Laboratory tests and numerical analysis of aluminum helping hand brackets with polyamide thermal break

• Autorzy: Cwyl Maciej , Dmowska-Michalak Izabela , Kaczmarczyk Anna , Michalczyk Rafał

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.140650

Warianty tytułu

PL

Badania laboratoryjne i analizy numeryczne konsoli poliamido-aluminiowych w konstrukcjach fasadowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The developments in materials science and engineering, especially in the field of composites and polymers, have extended the scope of application of such materials in modern industrial construction. This article presents polyamide/ aluminium helping hand brackets, designed for use in rainscreens (a.k.a. ventilated façades) and metal and glass systems. The main purpose of this study was to assess the loadbearing capacity, safety and durability of these elements through laboratory tests and numerical analyses. The laboratory tests were carried out on a three-dimensional test stand. Boundary conditions and the applied loading represented real conditions on the façade (e.g. a typical wind pressure load acting on the façade was used). Next, the experimental results were used to build a representative numerical model. Finite Element analysis was utilised to obtain a true representation of the actual behaviour of the analysed brackets subjected to various loads, taking into account the aluminium/ polyamide interaction. Constitutive behaviour of both materials, polyamide and aluminium alloy, was represented by a linear elastic model. The proposed modelling methodology was validated through full-scale load tests up to failure. The numerical model can be further used to predict the stress and strain fields in newly designed brackets subjected to any type of loading.

PL

W artykule przedstawiono badania elementów konstrukcyjnych mocujących struktury elewacji metalowo-szklanych i kompozytowych do ustroju nośnego budynku. Elementy te przenoszą całość obciążeń stałych, zmiennych i klimatycznych, które są generowane na strukturach elewacyjnych oraz umożliwiają rektyfikację okładzin ściennych obiektów budowlanych. Rozwój nauki w dziedzinie inżynierii materiałowej, kompozytów, poliamidów i silikonów konstrukcyjnych daje wiele możliwości wykorzystania tych materiałów w nowoczesnym budownictwie przemysłowym. Wsporniki konstrukcyjne poliamidowo-aluminiowe znajdują zastosowanie w nowoczesnych elewacjach wentylowanych oraz metalowo-szklanych konstrukcjach powłokowych. W artykule skupiono się na badaniach laboratoryjnych konsol poliamidowo-aluminiowych oraz przeprowadzono analizy numeryczne w celu potwierdzenia nośności, bezpieczeństwa i trwałości tych elementów w budynku. Modele numeryczne konsol pozwoliły na uzupełnienie badań laboratoryjnych, prezentację wyników oraz wyjaśnienie zjawisk zachodzących w trakcie. Doświadczenia laboratoryjne przeprowadzono na trójwymiarowym stanowisku do badań elementów węzłowych. Przedstawione w artykule badania zawierają wyniki od działania siły rozciągającej i ściskającej oraz od działania wiatru na płaszczyznę elewacji i na wsporniki poliamidowo - aluminiowe.

Słowa kluczowe

EN

polyamide-aluminum bracket; helping hand bracket; thermal break bracket; numerical analysis; L- bracket; numerical model

PL

konsola poliamidowo-aluminiowa; wspornik konsoli; konsola elewacyjna; konsola pasywna; analiza numeryczna; model numeryczny

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 2
• Strony: 409--426
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Cwyl Maciej

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2894-7840

autor

Dmowska-Michalak Izabela

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

autor

Kaczmarczyk Anna

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

autor

Michalczyk Rafał

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6499-3812

Bibliografia

• [1] C. Bedon, D. Honfi, K.V. Machalická, M. Eliášová, M. Vokáč, M. Kozłowski, T. Wüest, F. Santos, N.W. Portal, “Structural characterisation of adaptive facades in Europe - part I: Insight on classification rules, Performance Metrics and design methods”, Journal of Building Engineering, 2019, vol. 25, art. ID 100721, DOI: 10.1016/j.jobe.2019.02.013.
• [2] M. Haldimann, A. Luible, M. Overend, Structural use of Glass. Zürich: International Association for Bridge and Structural Engineering, 2008.
• [3] B. Weller, Glass in building principles, applications, examples. Basel, Switzerland: Birkhäuser, 2009.
• [4] K. Nowak, A. Byrdy, “Effect of mounting brackets on thermal performance of buildings with ventilated facades”, Journal of Building Physics, 2018, vol. 43, no. 1, pp. 46-56, DOI: 10.1177/1744259118790759.
• [5] W.D. Pilkey, Formulas for stress, strain, and structural matrices. New Jersey: John Wiley & Sons, 2005.
• [6] C. Bedon, X. Zhang, F. Santos, D. Honfi, M. Kozłowski, M. Arrigoni, L. Figuli, D. Lange, “Performance of structural glass facades under extreme loads - design methods, existing research, current issues and Trends”, Construction and Building Materials, 2018, vol. 163, pp. 921-937, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.153.
• [7] M. Cwyl, A. Garbacz, R. Michalczyk, N. Grzegorzewska, “Predicting performance of aluminum - glass composite facade systems based on mechanical properties of the connection”, Periodica Polytechnica Civil Engineering, 2018, vol. 62, no. 1, DOI: 10.3311/PPci.9988.
• [8] T.G. Theodosiou, A.G. Tsikaloudaki, K.J. Kontoleon, D.K. Bikas, “Thermal bridging analysis on cladding systems for building facades”, Energy and Buildings, 2015, vol. 109, pp. 377-384, DOI: 10.1016/j.enbuild.2015.10.037.
• [9] EN 13830:2015 Curtain walling - Product standard.
• [10] “Konsola pasywna KW1 PAS”, BSP Bracket System Polska. [Online]. Available: https://www.bspsystem.com/produkty/konsole/konsole-do-fasad-wentylowanych/konsola-pasywna-kw1-pas/. [Accessed: 16. Sept.2021].
• [11] “Elewacje wentylowane, systemy mocowań elewacji, zawiesia sufitowe, nierdzewne konsole do klinkieru, okien, łączniki, systemy mocowań bipv”, AGS. [Online]. Available: https://ags.org.pl/pl/produkty/. [Accessed: 16. Sept. 2021].
• [12] “Konsole pasywne, Artrys.” [Online]. Available: http://www.artrys.pl/systemy-zamocowan/konsole-pasywne. [Accessed: 16. Sept. 2021].
• [13] Simulia, ABAQUS v. 6.14; Computer Software and Online Documentation. Dassault Systems: Providence, RI, USA, 2018.
• [14] EN 1991-1-1 Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-1: General actions - Densities, self-weight, imposed loads for buildings. CEN.
• [15] EOTA ETAG 034 Part 1: Ventilated Cladding Kits Comprising Cladding Components and Associated Fixings. European Organisation for Technical Approvals: Brussels, Belgium, 2012.
• [16] EAD 090034-00-0404 Kit composed by subframe and fixings for fastening cladding and external wall elements.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).