硅酮结构密封胶及建筑结构粘结装配--马启元

,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,硅酮结构密封胶及,建筑,结构粘结装配,马启元,E-mail:ma_,弹性粘结与,密封,一,.,硅酮结构胶基本属性,基本属性,结构连接材料,-,弹性粘接,-,传递荷载,-,适应位移。,结构组成和物理化学特性,1,）基本组成,基础,为,硅,-,氧主链聚合物、主填料二氧化硅粉体、硅油增塑；,2,）室温固化、高低温性能稳定、对硅酸盐玻璃表面化学亲和、耐环境老化；,3),透气、非硅油酯中溶胀,力学,特性,应力,-,应变特性,形变与外力作用时间相关，应力,-,应变关系非线性，介于理想弹性体（弹簧）和理想粘性流体（水）之间，即粘弹性。,初始受力阶段,t,0,1/E,1/E,1,即：,2,重要物理力学参数：,初始,刚度,模量,K,X12.5,弹性范围（拉伸应变,25%,）内粘结试件密封胶荷载与位移成正比的比例系数，以初始段应变,12.5%,时的应力表示。,初始弹性模量,E,S0,密封胶拉伸初始应变（,25%,）弹性变形阶段内应力和应变的比值,。,强度平均值,X,试验,测定的拉伸粘结强度的,平均值。,强度,标准,值,R,5,拉伸粘结试验数据统计显著性水平,0.05,分位值，即产品拉伸粘结强度高于该值的概率为,95,%,（,GB50068,），,且要求老化后强度,保持率,75,%,以上：,R,5,=,X,S,X,.,c,/,X,75%,式中：,X,.,c,=,经过老化后的拉伸、剪切应力平均值,=75%,的置信概率,5%,偏差,拉伸,粘结强度设计,值,，,f,1s,取分项系数,6,剪切强度,设计,值,des,des,R,5,/,6,初始,剪切模量，,G,S,剪切拉伸至应变,25%,弹性变形阶段密封胶剪应力和对应剪应变的比值。按,0.5,泊松比,计算,G,S,E,S0,/3,。,泊松比,，,横向与受力方向变形之比，,0.5,永久荷载下剪切强度设计值,f,2s,永久荷载,下不,发生,蠕变,时,剪应力,测试,值。,蠕变,系数,，,c,剪切强度设计值与永久荷载下剪切强度设计值的比值,.,c,des,/f,s2,，一般,10,疲劳强度,8s,为一个,周期,，,以,0.61.0,倍强度设计值应力,循环拉伸，,规定,拉伸,循环,次数,下无破坏的,应力,值（指标,100,5000,次循环）,F,1,=,R,5,/,6,二,应用性能要求,1,分类,及标记示例,a,）,WH,类用途,b,）,WPH,类用途,c,）,W,类用途,说明：,W,承受阵风和,/,或气压水平荷载；,H,隐框粘结装配用；,P,承受永久荷载。,图,A.1,典型安装型式及胶接承载形式图例,2,初始刚度模量及粘结强度设计值,原理,:,密封胶在初始受力变形阶段呈现近似弹性固体的力学性能。初始变形阶段（如法向应变,25%,为边界），切向变形量对横截面积影响甚小，其法线应力与切线应力基本相等，接近于弹性固体。初始变形中由于粘接试件夹持的预张紧、安装间隙或其他人为因素，往往造成试验曲线起始原点漂移，如图,B.1,所示。为真实反映材料特性，应对初始变形阶段的应变补偿绘制材料拉伸应力,-,应变曲线，计算材料适于工程应用的初始刚度模量，如图,B.2,。,计算方法,以,5%,、,10%,、,15%,、,20%,、,25%,应变试验测得的应力值，分别对应补偿转换应变,4.8%,、,9.1%,、,13.1%,、,16.9%,、,20.3%,绘制应力,-,应变曲线，或统计其线性回归方程，计算应力,-,应变的比例系数即为（正切）初始刚度模量。可依据初始应力,-,应变曲线测试值，设应变,25%,为弹性边界，按下式计算,初始刚度模量,Es,：,.(B.1),n,给定温度或条件下每次试验的试件数量,m,每个试件的观察数据数量,(B.2),B.2,式中：,ij,应变,uij,时的拉应力,(B.3),B.3,式中：,u,ij,拉伸或压缩条件下的位移，,mm,h,i,每个试件的初始厚度，,mm,初始刚度,应力,-,应变曲线上对,应于,应变,12.5%,的应力。,（曲线,按,B.2,补偿后数据绘制,）,3,粘结强度设计值,材料,强度标准值除以材料性能分项系数得到的值。密封胶粘结强度分项系数,f,取,6,，即：,f,s,1,=,R,5.23,/,f,(B.4),式,中：,R,5.23,23,拉伸粘结强度标准值，,MPa,f,粘结,强度分项系数，取值为,6,同理，粘结剪切强度设计值,f,s2,取值即：,f,s2,=,R,5,/6,(B.5),式中：,R,5,剪切强度标准值，,MPa,。（,6,剪切强度分项系数）,4,粘结,剪切强度设计值,5,剪切强度设计值,，,依据试验确定剪切荷载下密封胶持久强度设计值,即密封胶不产生蠕变的剪应力值。该值依据试验结果按下式计算：,=f,s2,/c(B.6),式中：,f,s2,23,粘结剪切强度设计值，,MPa,；,c,蠕变分项系数,c,一般应,10,（具体值由生产企业产品标准或说明书提供）。,三,幕墙面板,-,框架结构粘接,结构胶隐框粘接,以,连续的线性弹簧元件模拟粘接体受拉伸偏移、转动剪切及应力,-,应变关系。,半,隐框,安装,玻璃,上下横边是传统明框可通过简支撑模拟，玻璃平面内运动不受,约束,。,1,基本粘接型式,2,应力分析方法,刚性板,外力作用,被整体性地,传递给面板周边结构胶上。,梯形,法,模拟测试,中,发现玻璃变形时一个可见大致,的梯形,结构。由于,受力线形状的不同,，在,玻璃或面板短边的中部达到最大值，,这是,计算,结构胶粘,接宽度的理论基础,。,有限元法,利用,计算机数学分析技术更加精确地,分析,结构,胶,在,荷载,下,的应力。,分析显示荷载作用,于,结构胶接,缝的最大拉力,值发生,在玻璃面,板长,边,1/4,位置,。,依据,GB 50068,建筑结构可靠度设计统一标准,极限,承载能力状态设计原则：“结构构件或连接的应力应不超过材料强度（包括疲劳），不应产生不适于继续承载的过度变形”,。,即要求：,粘接体应有足够的粘结面积（宽度），保证其应力不大于强度设计值,f,1,（,0.14MPa,）,；,粘接体的模量和厚度应保证承载变形时产生的应力不大于强度设计值,f,1,（,0.14MPa,）,。,现行规范,定义,结构胶,变位,承受,能力,拉伸应力,0.14MPa,时结构胶的伸长率（,%,），,即要求,粘,接厚度设计,中将,结构变位时粘接体应变量限制在值以内，以保证结构胶的应力不,超过,f,1,。,三,.,粘接设计,示例：幕墙,四周粘,接的金属蜂窝结构面板，承受风压,w,水平荷载，面板长边,L=1524mm,，短边,a=1219mm,，厚度为,51mm,，风荷载,W=1.92KPa,，根据刚性面板的应力分布，粘接宽度：,Cs,1219(1524)(1.92)/2(138)(1219+1524)=4.71mm,1,粘接宽度设定,位移,最大地震,50,年,或百年一遇，风,荷,传递是瞬间,行为,，而热,位移引起的,应力每天都发生，一年内,会有几次达到最大值,。,风荷载或多遇烈度地震框架,的切向位移,量,u,s1,=,h,风荷载,或多遇烈度地震标准值作用下主体结构的楼层弹性层间位移角限值（,rad,）；,h,玻璃面板高度（,mm,）,：,厚度方向剪切位移影响系数，取,0.5,温度变化影响下胶体剪切位移,u,s2,=,T L,g,/2,L,g,硅酮结构胶的最大单边边长（,mm,）,玻璃线膨胀系数,T,温度变化值，取值不小于,25,；,2,粘接厚度设定和选材验算,粘,接厚度,验算。硅酮结构胶,沿厚度方向产生的剪切,位移,u,s,取,u,s1,、,u,s2,最大,值 中的较大,值,（,mm,），厚度,t,s,应符合,：,Es,硅酮结构密封胶的拉伸弹性模量（,N/mm,2,）,原粘结,厚度,t,s,计算式比较：,t,s,u,s,/(5),式中：,u,s,结构的位移量（,mm,）,所选结构,胶,变位能力（,拉伸至,f1,时的应变，,%,）,胶品牌,序,号,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,，,%,6.0,9.7,6.6,5.6,7.6,4.2,7.2,5.8,6.0,8.1,胶品牌 序号,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,，,%,5.1,6.6,3.5,7.5,7.2,7.2,5.1,7.1,11,5.4,目前的品牌结构胶拉伸,至强度设计值（,140kpa,）时的应变（,%,）,选材应依据该品牌胶的型式检验（第三方）报告的应力,-,应变试验曲线。,3,结构粘接可靠性,云娜台风后幕墙,弹性结构粘接幕墙在汶川地震,谢谢！,