熱荷載與風(fēng)荷載作用下點(diǎn)式支承玻璃的破裂行為規(guī)律

趙 寒,王 禹,王青松,陳昊東,孫金華

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥，230026)

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熱荷載與風(fēng)荷載作用下點(diǎn)式支承玻璃的破裂行為規(guī)律

趙 寒,王 禹,王青松*,陳昊東,孫金華

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥，230026)

在高層建筑火災(zāi)中，玻璃幕墻的破裂受到環(huán)境風(fēng)和室內(nèi)火災(zāi)的共同影響。研究了600 mm× 600 mm × 6 mm的浮法玻璃幕墻在點(diǎn)支承安裝方式下受到熱輻射荷載和風(fēng)荷載情況下的響應(yīng)規(guī)律。分析了不同工況下玻璃表面的溫度變化、風(fēng)荷載的大小與玻璃破裂時(shí)間的關(guān)系、玻璃破裂與溫差之間的關(guān)系、玻璃裂紋擴(kuò)展及其與風(fēng)速之間的關(guān)系。結(jié)果表明在玻璃兩側(cè)分別受到熱輻射和風(fēng)荷載共同作用時(shí)，風(fēng)荷載的增加會(huì)加速玻璃的破裂。研究結(jié)果可為玻璃幕墻的工程應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

點(diǎn)支承玻璃; 熱荷載; 風(fēng)荷載; 首次破裂時(shí)間

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)生活和工作環(huán)境的要求越來(lái)越高。玻璃由于其美觀，經(jīng)濟(jì)和良好的透光性越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到現(xiàn)代高層建筑中。但是它在給人們帶來(lái)舒適生活的同時(shí)，也帶來(lái)很大的安全困擾。一旦發(fā)生高層建筑室內(nèi)火災(zāi)，玻璃受到熱荷載的作用發(fā)生破裂就會(huì)形成通風(fēng)口，大量的室外空氣進(jìn)入室內(nèi)會(huì)加大火勢(shì)，同時(shí)破裂的玻璃散落在地面，也給應(yīng)急救援帶來(lái)困難。當(dāng)發(fā)生高層室內(nèi)火災(zāi)時(shí)，玻璃一方面受到來(lái)自室內(nèi)熱荷載的作用，另一方面要受到環(huán)境風(fēng)的作用。因此研究風(fēng)荷載和熱荷載雙重作用下玻璃的破裂行為就顯得尤為重要[1]。

Griffith理論[2]認(rèn)為玻璃等脆性材料內(nèi)部存在著眾多微小裂紋或缺陷，當(dāng)受到外力時(shí)這些缺陷或裂紋就會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，當(dāng)應(yīng)力集中到一定程度裂紋便開(kāi)始擴(kuò)展繼而導(dǎo)致斷裂。在熱荷載對(duì)玻璃的影響方面，有許多學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬的方法來(lái)研究玻璃的破裂行為。Emmons[3]首先提出了建筑中的這一結(jié)構(gòu)問(wèn)題。Keski-Rahkonen[4]經(jīng)過(guò)大量的研究提出了溫差判據(jù)公式：

(1)

其中σb是玻璃內(nèi)部的熱應(yīng)力，E 是楊氏模量， β 是玻璃的線性膨脹系數(shù)，ΔT 是溫差。Skelly等[5]做了四邊遮蔽和不遮蔽的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)玻璃所能承受的最大玻璃中心與邊緣的溫差是90℃。Joshi和Pagni[6]和Wang等[7]利用威布爾分布分析了玻璃破裂的概率問(wèn)題。Wang等[8]從實(shí)驗(yàn)和模擬兩方面探究了點(diǎn)支承安裝方式下玻璃的破裂行為，認(rèn)為玻璃上打孔的位置與玻璃的破裂時(shí)間也存在一定關(guān)系。也有許多學(xué)者對(duì)風(fēng)荷載對(duì)玻璃破裂行為的影響進(jìn)行研究。Brown[9]認(rèn)為風(fēng)荷載對(duì)玻璃的影響要依賴于應(yīng)力在時(shí)間維度上的積累，提出了布朗效應(yīng)。在布朗效應(yīng)的基礎(chǔ)上，Gavanski和Kopp[10]從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了這一定律。

盡管前人進(jìn)行了大量的關(guān)于玻璃破裂的研究，但在風(fēng)荷載和熱荷載雙重作用下破裂特性方面的研究仍很不足，而在本研究的預(yù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)風(fēng)荷載或熱荷載單獨(dú)作用與共同作用有明顯的不同。因此，本實(shí)驗(yàn)將探究風(fēng)荷載和熱荷載雙重作用下玻璃的破裂行為規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)裝置由熱輻射源、玻璃、玻璃支架、安裝熱輻射源和玻璃的箱體、風(fēng)機(jī)以及測(cè)量系統(tǒng)組成，如圖1所示。測(cè)量系統(tǒng)包括有10個(gè)貼片式熱電偶、1個(gè)鎧裝式熱電偶及數(shù)據(jù)采集儀。實(shí)驗(yàn)采用了工程上用的600 mm× 600 mm × 6 mm的浮法玻璃，玻璃的四邊均做磨邊處理。其中玻璃中心距地面的高度是800 mm。組合箱體下表面距地面為300 mm。而攝像機(jī)放置在與玻璃中心同一等高線上，且位于玻璃的一側(cè)，記錄玻璃破裂的過(guò)程。熱輻射源距玻璃熱荷載一側(cè)表面為900 mm。設(shè)定熱輻射源的加熱功率是90 kW。本文確定風(fēng)速的方法是：在玻璃表面選取9個(gè)點(diǎn)，如圖2所示，計(jì)算其平均風(fēng)速作為作用在玻璃表面的風(fēng)速。通過(guò)前期的預(yù)實(shí)驗(yàn)，不斷迭代風(fēng)速，最終確定實(shí)驗(yàn)所需要的頻率。

圖1 點(diǎn)式支承玻璃破裂實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)圖Fig.1 The schematic of experiment

圖2 風(fēng)速測(cè)點(diǎn)分布圖Fig.2 The distribution of measuring points of wind speed

圖3 玻璃與玻璃框架的連接方式Fig.3 The connection of glass and frame

本實(shí)驗(yàn)采用點(diǎn)支承的玻璃安裝方式，玻璃與玻璃框架的連接方式如圖3所示。玻璃與玻璃框架的連接，每一個(gè)孔有一個(gè)螺栓和兩個(gè)螺母來(lái)完成固定，玻璃上有A，B，C，D四個(gè)孔，因此為了使得玻璃能夠安裝牢固，每一組實(shí)驗(yàn)都需要8個(gè)螺母。每一個(gè)孔的孔徑為10 mm，孔徑中心距最近的玻璃邊緣為35 mm。

圖4 點(diǎn)式支撐安裝方式玻璃表面熱電偶分布Fig.4 The distribution of thermocouples in the glass surface

熱電偶的布置如圖4所示。TC1，TC3，TC5，TC7，TC9布置在熱荷載的一側(cè)，直接測(cè)量熱輻射源一側(cè)玻璃表面的溫度。TC2，TC4，TC6，TC8，TC10布置在風(fēng)荷載的一側(cè)，直接測(cè)量風(fēng)荷載一側(cè)玻璃表面的溫度。TC11測(cè)量玻璃熱輻射源一側(cè)中心點(diǎn)附近的溫度。熱電偶TCi測(cè)量的溫度用Ti表示。TC1～TC10位于孔徑周圍且距孔徑中心15 mm(如圖4所示)。為了保證實(shí)驗(yàn)時(shí)箱體的密封性，玻璃安裝在一個(gè)玻璃框架的槽內(nèi)。則本實(shí)驗(yàn)定義3種溫差：

溫差ΔT1公式為：

(2)

溫差ΔT2公式為：

(3)

其中，Tmax是破裂時(shí)刻玻璃表面的最大溫度，Tmin是破裂時(shí)刻玻璃表面的最小溫度。

溫差ΔT公式為：

(4)

本實(shí)驗(yàn)研究在熱荷載不變的情況下，改變玻璃另一側(cè)的風(fēng)速，研究其對(duì)玻璃破裂行為的影響。實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建完成后對(duì)浮法玻璃一共進(jìn)行了12組實(shí)驗(yàn)，可依次標(biāo)記為4個(gè)工況，分別按照0m/s、2m/s、5m/s、8m/s來(lái)改變施加在玻璃風(fēng)載荷側(cè)的風(fēng)速。實(shí)驗(yàn)工況詳見(jiàn)表1。為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每種工況做三組實(shí)驗(yàn)。本文使用的玻璃的相關(guān)力學(xué)和光學(xué)參數(shù)如下：密度ρ=2360 kg/m3，彈性模量E=61.6MPa， 泊松比v=0.22，韋氏硬度Hv=5.99 GPa，可見(jiàn)光透射率τv=0.77，傳熱系數(shù)U=5.70 W/(m2·℃)。

表1 實(shí)驗(yàn)工況概述

實(shí)驗(yàn)采用了單一變量的科學(xué)方法來(lái)研究玻璃的破裂行為，保持對(duì)玻璃的加熱功率和熱輻射源與玻璃表面的距離不變，通過(guò)改變風(fēng)速的大小來(lái)控制實(shí)驗(yàn)的條件。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析討論

由表2可以看出，所有玻璃在實(shí)驗(yàn)中全部發(fā)生起裂。在無(wú)風(fēng)狀態(tài)下玻璃發(fā)生起裂的位置全部在玻璃表面的打孔處，而有風(fēng)狀態(tài)下，有3組實(shí)驗(yàn)玻璃的起裂位置發(fā)生在玻璃的邊緣，其它的也發(fā)生在玻璃表面打孔處。玻璃的起裂位置僅僅是研究玻璃破裂的一方面，玻璃破裂時(shí)的溫差，有荷載情況下玻璃表面溫度的變化，玻璃首次破裂時(shí)間等都是研究玻璃破裂非常重要的參數(shù)。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總表

2.1 玻璃表面溫度變化

圖5是不同風(fēng)速下玻璃表面及熱荷載側(cè)近玻璃表面附近空氣溫度的變化曲線?？梢钥闯觯袦y(cè)點(diǎn)溫度都在一直上升，且熱荷載側(cè)近玻璃表面附近空氣的溫度(TC11)從加熱開(kāi)始就大于玻璃表面任何一個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度，一直持續(xù)到玻璃破裂。組合箱體內(nèi)溫度要高于玻璃表面所有測(cè)點(diǎn)的溫度，因此箱體內(nèi)空氣與玻璃表面存在著熱對(duì)流作用。玻璃不僅受到來(lái)自熱輻射源的輻射加熱作用，同時(shí)也受到玻璃熱輻射源一側(cè)空氣的對(duì)流作用。熱荷載側(cè)近玻璃表面附近空氣的溫度變化存在兩個(gè)不同的階段。圖5a中TC11的斜率變化說(shuō)明空氣的溫度經(jīng)歷一個(gè)非常快的上升過(guò)程，之后溫度的上升率慢慢變小，最后維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。觀察玻璃兩個(gè)表面溫度的變化曲線發(fā)現(xiàn)：在玻璃的熱荷載側(cè)表面，TC1，TC3的溫度要大于玻璃表面中心點(diǎn)的溫度(TC9)，而TC9的溫度又大于TC5和TC7的溫度，即距水平面的高度越高，玻璃表面的溫度越高，其原因是由于組合箱體內(nèi)的空氣受到熱的作用溫度上升，而熱煙氣在浮力的作用下向上流動(dòng)，造成在箱體內(nèi)上部的空氣溫度要高于下部空氣的溫度[11]，上部熱空氣對(duì)玻璃的加熱作用要大于下部空氣對(duì)玻璃的加熱作用，從而使得在熱荷載側(cè)玻璃表面上部溫度要高于下部溫度。在觀察風(fēng)荷載側(cè)玻璃表面的溫度變化曲線呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，原因則可能是熱荷載側(cè)溫度高的玻璃上部對(duì)風(fēng)荷載一側(cè)表面的傳熱作用更大。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的上部溫度遠(yuǎn)高于下部中心點(diǎn)溫度[12]，這與開(kāi)放空間下測(cè)到的溫度變化趨勢(shì)不同。

圖5 不同風(fēng)速下玻璃表面及附近空氣溫度隨時(shí)間的變化曲線Fig.5 The variation of the temperature on the glass surface and inside cabinet in different conditions

圖5a，圖5b，圖5c，圖5d分別給出了四種工況下玻璃表面及附近空氣溫度隨時(shí)間的變化曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，四種工況下，玻璃熱荷載側(cè)近玻璃表面空氣的溫度變化率基本相同。TC1，TC3，TC9在幾組實(shí)驗(yàn)中都是玻璃表面溫度最高的3個(gè)點(diǎn)，主要是因?yàn)闊岣×Φ淖饔檬沟貌Ａ喜勘砻娴臏囟纫哂谙虏勘砻娴臏囟取?/p>

圖6是不同工況下風(fēng)荷載一側(cè)玻璃表面中心點(diǎn)溫度。本文從每一種工況中選取一組實(shí)驗(yàn)中風(fēng)荷載一側(cè)玻璃表面中心點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。所取數(shù)據(jù)從實(shí)驗(yàn)加熱開(kāi)始，到玻璃初次破裂結(jié)束(表2可知風(fēng)速越大，玻璃發(fā)生初次破裂的時(shí)間越短)?？梢钥闯觯S著風(fēng)荷載側(cè)施加風(fēng)速的增加，風(fēng)荷載側(cè)玻璃表面中心點(diǎn)溫度呈遞減的趨勢(shì)。即在玻璃受熱過(guò)程中，風(fēng)荷載的引入有對(duì)玻璃風(fēng)荷載側(cè)表面降溫的作用，且這種降溫效果隨風(fēng)速增大而增強(qiáng)。

圖6 不同工況下風(fēng)荷載一側(cè)玻璃表面中心點(diǎn)溫度Fig.6 The variation of T10 in different conditions

圖7 玻璃表面溫差隨時(shí)間的變化曲線(風(fēng)速0m/s)Fig.7 The variation of temperature difference(ΔT1,ΔT2,ΔT) under no wind

圖7是無(wú)風(fēng)荷載狀態(tài)下玻璃表面溫差隨時(shí)間的變化曲線。其中ΔT1是熱荷載一側(cè)玻璃表面和風(fēng)荷載一側(cè)玻璃表面的平均溫度差，ΔT2是玻璃表面的最大溫度差，ΔT是玻璃中心點(diǎn)熱荷載一側(cè)表面和風(fēng)荷載一側(cè)表面的溫度差。由圖7可知，玻璃表面的溫差都是隨時(shí)間而增大，其中ΔT2變化最大，而ΔT變化最緩慢。由于ΔT1考慮了玻璃表面所有的測(cè)點(diǎn)，得到的結(jié)果越趨向于真實(shí)值，因此，在此采用ΔT1進(jìn)行分析。圖7也可以看出使用這種定義方法更接近三者的平均值。

2.2 風(fēng)速與玻璃破裂時(shí)間及溫差的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示12組實(shí)驗(yàn)中浮法玻璃全部破裂，本文統(tǒng)計(jì)了各實(shí)驗(yàn)工況初次發(fā)生破裂所需要的時(shí)間。結(jié)果表明：在無(wú)風(fēng)荷載狀態(tài)下，點(diǎn)式支承安裝方式下玻璃發(fā)生初次破裂的平均時(shí)間是829 s，是這四種工況中發(fā)生首次破裂所需時(shí)間最長(zhǎng)的；而在風(fēng)荷載速度是8 m/s時(shí)，玻璃發(fā)生首次破裂的平均時(shí)間僅需要579 s，遠(yuǎn)小于無(wú)風(fēng)狀態(tài)下玻璃發(fā)生初次玻璃所需要的時(shí)間，即：玻璃風(fēng)荷載側(cè)表面受到的風(fēng)荷載越大，其發(fā)生首次破裂所需要的時(shí)間越短。圖8是玻璃首次破裂時(shí)間隨風(fēng)荷載變化的擬合曲線。比較無(wú)風(fēng)荷載狀態(tài)與有風(fēng)荷載狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：保持玻璃受到的熱輻射條件不變，玻璃兩側(cè)受到熱荷載和風(fēng)荷載雙重作用時(shí)，風(fēng)荷載的施加會(huì)加速玻璃的破裂，且玻璃受到的風(fēng)荷載越大，這種加速作用就會(huì)越大。原因可能是玻璃在受熱過(guò)程中由于熱脹冷縮會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生向熱輻射一側(cè)的撓度，而風(fēng)的作用會(huì)擴(kuò)大這種撓度[13]，對(duì)玻璃的破裂起到加速作用。

圖8 首次破裂時(shí)間隨風(fēng)速變化曲線Fig.8 Time to first break versus wind speed

圖9是不同工況下溫差ΔT1隨時(shí)間的變化曲線?？梢酝茢喑觯涸诓Ａ蓚?cè)受到熱荷載和風(fēng)荷載雙重作用時(shí)，玻璃表面的溫差是隨著時(shí)間遞增的，玻璃內(nèi)外表面的平均溫差是不斷擴(kuò)大的。在無(wú)風(fēng)狀態(tài)下，玻璃首次起裂時(shí)溫差為78℃，風(fēng)荷載速度為2 m/s時(shí)，玻璃首次起裂時(shí)溫差為75℃，風(fēng)荷載速度為5 m/s時(shí)，玻璃首次起裂時(shí)溫差為69℃，風(fēng)荷載速度為8 m/s時(shí)，玻璃首次起裂時(shí)溫差為62℃。即隨著外部風(fēng)荷載的增加，不僅首次起裂時(shí)間呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，同時(shí)首次破裂表面的溫差ΔT1也呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。

圖9 不同工況下溫差ΔT1隨時(shí)間變化曲線Fig.9 The variation of temperature difference ΔT1 in different conditions

玻璃的破裂是有熱輻射產(chǎn)生的熱應(yīng)力和風(fēng)荷載產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力共同作用的結(jié)果。根據(jù)公式1可知，玻璃內(nèi)部的熱應(yīng)力與玻璃內(nèi)部的溫差是成正比。溫差越大，則玻璃內(nèi)部的熱應(yīng)力越大。而風(fēng)壓是與風(fēng)速成正比的，風(fēng)速越大，作用在玻璃表面的風(fēng)壓就越大。當(dāng)作用在玻璃表面的風(fēng)壓越大，玻璃破裂時(shí)玻璃內(nèi)部的熱應(yīng)力越小，不難推測(cè)出這兩種作用是具有疊加效應(yīng)的。因此，當(dāng)玻璃兩側(cè)受到熱輻射和風(fēng)荷載雙重作用時(shí)，風(fēng)荷載產(chǎn)生的壓力越大，玻璃破裂時(shí)玻璃內(nèi)部的熱應(yīng)力越小(即玻璃內(nèi)部溫差越小)，而由于玻璃表面的溫差隨著時(shí)間的增加而增加，因此玻璃破裂所需的時(shí)間就越短。

2.3 裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)展

在無(wú)風(fēng)狀態(tài)下玻璃起裂的位置全部經(jīng)過(guò)四個(gè)支撐孔，但是在有風(fēng)的情況下出現(xiàn)了3組經(jīng)過(guò)從邊緣破裂的情況(實(shí)驗(yàn)4、實(shí)驗(yàn)5和實(shí)驗(yàn)11)。所有的實(shí)驗(yàn)都是在同一種受熱條件下：即熱輻射功率為90 kW?？赡茉蚴秋L(fēng)荷載的施加改變了玻璃內(nèi)部的應(yīng)力分布，使得玻璃破裂時(shí)最大應(yīng)力出現(xiàn)在玻璃的邊緣，因而起裂的位置也發(fā)生在邊緣。

圖10 玻璃起裂時(shí)刻表面的裂紋擴(kuò)展圖(無(wú)風(fēng))Fig.10 Crack propagation figure when glass is broken under no wind

圖11 玻璃起裂時(shí)刻表面的裂紋擴(kuò)展圖Fig.11 Crack propagation figure when glass is broken in difference conditions

圖12 實(shí)驗(yàn)2中四個(gè)支撐點(diǎn)的內(nèi)外表面溫差Fig.12 Temperature difference in the four support-points in Test 2

圖10是無(wú)風(fēng)狀態(tài)下玻璃裂紋擴(kuò)展圖。相比于圖10(a)和圖10(b)，圖10(c)在玻璃的下部形成孤島1，但未脫落，2和3發(fā)生脫落。原因可能是因?yàn)闉榱吮ＷC實(shí)驗(yàn)腔體密封性的安裝方式使得1部分在孤島形成后脫落過(guò)程中受到玻璃框架的支撐作用沒(méi)有完全的脫落，而2和3并沒(méi)有受到這種支撐，所以發(fā)生了脫落。圖12是實(shí)驗(yàn)2中四個(gè)支撐點(diǎn)(A，B，C，D)的內(nèi)外表面溫差。不難發(fā)現(xiàn)C點(diǎn)的溫差最大，而A點(diǎn)的溫差最小，而本組試驗(yàn)中起裂點(diǎn)發(fā)生在C處。所以在無(wú)風(fēng)狀態(tài)下，首次起裂位置主要發(fā)生在溫差最大的支撐點(diǎn)處。

由圖11可知，當(dāng)玻璃首次起裂時(shí)，分布在玻璃表面的裂紋是隨著施加在玻璃上風(fēng)荷載的增加而變復(fù)雜的。由圖10可知：在無(wú)風(fēng)狀態(tài)下分布在玻璃表面的裂紋很少，實(shí)驗(yàn)2為1個(gè)，實(shí)驗(yàn)1有兩個(gè)，這兩組工況也沒(méi)有形成孤島，而實(shí)驗(yàn)3裂紋為5條。圖11(a)顯示的風(fēng)速為2 m/s時(shí)裂紋的個(gè)數(shù)是6條，圖11(b)顯示風(fēng)速為5 m/s時(shí)裂紋的個(gè)數(shù)是8條，圖11(c)顯示風(fēng)速為8 m/s時(shí)裂紋的個(gè)數(shù)是13條。即風(fēng)荷載越大，在玻璃表面形成的裂紋越復(fù)雜?？赡苁且?yàn)轱L(fēng)荷載改變了玻璃內(nèi)部的應(yīng)力分布，使玻璃的應(yīng)力分布更復(fù)雜。一旦玻璃通過(guò)產(chǎn)生裂紋釋放能量，會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的裂紋。

3 結(jié)論

本文研究外界風(fēng)對(duì)點(diǎn)式支承浮法玻璃破裂行為的影響。重點(diǎn)研究了玻璃破裂時(shí)玻璃表面的溫差和最大溫差、首次破裂時(shí)間及玻璃起裂情況等。得出以下主要結(jié)論：

1.箱體內(nèi)空氣的溫度在上升過(guò)程中溫升速率不斷下降。風(fēng)荷載對(duì)玻璃表面具有冷卻作用，降低了風(fēng)荷載一側(cè)玻璃表面中心點(diǎn)溫度。

2.當(dāng)玻璃兩側(cè)受到熱荷載和風(fēng)荷載雙重作用時(shí)，玻璃發(fā)生破裂是由玻璃所受到的熱應(yīng)力與其受到的機(jī)械應(yīng)力共同作用的結(jié)果，且這兩種作用是有疊加效果的。玻璃破裂時(shí)所受到的機(jī)械應(yīng)力越大，其破裂時(shí)玻璃內(nèi)部所受到的熱應(yīng)力越小，反之亦然。

3.當(dāng)玻璃兩側(cè)受到熱荷載和風(fēng)荷載雙重作用時(shí)，玻璃風(fēng)荷載一側(cè)的風(fēng)速越大，玻璃破裂所需時(shí)間越短。

4.在無(wú)風(fēng)荷載作用下，玻璃破裂的起裂點(diǎn)往往發(fā)生在用于支撐玻璃的孔徑處，但風(fēng)荷載的作用會(huì)導(dǎo)致起裂點(diǎn)可能發(fā)生在玻璃的邊緣。由于風(fēng)荷載改變了玻璃內(nèi)部的應(yīng)力分布，因此風(fēng)荷載越大，在玻璃表面形成的裂紋越復(fù)雜。

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Breakage of float glass with four-point supported under the combined effect of thermal loading and wind loading

ZHAO Han, WANG Yu, WANG Qingsong, CHEN Haodong, SUN Jinhua

(State Key Laboratory of Fire Science, China University of Science and Technology , HeFei 230026, China)

The glass breakagebehavior is significantly affected by the compartment fire and environmental wind in high-rise building fire. In this work, the four-point supported glass panes, with a dimension of 600 mm× 600 mm× 6 mm, are employed in experiments to study the glass breakage behavior. The glass breaking time, crack initiation and propagation are obtained, and the temperature difference on the glass is calculated. The wind load significantly affects the response characteristics of glass breakage: When glass fa?ade is under the combined effect of wind loading and thermal loading, the wind load can accelerate the glass fracture. The results provide useful knowledge for the fire protection of glass fa?ades.

Glass fa?ades; Thermal radiation; Wind load; Time to first crack

2016-03-12；修改日期：2016-04-25

國(guó)家自然科學(xué)基金(51578524)；國(guó)家重點(diǎn)研究基礎(chǔ)發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(2012CB719702)。

趙寒(1991-)，男，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境風(fēng)與火災(zāi)耦合作用下玻璃的破裂機(jī)理研究。

王青松，E-mail：pinew@ustc.edu.cn

1004-5309(2016)-00093-07

10.3969/j.issn.1004-5309.2016.02.06

X93; X932

A