고 변형률에서 접합 유리의 잔류 저항에 대한 파괴 패턴의 영향

날짜: 2023년 3월 28일

저자: SC Angelides, JP Talbot 및 M. Overend

원천:유리 구조 및 엔지니어링, 7권

도이: https://doi.org/10.1007/s40940-022-00168-y

접합 유리 패널은 건물의 폭발 방지 기능을 강화하기 위해 유리 외관에 점점 더 많이 설치되고 있습니다. 이러한 연성 패널은 압축 시 부착된 유리 조각과 인장 시 중간층의 복합 작용으로 인해 유리 층이 파손된 후 잔류 굽힘 저항을 ​​제공합니다. 중간층의 시간-온도 의존성으로 인한 높은 변형률 효과를 시뮬레이션하기 위해 저온에서 접합 유리 시편에 대해 이전에 수행된 3점 굽힘 시험에서는 극한 하중 용량이 2배 정도 향상되었음을 보여주었습니다. 실온에 있는 것과 비교됩니다. 이러한 테스트는 두 유리 층에 정렬된 20mm의 균일한 간격으로 균열을 사전 파괴하여 이상적인 파괴 패턴을 가진 시편에 대해 수행되었습니다. 그러나 폭발 하중이 가해지면 파편 크기가 불규칙한 무작위 패턴이 발생하며 균열이 두 유리 층에 항상 정렬되지는 않습니다.

또한 각 시편 내의 소성 힌지 위치는 하중 적용 지점과 일치하여 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 논문은 3점 및 4점 굽힘 모두에서 4가지 추가 사전 파괴 패턴을 고려한 추가 저온 테스트에 대해 보고함으로써 이러한 문제를 해결합니다. 결과는 시편의 굽힘 모멘트 용량이 유리 조각의 수와 크기, 로딩 장비의 선택에 영향을 받지 않음을 보여줍니다. 굽힘 능력의 향상은 정렬된 균열이 있는 시편의 거의 두 배에 달하는 잘못 정렬된 균열이 있는 시편에서 지속적으로 관찰됩니다. 이는 이전 연구에서 고려된 정렬된 균열이 있는 이상적인 패턴이 폭발 하중 하에서 형성된 무작위 파괴 패턴이 있는 패널의 굽힘 능력에 대한 하한 추정치를 제공한다는 것을 시사합니다.

폭발이 발생하는 동안 건물의 정면은 폭발파가 내부로 침투하는 것을 방지하여 거주자를 보호하는 첫 번째 방어 장벽 역할을 합니다. 이러한 보호 기능을 제공할 수 있는 탄력 있는 유리 외관은 본질적으로 깨지기 쉬운 모놀리식 유리 패널 대신 연성 접합 유리 패널을 사용하여 구현할 수 있습니다. 투명한 폴리머 중간층으로 적층된 여러 개의 유리 층으로 구성된 이러한 복합 샌드위치 패널은 유리 조각을 제자리에 고정하고 유리 층이 파손된 후 폭발파에 대한 저항을 제공하여 향상된 용량을 제공합니다. 다양한 중간막 유형을 사용할 수 있지만 영국 국가 기반 시설 보호 센터에서는 폭발 방지를 위해 폴리비닐 부티랄(PVB) 및 이오노머 중간막만 사용할 것을 권장합니다(CPNI 2019). 여기서 초점은 전자에 있습니다. 이는 건물 외관에 사용되는 가장 일반적인 중간막이기 때문입니다.

유리 층과 PVB의 적층으로 인해 유리 층과 PVB 사이에 강한 접착 결합이 형성됩니다. 유리층이 파손된 후 유리 조각을 중간층에 유지하는 것이 바로 이 결합이므로 폭발 중에 유리 관련 부상의 위험이 줄어듭니다. 이 결합은 보편적 상수가 아니며 환경 요인의 영향을 받습니다(Butchart and Overend 2012, 2013, 2017; Samieian et al. 2018). 더욱이, 일부 파편은 큰 편향에서 변함없이 박리됩니다(Hooper 2011; Pelfrene et al. 2016).

유리-PVB 결합의 또 다른 이점은 부착된 유리 조각이 패널의 파손 후 용량에 기여하여 접촉하는 유리 조각과 함께 인장 작용을 하는 중간층과 관련된 복합 굽힘 작용을 발생시킨다는 것입니다. 패널이 변형되면서 압축 작업이 수행됩니다. 이 굽힘 능력은 준정적 하중(즉, 낮은 변형률)에서 무시할 수 있는 것으로 실험적으로 입증되었지만 손상되지 않은 패널의 능력과 비교했을 때(Kott 및 Vogel 2003, 2004, 2007) 반응은 근본적으로 높은 하중에서 다릅니다. PVB의 점탄성 특성으로 인해 폭발 하중과 관련된 변형률이 발생합니다. 이는 파쇄되지 않은 유리 층 사이에 갇혀 있는 경우 매우 낮은 변형률에서도 파쇄된 유리의 기여도가 무시할 수 없기 때문에 제한되지 않은 유리 조각에 적용된다는 점에 유의해야 합니다(Overend et al. 2014).