단단한 가장자리를 가진 이중 유리 유닛의 냉간 굽힘 거동에 대한 조사

날짜: 2022년 7월 28일

구부러진 유리를 사용한 자유형 파사드가 점점 인기를 얻고 있습니다. 유리를 구부리면 면외 하중에 대한 저항력이 향상되므로 유리가 더 얇아질 수 있습니다. 유망한 새로운 기술은 단단한 구조적 가장자리가 있는 얇은 유리판을 쌍곡선 포물면(hypar)으로 냉간 구부린 다음 모서리를 잠그어 독립적이고 자체 응력을 받는 시스템을 만드는 것입니다. 본 연구에서는 특수 제작된 이중 유리 유닛('패널')의 굽힘 과정을 국부적 불안정 현상에 초점을 맞춰 조사했습니다. 이러한 불안정성이 플레이트의 가장자리 강성에 의해 영향을 받는다는 가설은 유리 주변을 따라 스페이서로 30x30mm GFRP 프로파일을 사용하여 테스트되었습니다.

Dow 993 실리콘 접착제를 사용하여 유리에 접착했습니다. 총 4개의 1.5x1.5m 패널이 생산되었으며, 3개는 4mm 완전 강화(FT) 유리로, 1개는 1.1mm 화학 강화(CT) 유리로 제작되었습니다. 일련의 실험실 실험에서 패널을 냉간 굽혔습니다. 기계적 반응에 대한 추가 통찰력을 제공하고 실험 결과를 예측하기 위해 수치 모델이 개발되었습니다. 사용된 패널 크기로는 하이퍼를 형성하는 것이 불가능했습니다. 유리의 두께가 얇기 때문에 냉간 구부리면 대각선이 항상 곧게 펴집니다. 4mm FT 패널은 약 150mm의 모서리 변위와 2.6kN의 총 하중에서 하단 플레이트가 파손되었을 때 파손되었습니다.

CT 1.1mm의 바닥 플레이트도 120mm의 코너 변위와 1.4kN의 총 하중에서 처음으로 파손되었습니다. 모서리 변위량이 FT 4mm 패널의 경우 약 50mm, CT 1.1mm 패널의 경우 약 30mm일 때 상판과 하판이 판 중앙에서 접촉하게 되었습니다. 수치 모델은 이러한 접촉과 최대 60mm 코너 변위까지 패널의 전반적인 거동을 예측했습니다. 이 패널 크기로 하이파를 만들기에는 유리가 너무 얇다는 결론이 나왔습니다. 수치 모델과 함께 생성된 실험 데이터는 향후 연구 개발에 유용합니다.

충분한 크기의 3차원 곡률을 통해 얇은 유리(<2.1mm)를 건물에 사용할 수 있게 되어 구조가 더 가볍고 탄소 배출이 낮아질 수 있습니다. 지난 10년 동안 많은 연구자들은 이를 구현하는 방법을 조사해 왔으며 Galuppi 외(2014) 및 Datsiou 및 Overend(2016)와 같은 많은 연구자들은 얇은 유리 시트를 쌍곡선 포물면(hypar)으로 형성하는 것을 고려했습니다. 그러나 이러한 연구에서는 얇은 판을 하이파로 성형하는 데 한 가지 큰 어려움이 있음을 발견했습니다. 판을 비틀면 판의 대각선 중 하나가 곧게 펴지는 국부적 불안정 현상이 발생합니다(그림 1). Eekhout와 Staaks(2004)는 이러한 불안정성이 판 두께의 약 16배에 해당하는 모서리 변위에서 발생한다는 것을 발견했습니다.

Nehring과 Siebert(2018)는 접합유리를 사용하면 얇은 유리로 더 높은 곡률을 달성하는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다. 불안정성을 더욱 지연시키기 위해 Galuppi 등(2014)은 가장자리를 강화하는 것과 관련된 솔루션을 제안합니다. 수치해석을 통해 불안정 현상이 실제로 지연되는 것으로 나타났다. 이를 실험적으로 테스트하기 위해 Young(2019)은 강화 유리판에 물리적 실험을 수행했습니다. 그 실험의 결과는 유망해 보였습니다. 따라서 본 논문에서 설명하는 연구는 이러한 결과를 바탕으로 이루어졌습니다.

Young(2019)이 사용한 플레이트는 1.5mm 화학적으로 강화된(CT, Zaccaria et al, 2019) 유리로 만들어진 1x1m 크기였으며 30x30x3mm의 유리 섬유 강화 폴리머(GFRP) 정사각형 중공 프로파일로 강화되었습니다. 본 연구에서는 실제 응용 분야에서 예상되는 크기에 접근하기 위해 패널을 1.5x1.5m로 확대했습니다. 같은 이유로 얇은 유리 절연 글레이징 장치(IGU)를 효과적으로 생산하기 위해 추가 유리판을 장치에 추가했습니다. 이는 현대식 건물에 필요한 허용 가능한 수준의 열 전도성을 제공할 수 있습니다(그림 2).

모서리에 틈이 남아 있어서 캐비티가 밀봉되지 않았습니다. 이렇게 하면 가장자리 프레임의 개별 부품이 독립적으로 움직일 수 있으며 내부 압력이 성형 과정에 영향을 미치지 않습니다. Young(2019)이 사용한 것과 동일한 GFRP 프로파일이 사용되었습니다. 경량이기 때문에 경량 건축 제품을 만들겠다는 원래 목표와 일치했습니다. 또한, GFRP는 우수한 단열 특성을 가지며 중량 대비 강성 비율도 우수합니다. 패널의 다양한 구성을 테스트하기 위해 두 가지 유형의 유리가 사용되었습니다. 3개의 패널은 4mm 완전 강화(FT) 유리로 제작되었고, 1개의 패널은 1.1mm CT 유리로 제작되었습니다. 원래 의도는 세 개의 CT 1.1mm 패널을 생산하는 것이었지만 처리되지 않은 상태의 1.1mm 판유리는 취약성으로 인해 제조가 어려웠고 이 연구 기간 내에 받은 CT 유리의 양은 CT 유리 한 개에 충분했습니다. 조립할 유닛입니다.