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1试验条件与方法
本文对四边有框支承玻璃幕墙进行分析。为了得到幕墙玻璃边界不同松动程度与其固有频率变化之间的关系,试验室特制一玻璃四边支承松紧可调节装置(见图1),该装置由一个钢基底及边部夹紧装置构成,夹紧装置松紧可通过螺栓进行调节,将玻璃板试样放置于钢基底框架上,玻璃与金属框架之间用弹性橡皮为支承垫,从而使其工作状态与四边夹支玻璃幕墙的实际情况相接近。通过调节螺栓松紧,获得玻璃四边不同夹紧状况下的固有频率。
幕墙玻璃固有频率测量采用北京东方振动和噪声技术研究所研制的DASP-ET软件及相关硬件设施进行,激励装置采用橡胶力锤,按触发激振方法获得玻璃的振动信号,利用快速傅立叶变换(FFT)进行频谱分析,便可精确得到玻璃的振动固
图1玻璃四边支承可调节松紧装置
2 结果和讨论
2.1 四边夹支玻璃幕墙支承松动对幕墙玻璃固有频率的影响
将紧固螺栓拧到最紧状态,然后不断松动螺栓,螺栓松动可视为幕墙玻璃边界支撑发生松动损伤,所有螺栓同步每松动1/2周测量玻璃固有频率一次(只考虑玻璃一阶固有频率),获得玻璃固有频率随其四边紧固力关系(玻璃尺寸为300mmⅹ300mmⅹ4mm),见图2。由图可以看出,随着螺栓的松动圈数(紧固力衰降)增大,玻璃的固有频率不断降低,而且几乎呈线性关系。
图2 不同螺栓紧固力下玻璃的固有频率
进一步对该块玻璃四边不同边界支承条件(简支和固支,玻璃板可视为弹性矩形薄板)及不同螺栓紧固力对应的固有频率数值(见表1)进行分析,可以看出所测得的玻璃板的固有频率处在低于玻璃板四边固支和高于四边简支对应的频率约20%的区间(由于实际中玻璃的边界固定是不可能完全四边固支或四边简支的, 所以这大约离四边固支或四边简支理论频率20%左右的频率区间是无法测得到的)。随着玻璃四边紧固力的均匀增大,幕墙玻璃的固有频率也在这一区间均匀的递增。
表1 不同螺栓紧固力下玻璃板的固有频率
支承条件 | 四边简支 | 螺栓紧固圈数(圈) | 四边固支 | ||||||
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 | |||||||||
固有频率(Hz) | 219.0 | 267.3 | 277.5 | 287.6 | 297.5 | 307.5 | 317.5 | 327.4 | 398.0 |
上面试验结果启发了我们可以通过测量玻璃的固有频率来识别该块玻璃的四边支承松紧状况。显然,相同条件下,当玻璃边界支承越松,则其固有频率越低。往往新建的玻璃幕墙由于其支承结构没有出现松动或老化,幕墙玻璃板支承紧固,对应的固有频率较大,而此时幕墙玻璃抵抗外力作用能力也较大,脱落风险也低。随着玻璃幕墙使用年限的增加,幕墙玻璃板边界因支承结构的老化,变形或破损而不断松动,幕墙玻璃对应的固有频率也不断衰降,此时幕墙玻璃抵抗外力作用能力也衰退,其脱落风险概率也大。因此,我们可以只测量一下幕墙玻璃的固有频率,并通过相对比较,建立起评价标准,就可以简便地知道幕墙玻璃的支承松动程度及脱落风险概率,进而评价玻璃幕墙的可靠性。
2.2基于固有频率变化的玻璃幕墙安全等级评估方法