剛性エッジを備えた複層ガラスユニットの冷間曲げ挙動に関する研究

日付: 2022 年 7 月 28 日

曲げガラスを使用した自由形状のファサードの人気が高まっています。 ガラスを曲げると面外荷重に対する耐性が高まるため、ガラスを薄くすることができます。 有望な新しい技術は、硬い構造エッジを持つ薄いガラス プレートを冷間曲げして双曲放物面 (hypar) にし、その後コーナーをロックして自己完結型の自己応力システムを作成することです。 この研究では、特別に製造された二重ガラスユニット (「パネル」) の曲げプロセスが、局所的な不安定現象に焦点を当てて研究されています。 この不安定性がプレートのエッジの剛性によって影響されるという仮説は、ガラスの周囲に沿ったスペーサーとして 30x30 mm の GFRP プロファイルを使用してテストされます。

これらは、Dow 993 シリコーン接着剤を使用してガラスに接着されました。 合計 4 つの 1.5x1.5 m パネルが製造され、3 つは 4 mm の完全強化 (FT) ガラスを使用し、1 つは 1.1 mm の化学強化 (CT) ガラスを使用しました。 パネルは一連の実験室実験で冷間曲げされました。 数値モデルは、機械的応答に関するさらなる洞察を提供し、実験の結果を予測するために開発されました。使用されたパネルのサイズでは、ハイパーを形成することは不可能でした。 ガラスの厚さが薄いため、冷間曲げ加工すると対角線は常に真っ直ぐになります。 4 mm FT パネルは、約 150 mm のコーナー変位と 2.6 kN の総荷重で底板が破損し、破損しました。

CT 1.1 mm の底板も、コーナー変位 120 mm、総荷重 1.4 kN で最初に破損しました。 FT4mmパネルではコーナーずれが50mm程度、CT1.1mmパネルでは30mm程度で上下板がプレート中央で接触しました。 数値モデルは、この接触と、角の変位が 60 mm になるまでのパネルの全体的な挙動を予測しました。 このパネルサイズでハイパーを作成するにはガラスが薄すぎると結論付けられました。 数値モデルとともに生成された実験データは、将来の研究や開発に役立ちます。

十分な大きさの三次元曲率により、薄いガラス (<2.1 mm) を建物に使用することが可能になり、構造の軽量化と炭素排出量の削減につながる可能性があります。 過去 10 年間に多くの研究者がこれを実装する方法を検討しており、Galuppi et al (2014) や Datsiou and Overend (2016) などの多くの研究者は、薄いガラスシートを双曲放物面 (hypar) に成形することを検討しています。 しかし、これらの研究では、薄いプレートをハイパーに成形する際に 1 つの大きな困難があることが判明しました。 プレートをねじると、プレートの対角線の 1 つが真っ直ぐになるという局所的な不安定現象が発生します (図 1)。 Eekhout と Staaks (2004) は、この不安定性がプレートの厚さの約 16 倍のコーナー変位で発生することを発見しました。

Nehring と Siebert (2018) は、合わせガラスを使用すると、薄いガラスでより高い曲率を実現できることを発見しました。 不安定性をさらに遅らせるために、Galuppi et al (2014) はエッジの強化を伴う解決策を提案しています。 彼らは数値解析を通じて、不安定現象が実際に遅れていることを示した。 これを実験的にテストするために、Young (2019) は強化ガラス板上で物理実験を行いました。 それらの実験の結果は有望であるように思えました。 したがって、本論文で説明する研究はこれらの発見に基づいています。

Young (2019) が使用したプレートは、1.5 mm の化学強化ガラス (CT、Zacaria et al、2019)) ガラスで作られた 1x1 m で、30x30x3 mm のガラス繊維強化ポリマー (GFRP) の正方形の中空プロファイルで強化されました。 今回の研究では、実際の用途で予想されるサイズに近づけるために、パネルを 1.5x1.5 m に拡大しました。 同じ理由から、ユニットに追加のガラス板を追加して、薄いガラス断熱グレージング ユニット (IGU) を効果的に製造しました。これにより、現代の建物に必要な許容レベルの熱伝導率を実現できます (図 2)。

角に隙間が残ってしまい、キャビティが密閉されていませんでした。 このようにして、エッジ フレームの個々の部分は独立して動くことができ、内圧が成形プロセスに影響を与えることはありません。 Young (2019) が使用したものと同じ GFRP プロファイルが軽量であるため、使用されました。これは、軽量の建築製品を作成するという当初の目標に沿っていました。 さらに、GFRP は優れた断熱特性を備えており、剛性対重量比も良好です。 2 種類のガラスを使用して、パネルの異なる構成をテストしました。 3 つのパネルは 4 mm の完全強化 (FT) ガラスで作成され、1 つのパネルは 1.1 mm CT ガラスで作成されました。 当初の目的は 3 枚の CT 1.1 mm パネルを製造することでしたが、未処理の状態の 1.1 mm パネルは壊れやすいため製造が困難であり、この研究の期間内に受け取った CT ガラスの量は 1 枚の CT ガラスに十分でした。組み立てるユニット。