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結(jié)構(gòu)膠作為玻璃幕墻的重要輔助材料，在幕墻安全體系中起著至關(guān)重要的作用。幕墻單元割膠檢查作為幕墻安全檢查的重要手段而被大多數(shù)幕墻廠家所采用，用于直接判定結(jié)構(gòu)膠實際施工品質(zhì)的好壞。對于割膠的檢查方法并無明顯爭議，但對于割膠的結(jié)果判定上往往會出現(xiàn)一些紛爭。當(dāng)出現(xiàn)粘結(jié)失敗，哪怕僅是小面積失敗，無疑會降低幕墻單元的安全性;但是，一些施工方或從業(yè)人員認(rèn)為，既然在GB 16776—2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》的測試中，要求測試樣品的粘結(jié)破壞比例在5%之內(nèi)就可判定為合格，那么實際割膠檢測中粘結(jié)失敗的面積小于總粘結(jié)面積的5%就可以判定為合格。這種觀點是否準(zhǔn)確，有待驗證。
01、案例模型
本研究采用陶熙TM 993N 建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠作為粘結(jié)用結(jié)構(gòu)膠，以未出現(xiàn)粘結(jié)失敗的幕墻單元作為參照模型，其中單片玻璃尺寸2000 mm×1200 mm×8 mm、結(jié)構(gòu)膠尺寸11 mm×6 mm，將玻璃四邊用結(jié)構(gòu)膠粘接在鋁型材上，玻璃的楊氏模量（詞條“楊氏模量”由行業(yè)大百科提供）為72000 MPa、泊松比0.2，鋁型材的楊氏模量為70 000 MPa、泊松比0.33。采用ABAQUS有限元分析軟件進(jìn)行模型研究，如圖1所示，模型模擬參數(shù)設(shè)置條件包括：1)單元網(wǎng)格尺寸硅酮膠1 mm、玻璃4 mm，單元類型C3D8IH(硅酮膠)、C3D8I(玻璃);2)邊界處界面節(jié)點綁定為玻璃-硅酮膠-鋁型材，鋁型材節(jié)點移動自由度約束U1=U2=U3=0;3)均勻作用于玻璃板片表面外力P=-2.5 kPa;4)玻璃和鋁型材的材料模型為線性彈性模型，硅酮結(jié)構(gòu)膠的材料模型為高彈性模型。
圖1 幕墻單元的有限元分析模型
02、粘結(jié)失敗案例
模擬粘結(jié)失敗的情況需要考慮的因素眾多，如粘結(jié)失敗的比例、形狀、數(shù)量、位置等。在此研究中，綜合考慮后首先選擇影響可能性最大的部分因素進(jìn)行模擬分析，粘結(jié)失敗的形狀固定為長方形，設(shè)定粘結(jié)失敗比例為5%，對不同粘結(jié)失敗的數(shù)量、位置等進(jìn)行了20個案例分析，案例0為未粘結(jié)失敗的參照案例，具體見表1。
表1 粘結(jié)失敗案例表
03、參照案例結(jié)果
圖2所示為表1中案例0的有限元分析模擬結(jié)果，模擬預(yù)測了幕墻單元在風(fēng)荷載作用下的應(yīng)力變形、玻璃面板的應(yīng)力情況以及最為重要的結(jié)構(gòu)膠應(yīng)力分布情況。可以發(fā)現(xiàn)，未出現(xiàn)粘結(jié)失敗的玻璃面板（詞條“面板”由行業(yè)大百科提供）受力發(fā)生撓曲時，最大的撓曲出現(xiàn)在面板中心，達(dá)到11.4 mm，玻璃面板的中心最大主應(yīng)力為24 MPa;鋁型材的應(yīng)力集中出現(xiàn)在長邊中部，硅酮結(jié)構(gòu)膠的最大應(yīng)力達(dá)到0.382 MPa。
圖2 無粘結(jié)失敗的參考案例(案例0)有限元分析
04、粘結(jié)失敗結(jié)果
作為對比，圖3和圖4分別展示了粘結(jié)失敗模型的有限元分析結(jié)果，其中圖3代表了在玻璃板片長邊中心出現(xiàn)粘結(jié)失敗(表1中案例1)，圖4代表了玻璃板片對頂角出現(xiàn)粘結(jié)失敗(表1中案例20)。兩幅圖中玻璃的撓曲變形及玻璃應(yīng)力云圖非常接近，但是硅酮結(jié)構(gòu)膠則完全不同。
圖3 粘結(jié)失敗在長邊中心處(案例1)的有限元分析
圖4 粘結(jié)失敗在對頂角(案例20)的有限元分析
對于圖3(案例1)中玻璃板片長邊中間處的粘結(jié)失敗，硅酮結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)力集中在粘結(jié)失敗處的兩端，最大的應(yīng)力達(dá)到0.809 MPa;對于圖4(案例20)中玻璃板片對頂角的粘結(jié)失敗，硅酮結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)力集中在長邊的中間，最大應(yīng)力達(dá)到0.383 MPa，這個值非常接近未粘結(jié)失敗的案例0。
05、結(jié)果綜述
對表1所列所有案例進(jìn)行模擬分析，得到了表2的結(jié)果。可以發(fā)現(xiàn)，案例中的粘結(jié)失敗對玻璃的撓曲變形和應(yīng)力影響很小，但對于硅酮結(jié)構(gòu)膠應(yīng)力起到了顯著的影響，粘結(jié)失敗出現(xiàn)的位置起決定性的作用，粘結(jié)失敗處越靠近玻璃板片邊部(長邊或短邊)的中心，硅酮結(jié)構(gòu)膠受到的應(yīng)力越大;與之相反的是，當(dāng)粘結(jié)失敗處越靠近玻璃板片的角部，硅酮結(jié)構(gòu)膠受到的應(yīng)力越小。
表2 粘結(jié)失敗的案例分析結(jié)果
粘結(jié)失敗的分布情況顯著地影響了硅酮結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)力，相同的粘結(jié)失敗率，一整塊粘結(jié)失敗區(qū)域相比于分成幾塊粘結(jié)失敗區(qū)域會產(chǎn)生更大的應(yīng)力，因此案例1、2一整塊粘結(jié)失敗發(fā)生在玻璃板片的長邊和短邊中間處的情況最為糟糕，而案例18、19、20相對應(yīng)的情況較好，都是粘結(jié)失敗發(fā)生在角部，仍能滿足結(jié)構(gòu)膠設(shè)計安全要求。
06、劃重點
1、5%以下的粘結(jié)失敗對玻璃撓曲變形和應(yīng)力影響很小，但會顯著影響結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)力。
2、粘結(jié)失敗的分布情況會顯著影響結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)力，相同的粘結(jié)失敗比例，一整塊的粘結(jié)失敗區(qū)域會比分成幾塊粘結(jié)失敗區(qū)域產(chǎn)生更高的結(jié)構(gòu)膠應(yīng)力。
3、粘結(jié)失敗的位置起到?jīng)Q定性作用，粘結(jié)失敗處越靠近玻璃板片邊部(長邊或短邊)的中心，硅酮結(jié)構(gòu)膠受到的應(yīng)力越大;與之相反的是，當(dāng)粘結(jié)失敗處越靠近玻璃板片的角部，硅酮結(jié)構(gòu)膠受到的應(yīng)力越小。
根據(jù)以上的有限元模擬分析研究可以清楚地看到，在幕墻結(jié)構(gòu)性裝配里，即使出現(xiàn)非常小比例的結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)失敗都會對結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)力產(chǎn)生顯著的影響，因此必須遵循結(jié)構(gòu)膠供應(yīng)商的施工建議，重視結(jié)構(gòu)膠的施工品質(zhì)，在幕墻項目割膠檢查中嚴(yán)格把關(guān)，避免結(jié)構(gòu)膠出現(xiàn)粘結(jié)失敗。
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