Strength Design Methods for Glass Structures

Abstract: Popular Abstract in Swedish Glas som konstruktionsmaterial är relativt nytt och har blivit mer utbrett på grund av tekniska framsteg inom produktion av planglas, för vidarebearbetning av det tillverkade glaset och utvecklingen inom datorbaserade analysmetoder som finita elementmetoden. Jämfört med andra konstruktionsmaterial, till exempel betong, är kunskapen om glasets mekaniska egenskaper och strukturmekaniska beteende mindre. Standarddimensioneringsmetoden inom konstruktion går ut på att dimensionerna hos en struktur bestäms genom att se till att de högsta spänningarna inte är större än materialets hållfasthet någonstans i strukturen. Den här typen av dimensionering är vanlig vid glaskonstruktion. Vid användning av den här metoden är det viktigt att de maximala spänningarna bestäms med tillförlitlighet. Glas är ett sprött material som inte deformeras plastiskt innan brott. Spänningskoncentrationer som uppstår vid exempelvis ett borrhål reduceras därför inte. Det finns ett stort intresse för att bygga med glas i bärande delar av konstruktioner och att i glaskonstruktioner använda så lite annat material som möjligt. För att uppnå detta används infästningstyper som bultförband och limfogar. Tyvärr saknas det enkla och säkra dimensioneringskriterier och verktyg för att konstruera med glas utom för fall med enkla geometrier, infästningtyper och laster. Att utföra experiment är möjligt men det blir dyrt och inte så effektivt att utföra dimensionering på det sättet. Syftet med det här arbetet är att utveckla metoder för att utföra effektiv dimensionering av avancerade glasstrukturer med olika infästningstyper och som utsätts för olika lastfall. En ny metod baserad på finita elementmetoden implementeras för att beräkna spänningsfördelningarna i avancerade strukturer av laminerat glas korrekt och effektivt. Den här metoden utgör en bas för utvecklingen av en analytisk dimensioneringsmetod för bultinfästa balustrader av laminerat glas. Metoden utgör ett komplement för att dimensionera den här typen av struktur och är lättare att använda än finita elementmetoden. Med hjälp av metoden kan spänningarna i balustraden bestämmas med hjälp av enkla formler och diagram. En del av avhandlingen fokuserar på limfogar. Limfogar belastas ofta i skjuvning. Därför analyseras vanligt använda limmers skjuvkapacitet och finita elementmodeller tas fram så att limfogarna ska kunna analyseras med hjälp av beräkningar. Glasstrukturer kan behöva dimensioneras för så kallad tung stöt. Det innebär att en vikt släpps i en pendelrörelse mot glaset. Inom ramen för detta arbete utvecklas en förenklad metod för att dimensionera glas för tung stöt. Förenklingarna går mestadels ut på att skapa mindre modeller. Fördelen med metoden är att den är flexibel och kan användas för olika glastyper och för olika typer av infästningar. I bland annat fönster och fasader är det vanlig att använda isolerglas. Ett isolerglas består av två eller flera glas med mellanliggande gasspalt(er). I den här avhandlingen används strukturakustisk analys för att modellera isolerglas utsatt för tung stöt. Förutom att visa att den föreslagna metoden utgör ett hjälpmedel vid dimensionering, så används metoden för att utöka kunskapen om det strukturmekaniska beteendet hos isolerglas när det utsätts för stöt. v