硅酮結構密封膠及建筑結構粘結裝配--馬啟元

1、 馬啟元馬啟元 E-mail: ma_ 1.基本屬性基本屬性結構連接材料結構連接材料-彈性粘接彈性粘接-傳遞荷載傳遞荷載- 適應位移。適應位移。 2.結構組成和物理化學特性結構組成和物理化學特性 1）基本組成）基本組成基礎基礎為為硅硅-氧主鏈聚合物、主填料二氧化氧主鏈聚合物、主填料二氧化 硅粉體、硅油增塑；硅粉體、硅油增塑； 2）室溫固化、高低溫性能穩(wěn)定、對硅酸鹽玻璃表面化學）室溫固化、高低溫性能穩(wěn)定、對硅酸鹽玻璃表面化學 親和、耐環(huán)境老化；親和、耐環(huán)境老化； 3) 透氣、非硅油酯中溶脹透氣、非硅油酯中溶脹 3.力學力學特性特性 應力應力-應變特性應變特性形變與外力作用時間相關，應力形變與外力

2、作用時間相關，應力-應變關系應變關系 非線性，介于理想彈性體（彈簧）和理想粘性非線性，介于理想彈性體（彈簧）和理想粘性 流體（水）之間，即粘彈性。流體（水）之間，即粘彈性。 初始受力階段 t0 ,1/E 1/E1,即： 2 重要重要物理力學參數(shù)：物理力學參數(shù)： 初始剛度模量KX12.5彈性范圍（拉伸應變25%）內粘 結試件密封膠荷載與位移成正比的比例系數(shù)，以初始段 應變12.5%時的應力表示。 初始彈性模量ES0密封膠拉伸初始應變（25%）彈性 變形階段內應力和應變的比值。 強度平均值X試驗測定的拉伸粘結強度的平均值。 強度標準值R,5拉伸粘結試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯著性水平 0.05分位值，即產(chǎn)品拉伸

3、粘結強度高于該值的概率為95% （GB50068），且要求老化后強度保持率75%以上： R,5 = X S X.c/ X 75% 式中： X.c= 經(jīng)過老化后的拉伸、剪切應力平均值 = 75 %的置信概率5 %偏差 拉伸粘結強度設計值，f1s取分項系數(shù)6 剪切強度設計值des desR,5 / 6 初始剪切模量，GS剪切拉伸至應變25%彈性 變形階段密封膠剪應力和對應剪應變的比值。按 0.5泊松比計算 GSES0/3。 泊松比，橫向與受力方向變形之比，0.5 永久荷載下剪切強度設計值, f2s永久荷載下 不發(fā)生蠕變時剪應力測試值。 蠕變系數(shù)，c剪切強度設計值與永久荷載下 剪切強度設計值的比值.

4、cdes/fs2，一般10 疲勞強度8s為一個周期，以0.61.0倍強度設 計值應力循環(huán)拉伸，規(guī)定拉伸循環(huán)次數(shù)下無破壞 的應力值（指標1005000次循環(huán)） F1 = R,5 / 6 二二 應用性能要求應用性能要求 1 1 分類分類及標記示例及標記示例 a）WH類用途 b）WPH類用途 c）W類用途 說明： W承受陣風和/或氣壓水平荷載； H隱框粘結裝配用； P承受永久荷載。 圖A.1 典型安裝型式及膠接承載形式圖例 原理:密封膠在初始受力變形階段呈現(xiàn)近似彈性 固體的力學性能。初始變形階段（如法向應變 25%為邊界），切向變形量對橫截面積影響甚 小，其法線應力與切線應力基本相等，接近于 彈性固

5、體。初始變形中由于粘接試件夾持的預 張緊、安裝間隙或其他人為因素，往往造成試 驗曲線起始原點漂移，如圖B.1所示。為真實反 映材料特性，應對初始變形階段的應變補償繪 制材料拉伸應力-應變曲線，計算材料適于工程 應用的初始剛度模量，如圖B.2。 A 計算方法 以5%、10%、15%、20%、25%應變試驗測得的應力值，分別對 應補償轉換應變4.8%、9.1%、13.1%、16.9%、20.3%繪制應力- 應變曲線，或統(tǒng)計其線性回歸方程，計算應力-應變的比例系數(shù) 即為（正切）初始剛度模量?？梢罁?jù)初始應力-應變曲線測試值， 設應變25%為彈性邊界，按下式計算初始剛度模量初始剛度模量Es： . (B.

6、1) n 給定溫度或條件下每次試驗的試件數(shù)量 m每個試件的觀察數(shù)據(jù)數(shù)量 (B.2) B.2式中： ij 應變uij時的拉應力 (B.3) B.3式中： uij拉伸或壓縮條件下的位移，mm hi每個試件的初始厚度，mm 初始剛度應力-應變曲線上對應于應變12.5% 的應力。（曲線按B.2補償后數(shù)據(jù)繪制） 材料強度標準值除以材料性能分項系數(shù)得到的值。 密封膠粘結強度分項系數(shù)f取6，即： fs1=R,5.23/f (B.4) 式中： R,5.2323拉伸粘結強度標準值，MPa f 粘結強度分項系數(shù)，取值為6 同理，粘結剪切強度設計值fs2 取值即： fs2 =R,5/6 (B.5) 式中： R,5

7、剪切強度標準值，MPa。（6剪切強度分項系數(shù)） 依據(jù)試驗確定剪切荷載下密封膠持久強度設計值, 即密封膠不產(chǎn)生蠕變的剪應力值。該值依據(jù)試驗 結果按下式計算： = fs2/c(B.6) 式中： fs223粘結剪切強度設計值，MPa； c 蠕變分項系數(shù) c一般應10（具體值由生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品標準或 說明書提供）。 結構膠隱框粘接以連續(xù)的線性彈 簧元件模擬粘接體受拉伸偏移、轉動 剪切及應力-應變關系。 半隱框安裝玻璃上下橫邊是傳統(tǒng) 明框可通過簡支撐模擬，玻璃平面內 運動不受約束。 1 基本粘接型式基本粘接型式 2 應力分析方法應力分析方法 p剛性板外力作用被整體性地傳遞給面 板周邊結構膠上。 p梯形法模擬

8、測試中發(fā)現(xiàn)玻璃變形時一 個可見大致的梯形結構。由于受力線形狀 的不同，在玻璃或面板短邊的中部達到最 大值，這是計算結構膠粘接寬度的理論基 礎。 p有限元法有限元法利用計算機數(shù)學分析技術更 加精確地分析結構膠在荷載下的應力。分 析顯示荷載作用于結構膠接縫的最大拉力 值發(fā)生在玻璃面板長邊1/4位置。 依據(jù)依據(jù)GB 50068 建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標 準準極限極限承載能力狀態(tài)設計原則：承載能力狀態(tài)設計原則：“結構構件或連結構構件或連 接的應力應不超過材料強度（包括疲勞），不應接的應力應不超過材料強度（包括疲勞），不應 產(chǎn)生不適于繼續(xù)承載的過度變形產(chǎn)生不適于繼續(xù)承載的過度變形

9、”。即要求：即要求： u 粘接體應有足夠的粘結面積（寬度），保證粘接體應有足夠的粘結面積（寬度），保證 其應力不大于強度設計值其應力不大于強度設計值f1（0.14MPa）； u 粘接體的模量和厚度應保證承載變形時產(chǎn)生粘接體的模量和厚度應保證承載變形時產(chǎn)生 的應力不大于強度設計值的應力不大于強度設計值f1（0.14MPa） 。 現(xiàn)行規(guī)范現(xiàn)行規(guī)范定義定義結構膠結構膠變位變位承受承受能力能力拉拉 伸應力伸應力0.14MPa時結構膠的伸長率（時結構膠的伸長率（%），），即要即要 求求粘粘接厚度設計接厚度設計中將中將結構變位時粘接體應變量限結構變位時粘接體應變量限 制在制在值以內，以保證結構膠的應力不值

10、以內，以保證結構膠的應力不超過超過f1。 s c w a 示例：幕墻四周粘接的金屬蜂窩結構面板，承受風 壓w水平荷載，面板長邊L=1524mm，短邊 a=1219mm，厚度為51mm，風荷載W=1.92KPa， 根據(jù)剛性面板的應力分布，粘接寬度： Cs 1219(1524)(1.92) / 2(138)(1219+1524) = 4.71mm )(2 21 21 llF Pll B t W u 位移位移 最大地震50年或百年一遇，風荷傳遞是瞬間行為，而熱位 移引起的應力每天都發(fā)生，一年內會有幾次達到最大值。 風荷載或多遇烈度地震框架風荷載或多遇烈度地震框架的切向位移的切向位移量量 us1 = h 風荷載或多遇烈度地震標準值作用下主體結構的樓層彈性層 間位移角限值（rad）； h玻璃面板高度（mm）： 厚度方向剪切位移影響系數(shù)，取0.5 溫度變化影響下膠體剪切位移溫度變化影響下膠體剪切位移 us2 = T Lg / 2 Lg硅酮結構膠的最大單邊邊長（mm） 玻璃線膨脹系數(shù) T 溫度變化值，取值不小于25； 粘接厚度驗算。硅酮結構膠沿厚度方向產(chǎn)生的 剪切位移us取us1、us2最大值 中的較大值 （mm），厚度ts應符合： Es硅酮結構密封膠的拉伸彈性模量（N/mm2） 膠品牌序號12345678910 ，%6.09.7