Prestazioni del vetro rispetto al ferro

Data: 26 luglio 2022

Precedenti ricerche hanno dimostrato che le travi in ​​vetro con post-tensione meccanica esterna lungo i bordi mostrano prestazioni strutturali migliori rispetto alle travi in ​​vetro senza tale rinforzo. La capacità portante iniziale e post-frattura delle travi di vetro può essere aumentata rinforzandole con tiranti in acciaio inossidabile o plastica fibrorinforzata (FRP) post-tesi e collegati ai bordi della trave. Tuttavia, il post-tensionamento di barre o nastri in acciaio inossidabile o FRP è complesso e impegnativo perché spesso richiede configurazioni speciali, come i martinetti idraulici.

Le leghe a memoria di forma a base di ferro (Fe-SMA) sono promettenti materiali post-tensione grazie alla loro efficiente procedura di attivazione e alle buone proprietà meccaniche. Il livello di precompressione target può essere introdotto riscaldando il Fe-SMA a una temperatura specifica seguito dal raffreddamento naturale a temperatura ambiente. Come contributo alla valutazione della fattibilità del rinforzo di elementi in vetro con strisce Fe-SMA incollate, questo articolo si concentra sul comportamento di adesione dei giunti a taglio tra vetro e Fe-SMA sulla base di indagini numeriche. È stato sviluppato un modello agli elementi finiti per valutare l'effetto dello spessore dell'adesivo, dello spessore della striscia Fe-SMA e della lunghezza del legame sul comportamento strutturale del vetro rispetto ai giunti a taglio Fe-SMA.

Negli ultimi decenni il vetro è stato sempre più applicato per elementi strutturali, come travi e alette. L’utilizzo del vetro a livello strutturale è impegnativo a causa della mancanza di possibilità di ridistribuire le concentrazioni di stress, portando a modalità di rottura fragili. Per soddisfare i requisiti di sicurezza, è necessario prestare particolare attenzione allo stato di frattura e allo stato post-frattura quando si progetta con il vetro. Nella maggior parte dei casi, per affrontare queste sfide viene utilizzato il vetro stratificato di sicurezza. Tuttavia, la capacità di carico del vetro stratificato dopo la rottura iniziale del vetro è significativamente inferiore alla sua capacità di carico in uno stato intatto e porta a disposizioni di progettazione che tengono conto di una modalità di rottura fondamentalmente fragile, senza ridistribuzioni delle sollecitazioni e duttilità strutturale.

Negli ultimi anni sono stati sviluppati diversi concetti per travi in ​​vetro post-tensionate per migliorare le prestazioni delle travi in ​​vetro, sia prima che dopo la rottura del vetro. L'acciaio inossidabile (ad esempio Firmo et al. 2020) e la plastica rinforzata con fibre (FRP) (ad esempio Bedon e Louter 2016) sono stati utilizzati come elementi di rinforzo o post-tensione per travi di vetro, spesso collegati ai bordi delle travi. Tuttavia, i metodi di precompressione dell'acciaio inossidabile e del FRP sono solitamente laboriosi, spesso richiedono strutture speciali, come martinetti idraulici, per l'applicazione della tensione e pertanto comportano dettagli complessi e dispendiosi in termini di spazio alle estremità degli elementi. Le leghe a memoria di forma a base di ferro (Fe-SMA) sono promettenti materiali post-tensione grazie alla loro procedura di attivazione efficiente e piuttosto semplice.

Il livello di precompressione richiesto può essere raggiunto riscaldando il Fe-SMA pre-tensionato a una temperatura target specifica seguito dal raffreddamento naturale a temperatura ambiente. Ad esempio, con una temperatura di attivazione di 160 °C è possibile ottenere una precompressione di circa 360 MPa (Wang et al. 2021). L'applicazione di successo dei Fe-SMA per il rinforzo di strutture in calcestruzzo e acciaio (ad esempio Izadi et al. 2018), nonché la sua efficienza e il costo piuttosto basso (Hosseini et al. 2019) indicano che il Fe-SMA potrebbe essere un candidato promettente per il rafforzamento elementi strutturali in vetro.

Tuttavia, l’ancoraggio meccanico delle estremità attualmente utilizzato per i sistemi di rinforzo Fe-SMA (Hosseini et al. 2019) porterebbe a concentrazioni di stress negli elementi in vetro. Recentemente gli autori hanno condotto uno studio sperimentale che mostra il grande potenziale del legame adesivo nei sistemi di rinforzo Fe-SMA. Pertanto, l'incollaggio adesivo è considerato una soluzione più interessante per realizzare l'ancoraggio terminale dei cavi Fe-SMA sugli elementi in vetro.

Gli adesivi, solitamente, sono i componenti più deboli e critici nei sistemi incollati mediante adesivo. Pertanto, è necessario prima identificare gli adesivi con un comportamento adeguato per l’incollaggio del Fe-SMA al vetro. Sebbene esistano vari studi sul comportamento di diversi adesivi nelle giunzioni vetro-acciaio (es. Cupac et al. 2021) e vetro-FRP (es. Cagnacci et al. 2021) e le conoscenze acquisite potrebbero essere applicabili, vetro-Fe-SMA È necessario studiare anche i giunti per valutarne la forza di adesione e le prestazioni. L'analisi della forza adesiva e dei guasti è un compito complicato a causa delle proprietà complesse del materiale e del comportamento di adesione. Il metodo degli elementi finiti (FE) basato sugli approcci della meccanica del continuo è un metodo tipico per analizzare le prestazioni dei giunti adesivi.