The paper presents an analysis of the dynamic response of laminated glass subjected to soft-body impact in intact and post-fracture states. An authorial methodology based on PN-EN 12600 was used, extended to include post-fracture assessment. Experimental results were compared with FEM modelling, allowing evaluation of the cracked pane’s influence on deflection and determination of the reduced stiffness of glass after damage.
PL
W artykule przedstawiono analizę dynamicznej odpowiedzi szkła laminowanego, poddanego uderzeniu ciała miękkiego, w stanie nieuszkodzonym i awaryjnym. Wykorzystano autorską metodę bazującą na PN-EN 12600, rozszerzoną o ocenę zachowania po spękaniu szkła. Wyniki porównano z modelem MES, określając wpływ spękanej tafli na ugięcie elementu oraz wyznaczając zredukowaną sztywność szkła w stanie po uszkodzeniu.
Artykuł omawia wybrane zagadnienia związane z projektowaniem ścian całoszklanych, będących samonośnymi przegrodami wykonanymi ze szkła. Przedstawiono charakterystyki materiałowe i statyczne tych konstrukcji oraz omówiono znaczenie żeber szklanych jako elementów zapewniających sztywność i stateczność układu. Szczególną uwagę poświęcono analizie wyboczenia tafli szklanych, wskazując na przydatność krzywych wyboczeniowych jako narzędzia obliczeniowego. Omówiono specyfikę połączeń liniowych i punktowych oraz wpływ ich kształtu na lokalne naprężenia. W dalszej części opisano metody określania grubości efektywnej szkła laminowanego, porównując podejścia normowe i numeryczne. Ostatnia część dotyczy wytrzymałości szkła, uwzględniając wpływ mikropęknięć, korozji chemicznej oraz zmęczenia statycznego. Artykuł podkreśla potrzebę dopracowania wytycznych projektowych oraz rosnący potencjał szkła jako materiału nośnego w nowoczesnym budownictwie.
EN
The article discusses selected issues related to the design of all-glass walls, which are self-supporting partitions made of glass. It presents the material and structural characteristics of such systems and the importance of glass fins as elements ensuring stiffness and stability. Particular attention is given to the analysis of glass pane buckling, emphasizing the usefulness of buckling curves as a design tool. The paper examines both linear and point connections and their influence on local stress concentrations. Further sections describe methods for determining the effective thickness of laminated glass, comparing code-based and numerical approaches. The final part addresses the strength of glass, taking into account the effects of microcracks, chemical corrosion and static fatigue. The article stresses the need for improved design guidelines and recognizes the growing potential of glass as a load-bearing material in contemporary construction.
For many years, the transparency of glass has been a major feature that has excited architects to search for new applications for this material in architecture. Laminated glass is commonly used for structural elements. This requires a durable bond between at least two glass layers and an interlayer. When the glass is fractured, the interlayer holds the glass fragments together. Introducing reinforcement into the cross-section of glass laminates is a way to improve the load-bearing capacity in the post-failure phase. This paper summarises the main results of the research project "Innovative solutions for point-fixed laminated glass with increased load-bearing capacity" funded by the National Centre for Research and Development (NCBR) under the LIDER XI Programme. The article presents the results of destructive tests on laminated glass panes in three load configurations: in-plane, perpendicular to the plane, and combined loading. An important aspect of the work is the testing of full-scale elements. The results of the research can be applied directly to the safety analysis of glass structures, making them significant in terms of failure prevention.
PL
Praca podsumowuje główne rezultaty projektu badawczego “Innowacyjne rozwiązania dla szkła laminowanego mocowanego punktowo o zwiększonej nośności pokrytycznej”, finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBR), w ramach Programu LIDER XI. Artykuł przedstawia wyniki badań niszczących laminowanych tafli w trzech układach obciążeń: w płaszczyżnie tafli, prostopadle do jej płaszczyzny oraz obciążenie kombinowane. Ważnym elementem pracy są również badania elementów wskali rzeczywistej.Wyniki badań mogą mieć wprost zastosowaniewanalizie bezpieczeństwa konstrukcji wykonanych ze szkła, a zatem są istotne w aspekcie zapobiegania awariom.
W artykule omówiono badanie nośności awaryjnej laminowanej płyty szklanej mocowanej punktowo. Celem badania było sprawdzenie nośności płyty w sytuacji po zbiciu górnej tafli szkła. Badanie obejmowało trzy etapy: obciążenie wstępne płyty, ponowne obciążenie po zbiciu górnej warstwy oraz obciążenie do momentu zniszczenia. Wyniki pokazały, że po zbiciu górnej tafli płyta nadal może przenosić obciążenia dzięki współpracy międzywarstwy z folii EVA z pozostałymi warstwami. Wnioski płynące z artykułu wskazują, że badany rodzaj płyty szklanej ze zbitą górną warstwą nadal jest bezpieczny dla użytkowników i może być eksploatowany bez potrzeby natychmiastowej wymiany. W artykule opisano również procesy technologiczne powstawania płyt szklanych, w tym hartowanie i laminację.
EN
The article discusses a test of the robustness of a point-fixed laminated glass plate. The purpose of the test was to check the load carrying capacity of the plate in an emergency situation, after the top sheet of glass was shattered. The test included three stages: preloading of the slab, reloading after the top layer was shattered and loading until failure. The results showed that after the top layer is broken, the panel can still carry the load due to the cooperation of the EVA foil interlayer with the other layers. The conclusions of the article indicate that a tested type of glass slab with a broken top layer is still safe for users and can be operated without the need for immediate replacement. The article also describes the technological processes of glass plate formation, including tempering and lamination.
The paper deals with the phenomenon of post-breakage capacity in point-fixed laminated glass elements. It reports the results of an ongoing research project aimed at developing a reinforced point-fixed laminated glass element with locally embedded steel mesh. In total, 36 specimens (300 x 300 mm2) varying in the thickness of component panes (8, 10 and 12 mm) and the diameter of the reinforcing inserts (75, 110 and 150 mm) were tested. The specimens comprised two toughened glass panes, an EVA Clear interlayer and a woven steel mesh consisting of wires (0.35 mm in diameter) at a spacing of 1 x 1 mm2. The tests were carried out in a spatial testing machine allowing the point connector to be loaded at an angle of 45 degrees. This way of loading the fastener corresponds to its loading condition in an actual application (e.g. a glass canopy with diagonal rods). All samples presented similar behaviour during testing. In the first phase, the relationship between the load and the displacement refers to the elastic response of the sample to the load. Following the glass failure, there is a sudden drop in the force due to the loss of tensile stiffness of fractured glass. After this stage, progressive degradation of the samples occurs due to further loading. In this phase, the force is initially increasing and stabilising – this point is considered an ultimate failure (in the post-breakage phase), and the experiment is terminated. For all test series, the reinforcement increases the post-breakage capacity.
PL
Artykuł dotyczy zjawiska nośnosci pokrytycznej elementów mocowanych punktowo wykonanych ze szkła laminowanego. Przedstawia wyniki projektu badawczego mającego na celu opracowanie wzmocnionego, mocowanego punktowo elementu wykonanego ze szkła laminowanego z lokalnie osadzoną siatką stalową. Łącznie przebadano 36 próbek (300 mm x 300 mm) różniących się grubością tafli (8, 10 i 12 mm) oraz średnicą siatki wzmacniającej (75, 110 i 150 mm). Próbki składały się z dwóch tafli szkła hartowanego, folii EVA Clear oraz plecionej, stalowej siatki wykonanej z drutów o średnicy 0,35 mm w rozstawie 1 mm x 1 mm. Badania prowadzono w przestrzennej maszynie wytrzymałościowej umożliwiającej obciążanie łącznika punktowego pod kątem 45 stopni. Ten sposób obciążenia łącznika odpowiada jego stanowi obciążenia w rzeczywistym zastosowaniu (np. szklany daszek z wieszakami). Wszystkie próbki wykazały podobne zachowanie w czasie badań. W pierwszej fazie zależność między obciążeniem a przemieszczeniem odnosi się do sprężystej odpowiedzi próbki na obciążenie. Po zarysowaniu szkła następuje nagły spadek siły z powodu utraty sztywności na rozciąganie zarysowanego szkła hartowanego. Po tym etapie następuje postępująca degradacja próbek w wyniku dalszego obciążania. W tej fazie siła początkowo rośnie, po czym ulega stabilizacji – ten punkt jest uważany za obciążenie graniczne (w stanie pokrytycznym) i eksperyment przerwano. W przypadku wszystkich serii badawczych, osadzenie siatki stalowej w warstwie folii zwiększyło nośność w stanie pokrytycznym. Badania przeprowadzono w ramach projektu badawczego "Innowacyjne rozwiązania dla szkła laminowanego mocowanego punktowo o zwiększonej nośności pokrytycznej” finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu LIDER XI.
This article presents the issue of the in-plane post-breakage capacity of laminated glass elements. It presents the results of an ongoing research project that aims to develop novel reinforced, laminated glass elements with embedded steel woven mesh and increased post-breakage capacity. The research was focused on tensile strength tests in a custom-made experimental set-up. The tests were carried out on laminated glass samples consisting of two glass panes with 8, 10 and 12 mm thicknesses, bonded with an EVA Clear interlayer (3.04 mm thick). A total of 36 reference and reinforced samples were tested (6 series of 6 samples each). During the tests, an increase in load after glass breakage was observed for all samples, however, the samples reinforced with steel mesh showed much better strength in the post-breakage phase. It was found that the steel woven mesh embedded in laminated glass increases the post-breakage capacity by approximately 300% compared to the reference samples.
W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu lokalnego wzmocnienia laminatu szklanego za pomocą stalowej siatki tkanej na nośność pokrytyczną elementu. Przebadano łącznie 16 próbek referencyjnych i wzmocnionych. W badaniach monotonicznych wykazano, że wzmocnienie korzystnie wpływa na nośność laminatów szklanych w fazie pokrytycznej. Zwiększa nośność pokrytyczną badanych próbek o 51, 117 i 166% odpowiednio w przypadku próbek z siatką o średnicy 75, 110 i 150 mm.
EN
The article presents results of laboratory tests of point-fixed laminated glass samples with local reinforcement in the form of a steel woven mesh. A total of 16, reference and reinforced samples, were tested. It was found that the reinforcement has a positive effect on the post-breakage capacity of the laminated glass. Local reinforcement in the glass increases the post-breakage strength by 51, 117 and 166% for samples with a reinforcement diameter of 75, 110 and 150 mm, respectively.
Glass is a material commonly used in construction. The development of technology related to it, and the increase in knowledge concerning its mechanical and strength properties offer opportunities for glass to be applied as a structural material. The advancement in glass structures, methods for their design, as well as guidelines and standards in this fields are being developed in parallel. This article describes the main assumptions contained in the German TRxV guidelines, the series of German DIN 18008 standards, and the European EN 16612, and EN 16613 standard. Moreover, the following article presents the concept of structural glass design included in the draft pre-standard prCEN/TS 19100, which provides the basis for the formulation of the European standard Eurocode 10. According to this pre-standard, structural elements of glass will be verified in four limit states, depending on the Limit State Scenario (LSS). Apart from the classic limit states, i.e., the ultimate limit state (ULS), and the serviceability limit state (SLS), it is also assumed to introduce a fracture limit state (FLS), and post-fracture limit state (PFLS). The article also addresses the issue of laminated glass working in structural elements. Depending on the coupling between the glass panes and the polymer or ionomer interlayers, laminated glass can be divided into complete coupled or uncoupled, and can work in intermediate situations. The methods for determining the effective thickness contained in European standards and guidelines are discussed in this article.
PL
Szkło jest materiałem powszechnie stosowanym w budownictwie. Rozwój jego technologii oraz wzrost wiedzy dotyczącej właściwości mechanicznych i wytrzymałościowych sprzyja również możliwościom stosowania szkła jako materiału konstrukcyjnego. Konstrukcyjne zastosowanie szkła jest szczególnie istotne dla kształtowania rozwiązań architektonicznych, w których transparentność stanowi szczególną cechę estetyczną. Wraz z rozwojem konstrukcji szklanych są opracowywane metody ich projektowania oraz wytyczne i normy w tym zakresie. W artykule scharakteryzowano podstawowe właściwości szkła jako materiału konstrukcyjnego. Ponadto omówiono główne założenia wytycznych niemieckich TRxV, serii niemieckich norm DIN 18008 oraz norm europejskich (mających również status polskich norm) PN-EN 16612 wraz z EN 16613. Artykuł przedstawia także koncepcję projektowania szkła konstrukcyjnego zawartą w projekcie normy CEN/TS 19100, która stanowi podstawę opracowania zharmonizowanej normy Europejskiej - Eurokodu 10 dotyczącego projektowania konstrukcji szklanych. Zgodnie z tą prenormą szklane elementy konstrukcyjne będą weryfikowane ze względu na ich bezpieczeństwo w oparciu o cztery stany graniczne w zależności od tzw. klasy konsekwencji pęknięć. Oprócz klasycznych stanów granicznych, tj. stanu granicznego nośności i stanu granicznego użytkowalności, zakłada się również wprowadzenie stanu granicznego pęknięcia i stanu granicznego po pęknięciu. W artykule poruszono także kwestię pracy szkła laminowanego w elementach konstrukcyjnych. W zależności od stopnia zespolenia tafli szklanych i międzywarstw polimerowych lub jonomerowych, można wyróżnić szkło laminowane całkowicie zespolone, lub niezespolone, a także pracujące w sytuacjach pośrednich. Biorąc pod uwagę charakter pracy szkła laminowanego, przy jego projektowaniu oblicza się tzw. grubość efektywną. W artykule omówiono metody wyznaczania grubości efektywnej zawarte w europejskich normach i wytycznych.
In recent years significant progress has been made in structural application of glass elements in building industry. However, the issues related to computer modelling of glass panes, as well as analytical procedures allowing for taking into account the bonding action of PVB foil are not widely known in the engineering environment. In this paper results of numerical study of laminated glass plates are presented. The scope of the research covers over 40 cases of panes. Narrow (characterized by edge length ab > 2) and square (a/b = 1) panes made of two or three layer laminated glass have been taken into account. The paper deals mainly with point supported glass. However, selected results for linearly supported plates have been included as well for comparison. For each considered case an advanced computational model have been developed within the environment of Abaqus software. Pointwise supports have been modelled using methods of various complexity. The obtained results have been compared with the results of standard calculations using Wölfel-Bennison and Galuppi-Royer-Carfagni hypotheses. The analytical procedures proposed by CEN have been applied as well. As a result, recommendations for static calculations of laminated glass panes have been formulated. The computational procedure based on the hypothesis presented by L. Galuppi and G. Royer-Carfagni should be considered the most universal. The remaining methods may be applied only in limited scope. In order to estimate maximum principal stress in the support zone an advanced computer model has to be used. The support may be modelled in an exact or simplified manner.
PL
W ostatnich latach dokonano znaczącego postępu w zakresie konstrukcyjnego wykorzystania w budownictwie elementów ze szkła. Równocześnie trwają prace nad drugą edycją norm europejskich, wśród których przewidziano przygotowanie odrębnej normy dotyczącej projektowania konstrukcji szklanych. Zgodnie z dokumentami opracowanymi przez odpowiedni komitet techniczny Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego, wspomniana norma powinna obejmować swoim zakresem także nowoczesne procedury w zakresie obliczeń statycznych prętów i płyt ze szkła laminowanego. Tego typu elementy konstrukcyjne podparte w sposób punktowy lub w sposób liniowy są powszechnie stosowane w praktyce inżynierskiej ze względów architektonicznych i funkcjonalnych. Problematyka związana z modelowaniem komputerowym elementów ze szkła, jak również procedury analityczne pozwalające na uwzględnienie zespalającego działania folii PVB, nie są jednak powszechnie znane i stosowane w środowisku inżynierskim. W tej sytuacji w artykule przedstawiono wyniki weryfikacji wybranych procedur obliczeniowych dotyczących płyt ze szkła laminowanego. W przeprowadzonych analizach uwzględniono metody obliczeniowe oparte na hipotezach opracowanych przez E. Wolfela i S.J. Bennisona, a także przez zespół autorski L. Galuppi i G. Royer-Carfagni. Rozpatrywano również ścisłe rozwiązanie zagadnienia zginanego pręta ze szkła laminowanego wyprowadzone z modeli reologicznych przez K. Langosch. Otrzymane rezultaty porównano każdorazowo z wynikami zaawansowanych symulacji komputerowych. W celu możliwie dokładnego odwzorowania zachowania się danej płyty szklanej oraz zespalającej warstwy PVB stosowano bryłowe elementy skończone, natomiast obliczenia były prowadzone jako geometrycznie nieliniowe. Szczególną uwagę poświecono zagadnieniom związanym z analizą płyt podpartych w sposób punktowy. Naprężenia główne w strefie podporowej były wyznaczane dla modeli komputerowych o zróżnicowanym stopniu skomplikowania, w tym również dla przypadków w których uwzględniono dokładna geometrię danej rotuli. Omówiono propozycję uproszczonego sposobu modelowania strefy podporowej. Analizy były prowadzone dla dwóch grup płyt o zróżnicowanej geometrii. W zakresie rozwiązań poszczególnych płyt rozpatrywano elementy ze szkła dwu- oraz trójwarstwowego. W celach porównawczych w artykule przedstawiono również rezultaty uzyskane dla płyt podpartych w sposób przegubowo-liniowy. Na podstawie przeprowadzonych badan sformułowano wnioski w zakresie przydatności poszczególnych metod obliczeniowych.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.