点支式玻璃建筑体系的疲劳与断裂性能研究综述.pdf

第六届全国现代结构工程学术研讨会 点支式玻璃建筑体系的疲劳与断裂性能研究综述 贺小平1，2石永久1王元清1施刚1 (1清华大学土木工程系，北京100084：2珠海市晶艺玻璃工程有限公司，珠海，599015) 摘要：本文从新型点支式玻璃建筑体系中玻璃板块的脆性断裂特性着手，分析了玻璃结构疲劳破坏问题的各种影响因素， 结合国内外基础理论研究的现状，通过对其基本组成单元开展一系列的疲劳破坏分析，对点支式玻璃幕墙的疲劳破坏肌理进 行探索，以期通过对玻璃结构进行的可靠性分析对我国点支式玻璃幕墙今后的研究和发展应用有所启发。 关键词：玻璃结构，脆性断裂，疲劳，点支承 一、引言 随着社会经济的不断发展，人们对各类建筑的功能和品质要求日益提高，强调建筑室内空间与外界 大自然最大限度交融的绿色建筑是建筑师追求的目标之一。近年来，由于玻璃和金属等材料科学与制造工 艺技术的不断发展，点支式玻璃建筑体系在建筑围护结构中得到广泛应用，满足了．f建筑物安全性好、美观 大方、通透明亮、环保节能的要求。点支式玻璃建筑体系是由玻璃(幕墙的面板)、钢爪(金属连接件)、 支承结构和密封材料有机组成的新型建筑结构体系，不仅可用于建筑的围护结构中，也可以作为建筑物的 部分承重结构。它具有安全轻巧、工艺美观、布置灵活、通透性好且环保节能等优点，使得现代建筑的艺 术美和工艺美得以充分展示。目前点支式玻璃幕墙在国内的发展尚处于起步阶段，其应用普遍超前于研究， 作为一种新型建筑结构体系，其研究和应用涉及到建筑学、材料科学、结构技术、玻璃技术、机械加工等 不同领域。作为建筑围护结构的玻璃幕墙，在其整个使用寿命期内主要是承受大小和方向随机变化的风荷 载作用，结构一直处于微震动环境下工作，有时如果遭遇大风或台风(飓风)袭击，风荷载很大，幕墙的 安全可靠性十分重要。 任何一种结构体系在设计周期内都要经历复杂的荷载历程，它们最终的失效形式主要是疲劳破坏，点 支式玻璃结构的疲劳破坏是一系列组成单元相继破坏的结果。结构疲劳可靠性分析是结构设计理论的基 础，是解决结构安全可靠和提出科学设计方法的关键。所以我们有必要探索点支式玻璃结构体系的疲劳破 坏规律，研究其在疲劳荷载作用下的可靠性分析方法，寻求结构体系疲劳的主要失效模式。 玻璃材料的脆性断裂特性 人类应用玻璃的历史十分悠久，但是很长时间，玻璃仅仅作为装饰材料，应用范围有很大限制。随着 玻璃技术的发展，玻璃制造工艺不断改进，特别是钢化、半钢化、夹层玻璃的出现，促进了玻璃结构的诞 生和发展，玻璃不仅是作为一种装饰材料，正在成为一种建筑结构材料，玻璃结构与木结构、砖结构、混 凝土结构、钢结构等建筑结构不同的是：玻璃结构既要遵循传统建筑结构力学规律，但又有自身的一些特 点，玻璃作为点支式玻璃幕墙的面板，由于其特殊的力学性能特性，其安全性在幕墙系统中起控制作用。 (1)7首先，玻璃的力学性质可简述为：玻璃是比较理想的弹性体，呈脆性；在其表面存在大量微裂 纹，实测强度较低。正因为玻璃是典型的脆性材料，如图一所示，与钢和塑料的应力应变拉伸曲线完全不 同，玻璃材料没有屈服过程，在弹性阶段达到临界荷载一破断强度，即突然断裂。 (2)玻璃的断裂类型为典型的脆性破坏。建筑玻璃的断裂可分为三类，即弯曲应力造成的断裂、冲 击应力造成的断裂和热应力造成的断裂，他们的共同点是：玻璃都是由于拉应力造成表面裂纹扩展而破坏。 工业建筑2006增刊 717 第六届全国现代结构工程学术研讨会 o[HPa] 聃 籁 50 ＼谣 蚂 蜂 薹_ 40 lm 筐 30 20