Tính toán lý thuyết - Ảnh hưởng của nhiệt độ đối v- 123docz.net

2.2.1.1 Tính độ võng:

- Wölfel [8] (1987) đã đề xuất công thức tính chiều dày hiệu quả:

3 3 3 ;w 1 2 12 eff s h  h h  J (2.1) Với: 2 2 int int 6 . 9 1 1 a h G h EJ s s    (2.2) 2 1 2 2 2 1 s s s hh h h J   (2.3) 2 1 1 1 h h h h h s s   (2.4) Mô phỏng số

Tính toán lý thuyết với heff,w dựa theo EN  1.0 Tính toán lý thuyết với heff,w dựa theo EN ASTM Kính thường 6mm Kính cường lực 6mm SGP - 1 SGP - 2 SGP - 3 SGP - 4 SGP - 5

17 2 1 2 2 h h h h h s s   (2.5) int 2 1 ) ( 5 . 0 h h h hs    (2.6)

Hình 2.8 Kích thước các lớp cấu tạo kính ghép. Trong đó:

: hệ số truyền lực cắt.

int

h : chiều dày lớp film xen giữa.

h : chiều dày lớp kính thứ nhất.

h : chiều dày lớp kính thứ hai.

E: môđun đàn hồi của kính.

int

G : môđun kháng cắt của lớp film xen giữa ,

) 1 ( 2 ) , ( ) , ( int int   T t E T t G (2.7)

a: chiều dài cạnh ngắn của mẫu kính ghép.

b: bề rộng của mẫu kính ghép.

Hình 2.9 Sự thay đổi môđun đàn hồi của film PVB. Kính 1 PVB Kính 2 h1 h1 hint

Hình 2.10 Mô hình thí nghiệm 4 điểm uốn (EN 1288-3:2000[9]). - Độ võng: (dựa trên công thức SBVL)

3 3 2 max ;w 3 4 eff 3s 6b s b2 P L L L L y Ebh          (2.8)

2.2.1.2 Tính ứng suất: (dựa trên công thức SBVL)

ax 2 e ; 3( ) 2 s b bB m bG ff L L P bh      (2.9) Trong đó: 2 ; 3 4 s bG eff gL h     (2.10) 3 e ;w ; 1 2 2 ff eff s h h h h     (2.11) Với: b - bề rộng mẫu kính ghép ; eff

h - chiều dày hiệu quả của mẫu kính ghép s

L - khoảng cách giữa 2 gối tựa b

L - khoảng cách giữa 2 điểm đặt lực g - lực trọng trường

 - ứng suất uốn của mẫu thí nghiệm uốn 4 điểm. bG

 - ứng suất uốn do trọng lượng của mẫu gây ra

19 2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm:

Khảo sát thực nghiệm là phần quan trọng nhất trong đề tài này, nhằm đưa ra được kết quả thực tế nhất về loại kết cấu đang nghiên cứu, trên cơ sở xây dựng đường cong ứng xử (P – ) dựa trên việc thay đổi nhiệt độ, chiều dày lớp PVB, chiều dày kính nhằm đánh giá khả năng chịu lực của kết cấu là như thế nào, khi thay đổi các yếu tố như trên có đáp ứng được yêu cầu hay không, khả năng trượt và phá hoại giữa 2 bề mặt kính ghép là như thế nào, kiểu phá hoại ra sao, đồng thời nó cũng là thước đo cho việc mô phỏng số. Từ đó đánh giá được khả năng áp dụng phổ biến của loại kính ghép này ở Việt Nam là có khả thi hay không.

Với quy trình thí nghiệm rõ ràng, chặt chẽ, số liệu sau khi tổng hợp so sánh với nhau, và so sánh với kết quả từ tính toán lý thuyết và mô phỏng, từ đó rút ra được kết luận theo đúng mục tiêu của đề tài.

2.2.2.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Kính ghép cường lực (tempered laminated glass).

- Kích thước mẫu thí nghiệm uốn được chuẩn bị dựa theo tiêu chuẩn EN 1288- 3:2000 [9].

2.2.2.2 Phạm vi nghiên cứu:

- Mẫu kính thí nghiệm có kích thước 1100x360mm, thí nghiệm uốn 4 điểm, chiều dài gối L=1000mm. - Kính ghép cường lực: + 7 mẫu 8+1.52 (PVB)+8 mm (2 lớp PVB). + 5 mẫu 8+2.28 (PVB)+8 mm (3 lớp PVB). + 3 mẫu 12+1.52 (PVB)+12 mm (2 lớp PVB). + 3 mẫu 12+2.28 (PVB)+12 mm (3 lớp PVB).

20 2.2.3 Mô phỏng PTHH:

Tiến hành mô phỏng cho kết cấu composite trong khảo sát này là một thách thức rất lớn bởi vì: kính là vật liệu đồng nhất, PVB là vật liệu visco, giữa kính và PVB có ứng xử rất khác nhau, đặc biệt là khi chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ ngày càng cao nên rất phức tạp khi mô phỏng trong phần mềm.

Trong phạm vi khảo sát của đề tài này kết cấu sẽ được mô phỏng bằng phần mềm SJ MEPLA v3.5 và ANSYS v14.0.

Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

3.1 Giới thiệu:

Ngày nay, kính thường được sử dụng như là 1 loại vật liệu xây dựng để tạo ra những kết cấu chịu tải, mà khả năng chịu uốn của vật liệu đóng vai trò quan trọng trong khả năng chịu tải. Một chương trình thí nghiệm với những mẫu kính ghép được thực hiện. Nhằm hướng đến sự an toàn nên kính ghép cường lực được sử dụng. Và giá của kính cường lực cũng cao hơn các kính thường khác (1,5 lần). Vì thế, đôi khi nhiều người cố gắng sử dụng kính thường, trong khi đó việc sử dụng kính bán cường lực và cường lực sẽ là cần thiết, bởi vì kính thường khi vỡ sẽ đặc biệt nguy hiểm, nó không chống lại được những ứng suất tập trung cao, nhất là sử dụng cho các công trình ở trên cao và trực tiếp chịu tải trọng gió.

Khả năng chịu lực khác nhau giữa các loại kính ghép cường lực và ở các mức nhiệt độ khác nhau sẽ được tìm hiểu. Trong chương trình thí nghiệm, chiều dày kính, số lớp PVB hay chiều dày lớp film PVB xen giữa và nhiệt độ thí nghiệm sẽ được thay đổi nhằm tìm hiểu khả năng chịu uốn của kính ghép cường lực trong các trường hợp khác nhau.

3.2 Vật liệu nghiên cứu - kính ghép cường lực (tempered laminated glass):3.2.1 Cấu tạo kính ghép cường lực: 3.2.1 Cấu tạo kính ghép cường lực:

Kính ghép cường lực là một loại kính an toàn (safety glass) khi bị vỡ. Kính ghép cường lực được cấu tạo từ hai hay nhiều lớp kính cường lực, xen giữa là 1 lớp hoặc nhiều lớp film, thường là polyvinyl butyral (PVB), EthylVinylAcetate (EVA),…. Nhờ có những lớp phim này mà khi bị vỡ, các mảnh vỡ này được giữ lại, không văng ra gây nguy hiểm.

Kính ghép 2 lớp Hình 3.1 Cấu tạo kính ghép.

Kính cường lực sẽ bị vỡ vụn Kính ghép cường lực khi bị vỡ sẽ giữ được “ nguyên mảng”

Hình 3.2 Ứng xử khi bị vỡ của kính cường lực và kính ghép cường lực.

Film đặc biệt (PVB, EVA…)

Kính ghép cường lực

film xen giữa (PVB, EVA…)

3.2.2 Kính cường lực (tempered glass):

Kính cường lực (Tempered Safety Glass hay còn được gọi là kính tôi, kính gia cường) là loại kính được gia công sản xuất từ các loại kính nổi chất lượng cao, sau khi được nung trong lò đến điểm hoá mềm (khoảng 7000C) sẽ được làm nguội nhanh chóng bằng luồng khí lạnh thổi lên bề mặt tấm kính một cách đồng đều, chính xác để làm đông cứng các ứng suất nén trên bề mặt kính làm cho kính cứng hơn, chịu được lực tác động cao hơn. Quy trình này không làm thay đổi tính năng truyền sáng và tỏa nhiệt của kính.

Hình 3.3 Kính cường lực không làm thay đổi tính năng truyền sáng và tỏa nhiệt của kính.

3.2.3 Film polyvinyl butyral (PVB):

Film PVB, còn gọi là polyvinyl butyral, là hỗn hợp được ép từ vật liệu polymer dẻo đặc biệt, phụ gia và nhựa PVB, hình thành film PVB với nhiều độ dày khác nhau.

Hình 3.4: Cấu tạo vật liệu film PVB.

3.2.4 Đặc tính và ứng dụng của kính ghép cường lực: 3.2.4.1 Tính an toàn: 3.2.4.1 Tính an toàn:

Nhờ tính bám dính chắc chắn giữa kính và film PVB, tính dẻo dai của film PVB và tính co giãn của film PVB mà kính ghép có được lực căng kháng lại các lực va đập trên bề mặt tốt hơn các loại kính thông thường với cùng độ dày và chống lại sự xuyên thủng. Khi vỡ, các mảnh kính dính vào lớp film PVB, đồng thời tấm kính vẫn được giữ nguyên trong khung, nên không gây nguy hại cho con người và tài sản như kính thường khi bị vỡ, giảm hiện tượng đâm xuyên, tránh được việc con người và đồ vật bị rơi qua cửa sổ các tòa nhà cao tầng.

3.2.4.2 Tính cách âm:

Nhờ đặc tính mềm dẻo của các lớp film PVB xen kẽ nhau giúp tạo ra được công dụng cản tiếng ồn hiệu quả. Do đó, kính ghép có khả năng giảm thiểu đáng kể việc truyền âm không mong đợi.

nhựa

PVB chất dẻo

phụ gia

3.2.4.3 Tính cản tia tử ngoại:

Film PVB có khả năng hạn chế tối đa các tia cực tím (UV) truyền qua nó, do đó khi sử dụng kính ghép sẽ giảm thiểu được các tác hại do tia cực tím gây ra như hư hại vải vóc, các tác phẩm nghệ thuật và các tác hại khác.

3.2.4.4 Tính bảo vệ:

Khác với các loại kính khác, đối với kính ghép an toàn nhiều lớp, chúng ta có thể tạo ra các loại sản phẩm kính có khả năng chống kẻ trộm đột nhập, chống đạn hay chất nổ .v.v... mà không làm cản trở sự truyền ánh sáng và tầm nhìn.

Kính ghép được sử dụng trong hầu hết cho các dạng công trình như: cao ốc văn phòng, công trình công cộng, trường học, bệnh viện, siêu thị, trung tâm thể thao, nhà ở, v.v... và được dùng làm tường kính, mặt dựng, vách ngăn, mái lấy sáng, mái đón, lan can, ban công, lan can cầu thang, buồng tắm đứng, cửa kính, cửa sổ ô tô, tàu hỏa, tàu thủy, bàn, tủ, đồ dùng trang trí nội thất... Và gần đây, kính ghép cường lực đã được sử dụng nhiều trong vai trò là kết cấu chịu lực như sàn, dầm, vách bao che chịu tải trọng gió và chịu tác động của nhiệt độ, vách bao che chịu các tác động bên ngoài như bị các vật cứng va đập vào…

3.3 Thông số thí nghiệm và chương trình thí nghiệm: 3.3.1 Thông số thí nghiệm: 3.3.1 Thông số thí nghiệm:

Mục đích của luận văn là nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến ứng xử của kính ghép cường lực chịu tải trọng uốn, nên các thông số được đưa ra như sau:

- Không đổi: chiều dài, chiều rộng của mẫu thí nghiệm là không đổi.

- Thay đổi: tổng chiều dày lớp PVB và chiều dày của lớp kính cường lực.

3.3.2 Chương trình thí nghiệm:

Sơ đồ thí nghiệm và kích thước mẫu thí nghiệm được dựa trên tiêu chuẩn EN 1288-3:2000 [9]. Sự thay đổi về chiều dày của kính ghép và chương trình thí nghiệm được thể hiện theo sơ đồ hình 3.5.

Hình 3.5 Chương trình thí nghiệm kính ghép 2 lớp.

3.4 Phương pháp thí nghiệm (sơ đồ uốn 4 điểm): 3.4.1 Mẫu thí nghiệm: 3.4.1 Mẫu thí nghiệm:

Kích thước mẫu thí nghiệm được nêu trong bảng 3.1 Bảng 3.1 Mẫu thí nghiệm.

Tên mẫu Kích thước (mm) Số lượng Dài x rộng Chiều dày

B…-2P-… 1100x360 8+1.52 (PVB)+8 7 B…-3P-… 1100x360 8+2.28 (PVB)+8 5 A…-2P-… 1100x360 12+1.52 (PVB)+12 3 A…-3P-… 1100x360 12+2.28 (PVB)+12 3

Mẫu thí nghiệm được cất trữ trong điều kiện nhiệt độ môi trương phòng thí nghiệm 270C280C ít nhất 1 ngày trước khi tiến hành thí nghiệm.

Hình 3.6 Cất trữ mẫu thí nghiệm tại phòng thí nghiệm.

3.4.2 Thiết bị thí nghiệm:

- Máy kéo nén vạn năng. - Hộp gia nhiệt.

- Máy vi tính.

- Camera quay phim và chụp hình chương trình thí nghiệm.

3.4.3 Quy trình thí nghiệm: 3.4.3.1 Sơ đồ thí nghiệm:

Hình 3.7 Phương pháp thí nghiệm uốn 4 điểm (EN 1288-3:2000). Trong đó: 1. Mẫu thí nghiệm 1100x360mm; 2. Gối gây uốn; 3. Gối đỡ;

Sơ đồ thí nghiệm được mô tả trong hình 3.7. Dải cao su dày 5mm được đặt giữa giữa gối và mẫu thí nghiệm để giữa kính và gối không bị trượt lên nhau trong quá trình thí nghiệm.

3.4.3.2 Tốc độ gia tải:

Các mẫu thí nghiệm được uốn ( theo tiêu chuẩn EN 1288-3:2000 [9]) với tốc độ không đổi là 20mm/min cho đến khi mẫu bị phá hoại. Vì thế, thiết bị thí nghiệm được đo chính xác để đảm bảo đạt được độ võng cần thiết của mẫu thí nghiệm khi gia tải.

Số liệu của lực và chuyển vị được ghi lại và hiển thị cùng thời điểm trên màn hình máy tính (Hình 3.8). Các mẫu thí nghiệm được nén cho đến khi tất cả các lớp kính bị phá hoại.

Hình 3.9 Hộp gia nhiệt.

3.4.3.3 Quy trình thí nghiệm:

Các mẫu thí nghiệm được gia nhiệt ở 1 mức nhiệt độ ổn định cần thí nghiệm, trong khoảng thời gian 2h. Sau đó, sẽ tiến hành gia tải cho đến khi mẫu phá hoại.

3.5 Kiểu phá hoại uốn của kính ghép: 3.5.1 Nhóm mẫu 8mm+2PVB+8mm: 3.5.1 Nhóm mẫu 8mm+2PVB+8mm:

3.5.1.1 Thông số của nhóm mẫu:

Bảng 3.2 Nhóm mẫu thí nghiệm 8mm+2PVB+8mm.

Tên mẫu Kích thước (mm) Số lượng Nhiệt độ thí nghiệm Dài x rộng Chiều dày

B01-2P-300C 1100x360 8+1.52 (2PVB)+8 2 300C

B02-2P-500C 1100x360 8+1.52 (2PVB)+8 2 500C

B03-2P-650C 1100x360 8+1.52 (2PVB)+8 1 650C

B04-2P-800C 1100x360 8+1.52 (2PVB)+8 2 800C 3.5.1.2 Ứng xử của các mẫu thí nghiệm trước và sau khi thí nghiệm:

a) Trước khi thí nghiệm.

b) Sau khi thí nghiệm. Hình 3.10 Mẫu B01-2P-300C.

b/ Mẫu B02-2P-500C:

a) Trước khi thí nghiệm.

b) Sau khi thí nghiệm. Hình 3.12 Mẫu B02-2P-500C

Hình 3.13 Kiểu phá hoại của mẫu B02-2P-500C- mẫu bị phá hoại lớp kính dưới trước. c/ Mẫu B03-2P-650C:

a) Trước khi thí nghiệm.

b) Sau khi thí nghiệm. Hình 3.14 Mẫu B07-2P-650C.

d/ Mẫu B04-2P-800C:

a) Trước khi thí nghiệm

b) Sau khi thí nghiệm Hình 3.15 Mẫu B04-2P-800C.

Hình 3.16 Kiểu phá hoại của mẫu B04-2P-800C- mẫu bị phá hoại do trượt giữa 2 lớp kính.

3.5.2 Nhóm mẫu 8mm+3PVB+8mm: 3.5.2.1 Thông số của nhóm mẫu: 3.5.2.1 Thông số của nhóm mẫu:

Bảng 3.3 Nhóm mẫu thí nghiệm 8mm+3PVB+8mm.

Tên mẫu Kích thước (mm) Số lượng Nhiệt độ thí nghiệm Dài x rộng Chiều dày

B05-3P-300C 1100x360 8+2.28 (3PVB)+8 1 300C

B06-3P-500C 1100x360 8+2.28 (3PVB)+8 1 500C

B07-3P-650C 1100x360 8+2.28 (3PVB)+8 1 650C

B08-3P-800C 1100x360 8+2.28 (3PVB)+8 1 800C 3.5.2.2 Ứng xử của các mẫu thí nghiệm trước và sau khi thí nghiệm:

a/ Mẫu B05-3P-300C:

a) Trước khi thí nghiệm.

b) Sau khi thí nghiệm.

Hình 3.18 Kiểu phá hoại của mẫu B05-3P-300C- mẫu bị phá hoại lớp kính dưới trước. b/ Mẫu B06-3P-500C:

a) Trước khi thí nghiệm.

b) Sau khi thí nghiệm. Hình 3.19 Mẫu B06-3P-500C.

Hình 3.20 Kiểu phá hoại của mẫu B06-3P-500C– mẫu bị phá hoại lớp kính dưới trước. c/ Mẫu B07-3P-650C:

a) Trước khi thí nghiệm.

b) Sau khi thí nghiệm. Hình 3.21 Mẫu B07-3P-650C.

Hình 3.22 Kiểu phá hoại của mẫu B07-3P-650C– mẫu bị phá hoại lớp kính dưới trước. d/ Mẫu B08-3P-800C:

a) Trước khi thí nghiệm.

b) Sau khi thí nghiệm. Hình 3.23 Mẫu B08-3P-800C.

Hình 3.24 Kiểu phá hoại của mẫu B08-3P-800C - mẫu bị phá hoại do trượt giữa 2 lớp kính.

3.5.3 Nhóm mẫu 12mm+2PVB+12mm: 3.5.3.1 Thông số của nhóm mẫu: 3.5.3.1 Thông số của nhóm mẫu:

Bảng 3.4 Nhóm mẫu thí nghiệm 12mm+2PVB+12mm.

Tên mẫu Kích thước (mm) Số lượng Nhiệt độ thí nghiệm Dài x rộng Chiều dày

A01-2P-300C 1100x360 12+1.52 (2PVB)+12 1 300C

A02-2P-500C 1100x360 12+1.52 (2PVB)+12 1 500C

A03-2P-800C 1100x360 12+1.52 (2PVB)+12 1 800C 3.5.3.2 Ứng xử của các mẫu thí nghiệm trước và sau khi thí nghiệm:

a/ Mẫu A01-2P-300C:

a) Trước khi thí nghiệm.

b) Sau khi thí nghiệm. Hình 3.25 Mẫu A01-2P-300C.

b/ Mẫu A02-2P-500C:

a) Trước khi thí nghiệm.

b) Sau khi thí nghiệm.