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粘弹性力学在超高层建筑幕墙的应用

2013-04-08 18:00:58 作者: 来源: 我要评论2

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【摘要】广州西塔幕墙是迄今为止世界上最高的隐框玻璃幕墙,2008年笔者作为广州西塔幕墙技术顾问解了一些技术难题。广州西塔幕墙已经峻工两年多,目前为止工程情况良好,当时存在不少疑虑并产生激烈争论的一些技术问题初步经受住了时间的考验。鉴于“十一五”后中国将有数百座300m以上超高层建筑幕墙,笔者愿将以前做为技术顾问或技术咨询参与国内外数十座超高层建筑幕墙解决的一些技术难题的研究成果陆续公开发表,从理论和实践结合上探讨和总结超高层建筑幕墙的经验和教训,也许能作为今后超高层建筑幕墙设计与施工的参考。

    广州西塔隐框玻璃幕墙是否采用高效能硅酮结构胶?就是当年的有争议的新技术之一,依据粘弹性力学基本原理,对隐框玻璃幕墙结构胶进行了应变-时间和应变-应力分析。论述高性能结构胶的可行性、可靠性和耐久性,是粘弹性力学在超高层建筑幕墙的一次成功应用。

    1. 前言

    隐框玻璃幕墙诞生于上世纪七十年代,上世纪九十年代引入中国后,人们就对那仅仅用一层胶将玻璃固定在框架上的作法一直存在种种疑虑,甚至形容为城市上空的“定时炸弹”。以白云、之江、硅宝为代表的中国结构胶企业和广大技术工作者,在引进、消化国外结构胶技术基础上开发了国产硅酮结构胶,促进了隐框玻璃幕墙在中国高速发展。通过近二十年在中国上万座隐框玻璃幕墙工程应用,实践表明隐框玻璃幕墙不是城市上空的“定时炸弹”,国产硅酮结构密封胶性能稳定、耐老化,可满足关于玻璃幕墙设计使用年限25年的要求,不亚于甚至优于国外某些硅酮结构胶。

    中国的隐框玻璃幕墙发展对结构胶的力学性能提出了超出现有水平的更高要求,市场迫切需要新技术、新材料、新工艺的推出来解决这些问题。以白云、之江、硅宝为代表的中国结构胶企业和幕墙企业技术工作者顺应市场的要求,总结中国广大工程经验,成功研究开发了中国式的“高性能硅酮结构密封胶”,己在不少隐框玻璃幕墙工程上应用,又引发了高性能硅酮结构密封胶在隐框玻璃幕墙、尤其是超高层建筑幕墙应用的疑虑。

    广州西塔幕墙是迄今为止世界上最高的超高层隐框玻璃幕墙,2008年笔者作为广州西塔幕墙技术顾问解决了一些技术难题。广州西塔幕墙已经峻工两年多,目前为止工程情况良好,当时存在不少疑虑并产生激烈争论的一些技术难题初步经受住了时间的考验。鉴于“十一五”后中国将有数百座300m以上超高层建筑幕墙,笔者愿将以前做为技术顾问或技术咨询参与国内外数十座超高层建筑幕墙解决的一些技术难题的研究成果陆续公开发表,从理论和实践结合上探讨和总结超高层建筑幕墙的经验和教训,也许能作为今后超高层建筑幕墙设计与施工的参考。

    广州西塔隐框玻璃幕墙是否采用高效能硅酮结构胶?这是当年的技术难题之一,也是争议的焦点之一。硅酮结构密封胶(以下简称结构胶)为粘弹性材料,结构胶在隐框玻璃幕墙结构中几何和力学特性研究归属粘弹性力学。当年依据粘弹性力学基本原理,对隐框从理论和实际上论证了高性能结构胶在广州西塔超高层隐框玻璃幕墙应用的可行性、可靠性和耐久性,在业主、施工单位及白云公司共同努力下,经过多次专家审仪鉴定,并取得建设部《建标新核准(A2—2008)》行政许可,广州西塔隐框玻璃幕墙终于采用了广州白云高效能硅酮结构胶,这一迄今为止世界上最高隐框玻璃幕墙经过两年多的实际检验,也经受了台风的考验,目前为止工程情况良好。是粘弹性力学在超高层建筑幕墙的一次成功应用。本文依据粘弹性力学基本原理,简要分析隐框玻璃幕墙结构胶的应变-时间和应变-应力效应,浅析粘弹性力学在隐框玻璃幕墙结构胶的应用,探讨高性能结构胶的可行性、可靠性和耐久性。

    2. 广州西塔隐框玻璃幕墙使用高效能硅酮结构胶

    2.1 现有规范、标准规定的硅酮结构胶不能满足广州西塔隐框玻璃幕墙使用要求
    a) JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》规定:结构胶的粘结宽度应符合本规范第5.6.3条或5.6.4条的规定,且不应小于7mm;其粘结厚度应符合本规范第5.6.5条的规定,且不应小于6mm。结构胶的粘结宽度宜大于厚度,但不宜大于厚度的2倍。隐框玻璃幕墙的结构胶的粘结厚度不应大于12mm。
    结构胶应根据不同的受力情况进行承载力极限状态验算。在风荷载、水平地震作用下,其拉应力或剪应力设计值不应大于其强度设计值f₁,f₁应取0.2N/mm2;在永久荷载作用下,结构胶的拉应力或剪应力设计值不应大于其强度设计值f₂,f₂应取0.01N/mm2。
    b) GB/T 21086—2007《建筑幕墙》规定:
    ——玻璃幕墙用结构胶的宽度、厚度尺寸应通过计算确定,结构胶厚度不宜小于6mm且不宜大于12mm,其宽度不宜小于7mm且不大于厚度的2倍;
    ——结构密封胶、硅酮密封胶同相粘接的幕墙基材、饰面板、附件和其他材料应具有相容性,随批单元件切割粘结性达到合格要求。
    现行国家标准GB 16776《建筑用硅酮结构密封胶》规定:结构胶拉伸强度值不低于0.6N/mm2。JGJ102—2003规定:结构胶的短期荷载强度设计值f1可按标准值除以系数3.0后采用,长期荷载下强度设计值f2可按标准值除以系数60.0后采用。结构胶变位承受能力可按应力-变位曲线关系中应力为0.7f₁时的变形值采用。
    JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》的5.6.2条:
    f₁=(0.6÷3)N/mm2=0.2N/mm2;
    f₂=(0.6÷60)N/mm2=0.01N/mm2。
    故现行JGJ 102规范和GB/T 21086标准的限制规定为两条:
    ——结构胶拉伸强度值为0.6N/m2;
    ——结构胶宽度不宜大于24mm,厚度不宜大于12mm。

    2.2 结构胶拉伸强度
    一般荷载情况,结构胶拉伸强度值为0.6N/m2条件下,按照现有规范进行设计计算,结构胶宽度和厚度通常可以符合《规范、标准》的要求,但遇到下列情况时,结构胶拉伸强度值为0.6N/m2条件下,按《规范、标准》规定设计计算结构胶宽度和厚度往往超过了以上的限制:
    a)高层、超高层建筑的隐框玻璃幕墙;
    b)玻璃板块、分格特别大的隐框玻璃幕墙;由于节能、安全等方面的要求,要使用夹层中空玻璃的隐框玻璃幕墙;
    c)在抗震9度设防的地区建造的隐框玻璃幕墙;
    d)其他对幕墙安全性要求较高的隐框玻璃幕墙。

    2.3 广州西塔隐框玻璃幕墙工程
    W合=6.674kN/m2(Wk㎡=-4.623kPa);
    a=1500mm;b=4500mm;
    qG=0.72×1.35kN/m2。
    若按JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》规定计算(f1=0.2N/m2;f2=0.01N/m2),则有:风荷载作用下的胶宽:
    CsW=W合·a/(2000·f1)=25mm>24mm;
    自重作用下的胶宽:
    Csg=qG·a·b/[2000(a+b)·f2]=54.7mm>24mm;
    胶厚:解决方案为增加结构胶粘接宽度或增加硅酮结构胶拉伸强度。

    2.4粘结宽度过大的影响
    结构胶粘结宽度的变化影响,从固化情况、粘结性、拉伸强度及延伸率方面进行试验验证。制样及性能测试按国家标准GB 16776—2005规定要求,采用国家标准GB/T 13477—2002相应方法进行检测。试验基材为阳极氧化铝材及普通浮法白玻(公称厚度为8mm),H试件标距为12mm,结构胶样尺寸分别为50mm×12mm×12mm、50mm×33mm×12mm、50mm×48mm×12mm。试验用密封胶为白云牌双组分硅酮结构密封胶。试件于标准条件下养护,每隔一定时间(7d,14d、41d)取出一组测试。试验结果如表1。

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    由表1可见,当粘结宽度过大时:
    在相同养护时间的情况下,结构胶强度有所下降;
    在相同养护时间的情况下,粘结性能也有所下降;
    要达到结构胶拉伸强度值为0.6N/m2结构胶的养护时间,国内外均未见试验及工程应用报导;
    结构胶的粘结宽度、厚度过大严重影响幕墙的视觉效果,也会影响结构胶的粘结和力学性能,养护时间不清,铝材耗费量的增加,增加幕墙建造的成本。

    2.5  GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》的规定
    结构胶拉伸强度值不低于0.6N/mm2,增加结构胶拉伸强度值虽符合GB 16776规定,但不符合JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》强制条款。在广州西塔的超高层建筑上进行大荷载下减小隐框玻璃幕墙粘结尺寸的尝试,国内属首次,国际上也未见先例,增加结构胶拉伸强度需要从理论上论证技术可行性,又要从试验中证实可能性,在此基础上需要按照《“采用不符合工程建设强制性标准的新技术、新工艺、新材料核准”行政许可实施细则》的通知》(简称“三性核准”)建标[2005]124号文进行“三性核准”。

    2.6 西塔高性能结构胶专题技术论证会会议纪要
    2008年4月21日由广东省建设厅组织的“广州珠江新城西塔项目采用白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶,提高结构胶强度设计值”专题技术论证会在广州召开。与会专家经过认真讨论,论证意见如下:
    a) 提供论证的资料齐全,符合《采用不符合工程建设强制性标准的新技术、新工艺、新材料核准》的要求;
    b) 经国家建筑材料工业建筑防水材料产品质量监督检验测试中心检测,白云牌SS922结构胶的性能符合公司企业标准Q/BYHG 13—2008《建筑幕墙用高性能硅酮结构密封胶》的要求;
    c) 白云牌SS922结构胶能够满足广州珠江新城西塔项目主塔外幕墙的设计要求。
    与会专家一致认为:白云牌SS922结构胶可在广州珠江新城西塔项目主塔楼玻璃幕墙中使用。按照JGJ 102—2003规范中结构胶设计参数的取值方法,可将结构胶在风荷载或地震作用下的强度设计值f1提高至0.4N/mm2,在永久荷载作用下的强度设计值f2提高至0.02N/mm2。
    与会专家建议,中空玻璃二道密封胶亦采用白云牌SS922高性能硅酮结构密封胶,其宽度应由计算确定。

    2.7 专题技术论证会后报呈建设部“三性核准”
    建设部以正式公开行文颁发了《准予采用白云牌SS922高性能硅酮结构密封胶提高结构胶强度设计值的建设行政许可决定书》。按照建标新核准(A2—2008)文件,广州西塔隐框玻璃幕墙工程:采用拉伸粘结强度标准值大于0.6N/m2的结构胶。结构胶的短期荷载强度设计值可按标准值除以系数3.0后采用,长期荷载下强度设计值可按标准值除以系数60.0后采用。本例采用的高性能硅酮结构胶拉伸粘结强度标准值为1.0N/m2。结构胶变位承受能力可按应力-变位曲线关系中应力为0.7f1时的变形值采用。
    即:f1=(1.0÷3)N/m2=0.33N/m2;
        f2=(1.0÷60)N/m2=0.017N/m2。
       风荷载作用下的胶宽:
       CsW= W合·a/(2000·f1)=14.7mm<24mm;
       自重作用下的胶宽:
       Csg = qG·a·b/[2000(a+b)·f2]=23.8mm<24mm;
       胶厚:

    3. 粘弹性力学基础概念

    弹性:材料恢复形变的能力,与时间无关。
    粘性:阻碍材料产生形变的特性,与时间相关。
    粘弹性:材料既有弹性,又有粘性。粘弹性依赖于温度和外力作用的时间。其力学性能随时间的变化,称为力学松弛,包括应力松弛、蠕变等。其力学行为介于理想弹性体和理想粘性体之间。
    蠕变:一定温度下,恒定应力σ材料的应变ε随时间的增加而增大的现象。
    应力松驰:恒定温度形变下,材料的内应力随时间增加而逐渐衰减的现象。
    线性粘弹性:粘性和弹性线性组合叫线性粘弹性。粘弹性力学只描述材料同时出现的弹性和粘性行为(简称为粘弹性),不涉及到材料的塑性效应。这是考虑粘性效应最基本的材料模型。
    理想弹性体的形变与时间无关,形变瞬时达到,瞬时恢复。理想粘性体的形变随时间线性发展。粘弹性体介于这两者之间,其形变的发展具有时间依赖性,也就是说不仅具有弹性而且有粘性。这种力学性质随时间变化的现象称为力学松弛现象或粘弹性现象。广义上说,松弛过程是体系(始态)从受外力场作用的瞬间开始,经过一系列非平衡态(中间状态)而过渡到与平衡态(终态)的过程,而这一过渡时间不是很短的。结构胶在低温或快速形变时表现为(普)弹性;在高温或缓慢形变时表现为粘性。
    粘弹性力学围绕着四个物理量即应力、应变、温度和时间进行研究。通常是固定两个量,研究另两个量的关系,见表2。

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    对结构胶这种粘弹性材料在隐框玻璃幕墙结构上的应用,也应从以上四个关系研讨。应变-时间关系与应力-时间关系具有等效性,隐框玻璃幕墙工程大都处于大气常温,本文从应变-时间关系与应力-应变关系两方面进行分析。

    4. 粘弹性材料应变-时间关系(三种形变ε)

    4.1 普弹应变(ε1)
    聚合物受力时,瞬时发生的高分子链的键长、键角变化引起的应变服从虎克定律,当外力除去时,普弹应变立刻完全回复。

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    4.2 高弹应变(ε2)
    聚合物受力时,高分子链通过链段运动产生的应变,应变与时间相关。当外力除去后,高弹应变逐渐回复。

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    4.3 粘性流动(ε3)
    受力时发生分子链的相对位移,外力除去后粘性流动不能回复,是不可逆形变。

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    5. 粘弹性的力学模型

    5.1 理想弹簧和理想粘壶
    为了模拟粘弹性材料的粘弹行为,采用两种基本力学元件,即理想弹簧和理想粘壶,见下图。


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    理想弹簧用于模拟普弹应变,其力学性质符合虎克(Hooke)定律,应变达到平衡的时间很短,应力与应变和时间无关。
    式中:σ—应力;E—弹簧的模量;ε—形变。
    理想粘壶用于模拟粘性形变,其应变对应于充满粘度为η的液体的圆筒同活塞的相对运动,可用牛顿流动定律描述其应力-应变关系。
    σ=η(dε/dt) 或 ε=σ/η·t
    式中:η—粘度;t—时间。
    5.2 串联模型(Maxwell模型)

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    将弹簧和粘壶串联起来可以表征粘弹体的应力松弛或蠕变过程。
    如上图所示,当模型受到了一个外力时,弹簧瞬时发生形变,而粘壶由于粘液阻碍跟不上作用速度而暂时保持原状。若此时把模型的两端固定,即模拟应力松弛中应变ε固定的情况,则接着发生的现象是,粘壶受弹簧回缩力的作用,克服粘滞阻力而慢慢移开,因而也就把伸长的弹簧慢慢放松,直至弹簧完全恢复原形,总应力下降为零,而总应变仍保持不变。其方程推导如下:
        体系总应变是弹簧和粘壶的应变之和ε=ε弹+ε粘
        弹簧与粘壶受的应力相同σ=σ弹=σ粘
        dε/dt= dε弹/dt+ dε粘/dt
        由虎克定律和牛顿定律可知:
        dε弹/dt=(1/E)(dσ/dt)和dε粘/dt=σ/η
        代入上式得:dε/dt=(1/E)(dσ/dt)+σ/η
        因为应力松弛过程中总应变固定不变,
        即dε/dt=0,所以(1/E)(dσ/dt)+σ/η=0,
        即dσ/σ=-E/η·dt。
        由此得到串联模型给出的应力松弛方程为:

        式中:τ=η/E,称为松弛时间。
        当t=τ时,          ,所以τ表示形变固定时由于粘流使应力松弛到起始应力的1/e时所需要的时间。

        5.3 并联模型(Voigt模型)
        当模型受到外力时,由于粘壶的粘性使得并联的弹簧不能迅速被拉开。随着时间的发展,粘壶逐步形变,弹簧也慢慢被拉开,最后停止在弹簧的最大形变上。除去外力,由于弹簧的回缩力,要使形变复原,但由于粘壶的粘性,使体系的形变不能立刻消除。粘壶慢慢移动,回复到最初未加外力的状态。如下图:
       其模拟的蠕变方程为:
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       5.4 四元件模型(Burgers模型)


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    并联模型没能表现出蠕变过程刚开始的普弹形变部分和与高弹形变同时发生的纯粘流部分。串联模型能表现普弹形变和粘流形变,但不能表现高弹形变。如果将串联模型和并联模型再串联起来,构成所谓的“四元件模型”,常称为Burgers模型,见上图。
       变形包括三部分:弹形变形ε1、粘流ε2、粘弹性变形ε3,它们和应力对应关系分别为:
        ε1=σ/E1
        σ=η2ε2
        σ=E3e3+η3ε3
        ε=ε1+ε2+ε3
        可用拉普拉斯变换导出完整的方程为:
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    6. 粘弹性力学在隐框玻璃幕墙结构胶的应用分析
    6.1 隐框玻璃幕墙结构胶短期荷载、长期荷载区分
    隐框玻璃幕墙自重荷载和风荷载在设计基准期内,荷载达到和超过该值的总时间(总时间=作用次数×作用时间)∑T与设计基准期T之比。
    ∑T/T=1.0为永久荷载;0.5≤∑T/T<1.0为长期荷载;0.1≤∑T/T<0.4为短期荷载;0<∑T/T<0.1为瞬时荷载。

    6.2 自重荷载为永久荷载
    自重荷载由地球引力产生的组成幕墙与门窗结构的构件材料重力,它是一种在设计基准期内量值不随时间变化,或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。

    6.3 风荷载为短期荷载
    幕墙的风荷载标准值Wk2按GB 50009《建筑荷载规范》计算的围扩结构风荷载标准值,它是幕墙、门窗在其设计使用期间内可能出现的最大风荷载,其按设计基准期50年一遇出现的概率为2%,风荷载在设计基准期内总持续时间与设计基准期之比≈1/48。因而在隐框玻璃幕墙结构胶形变-时间分析中,风荷载为短期荷载。

    6.4 隐框玻璃幕墙结构胶形变-时间分析应用
    隐框玻璃幕墙结构胶用四元件模型公式(1)进行形变-时间分析。

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    隐框玻璃幕墙结构胶承受风荷载及地震作用为短期荷载的作用时间短(t很小), 公式(1)中的第二项
 、第三项          趋于零, 只剩下第一项            。
    此时隐框玻璃幕墙结构胶变形与时间无关,力学性质呈弹性。粘弹性材料在极短期荷载作用下则成为弹性体,例如:飞机上的橡胶轮胎在高速下遇到外来物体的撞击会像弹性体一样破碎;粘弹性材料-结构胶在风荷载及地震作用为短期荷载作用下蠕变很不明显,按弹性材料力学分析计算是可行的。

    隐框玻璃幕墙结构胶承受永久荷载(例如玻璃自重),力作用时间长(t大),公式(1)中的第二、三项大于第一项,当t→∝,第二项→σ0/E2<<第三项(σ0t/η),公式(1)剩下第一项为ε=σ0(t/η)。此时材料变形与时间有关,材料力学性质呈粘性,重力作用的蠕变累积也需要相当长的时间,例如玻璃也是粘弹性材料,欧洲有几百年历史的教堂上的窗玻璃能观察到上薄下厚的变化,这说明玻璃蠕变主要是垂直地面的自重的永久荷载,而不是水平方向的风力,即使这样可观察到蠕变也需要几百年的时间,这些提示了我们:隐框玻璃幕墙结构胶承受风荷载及地震作用等短期荷载时,力作用时间短(t小),此时隐框玻璃幕墙结构胶主要是普弹形变,结构胶宽度由风荷载及地震作用等短期荷载决定的,可以采用弹性材料力学设计计算,对于承受风荷载及地震作用短期荷载的隐框玻璃幕墙结构胶忽略应变与时间影响,仅考虑普弹应变-应力关系套用概率极限状态设计方法进行设计。因而广州风荷载为西塔隐框玻璃幕墙的控制荷载,超规范将硅酮结构密封胶强度设计值:
f1=(0.6÷3)N/mm2=0.2N/mm2,提高到f1=(1.0÷3)N/mm2=0.33N/mm2是可行的。

    隐框玻璃幕墙在短期荷载(风荷载、地震荷载,每次作用时间短)作用下,倍增结构胶强度设计值对粘结耐久性影响与弹性材料(例如钢材)没有多大区别,工程上可忽略不计。硅酮结构胶在长期荷载(自重荷载)作用下,材料粘弹性呈现为粘性,材料时间效应明显,工程上应予考虑。隐框玻璃幕墙在短期荷载(风荷载)作用下,虽然每次作用时间短,结构胶呈弹性材料效应,但风荷载为多次作用的可变荷载,按结构胶弹性疲劳效应,倍增结构胶强度设计值对粘结耐久性影响如何?

    7. 非线性粘弹性材料疲劳性能-粘弹塑材料动力学
    7.1 疲劳现象
    疲劳是指材料在承受远低于断裂强度的反复应力强度的情况下产生裂纹的现象。疲劳的产生通常起源于工件内部相对脆弱或者应力集中的区域,如外来夹杂、空隙等。尽管工件整体所受应力小于断裂强度,在这些微小区域可能已经达到断裂强度,结果导致在这些区域产生微小裂纹。在应力反复施加的情况下这些微小裂纹长大最终导致工件破坏失效。

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    7.2 结构胶的应力-疲劳寿命
    结构胶为高分子非线性粘弹性材料,至今高分子非线性粘弹性材料疲劳破坏特性评价基本上采用和金属材料同样的应力-疲劳寿命(S-N)曲线方法。高分子材料于循环负载之下主要会经历疲劳断裂。疲劳发生于低于降伏强度的应力阶段,疲劳破坏在高分子材料中并不像金属那样广泛。然而,其疲劳数据是类似的,且其结果da/dN∽ΔK关系曲线具有相同的一般形状,见上图。
    da/dN=BΔGq ,式中:B、q与材料种类、温度、频率、应力比等有关的常数。
    综上所述,隐框玻璃幕墙在短期荷载(风荷载)作用下,结构胶弹性疲劳效应和弹性材料相同。10万次循环破坏次数对应的动应力作为弹性材料的实际疲劳强度。而隐框玻璃幕墙风荷载在25年设计寿命期内的脉动数远小于10万次,因而倍增结构胶强度设计值对粘结耐久性影响与不倍增结构胶强度设计值类同,不会影响粘结耐久性。

    7.3 粘弹性硅酮结构胶的性能
    硅酮结构胶为高分子非线性粘弹性材料疲劳效应归属粘弹塑性材料动力学,结构胶为高分子非线性粘弹性材料,粘弹塑性材料动力学提升设计的思维,也将革新材料和结构注入新的活力。按照粘弹塑性材料动力学基本理论:在瞬间输入结构能W=(力F×位移S)/时间t,大震时W很大,地震瞬间t很小,若增大位移S,则减小了地震力F,因此高位移的硅酮耐候密封胶和高位移的硅酮结构密封胶,既能增大位移S,材料时间效应又能提高粘弹性密封胶强度,这些因素相互耦合,提高了高位移的硅酮耐候密封胶和高位移的结构胶综合性能。

    8. 结束语
    粘弹性力学是连续体力学的重要分支,它涉及高分子材料、生物材料、地质材料、建筑材料、复合材料和高温下金属等材料的力学性能研究,在航空航天工程、材料工程、建筑工程、能源工程、生物工程中得到广泛应用,显示了这门学科的强大生命力,正受到越来越多的行业的重视。在建筑工程有广阔应用前景。

    粘弹性理论中的几何方程和运动方程与弹性力学完全相同。从理论上说,利用本构方程、运动方程、几何方程、边界条件以及初始条件,可找到粘弹性边值问题的解。在缓慢加载的前提下,如果粘弹性体所受的体积力、表面力和粘弹性体的位移边界条件都可以写成空间和时间的分离变量形式,且全部应力、应变以及它们对时间的各阶导数的初始值都为零,则可利用对时间的拉普拉斯变换,把一个线性粘弹性体的问题化为一个同样形状和大小的线性弹性体的问题。求出后者的解并利用拉普拉斯逆变换,就能得到原粘弹性体问题的解。

    对高性能结构胶在隐框玻璃幕墙的应用也可按上述方法分析,精度虽然高一些,但在工程中应用可操作性低。目前高性能结构胶在隐框玻璃幕墙的应用采用了粘弹性力学的分离近似法:即在短期荷载条件下粘弹性材料隐框玻璃幕墙工程,用弹性理论得到的近似解能够达到工程所要求的精度,同时提高长期荷载安全系数,显著降低长期荷载应力,并采取适当防范措施,将长期荷载所至的粘性控制在安全度以内,也能够达到工程所要求的安全可靠度。这种方法己为现有数千结构胶隐框玻璃幕墙工程证实,也为现有数个高性能结构胶隐框玻璃幕墙工程所证实。今后在推广应用结构胶和高性能结构胶在隐框玻璃幕墙的同时,继续观察相关工程。

    通过本文分析和现有隐框玻璃幕墙工程应用的实践,结构胶及高性能结构胶在高层建筑隐框玻璃幕墙工程中应用是可行的。  (文/龙文志)
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