유리에서 철까지의 성능

날짜: 2022년 7월 26일

이전 연구에 따르면 가장자리를 따라 외부에 기계적 포스트텐션을 적용한 유리 빔은 그러한 보강재가 없는 유리 빔보다 더 나은 구조적 성능을 나타내는 것으로 나타났습니다. 유리 빔의 초기 및 파괴 후 하중 지지 능력은 포스트 텐션이 가해지고 빔 가장자리에 연결된 스테인리스 스틸 또는 섬유 강화 플라스틱(FRP) 힘줄로 보강하여 증가시킬 수 있습니다. 그러나 스테인레스 스틸이나 FRP 바 또는 스트립의 포스트텐셔닝은 종종 유압 잭과 같은 특수 설정이 필요하기 때문에 복잡하고 어렵습니다.

철 기반 형상 기억 합금(Fe-SMA)은 효율적인 활성화 절차와 우수한 기계적 특성으로 인해 유망한 포스트텐셔닝 재료입니다. 목표 프리스트레스 수준은 Fe-SMA를 특정 온도로 가열한 후 자연적으로 주변 온도로 냉각함으로써 도입될 수 있습니다. 본 논문은 접착 결합된 Fe-SMA 스트립을 사용하여 유리 요소를 강화하는 타당성을 평가하는 데 기여하기 위해 수치 조사를 기반으로 유리-Fe-SMA 랩 전단 접합의 결합 거동에 중점을 둡니다. Fe-SMA 랩-전단 조인트에 대한 유리의 구조적 거동에 대한 접착제 두께, Fe-SMA 스트립 두께 및 결합 길이의 영향을 평가하기 위해 유한 요소 모델이 개발되었습니다.

지난 수십 년 동안 유리는 빔이나 핀과 같은 구조 요소에 점점 더 많이 적용되었습니다. 구조적으로 유리를 사용하는 것은 응력 집중을 재분배할 가능성이 부족하여 취성 파손 모드로 이어지기 때문에 어렵습니다. 안전 요구 사항을 충족하려면 유리를 설계할 때 파손 상태와 파손 후 상태에 특별한 주의가 필요합니다. 대부분의 경우 접합 안전유리는 이러한 문제를 해결하는 데 사용됩니다. 그러나 초기 유리 파손 후 접합 유리의 하중 지지 능력은 손상되지 않은 상태의 하중 지지 능력보다 상당히 낮으며 응력 재분배 및 구조적 연성이 없는 근본적으로 부서지기 쉬운 파손 모드를 설명하는 설계 조항으로 이어집니다.

지난 몇 년 동안 유리 파손 전후에 유리 빔의 성능을 향상시키기 위해 포스트텐션 유리 빔에 대한 몇 가지 개념이 개발되었습니다. 스테인레스 스틸(예: Firmo et al. 2020) 및 섬유 강화 플라스틱(FRP)(예: Bedon 및 Louter 2016)은 종종 빔 가장자리에 연결되는 유리 빔의 강화 또는 포스트텐션 요소로 사용되었습니다. 그러나 스테인리스강과 FRP의 사전 응력 방법은 일반적으로 힘들고 응력 적용을 위해 유압 잭과 같은 특수 시설이 필요한 경우가 많으므로 부재 끝 부분에 복잡하고 공간 소모적인 세부 작업이 수반됩니다. 철 기반 형상 기억 합금(Fe-SMA)은 효율적이고 간단한 활성화 절차로 인해 유망한 포스트텐셔닝 재료입니다.

필요한 사전 응력 수준은 사전 변형된 Fe-SMA를 특정 목표 온도로 가열한 후 자연적으로 주변 온도로 냉각함으로써 달성할 수 있습니다. 예를 들어, 활성화 온도 160°C에서 대략 360 MPa의 사전 응력을 얻을 수 있습니다(Wang et al. 2021). 콘크리트 및 강철 구조물 강화를 위한 Fe-SMA의 성공적인 적용(예: Izadi et al. 2018)과 효율성 및 다소 저렴한 비용(Hosseini et al. 2019)은 Fe-SMA가 강화를 위한 유망한 후보가 될 수 있음을 나타냅니다. 구조용 유리 요소.

그러나 현재 Fe-SMA 강화 시스템에 사용되는 기계적 끝 고정 장치(Hosseini et al. 2019)는 유리 요소에 응력 집중을 초래할 수 있습니다. Fe-SMA 강화 시스템에서 접착 결합의 많은 잠재력을 보여주는 실험적 연구가 최근 저자에 의해 수행되었습니다. 따라서 접착 결합은 유리 요소에 Fe-SMA 힘줄의 최종 고정을 실현하기 위한 더 매력적인 솔루션으로 간주됩니다.

일반적으로 접착제는 접착 시스템에서 가장 약하고 가장 중요한 구성 요소입니다. 따라서 Fe-SMA를 유리에 접착하기 위한 적절한 거동을 가진 접착제를 먼저 식별해야 합니다. 유리-강철(예: Cupac et al. 2021) 및 유리-FRP(예: Cagnacci et al. 2021) 접합부에서 다양한 접착제의 거동에 대한 다양한 연구가 존재하지만, 얻은 지식이 유리-Fe-SMA에 적용될 수 있습니다. 접합 강도와 성능을 평가하기 위해 접합부도 조사해야 합니다. 접착 강도 및 파손 분석은 복잡한 재료 특성과 접합 거동으로 인해 복잡한 작업입니다. 연속체 역학 접근법을 기반으로 한 유한요소법(FE)은 접착 조인트의 성능을 분석하는 일반적인 방법입니다.