粘彈性力學(xué)在超高層建筑幕墻的應(yīng)用

1、粘彈性力學(xué)在超高層建筑幕墻的應(yīng)用發(fā)布時(shí)間：2011-06-01【作  者】：龍文志【摘  要】：廣州西塔幕墻是迄今為止世界上最高的隱框玻璃幕墻，2008年筆者作為廣州西塔幕墻技術(shù)顧問（技術(shù)顧問的協(xié)議見附件）解決了一些技術(shù)難題。廣州西塔幕墻已經(jīng)峻工二年多，目前為止工程情況良好，當(dāng)時(shí)存在不少疑慮并產(chǎn)生激烈的爭論的一些技術(shù)問題初步經(jīng)受住了實(shí)際的考驗(yàn)。鑒于“十二五”后中國將有數(shù)百座300m以上超高層建筑幕墻，筆者愿將以前曾參與國內(nèi)外數(shù)十座超高層建筑幕墻技術(shù)顧問或技術(shù)咨詢期間解決超高層建筑幕墻一些技術(shù)問題的研究成果陸續(xù)公開發(fā)表，從理論和實(shí)踐結(jié)合上探討和總結(jié)超高層建筑幕墻的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，

2、也許能作為今后超高層建筑幕墻設(shè)計(jì)與施工的參考。    廣州西塔隱框玻璃幕墻是否采用高效能硅酮結(jié)構(gòu)膠？就是當(dāng)年的有爭議的新技術(shù)之一，依據(jù)粘彈性力學(xué)基本原理，對(duì)隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行了應(yīng)變-時(shí)間和應(yīng)變-應(yīng)力分析；論述高性能結(jié)構(gòu)膠的可行性、可靠性和耐久性，是粘彈性力學(xué)在超高層建筑幕墻的一次成功應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】：粘彈性、蠕變與松弛、普彈形變、高彈形變、粘流、串并聯(lián)模型、短期荷載、永久荷載、強(qiáng)而韌的應(yīng)力應(yīng)變曲線，高性能結(jié)構(gòu)膠。     前  言    隱框玻璃幕墻誕生于上世紀(jì)七十年代

3、，上世紀(jì)九十年代引入中國后,人們就對(duì)那僅僅用一層膠將玻璃固定在框架上的作法一直存在種種疑慮 ,甚至形容為城市上空的 “定時(shí)炸彈 ”。以白云、之江、硅寶為代表的中國結(jié)構(gòu)膠企業(yè)和廣大技術(shù)工作者，在引進(jìn)、消化國外結(jié)構(gòu)膠技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)了國產(chǎn)硅酮結(jié)構(gòu)膠，促進(jìn)了隱框玻璃幕墻在中國高速發(fā)展。通過近二十年在中國上萬座隱框玻璃幕墻工程應(yīng)用，實(shí)踐表明隱框玻璃幕墻不是城市上空的 “定時(shí)炸彈 ”，中國硅酮結(jié)構(gòu)密封膠性能穩(wěn)定,耐老化,可滿足關(guān)于玻璃幕墻設(shè)計(jì)使用年限25年的要求，不亞于甚至優(yōu)于國外某些硅酮結(jié)構(gòu)膠，用中國的結(jié)構(gòu)膠的隱框玻璃幕墻也不是城市上空的“定時(shí)炸彈 ”。    中國的隱框玻

4、璃幕墻發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)膠的力學(xué)性提出了超出了現(xiàn)有水平的更高要求，市場迫切需要新技術(shù)、新材料、新工藝的推出來解決這些問題。以白云、之江、硅寶為代表的中國結(jié)構(gòu)膠企業(yè)和幕墻企業(yè)技術(shù)工作者應(yīng)運(yùn)市場的要求，總結(jié)中國廣大工程經(jīng)驗(yàn)，研究開發(fā)成功了中國式的“高性能硅酮結(jié)構(gòu)密封膠”，己在不少隱框玻璃幕墻工程上應(yīng)用，又引發(fā)了高性能硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在隱框玻璃幕墻、尤其是超高層建筑幕墻應(yīng)用的疑慮。     廣州西塔幕墻是迄今為止世界上最高的超高層隱框玻璃幕墻，2008年筆者作為廣州西塔幕墻技術(shù)顧問解決了一些技術(shù)難題。廣州西塔幕墻已經(jīng)峻工二年多，目前為止工程情況良好，當(dāng)時(shí)存在不少疑慮并產(chǎn)

5、生激烈的爭論的一些技術(shù)難題初步經(jīng)受住了實(shí)際的考驗(yàn)。鑒于“十二五”后中國將有數(shù)百座300m以上超高層建筑幕墻，筆者愿將以前曾參與國內(nèi)外數(shù)十座超高層建筑幕墻技術(shù)顧問或技術(shù)咨詢期間解決超高層建筑幕墻一些技術(shù)難題的研究成果陸續(xù)公開發(fā)表，從理論和實(shí)踐結(jié)合上探討和總結(jié)超高層建筑幕墻的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，也許能作為今后超高層建筑幕墻設(shè)計(jì)與施工的參考。                       2010年4月

6、廣州西塔                    2010-11廣州亞運(yùn)會(huì) 西塔     廣州西塔隱框玻璃幕墻是否采用高效能硅膠）為粘彈性材料，結(jié)構(gòu)膠在隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)中幾何和力學(xué)特性研究歸屬粘彈性力學(xué)。當(dāng)酮結(jié)構(gòu)膠？就是當(dāng)年的技術(shù)難題之一，也是爭議的焦點(diǎn)之一。硅酮結(jié)構(gòu)膠（以下簡稱結(jié)構(gòu)年依據(jù)粘彈性力學(xué)基本原理，對(duì)隱框從理論和實(shí)際上論證了高性能結(jié)構(gòu)膠在廣州西塔超高層隱框玻璃

7、幕墻應(yīng)用的可行性、可靠性和耐久性，在業(yè)主、金粵及白云公司共同努力下，經(jīng)過多次專家審儀鑒定，并取得建設(shè)部建標(biāo)新核準(zhǔn)(A2-2008)行政許可，廣州西塔隱框玻璃幕墻終於采用了廣州白云高效能硅酮結(jié)構(gòu)膠，這個(gè)迄今為止世界上最高隱框玻璃幕墻經(jīng)過二年多的實(shí)際檢驗(yàn)，也經(jīng)受了臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)，目前為止工程情況良好。是粘彈性力學(xué)在超高層建筑幕墻的一次成功應(yīng)用。本文是依據(jù)粘彈性力學(xué)基本原理，簡要分析隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)變-時(shí)間和應(yīng)變-應(yīng)力效應(yīng)，淺析粘彈性力學(xué)在隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用，探討高性能結(jié)構(gòu)膠的可行性、可靠性和耐久性。    （一）廣州西塔隱框玻璃幕墻使用高效能硅酮結(jié)構(gòu)膠

8、0;   11現(xiàn)有規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的硅酮結(jié)構(gòu)膠不能滿足廣州西塔隱框玻璃幕墻使用要求：    1)玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JgJ102-2003規(guī)定：    5.6.1硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的粘接寬度應(yīng)符合本規(guī)范第5.6.3或5.6.4條的規(guī)定，且不應(yīng)小于7mm；其粘接厚度應(yīng)符合本規(guī)范第5.6.5條規(guī)定，且不應(yīng)小于6mm。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的粘接寬度宜大于厚度，但不宜大于厚度的2倍。隱框玻璃幕墻的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的粘接厚度應(yīng)大于12mm。    2）建  筑  幕  墻GB/T

9、 21086-2007規(guī)定：    f)玻璃幕墻應(yīng)硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的厚度，厚度尺寸應(yīng)通過計(jì)算確定，結(jié)構(gòu)膠厚度不宜小于6mm且不宜大于12mm，其寬度不宜小于7mm且不大于厚度的2倍。    硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，硅酮密封膠同相粘接的幕墻基材、飾面板、附件和其他材料應(yīng)具有相容性隨批單元件切割粘結(jié)性達(dá)到合格要求。    12 一般荷載情況，硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸強(qiáng)度值為0.6N/m2 條件下，按照現(xiàn)有規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，硅酮結(jié)構(gòu)膠寬度和厚度通常可以規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求，但遇到下列情況時(shí)，硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸強(qiáng)度值為0.6N/m2 條件下

10、，按規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)計(jì)計(jì)算硅酮結(jié)構(gòu)膠寬度和厚度往往超過了以上的限制。    a）高層、超高層建筑的隱框玻璃幕墻;    b）玻璃板塊、分格特別大的隱框玻璃幕墻;由于節(jié)能、安全等方面的要求，要使用夾層中空玻璃的隱框玻璃幕墻;    c）在抗震9度設(shè)防的地區(qū)建造的隱框玻璃幕墻;    d）其他對(duì)幕墻安全性要求較高的隱框玻璃幕墻。    13廣州西塔隱框玻璃幕墻工程為例：    W合=6.674kN/m2 

11、60; （WK=-4.623Kpa）    a=1500mm,b=4500mm，qG=0.72×1.35kN/m2    若按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003規(guī)定計(jì)算：(f1=0.2N/m2，f2=0.01N/m2。)    則有：風(fēng)荷載作用下的膠寬：    自重作用下的膠寬：     膠厚：    解決方案為增加硅酮結(jié)構(gòu)膠粘接寬度或增加硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸強(qiáng)度。  

12、60; 1.4粘結(jié)寬度過大的影響：    結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)寬度的變化影響，從固化情況、粘結(jié)性、拉伸強(qiáng)度及延伸率方面進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。制樣及性能測(cè)試按國家標(biāo)準(zhǔn)GBI67762005規(guī)定要求，采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T134772002相應(yīng)方法進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)基材為陽極氧化鋁材及普通浮法白玻(公稱厚度為8mm)，H試件標(biāo)距為12mm，結(jié)構(gòu)膠樣尺寸分別為50mm x 12mmx12mm、50mmx33mmx12mm、50mmx 48mmx12mm。試驗(yàn)用密封膠為白云牌雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠。試件于標(biāo)準(zhǔn)條件下放每隔一定時(shí)間(7d, 14d、41d)取出I組測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果如下表1。 

13、   由表1可見，粘結(jié)寬度過大    a)在相同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的情況下，結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度有所下降;    b)在相同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的情況下，粘結(jié)性能也有所下降;    c)要達(dá)到硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸強(qiáng)度值為0.6N/M2結(jié)構(gòu)膠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，國內(nèi)外均未見試驗(yàn)及工程應(yīng)用報(bào)導(dǎo)。    d)結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)寬度、厚度過大嚴(yán)重影響幕墻的視覺效果，也會(huì)影響結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)和力學(xué)性能，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不清，鋁材耗費(fèi)量的增加，增加幕墻建造的成本。    1.5現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑用硅酮結(jié)

14、構(gòu)密封膠GB16776規(guī)定：硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸強(qiáng)度值不低于0.6N/mm2，增加硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸強(qiáng)度值雖符合GB16776規(guī)定，但不符合玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003強(qiáng)制條款。在廣州西塔的超高層建筑上進(jìn)行大荷載下減小隱框玻璃幕墻粘結(jié)尺寸的嘗試，國內(nèi)屬首次，國際上也未見先例，增加硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸強(qiáng)度需要從理論高度論證技術(shù)可行性，又要從試驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)可能性，在此基礎(chǔ)上需要按照“采用不符合工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的新技術(shù)、新工藝、新材料核準(zhǔn)”行政許可實(shí)施細(xì)則的通知（簡稱“三性核準(zhǔn)”）建標(biāo)2005124號(hào)文進(jìn)行“三性核準(zhǔn)”。    16廣州西塔高性能結(jié)構(gòu)膠專題技術(shù)論證會(huì)會(huì)議紀(jì)要

15、：    2008年4月21日由廣東省建設(shè)廳組織的“廣州珠江新城西塔項(xiàng)目采用白云牌SS922超高性能硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，提高結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)值”專題技術(shù)論證會(huì)在廣州召開。到會(huì)的專家有：鄭金峰、趙西安、龍文志、楊仕超、姜仁、閉思廉、莫英光、花定興。廣東省建筑科學(xué)研究院、建設(shè)單位、深圳金粵幕墻裝飾工程有限公司，與會(huì)專家經(jīng)過認(rèn)真討論，論證意見如下：    1、提供論證的資料齊全，符合采用不符合工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的新技術(shù)、新工藝、新材料核準(zhǔn)的要求。    2、經(jīng)國家建筑材料工業(yè)建筑防水材料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)，

16、白云牌SS922高性能硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的性能符合廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/BYHG13-2008建筑幕墻用高性能硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的要求。    3、白云牌SS922高性能硅酮結(jié)構(gòu)密封膠能夠滿足廣州珠江新城西塔項(xiàng)目主塔外幕墻的設(shè)計(jì)要求。    與會(huì)專家一致認(rèn)為：白云牌SS922高性能硅酮結(jié)構(gòu)密封膠可在廣州珠江新城西塔項(xiàng)目主塔樓玻璃幕墻中使用。按照J(rèn)GJ102-2003規(guī)范中結(jié)構(gòu)膠設(shè)計(jì)參數(shù)的取值方法，可將結(jié)構(gòu)膠在風(fēng)荷載或地震作用下的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f1提高至0.4N/2,在永久荷載作用下的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f2提高至0.02 N/2。 

17、;   與會(huì)專家建議，中空玻璃二道密封膠亦采用白云牌SS922高性能硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，其寬度應(yīng)由計(jì)算確定。    專家組組長：鄭金峰    專家組副組長：龍文志、趙西安    17專題技術(shù)論證會(huì)后報(bào)呈建設(shè)部“三性核準(zhǔn)”。    建設(shè)部以正式公開行文頒發(fā)了準(zhǔn)予采用白云牌SS922高性能硅酮結(jié)構(gòu)密封膠提高結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的建設(shè)行政許可決定書編號(hào)為建標(biāo)新核準(zhǔn)(A2-2008)。原文如下：     廣州越秀城建國際金融中心有限

18、公司：    經(jīng)審查，你公司于2008年5月19日向本行政機(jī)關(guān)提出廣州珠江新城西塔項(xiàng)目采用白云牌SS922高性能硅酮結(jié)構(gòu)密封膠提高結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的申請(qǐng)，符合法定條件，根據(jù)我部關(guān)于建設(shè)部機(jī)關(guān)直接實(shí)施的行政許可事項(xiàng)有關(guān)規(guī)定和內(nèi)容的公告，本行政機(jī)關(guān)決定準(zhǔn)予你公司行政許可。在項(xiàng)目實(shí)施過程中應(yīng)注意：    1加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量管理；    2參見各方切實(shí)履行好相關(guān)質(zhì)量安全責(zé)任，加強(qiáng)施工過程中質(zhì)量安全控制，確保工程質(zhì)量和施工安全。    聯(lián)系人：王果英，聯(lián)系電話：01058933043

19、60;   監(jiān)督電話：01058933319    該行政許可適用于廣州珠江新城西塔工程，有效期為兩年。    二八年八月四日    18按照建標(biāo)新核準(zhǔn)(A2-2008)文件，廣州西塔隱框玻璃幕墻工程：采用拉伸粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值大于為0.6N/m2的高性能硅酮結(jié)構(gòu)膠。結(jié)構(gòu)膠的短期荷載強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可按標(biāo)準(zhǔn)值除以系數(shù)3.0后采用，長期荷載下強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可按標(biāo)準(zhǔn)值除以系數(shù)60.0后采用。本例采用的高性能硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1.0N/m2。結(jié)構(gòu)膠變位承受能力可按應(yīng)力一變位曲線關(guān)系中應(yīng)力為0.

20、7f1時(shí)的變形值采用。    即：f1=(1.0÷3)N/m2=0.34N/m2        f2=(1.0÷60)N/m2=0.017N/m2。    風(fēng)荷載作用下的膠寬：    自重作用下的膠寬：     膠厚：（二）粘彈性力學(xué)基礎(chǔ)概念    彈性：材料恢復(fù)形變的能力，與時(shí)間無關(guān)。    粘性：阻礙材料產(chǎn)生形變的

21、特性與時(shí)間相關(guān)。粘彈性材料既有彈性，又有粘性。粘彈性依賴于溫度和外力作用的時(shí)間。其力學(xué)性能隨時(shí)間的變化，稱為力學(xué)松弛，包括應(yīng)力松弛、蠕變等。其力學(xué)行為介于理想彈性體和理想粘性體之間。蠕變：一定溫度，恒定應(yīng)力s，材料的應(yīng)變e隨時(shí)間的增加而增大的現(xiàn)象應(yīng)力松馳：恒定溫度形變下，材料的內(nèi)應(yīng)力隨時(shí)間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象。    線性粘彈性:粘性和彈性線性組合叫線性粘彈性。粘彈性力學(xué)只描述材料同時(shí)出現(xiàn)的彈性和粘性行為（簡稱為粘彈性），不涉及到材料的塑性效應(yīng)。這是考慮粘性效應(yīng)最基本的材料模型。      理想彈性體的形變與時(shí)間無

22、關(guān)，形變瞬時(shí)達(dá)到，瞬時(shí)恢復(fù)。理想粘性體的形變隨時(shí)間線性發(fā)展。粘彈性體介于這兩者之間，其形變的發(fā)展具有時(shí)間依賴性，也就是說不僅具有彈性而且有粘性。這種力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間變化的現(xiàn)象稱為力學(xué)松弛現(xiàn)象或粘彈性現(xiàn)象。廣義上說，松弛過程是體系（始態(tài)）從受外力場作用的瞬間開始，經(jīng)過一系列非平衡態(tài)（中間狀態(tài)）而過渡到與平衡態(tài)（終態(tài)）的過程，而這一過渡時(shí)間不是很短的。結(jié)構(gòu)膠在低溫或快速形變時(shí)表現(xiàn)為（普）彈性；在高溫或緩慢形變時(shí)表現(xiàn)為粘性。    粘彈性力學(xué)圍繞著四個(gè)物理量即應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和時(shí)間進(jìn)行研究。通常是固定兩個(gè)量，研究另兩個(gè)量的關(guān)系（表2）。   

23、         表2粘彈性材料力學(xué)性質(zhì)四參量之間的關(guān)系    對(duì)結(jié)構(gòu)膠這樣粘彈性材料在隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)上應(yīng)用，也應(yīng)從以上四個(gè)關(guān)系研討。應(yīng)變時(shí)間關(guān)系與應(yīng)力時(shí)間關(guān)系具有等效性，隱框玻璃幕墻工程大都處于大氣常溫，本文從應(yīng)變時(shí)間關(guān)系與應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系兩方面進(jìn)行分析。    （三）粘彈性材料應(yīng)變時(shí)間關(guān)系：（三種形變）    31普彈應(yīng)變（1）：    聚合物受力時(shí)，瞬時(shí)發(fā)生的高分子鏈的鍵長、鍵角變化引起的應(yīng)變

24、服從虎克定律，當(dāng)外力除去時(shí)，普彈應(yīng)變立刻完全回復(fù)。                       圖2普彈應(yīng)變示意圖                      

25、圖3普彈應(yīng)變摸擬圖     32高彈應(yīng)變（2）：    聚合物受力時(shí)，高分子鏈通過鏈段運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)變，應(yīng)變與時(shí)間相關(guān)。當(dāng)外力除去后，高彈應(yīng)變逐漸回復(fù)。                       圖4高彈應(yīng)變摸擬圖        

26、               圖5高彈應(yīng)變示意圖     33粘性流動(dòng)（3）：    受力時(shí)發(fā)生分子鏈的相對(duì)位移，外力除去后粘性流動(dòng)不能回復(fù)，是不可逆形變。                     &

27、#160; 圖6粘性流動(dòng)示意圖                       圖7粘性流動(dòng)摸擬圖     （四）粘彈性的力學(xué)模型    41理想彈簧和理想粘壺    為了模擬粘彈性林料的粘彈行為，采用兩種基本力學(xué)元件，即理想彈簧和理想粘壺（圖8）   

28、 理想彈簧用于模擬普彈應(yīng)變，其力學(xué)性質(zhì)符合虎克（Hooke）定律，應(yīng)變達(dá)到平衡的時(shí)間很短，應(yīng)力與應(yīng)變和時(shí)間無關(guān)。         = E         式中：為應(yīng)力；E為彈簧的模量；為形變。    理想粘壺用于模擬粘性形變，其應(yīng)變對(duì)應(yīng)于充滿粘度為的液體的圓筒同活塞的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可用牛頓流動(dòng)定律描述其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。    式中：為粘度；t為時(shí)間。   

29、; 4.2串聯(lián)模型(Maxwell模型)    將彈簧和粘壺串聯(lián)起來可以表征粘彈體的應(yīng)力松弛或蠕變過程。      如圖9所示，當(dāng)模型受到了一個(gè)外力時(shí)，彈簧瞬時(shí)發(fā)生形變，而粘壺由于粘液阻礙跟不上作用速度而暫時(shí)保持原狀。若此時(shí)把模型的兩端固定，即模擬應(yīng)力松弛中應(yīng)變固定的情況，則接著發(fā)生的現(xiàn)象是，粘壺受彈簧回縮力的作用，克服粘滯阻力而慢慢移開，因而也就把伸長的彈簧慢慢放松，直至彈簧完全恢復(fù)原形，總應(yīng)力下降為零，而總應(yīng)變?nèi)员３植蛔儭Ｆ浞匠掏茖?dǎo)如下：    體系總應(yīng)變是彈簧和粘壺的應(yīng)變之和=彈

30、粘    彈簧與粘壺受的應(yīng)力相同 =彈粘    4.3并聯(lián)模型(Voigt模型)    當(dāng)模型受到外力時(shí)，由于粘壺的粘性使得并聯(lián)的彈簧不能迅速被拉開。隨著時(shí)間的發(fā)展，粘壺逐步形變，彈簧也慢慢被拉開，最后停止在彈簧的最大形變上。除去外力，由于彈簧的回縮力，要使形變復(fù)原，但由于粘壺的粘性，使體系的形變不能立刻消除。粘壺慢慢移動(dòng)，回復(fù)到最初未加外力的狀態(tài)。并聯(lián)模型示意圖10。           

31、60;     圖10并聯(lián)模型    其模擬的蠕變方程為    （t）=()(1-e-t/) 3.4四元件模型(Burgers模型)     并聯(lián)模型沒能表現(xiàn)出蠕變過程剛開始的普彈形變部分和與高彈形變同時(shí)發(fā)生的純粘流部分。串聯(lián)模型能表現(xiàn)普彈形變和粘流形變，但不能表現(xiàn)高彈形變。如果將串聯(lián)模型和并聯(lián)模型再串聯(lián)起來，構(gòu)成的所謂“四元件模型”，常稱為Burgers模型（圖11）。      &#

32、160;        圖 11 四元件模型        變形包括三部分：彈形變形1、粘流2、粘彈性變形3；它們和應(yīng)力對(duì)應(yīng)關(guān)系分別為：    可用拉普拉斯變換導(dǎo)出完整的方程為：     （五）粘彈性力學(xué)在隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用分析。    51隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠短期荷載、長期荷載區(qū)分：    隱框玻璃幕墻自重荷載和風(fēng)荷載在設(shè)

33、計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，荷載達(dá)到和超過該值的總時(shí)間（總時(shí)間=作用次數(shù)×作用時(shí)間）T與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期之比T。    T/T=1.0為永久荷載；0.5T/T1.0為長期荷載；    0.1T/T0.4為短期荷載；0T/T0.1為瞬時(shí)荷載。    5.2自重荷載為永久荷載       膠用四元件模型（1）式進(jìn)行形變時(shí)間分析，           &#

34、160;    圖14   四元件模型模擬的蠕變及回復(fù)曲線    隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠承受風(fēng)荷載及地震作用為短期荷載的作用時(shí)間短 (t很小), （1）式中的第二    此時(shí)隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠變形與時(shí)間無關(guān)，力學(xué)性質(zhì)呈彈性。粘彈性材料在極短期荷載作用下則成為彈性體，例如：飛機(jī)上的橡膠輪胎在高速下遇到外來物體的撞擊會(huì)像彈性體一樣破碎；粘彈性材料-結(jié)構(gòu)膠在風(fēng)荷載及地震作用為短期荷載作用下蠕變很不明顯，按彈性材料力學(xué)分析計(jì)算是可行的。    隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠承受永

35、久荷載（例如玻璃自重），力作用時(shí)間長(t大),（1）式中的第二、三項(xiàng)大于第一項(xiàng)，當(dāng)t，第二當(dāng)t，第二項(xiàng)0/E2 <<第三項(xiàng)（0t/)，（1）式剩下第一項(xiàng)為此時(shí)材料變形與時(shí)間有關(guān)，材料力學(xué)性質(zhì)呈粘性，重力作用的蠕變累積也需要相當(dāng)長的時(shí)間，例如玻璃也是粘彈性材料，歐洲有幾百年歷史的教堂上的窗玻璃能觀察到上薄下厚的變化，這說明玻璃蠕變主要是垂直地面的自重的永久荷載，而不是水平方向的風(fēng)力，即使這樣可觀察到蠕變需要幾百年的時(shí)間，這些提示了我們：隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠承受風(fēng)荷載及地震作用等短期荷載時(shí)，力作用時(shí)間短 (t小), 此時(shí)隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠主要是普彈形變，結(jié)構(gòu)膠寬度由風(fēng)荷載及地震作用等短期

36、荷載決定的，可以采用彈性材料力學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)于承受風(fēng)荷載及地震作用短期荷載的隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠忽略應(yīng)變與時(shí)間影響，僅考慮普彈應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系套用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。因而廣州風(fēng)荷載為西塔隱框玻璃幕墻的控制荷載，超規(guī)范將硅酮結(jié)構(gòu)密封膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f1=(0.6÷3)N/mm2=0.2N/mm2 a提高到f1=(1.0÷3)N/mm2=0.34N/mm2是可行的。    隱框玻璃幕墻在短期荷載（風(fēng)荷載、地震荷載，每次作用時(shí)間短）作用下，倍增結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)值對(duì)粘結(jié)耐久性影響與彈性材料（例如鋼材）沒有多大區(qū)別，工程上可忽略不計(jì)。硅酮結(jié)構(gòu)膠在長期荷載

37、（自重荷載）作用下，材料粘彈性呈現(xiàn)為粘性，材料時(shí)間效應(yīng)明顯。工程上才予考慮。    隱框玻璃幕墻在短期荷載（風(fēng)荷載）作用下，雖然每次作用時(shí)間短，結(jié)構(gòu)膠呈彈性材料效應(yīng)，但風(fēng)荷載為多次作用的可變荷載，按結(jié)構(gòu)膠彈性疲勞效應(yīng)，倍增結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)值對(duì)粘結(jié)耐久性影響如何？   （六）非線性黏彈性材料疲勞性能-粘彈塑材料動(dòng)力學(xué)    61疲勞是指材料在承受遠(yuǎn)低于斷裂強(qiáng)度的應(yīng)力強(qiáng)度的反復(fù)應(yīng)力的情況下產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。疲勞的產(chǎn)生通常起源于工件內(nèi)部相對(duì)脆弱或者應(yīng)力集中的區(qū)域，如外來夾雜，空隙等。盡管工件整體所受應(yīng)力小于斷裂強(qiáng)度，在這些微

38、小區(qū)域可能已經(jīng)達(dá)到斷裂強(qiáng)度，結(jié)果導(dǎo)致在這些區(qū)域產(chǎn)生微小裂紋。在應(yīng)力反復(fù)施加的情況下這些微小裂紋長大最終導(dǎo)致工件破壞失效。    62硅酮結(jié)構(gòu)膠為高分子非線性粘彈性材料，至今高分子非線性粘彈性材料疲勞破壞特性評(píng)價(jià)基本上采用和金屬材料同樣的應(yīng)力-疲勞壽命（S-N）曲線方法。高分子材料于循環(huán)負(fù)載之下主要會(huì)經(jīng)歷疲勞斷裂。疲勞發(fā)生于低于降幅強(qiáng)度的應(yīng)力階段。痕勞破壞的高分子材料中并不像金屬那樣廣泛；然而，其疲勞資料室類似的，且其結(jié)果da/dNK關(guān)系曲線具有相同的一般形狀。圖3        圖3某些金屬和高分子材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線    da/dNB Gq，    式中：B 、q 是與材料種類、溫度、頻率、應(yīng)力比等有關(guān)的常數(shù)。    綜上所述，隱框玻璃幕墻在短期可復(fù)荷載（風(fēng)荷載）作用下，結(jié)構(gòu)膠