本發(fā)明涉及玻璃幕墻結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別涉及一種獲取冷彎扭曲單片鋼化玻璃承載力的方法。

背景技術(shù)：

近年來隨著建筑設(shè)計的發(fā)展和多元化，建筑外立面造型呈現(xiàn)出前所未有的獨(dú)特性和復(fù)雜性，同時曲面玻璃幕墻也被大量應(yīng)用到建筑外立面的設(shè)計中。長期以來，玻璃幕墻曲面造型的實現(xiàn)主要有兩種方式：一種方式是將曲面劃分為較小的單元，利用較小的平面玻璃板拼接近似模擬曲面效果，顯然這很難達(dá)到設(shè)計的建筑整體藝術(shù)效果，同時當(dāng)玻璃幕墻的曲面造型較復(fù)雜時，則可能需要將玻璃面板劃分為大小不一、不同形狀的板塊，所以這種曲面造型的施工方式僅適用于較規(guī)則的曲面造型且彎曲幅度較小的玻璃幕墻；別一種方式是將玻璃面板劃分為規(guī)則的板塊，然后在工廠依據(jù)設(shè)計的曲面造型要求逐一進(jìn)行熱彎成型，這種方式能夠保證較好的建筑效果，但工程造價將大幅提高，對工藝要求較高，同時耗能較大，尤其是非常復(fù)雜的曲面玻璃幕墻造型，可能要針對每塊曲面玻璃板單獨(dú)制作一個熱彎成型的模具，如此一來，制作成本和加工工藝的難度都大大增加。于是，一種針對曲面玻璃幕墻新型施工方法便應(yīng)運(yùn)而生，即玻璃幕墻的冷彎成型法，該施工方法充分利用了玻璃自身具有一定彈性變形能力的特點，施工時先按幕墻曲面的造型安裝好支承體系，然后根據(jù)設(shè)計的曲面玻璃幕墻造型，在平面玻璃板上設(shè)計一定的作用力使其強(qiáng)制就位，這種施工方法能很好地滿足對于建筑藝術(shù)造型的要求，并且施工方法簡潔，能大幅縮短施工工期，由于避免了制作大量熱彎模具，成本也有顯著降低，因此，近年來冷彎成型施工方法在國內(nèi)外一些大型復(fù)雜 工程建設(shè)項目中得到運(yùn)用。

雖然冷彎成型的玻璃幕墻在不少工程項目中得到運(yùn)用，但目前關(guān)于冷彎成型玻璃幕墻的相關(guān)試驗和理論研究成果極少，同時我國現(xiàn)行玻璃幕墻設(shè)計規(guī)范《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》(JGJ102-2003)和《點支式玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程》(CECS127：2001)，均未對冷彎成型玻璃幕墻的設(shè)計和計算進(jìn)行相關(guān)規(guī)定，目前幾乎所有涉及冷彎成型玻璃幕墻工程項目的設(shè)計和施工都需要單獨(dú)依靠經(jīng)驗和根據(jù)工程的實際情況設(shè)計試驗進(jìn)行模擬，冷彎過程中應(yīng)力分布情況，通過最大應(yīng)力判斷冷彎的安全性能，玻璃不同的曲面造型在設(shè)計風(fēng)壓作用下應(yīng)力和撓度是否滿足規(guī)范要求，沒有統(tǒng)一的規(guī)范規(guī)定，使得造成了大量的人力、物力、財力的浪費(fèi)，這給工程項目的設(shè)計和施工帶來了極大的不便。

公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種獲取冷彎扭曲單片鋼化玻璃承載力的方法，從而克服現(xiàn)行玻璃幕墻設(shè)計規(guī)范均未對冷彎成型玻璃幕墻的設(shè)計和計算進(jìn)行相關(guān)規(guī)定，使得工程造成了大量的人力、物力、財力的浪費(fèi)的缺點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種獲取冷彎扭曲單片鋼化玻璃承載力的方法，包括以下步驟：

S101：獲取單片平面鋼化玻璃在風(fēng)荷載作用下的初始最大應(yīng)力和初始最大撓度；

S102：對所述單片平面鋼化玻璃冷彎扭曲，獲取冷彎扭曲后單片平面鋼化玻璃的玻璃厚度和扭曲率；

S103：根據(jù)所述玻璃厚度和所述扭曲率分別獲取冷彎扭曲單片鋼化玻璃 在風(fēng)荷載作用下的冷彎應(yīng)力系數(shù)和冷彎撓度系數(shù)；

S104：根據(jù)所述冷彎應(yīng)力系數(shù)結(jié)合初始最大應(yīng)力和根據(jù)所述冷彎撓度系數(shù)結(jié)合初始最大撓度分別獲取冷彎扭曲單片鋼化玻璃的實際最大應(yīng)力、實際最大撓度。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，獲取冷彎扭曲后所述單片平面鋼化玻璃的玻璃厚度和扭曲率具體包括：

S201：建立所述單片平面鋼化玻璃冷彎扭曲的有限元模型；

S202：根據(jù)有限元模型模擬獲取冷彎扭曲單片鋼化玻璃對應(yīng)單片平面鋼化玻璃的模擬最大應(yīng)力、模擬最大撓度；

S203：根據(jù)所述模擬最大應(yīng)力和所述初始最大應(yīng)力獲取模擬冷彎應(yīng)力系數(shù)，根據(jù)所述模擬最大撓度和所述初始最大撓度獲取模擬冷彎撓度系數(shù)；

S204：基于所述模擬冷彎應(yīng)力系數(shù)和所述模擬冷彎撓度系數(shù)提取單片平面鋼化玻璃冷彎扭曲后的玻璃厚度和扭曲率。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述單片平面鋼化玻璃的初始最大應(yīng)力具體為：

${\mathrm{\σ}}_{wk1}=\frac{6{\mathrm{mw}}_k{b}^2}{t^2}\mathrm{\η}---\left(1\right)$

所述單片平面鋼化玻璃的初始最大撓度具體為：

$d_{f1}=\frac{{\mathrm{\μw}}_k{b}^4}{D}\mathrm{\η}---\left(2\right)$

其中，σ_wk1為初始最大應(yīng)力，w_k為垂直于玻璃幕墻平面的風(fēng)荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值，η折減系數(shù)，b為支承間矩形玻璃長邊邊長，t為玻璃厚度，d_f1為初始最大撓度，m為彎矩系數(shù)，μ為撓度系數(shù)，D為單片鋼化玻璃剛度。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述冷彎應(yīng)力系數(shù)為：

λ_σ＝(2.64t+1.72)β+1 (3)

所述冷彎撓度系數(shù)為：

λ_d＝(3.05t-4.93)β+1 (4)

其中，t為玻璃厚度，β為扭曲率。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述實際最大應(yīng)力為：

${\mathrm{\σ}}_{wk}=\frac{6{\mathrm{mw}}_k{b}^2}{t^2}\mathrm{\η}\[(2.64t+1.72)\mathrm{\β}+1\]---\left(5\right)$

所述實際最大撓度為：

$d_f=\frac{{\mathrm{\μw}}_k{b}^4}{D}\mathrm{\η}\[(3.05t-4.93)\mathrm{\β}+1\]---\left(6\right)$

其中，σ_wk為實際最大應(yīng)力，d_f為實際最大撓度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明提出冷彎扭曲單片鋼化玻璃在風(fēng)荷載作用下承載力設(shè)計方法，為冷彎單片鋼化玻璃板相關(guān)設(shè)計規(guī)范的編制提供良好的參考依據(jù)，為冷彎玻璃幕墻的設(shè)計和計算提供指導(dǎo)建議。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明獲取冷彎扭曲單片鋼化玻璃承載力的方法的流程圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明玻璃冷彎及冷彎成型后在均布荷載作用下的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實施方式的限制。

除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“包 括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。

現(xiàn)行玻璃幕墻設(shè)計規(guī)范中，對點支單片平面鋼化玻璃在風(fēng)荷載作用下，玻璃截面初始最大應(yīng)力和初始最大撓度標(biāo)準(zhǔn)值可按下列公式計算：

${\mathrm{\σ}}_{wk1}=\frac{6{\mathrm{mw}}_k{b}^2}{t^2}\mathrm{\η}---\left(1\right)$

$d_{f1}=\frac{{\mathrm{\μw}}_k{b}^4}{D}\mathrm{\η}---\left(2\right)$

$\mathrm{\θ}=\frac{w_k{b}^4}{{\mathrm{Et}}^4}---\left(3\right)$

式中：θ為參數(shù)；σ_wk1為風(fēng)荷載作用下冷彎玻璃的初始最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm²)；w_k為垂直于玻璃幕墻平面的風(fēng)荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm²)；b為支承間矩形玻璃長邊邊長(mm)；t為玻璃厚度(mm)；E為玻璃的彈性模量(N/mm²)；d_f1為在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下初始撓度最大值(mm)；η折減系數(shù)；m為彎矩系數(shù)，按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003表8.1.5-1采用；μ為撓度系數(shù)，按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003表8.1.5-2采用；D為單片鋼化玻璃剛度，按下式計算：

$D=\frac{{\mathrm{Et}}^3}{12(1-v^2)}---\left(4\right)$

式中，ν為泊松比。

本申請中各個參數(shù)的的含義及取值仍與現(xiàn)行規(guī)范一致，同時引入兩個冷彎影響參數(shù)：冷彎應(yīng)力系數(shù)λ_σ和冷彎撓度系數(shù)λ_d，其含義分別為相同外觀尺寸的冷彎成型玻璃與平面玻璃在相同荷載作用下最大應(yīng)力比值和最大撓度比值，現(xiàn)在將冷彎扭曲成型鋼化玻璃在風(fēng)荷載作用下的最大應(yīng)力和最大撓度的求解，轉(zhuǎn)化為對λ_σ和λ_d變化規(guī)律的研究。

如圖1所示，根據(jù)本實施例優(yōu)選的獲取冷彎扭曲單片鋼化玻璃承載力的方法，包括以下步驟：

S101：獲取單片平面鋼化玻璃在風(fēng)荷載作用下的初始最大應(yīng)力和初始最大撓度；

S102：對單片平面鋼化玻璃冷彎扭曲，獲取冷彎扭曲后單片平面鋼化玻璃的玻璃厚度和扭曲率；

S103：根據(jù)玻璃厚度和扭曲率分別獲取冷彎扭曲單片鋼化玻璃在風(fēng)荷載作用下的冷彎應(yīng)力系數(shù)和冷彎撓度系數(shù)；

S104：根據(jù)冷彎應(yīng)力系數(shù)結(jié)合初始最大應(yīng)力和根據(jù)冷彎撓度系數(shù)結(jié)合初始最大撓度分別獲取冷彎扭曲單片鋼化玻璃的實際最大應(yīng)力、實際最大撓度。

步驟S102中獲取冷彎扭曲后單片平面鋼化玻璃的玻璃厚度和扭曲率具體包括：

S201：建立單片平面鋼化玻璃冷彎扭曲的有限元模型；

其中，根據(jù)單片平面鋼化玻璃冷彎成型的承載試驗結(jié)果，試驗示意圖見圖2，在圖2中，玻璃長邊和短邊邊長分別為a和b，玻璃厚度為t。首先，將矩形玻璃通過約束角鋼1水平放置在設(shè)計的鋼框架上，保證玻璃P1、P3、P4三個角點固定在同一平面上，利用加載裝置在P2角點施加垂直玻璃表面向下的冷彎位移s，然后利用鋼壓板將玻璃兩條長邊固定，兩條短邊呈自由邊界條件。再在冷彎成型的曲面玻璃表面施加均布荷載F。運(yùn)用有限元分析軟件ABAQUS建立單片平面鋼化玻璃冷彎扭曲的有限元模型。

S202：根據(jù)有限元模型模擬獲取冷彎扭曲單片鋼化玻璃對應(yīng)單片平面鋼化玻璃的模擬最大應(yīng)力、模擬最大撓度；

對有限元模擬結(jié)果進(jìn)行L₁₆(4⁴)正交設(shè)計，其中玻璃厚度t取四種水平，即6mm、8mm、10mm、12mm，玻璃短邊與長邊之比a/b取四種水平，即0.4(1000mm/2500mm)、0.6(1500mm/2500mm)、0.8(2000mm/2500mm)、1.0(2500mm/2500mm)，將冷彎位移s與玻璃對角線長度c的2倍的比值定義為扭曲率β，即β＝s/2c×100％，扭曲率β取四種水平，即0.25％、0.50％、0.75％、 1.00％，均布荷載q取四種水平，即0.5kN/m²、1.0kN/m²、1.5kN/m²、2.0kN/m²，模擬得到冷彎扭曲單片鋼化玻璃及對應(yīng)單片平面鋼化玻璃的模擬最大應(yīng)力和模擬最大撓度。

S203：根據(jù)模擬最大應(yīng)力和初始最大應(yīng)力獲取模擬冷彎應(yīng)力系數(shù)，根據(jù)模擬最大撓度和初始最大撓度獲取模擬冷彎撓度系數(shù)；

S204：基于模擬冷彎應(yīng)力系數(shù)和模擬冷彎撓度系數(shù)提取單片平面鋼化玻璃冷彎扭曲后的玻璃厚度和扭曲率。

根據(jù)正交模擬結(jié)果對模擬冷彎應(yīng)力系數(shù)λ_σ和模擬冷彎撓度系數(shù)λ_d進(jìn)行方差分析，表明主要影響因素是玻璃厚度t和扭曲率β，因此，可以通過主要影響因素玻璃厚度t和扭曲率β對冷彎應(yīng)力系數(shù)λ_σ和冷彎撓度系數(shù)λ_d進(jìn)行求解。

接下來，在步驟S103中，僅考慮主要影響因素對λ_σ和λ_d進(jìn)行線性回歸分析得到λ_σ和λ_d的擬合公式見下式。

λ_σ＝(2.64t+1.72)β+1 (5)

λ_d＝(3.05t-4.93)β+1 (6)

所以，根據(jù)冷彎應(yīng)力系數(shù)λ_σ的定義，步驟S104中冷彎扭曲單片玻璃在風(fēng)荷載作用下實際最大應(yīng)力的計算，可按現(xiàn)行玻璃幕墻規(guī)范對平面玻璃的公式(1)計算最大應(yīng)力，按擬合公式(5)計算冷彎應(yīng)力系數(shù)λ_σ，然后將兩者相乘即可得到。計算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{wk}=\frac{6{\mathrm{mw}}_k{b}^2}{t^2}\mathrm{\η}\[(2.64t+1.72)\mathrm{\β}+1\]---\left(7\right)$

式中：σ_wk為風(fēng)荷載作用下冷彎扭曲玻璃的實際最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm²)；w_k為垂直于玻璃幕墻平面的風(fēng)荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm²)；m為彎矩系數(shù)，按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003表8.1.5-1采用；b為支承間矩形玻璃長邊邊長(mm)；η為折減系數(shù)，按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003表6.1.2-2采用。t為玻璃厚度(mm)；β為扭曲率。

根據(jù)冷彎撓度系數(shù)λ_d的定義，冷彎扭曲單片玻璃在風(fēng)荷載作用下實際最大撓度的計算，可按現(xiàn)行玻璃幕墻規(guī)范對平面玻璃的公式(2)計算最大撓度，然后按擬合公式(6)計算冷彎撓度系數(shù)λ_d，兩者相乘即可得到。計算公式如下：

$d_f=\frac{{\mathrm{\μw}}_k{b}^4}{D}\mathrm{\η}\[(3.05t-4.93)\mathrm{\β}+1\]---\left(8\right)$

式中：d_f為風(fēng)荷載作用下冷彎扭曲玻璃實際撓度最大值(mm)；w_k為垂直于玻璃幕墻平面的風(fēng)荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm²)；μ為撓度系數(shù)，按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003表8.1.5-2采用；b為支承間矩形玻璃長邊邊長(mm)；η為折減系數(shù)，按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003表6.1.2-2采用。D為單片玻璃的剛度，可按式(4)計算；t為玻璃厚度(mm)；β為扭曲率。

綜上，本發(fā)明關(guān)鍵在于引入兩個冷彎影響參數(shù)：冷彎應(yīng)力系數(shù)λ_σ和冷彎撓度系數(shù)λ_d，建立起冷彎成型玻璃與普通平面玻璃的聯(lián)系，從而簡化了冷彎玻璃的計算分析，并通過有限元軟件模擬得到冷彎應(yīng)力系數(shù)λ_σ和冷彎撓度系數(shù)λ_d的計算公式，得到了冷彎玻璃最大應(yīng)力和最大撓度的計算公式。

同時，本申請是在試驗和理論分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)行玻璃幕墻設(shè)計規(guī)范，提出了冷彎扭曲單片鋼化玻璃在風(fēng)荷載作用下最大應(yīng)力和最大撓度的計算公式，為冷彎成型玻璃幕墻工程項目的設(shè)計和施工提供統(tǒng)一的設(shè)計依據(jù)，對冷彎單片玻璃板相關(guān)設(shè)計規(guī)范的編制具有良好參考價值，避免了對冷彎成型玻璃幕墻工程項目施工都需要單獨(dú)進(jìn)行試驗和理論分析，節(jié)省大量的人力、物力、財力。

前述對本發(fā)明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對示例性實施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。 本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。