3.1點(diǎn)支承
說(shuō)明：在做四點(diǎn)支承分析時(shí),因?yàn)閮H約束了其中的一個(gè)節(jié)點(diǎn),所以在支承點(diǎn)附近有比較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象(圖16),這與實(shí)際I程應(yīng)用(玻璃開(kāi)孔,孔邊環(huán)帶狀支承)時(shí)的情況不完全相符,后面對(duì)比時(shí)忽略了此部位的應(yīng)力集中。
從以上的對(duì)比表中,我們可以看到該組分析中不管是橡膠墊片支承還是球鉸支承,最大應(yīng)力均位于支承點(diǎn)附近且均大于四點(diǎn)支承時(shí)的跨中應(yīng)力,說(shuō)明這兩種支承方式下支承點(diǎn)附近均存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。前文曾提到過(guò)在面外荷載作用下,四點(diǎn)支承板的應(yīng)力集中程度主要取決于支承點(diǎn)對(duì)玻璃的轉(zhuǎn)動(dòng)約束程度,說(shuō)明了這兩種支承方式對(duì)玻璃的角部都有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)約束作用。對(duì)于墊片支承而言,在夾具外觀不變的情況下,不難理解是由于橡膠墊片太薄或硬度太大所造成的。但是為何球鉸支承也會(huì)產(chǎn)生這么大的應(yīng)力集中呢?實(shí)際從節(jié)點(diǎn)圖構(gòu)造圖中便可以看出,這種支承方式在實(shí)際工程中使用時(shí)并非是單純的球鉸支承。在實(shí)際的點(diǎn)支承玻璃幕墻工程中,由于氣密性與水密性的要求,玻璃夾具四周均有密封墊片或硅酮密封膠存在,它們也會(huì)對(duì)玻璃起到一定的支承作用,此種情況下球鉸夾具對(duì)玻璃的支承實(shí)際上是一種“球鉸+墊片”的復(fù)合支承方式。在有限元分析所輸出的變形圖(圖27)中,我們看到了受壓一側(cè)的橡膠墊片產(chǎn)生了明顯的壓縮變形,很好地驗(yàn)證了這一點(diǎn)。這樣,球鉸支承也會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的現(xiàn)象就很容易理解了。這有點(diǎn)類似于撬杠(圖28)的受力特點(diǎn):如果撬杠的撬點(diǎn)是一個(gè)鉸支座,沒(méi)有支點(diǎn)存在,桿可以繞撬點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng),但是當(dāng)有支點(diǎn)后,截面的桿件的話,其彎矩和應(yīng)力的最大點(diǎn)均位于支點(diǎn)位置,這一特點(diǎn)也與玻璃面板墊片處應(yīng)力集中有很大的相似性。
4.支承方式改進(jìn)
4.1改進(jìn)方法
前文曾提到支承點(diǎn)對(duì)玻璃固定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)約束程度對(duì)玻I離面板的應(yīng)力分布有著很大的影響,因此,要想減小玻璃角部固定點(diǎn)的應(yīng)力集中程度,必須從減小夾具對(duì)支承點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)約束程度著手。對(duì)于帶球鉸的玻璃夾具支承而言,取消玻璃夾具四周的密封墊片或硅酮密封膠即可,但是對(duì)于有氣密性與水密性要求的點(diǎn)支承玻I離幕墻來(lái)說(shuō)是不現(xiàn)實(shí)的,所以這種支承方式?jīng)]有太大的改善空間,本文不再贅述。但是對(duì)于采用橡膠墊片的夾具而言,卻有多種的改進(jìn)方法,除了改變玻璃夾具的形狀和大小能改善夾具對(duì)玻璃的約束程度外,還有一些很便捷的方法就是改變橡膠墊片的厚度或形狀。
由于在幕墻工程中夾具的形狀氣大小并不能由幕墻設(shè)計(jì)師隨意改動(dòng)(多為業(yè)主或建筑師確定),所以本文中只取后兩種方案來(lái)進(jìn)行改進(jìn):方案一是將圖12的橡膠墊片的厚度由2mm更改為4mmi方案二是保持橡膠墊片2mm的厚度不變,只是將橡膠墊片改為圖14所示的形狀,為便于識(shí)別,后面稱之為“帶狀橡膠墊片支承”(圖29)。
4.4 分析對(duì)比
從以下的對(duì)比表中,我們看到改進(jìn)后的兩個(gè)模型,最大應(yīng)力已不再位于支承點(diǎn)附近而位于長(zhǎng)邊跨中,其最大應(yīng)力值與撓度值也與單純點(diǎn)支承的四點(diǎn)支承板非常接近。對(duì)于改變橡膠墊片厚度減小應(yīng)力比較容易理解,不再贅述。不改變墊片厚度,只改變墊片形狀同樣可以減少夾持點(diǎn)應(yīng)力主要是由于帶狀橡膠墊片與玻璃的接觸寬度較小,對(duì)玻璃角部的約束能力較弱所致。該組分析說(shuō)明了這兩種改進(jìn)方法是可行的。
5.結(jié)論
根據(jù)以上分析對(duì)比,可得出如下結(jié)論:
5.1在實(shí)際的點(diǎn)支承玻璃幕墻工程中,在夾具中玻璃角部?jī)蓚?cè)設(shè)置半球形墊塊(球鉸)的支承方式并非單純的球鉸支承,而是一種“球鉸+墊片”的復(fù)合支承方式,其不但不能夠有效減小玻璃面板的角部應(yīng)力,反而會(huì)導(dǎo)致工程施工難度增加,工程造價(jià)增高。
5.2在夾具支承方式中,調(diào)整橡膠墊片的厚度和改變橡膠墊片的形狀,都會(huì)改變玻璃夾持點(diǎn)附近的應(yīng)力和跨中撓度。當(dāng)工程確有需要時(shí),可以通過(guò)調(diào)整墊片厚度和墊形狀使玻璃面板的應(yīng)力與撓度接近于與四點(diǎn)支承板。當(dāng)達(dá)到此種效果時(shí),幕墻設(shè)計(jì)者可以按照《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》(JGJ102)中提供的玻璃校核公式來(lái)進(jìn)行校核。
5.3在以上的分析中可以看出,雖然橡膠墊片的厚度較薄時(shí)會(huì)導(dǎo)致夾持部位應(yīng)力增大,但玻璃的撓度卻在下降。此種支承特點(diǎn)為優(yōu)化玻璃的受力提供了可能。從事點(diǎn)支承玻璃幕墻設(shè)計(jì)者都非常清楚:四點(diǎn)支承的玻I離面板,在撓度上的;對(duì)于一些對(duì)有限元分析不太熟練的設(shè)計(jì)人員來(lái)講,還是應(yīng)該慎用。
5.4夾具對(duì)玻璃面板的約束,究竟是鉸接好,還是剛接好,還是半剛接好,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)規(guī)范中并沒(méi)有明確給出判斷的標(biāo)準(zhǔn)。作為幕墻設(shè)計(jì)者,應(yīng)本著科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度,以辨證的態(tài)度來(lái)看待,究竟怎樣取舍要看具體工程的需要。如結(jié)論3中,玻I離支承點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)約束強(qiáng)時(shí)J雖角部應(yīng)力略有增加,但撓度卻在減小。
本文針對(duì)于目前點(diǎn)支承玻璃幕墻中玻璃夾具墊片對(duì)玻璃面板受力的影響做了較為全面的分析,并對(duì)目前幾種不同的支承方式做了對(duì)比。但是玻璃面板的應(yīng)力與撓度還與玻I離分格`夾具大小`夾具形狀等都有關(guān)系,幕墻設(shè)計(jì)師在進(jìn)行幕墻設(shè)計(jì)時(shí),需要根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)分析計(jì)算,必要時(shí)還需通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。達(dá)到限值時(shí),玻璃的應(yīng)力值往往還遠(yuǎn)小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,這在一定程度上會(huì)造成玻璃的浪費(fèi)。設(shè)計(jì)師完全可以利用夾具支承的特點(diǎn),通過(guò)調(diào)整墊片厚度,使玻璃的應(yīng)力適度增加、撓度下降,從而減小玻璃厚度,達(dá)到節(jié)約成本的目的。但是此種方法是建立在有限元分析基礎(chǔ)之上的;對(duì)于一些對(duì)有限元分析不太熟練的設(shè)計(jì)人員來(lái)講,還是應(yīng)該慎用。【完】
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