть использовано для создания прочных строительных конструкций из листового стекла с повышенной работоспособностью и долговечностью по сравнению с известными аналогами.
С использованием специальной методики фрактографии выполнена оценка фактических форм и размеров исходных микротрещин в фокусе разрушения закаленных стеклянных элементов, а также на основе линейной механики разрушения рассчитан уровень «чистого» сопротивления поверхности стекла хрупкому разрушению. Были также оценены расчетом локальные закалочные напряжения возле выявленного при испытании «слабого звена» - источника разрушения на поверхности закаленного стекла.
Было установлено, что дефектность поверхности упрочненного стекла возрастает при термической обработке стеклянного элемента и в результате этого «чистое» сопротивление стекла снижается по сравнению с прочностью исходного стекла. Предложен подход для учета этого явления при оценке несущей способности строительных конструкций и для совершенствования технологии производства закаленного стекла и эмалита.
Полученные данные об уровне закалочных напряжений в промышленных изделиях и образцах из листового стекла толщиной от 4 до 12 мм характеризовались меньшей степенью однородности по сравнению с результатами измерения напряжений оптическим методом, полученными зарубежными авторами. Этот результат показывает, что существующие стандартные способы неразрушающего контроля закалочных напряжений не полностью отражают фактическое распределение закалочных напряжений на различных участках поверхности стеклоэлементов, что, в свою очередь, приводит к повышенному разбросу данных о прочности строительного стекла разных производителей и требует снижения величины допускаемых напряжений при проектировании строительных конструкций.
По результатам исследования сделан вывод о том, что технология термического упрочнения стекла полностью определяет базовые составляющие прочности закаленного и термоупрочненного стекла. Этими базовыми составляющими являются сопротивление разрушению поверхности стекла и закалочные поверхностные напряжения сжатия, которые должны быть точно контролируемы для обеспечения несущей способности конструкционных стеклянных элементов в архитектуре.
Новая экспериментальная методика точной оценки обеих составляющих изгибной прочности упрочненного стекла, развитая в данном исследовании, может быть использована для оптимизации технологических режимов закалки в перерабатывающей стекольной промышленности и при выборе допускаемых напряжений, деформаций и нагрузок на стадии проектирования ответственных строительных конструкций из исходного и термически упрочненного листового стекла.
Настоящее исследование выполнено благодаря финансовой поддержке Национальной Академии наук Украины по научно-техническому проекту №9 и технической помощи Компании «Альтис-Гласс» - промышленного партнера по проекту.
Ссылки
[1] Rodichev Yu.M., Netychuk A.V., Bodunov V.P., Yevplov Yu.N. Bending Strength and Fracture of Glass Materials under the Different Loading Conditions, “Glass Performance Days” Conf. Proc., Tampere, Finland, 2007.-P.P.615-618.
[2] Rodichev Yu.M., Influence of technology and scale effect on
bending strength of thermally strengthened flat glass elements.
Journal “Translucent constructions”.- Sankt - Petersburg.- N 3 (59).
2008.- PP 43-51
[3] Veer F.A., Louter P.C., Bos F.P. The strength of architectural glass.- Challenging Glass. Conference on Architectural and Structural Applications of glass.-Faculty of Architecture, Delft University of Technology.- May 2008.- PP419 – 428.
[4] Schiavonato M., Mognato E., Redner A.S., Stress measurement, fragmentation and mechanical strength.- Proceedings of International Conference „Glass Processing Days 2005”.- Tampere,
Finland.- PP. 92-95
[5] Сorti R., Kaonpää A., Nikkilä A.-P. Effect of different edges treatments on the 4-point
bending strength of normal and tempered glass.-GPD-2005 Conf. Proc.-Tampere.-
Finland.-2005.-PP 50-53.
ТК300Доклад1тез