1.2　試驗(yàn)裝置
　　如圖2,在縱向鋼梁上設(shè)置可滑動(dòng)的橫向鋼梁,并在橫向鋼梁上布置可滑動(dòng)的連接件,玻璃試件的角點(diǎn)固定于連接件上。通過調(diào)整橫向鋼梁與連接件的位置即可固定所使用的試件[4]。

　　1.3　加載過程及結(jié)果
　　采用均布沙袋加載近似模擬均布荷載,在沙袋達(dá)到一定高度后,使用千斤頂按照45°擴(kuò)散角加載。加載情況如圖3。

　　隨荷載逐漸增加,所選試件各量測點(diǎn)的應(yīng)變值均近似呈現(xiàn)出線性增長趨勢,同時(shí)位移測值也隨之線性遞增。當(dāng)加至破壞荷載時(shí),試件突然破壞,破壞荷載和最大位移如表2。

　　2　有限元計(jì)算分析
　　2.1　承載特點(diǎn)分析
　　設(shè)垂直施加于中空玻璃表面的均布荷載為p,外、內(nèi)片分別承擔(dān)p1、p2。p2由中空層氣體從外片內(nèi)表面?zhèn)鬟f至內(nèi)片上,同時(shí)氣體壓強(qiáng)增加p2(圖4)。根據(jù)理想氣體定律,如不考慮中空層氣體的溫度變
　　式中ω1、ω2分別為板面某微小面積域σ上外、內(nèi)片的橫向位移。在有限元計(jì)算中,式(3)可近似用外、內(nèi)片各相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的位移差與其周圍荷載作用面積的乘積之和逼近。實(shí)際的荷載分配比例必須使ΔV同時(shí)滿足式(2)與(3),需使用迭代算法確定。

　　2.2　有限元計(jì)算
　　本文使用大型綜合有限元軟件ANSYS中的Shell單元模擬計(jì)算點(diǎn)支承板的受彎行為。該單元每節(jié)點(diǎn)具有6個(gè)自由度,可計(jì)算大變形行為。對于工程中常用的點(diǎn)支式玻璃板(邊長約為1000~3000mm),每邊劃分出10~20個(gè)Shell單元即可保證精度。值得注意的是,為求解外內(nèi)片各處的位移差,進(jìn)而得到外、內(nèi)片之間體積的變化量,應(yīng)保證外、內(nèi)片單元?jiǎng)澐忠恢�。材料常�?shù)按一般鋼化玻璃取值:E=7·2×107kN/m2,泊松比v=0·22。點(diǎn)支式中空玻璃以密封膠粘結(jié)外、內(nèi)玻璃板邊緣,故在邊緣處應(yīng)保證外、內(nèi)片相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的橫向位移協(xié)調(diào)。點(diǎn)支承處外、內(nèi)片玻璃受金屬連接件聯(lián)系固亦存在相似情況。為保證相應(yīng)節(jié)點(diǎn)橫向位移協(xié)調(diào),在板邊緣及點(diǎn)支承處將相應(yīng)節(jié)點(diǎn)以剛性單元聯(lián)系(圖5)。

　　分別在外、內(nèi)片上施加橫向均布荷載p1和p2,即可解出外內(nèi)片各節(jié)點(diǎn)的橫向位移。但p1和p2必須使得由式(3)求出的體積壓縮量一致,故需使用以下迭代算法求解:(1)設(shè)置循環(huán)起點(diǎn):令p10=pt31/(t31+t31),
　　p20=p-p10。(2)由p20通過式
　　(2)求得ΔV。(3)由p10、p20利用有限元模型解出外、內(nèi)板面各節(jié)點(diǎn)位移,由式(3)計(jì)算得到ΔV′0。(4)如|ΔV0-ΔV′0|≤ε(ε為容差,可設(shè)ε=ΔV0/1000),則取第(3)步結(jié)果為最終位移場解,結(jié)束迭代;否則繼續(xù)執(zhí)行第(5)步。(5)如|ΔV0|>|ΔV′0|,則令p11=1·001p10,p21=p-p11;反之令p11=0·999p10。將p11、p21代回第(2)、(3)步重新求解ΔV1、ΔV′1。2.3　計(jì)算結(jié)果比較分析根據(jù)表1試件規(guī)格建模,使用本文方法進(jìn)行有限元計(jì)算,將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測值整理如下。

　　2.3.1位移分析
　　圖6將試件板心及長邊中點(diǎn)的位移測值與本文有限元計(jì)算結(jié)果比較。其中位移測值取px-1、px-2相應(yīng)測值的平均值。

　　圖6顯示,板心位移測值與計(jì)算值約有3%的偏差;長邊中點(diǎn)位移測值與計(jì)算值開始較接近,但隨荷載增長,測值有偏離原直線的趨勢,最大偏差達(dá)到8%。板心位移的計(jì)算值較測值稍大,而邊緣中點(diǎn)的計(jì)算值較測值小。這可能是因?yàn)?沙袋堆裝難以完全精確的模擬均布荷載,隨荷載增大,試件邊緣所受荷載較板心增加得更多。由有限元計(jì)算看出,點(diǎn)支式平行四邊形中空玻璃板的最大位移發(fā)生于板心,邊緣中點(diǎn)的位移與板心位移很接近。2.3.2　板邊緣應(yīng)力分析圖7列出了板心及長邊邊緣中點(diǎn)應(yīng)力測值與計(jì)算結(jié)果。板心應(yīng)力計(jì)算值與測值很接近,但邊緣中點(diǎn)應(yīng)力測值與計(jì)算值最大的偏差接近10%,這也是因?yàn)樵囼?yàn)的系統(tǒng)誤差造成的。

　　2.3.3　孔邊應(yīng)力分析
　　點(diǎn)支式中空玻璃的孔邊最大主拉應(yīng)力往往是板上的最大應(yīng)力,故應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)算�？走厹y點(diǎn)測得應(yīng)力均較小,因測點(diǎn)布置點(diǎn)位有限,故難以保證測到孔邊的最大主拉應(yīng)力。本文計(jì)算了荷載為4·8kN時(shí)px-1外片孔周邊區(qū)域的應(yīng)力分布情況。圖8、9分別為左上角、右上角孔(參見圖1)周邊區(qū)域的應(yīng)力分布情況。由圖8、9可見:左上角孔緣的最大應(yīng)力達(dá)到60MPa,較長邊邊緣中點(diǎn)的應(yīng)力大得多(參見圖7);同時(shí)右上角孔邊緣的最大應(yīng)力約為30MPa,較左上角孔邊應(yīng)力小很多。其原因是左上角至右下角點(diǎn)支承間距離比右上角至左下角支承點(diǎn)間距離小很多(圖1),故荷載大部分被分配到左上角與右下角的點(diǎn)支承處,造成該處的孔邊應(yīng)力較大。這在設(shè)計(jì)中應(yīng)予注意。