Studio della generazione di fessurazioni e del comportamento di espansione del telaio

Data: 2 agosto 2023

Autori: Yanni Zhang, Luoxin Huang, Jun Deng, Zhichao Feng, Dan Yang, Xuemeng Liu e Shuai Zhang

Fonte:Fuoco2023 , 6(7), 281; MDPI

DOI:https://doi.org/10.3390/fire6070281

(Questo articolo fa parte del numero speciale Vetro a temperature elevate e al fuoco)

Il vetro float installato con supporti a telaio è ampiamente utilizzato nell'edilizia. In un ambiente antincendio, la rottura del vetro float influenza in modo significativo lo sviluppo dinamico dell’incendio all’interno dell’edificio. Il comportamento alla rottura termica del vetro float supportato da un telaio sottoposto a carico termico viene attentamente esaminato utilizzando un sistema sperimentale autocostruito. Il sistema progettato ha lo scopo di catturare parametri comportamentali cruciali. Dallo studio sperimentale emerge che la causa principale della rottura del vetro float sostenuto dal telaio è la differenza di temperatura sulla superficie del vetro, con una differenza di temperatura critica di circa 65 °C.

La fessura inizia sul bordo della superficie del vetro dove la differenza di temperatura è massima e poi si espande rapidamente. Intersecando le fessure si configura un'isola di fessura che non viene spostata sotto le sollecitazioni del telaio portante e del vetro circostante. Un modello termomeccanico e microgeometrico del vetro float supportato da telaio è sviluppato sulla base del programma PFC2D per mostrare ulteriormente il modello di espansione delle microfessure del vetro float supportato da telaio sotto carico termico. Questo esame fornisce una guida teorica per l'installazione e l'utilizzo del vetro float supportato da telaio nei progetti di costruzione e per l'identificazione delle prove di incendio.

Essendo uno dei componenti più cruciali comunemente sfruttati nei grattacieli urbani, il vetro float è ampiamente utilizzato in porte, finestre, soffitti, pareti e altre parti degli edifici [1]. Essendo un materiale fragile con proprietà meccaniche relativamente deboli, il vetro float è suscettibile a rotture e spostamenti sotto l'azione dei carichi termici del fuoco, che a loro volta possono dare origine a nuovi canali di propagazione del fuoco, accelerando la propagazione del fuoco e mettendo a rischio la sicurezza dell'edificio. struttura e occupanti. L’approccio di installazione supportato dal telaio è il modo più comune di installare il vetro nei progetti di costruzione [2,3].

L'analisi delle prestazioni dinamiche del vetro float supportato da telaio sotto carichi termici e lo studio delle proprietà fisiche e chimiche del vetro possono aiutare a rivelare il meccanismo di frattura del vetro float supportato da telaio e a chiarire ulteriormente la relazione tra il tempo di rottura del vetro e la differenza di temperatura tra i vetri float protetti e aree di vetro non riparate durante gli incendi degli edifici ed esplorare la relazione tra la rottura del vetro e il grado di danno e il comportamento di collasso [4,5,6]. Pertanto, comprendere le proprietà di sicurezza dei componenti in vetro nell'ingegneria edile è fondamentale per la sicurezza antincendio degli edifici e per le indagini sugli incidenti antincendio.

Emmons [7] suggerì per la prima volta nel 1986 che la rottura del vetro in un incendio rappresenta un valore di ricerca significativo. Da allora, gli studiosi hanno studiato attentamente il meccanismo della rottura del vetro attraverso numerosi esperimenti e simulazioni numeriche. Skelly et al. [6] hanno progettato un compartimento di simulazione per studiare il processo di rottura del vetro in un incendio reale in un edificio. Infine, hanno trovato la differenza di temperatura teorica e critica che porta alla rottura del vetro protetto dai bordi. Pagni et al. [8,9] hanno sviluppato il programma di rottura del vetro BREAK1 tenendo conto dell'accoppiamento tra il modello di trasferimento di calore e il criterio di rottura del vetro. Il loro modello numerico consolidato potrebbe prevedere la prima rottura del vetro e calcolare il campo di temperatura sulla superficie del vetro. Harada et al. [10] hanno previsto il primo tempo di rottura del vetro in base alle condizioni di riscaldamento di una scatola di cottura e lo hanno mostrato attraverso una semplice formula.

Sulla base di numerosi studi ed esperimenti, Pope et al. [11] hanno proposto un modello di frattura gaussiana del vetro e hanno applicato questo modello al software di simulazione della dinamica del fuoco. Hietaniemi J [12] ha analizzato la probabilità di distacco e rottura del vetro in un ambiente antincendio utilizzando la simulazione Monte Carlo e BREAK1. Ni et al. [13] hanno studiato la prestazione al fuoco delle doppie facciate realizzate con doppi vetri in tre diversi scenari di incendio con velocità di rilascio del calore. Wang et al. [14,15,16,17,18] hanno utilizzato un programma agli elementi finiti per valutare il processo di espansione della fessura del vetro nel contesto delle differenze nei metodi di vincolo dei confini e degli impatti termici, impiegando una grande quantità di teoria fondamentale. Wong et al. [19] hanno studiato il comportamento della ricaduta di campioni di vetro sottoposti a radiazione termica e hanno stabilito un modello di previsione probabilistica della ricaduta di vetro.