Исследование образования трещин и поведения рамы при расширении

Дата: 2 августа 2023 г.

Авторы: Янни Чжан, Луоксин Хуан, Цзюнь Дэн, Чжичао Фэн, Дэн Ян, Сюэмэн Лю и Шуай Чжан

Источник:Огонь2023 год , 6(7), 281; МДПИ

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

(Эта статья относится к спецвыпуску «Стекло при повышенных температурах и в огне»).

Флоат-стекло, установленное на рамных опорах, широко применяется в строительстве. В условиях пожара разрушение флоат-стекла существенно влияет на динамическое развитие пожара в пространстве здания. Поведение термического разрушения флоат-стекла на раме, подвергнутого термической нагрузке, тщательно исследуется с использованием собственной экспериментальной системы. Разработанная система нацелена на сбор важнейших поведенческих параметров. Экспериментальное исследование показало, что основной причиной разрушения флоат-стекла на раме является разница температур на поверхности стекла, критическая разница температур составляет около 65 °C.

Трещина начинается на краю поверхности стекла, где разница температур максимальна, а затем быстро расширяется. Путем пересечения трещин формируется островок трещины, который не смещается под напряжением несущей рамы и окружающего стекла. На основе программы PFC2D разработана термомеханическая и микрогеометрическая модель флоат-стекла на раме, чтобы дополнительно показать характер расширения микротрещин флоат-стекла на раме под термической нагрузкой. Это исследование предоставляет теоретические рекомендации по установке и использованию флоат-стекла на раме в строительных проектах и ​​выявлению признаков пожара.

Флоат-стекло, как один из наиболее важных компонентов, обычно используемых в городских высотных зданиях, широко используется в дверях, окнах, потолках, стенах и других частях зданий [1]. Являясь хрупким материалом с относительно слабыми механическими свойствами, флоат-стекло подвержено разрушению и смещению под действием тепловых нагрузок при пожаре, что, в свою очередь, может привести к возникновению новых каналов распространения огня, ускоряя распространение огня и ставя под угрозу безопасность здания. Структура и жильцы. Монтаж с опорой на рамку является наиболее распространенным способом установки стекла в строительных проектах [2,3].

Анализ динамических характеристик флоат-стекла на раме при термических нагрузках и изучение физических и химических свойств стекла может помочь выявить механизм разрушения флоат-стекла на раме и дополнительно выяснить взаимосвязь между временем разрушения стекла и разницей температур между защищенными стеклами. и незащищенные участки стекла при пожарах в зданиях и изучить взаимосвязь между растрескиванием стекла и степенью повреждения и поведением разрушения [4,5,6]. Поэтому понимание свойств безопасности стеклянных компонентов в строительном строительстве имеет решающее значение для пожарной безопасности зданий и расследования пожаров.

Эммонс [7] впервые предположил в 1986 году, что разбитие стекла при пожаре имеет значительную исследовательскую ценность. С тех пор ученые тщательно изучили механизм разрушения стекла посредством множества экспериментов и численного моделирования. Скелли и др. [6] разработали отсек для моделирования для изучения процесса разрушения стекла при реальном пожаре в здании. Наконец, они нашли теоретическую критическую разницу температур, которая приводит к разрушению стекла с защищенными краями. Паньи и др. [8,9] разработали программу разрушения стекла BREAK1, учитывающую связь между моделью теплопередачи и критерием разрушения стекла. Разработанная ими численная модель могла бы предсказать первый случай разрушения стекла и рассчитать температурное поле на поверхности стекла. Харада и др. [10] предсказали время первого разрушения стекла на основе условий нагрева в камерном режиме и продемонстрировали это с помощью простой формулы.

На основании многих исследований и экспериментов Pope et al. [11] предложили гауссову модель разрушения стекла и применили эту модель к программному обеспечению для моделирования динамики пожара. Хиетаниеми Дж. [12] проанализировал вероятность падения и разрушения стекла в условиях пожара, используя моделирование Монте-Карло и BREAK1. Ни и др. [13] исследовали огнестойкость двойных фасадов с двойным остеклением в трех сценариях пожара с различной скоростью выделения тепла. Ван и др. [14,15,16,17,18] использовали программу конечных элементов для оценки процесса расширения трещины в стекле в контексте различий в методах граничных ограничений и термических воздействий, используя большой объем фундаментальной теории. Вонг и др. [19] изучили поведение образцов стекла при выпадении осадков под действием теплового излучения и создали вероятностную модель прогнозирования выпадения стекол.