Computer modelling of point supported laminated glass panes

In recent years significant progress has been made in structural application of glass elements in building industry. However, the issues related to computer modelling of glass panes, as well as analytical procedures allowing for taking into account the bonding action of PVB foil are not widely known in the engineering environment. In this paper results of numerical study of laminated glass plates are presented. The scope of the research covers over 40 cases of panes. Narrow (characterized by edge length ab > 2) and square (a/b = 1) panes made of two or three layer laminated glass have been taken into account. The paper deals mainly with point supported glass. However, selected results for linearly supported plates have been included as well for comparison. For each considered case an advanced computational model have been developed within the environment of Abaqus software. Pointwise supports have been modelled using methods of various complexity. The obtained results have been compared with the results of standard calculations using Wölfel-Bennison and Galuppi-Royer-Carfagni hypotheses. The analytical procedures proposed by CEN have been applied as well. As a result, recommendations for static calculations of laminated glass panes have been formulated. The computational procedure based on the hypothesis presented by L. Galuppi and G. Royer-Carfagni should be considered the most universal. The remaining methods may be applied only in limited scope. In order to estimate maximum principal stress in the support zone an advanced computer model has to be used. The support may be modelled in an exact or simplified manner.

W ostatnich latach dokonano znaczącego postępu w zakresie konstrukcyjnego wykorzystania w budownictwie elementów ze szkła. Równocześnie trwają prace nad drugą edycją norm europejskich, wśród których przewidziano przygotowanie odrębnej normy dotyczącej projektowania konstrukcji szklanych. Zgodnie z dokumentami opracowanymi przez odpowiedni komitet techniczny Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego, wspomniana norma powinna obejmować swoim zakresem także nowoczesne procedury w zakresie obliczeń statycznych prętów i płyt ze szkła laminowanego. Tego typu elementy konstrukcyjne podparte w sposób punktowy lub w sposób liniowy są powszechnie stosowane w praktyce inżynierskiej ze względów architektonicznych i funkcjonalnych. Problematyka związana z modelowaniem komputerowym elementów ze szkła, jak również procedury analityczne pozwalające na uwzględnienie zespalającego działania folii PVB, nie są jednak powszechnie znane i stosowane w środowisku inżynierskim. W tej sytuacji w artykule przedstawiono wyniki weryfikacji wybranych procedur obliczeniowych dotyczących płyt ze szkła laminowanego. W przeprowadzonych analizach uwzględniono metody obliczeniowe oparte na hipotezach opracowanych przez E. Wolfela i S.J. Bennisona, a także przez zespół autorski L. Galuppi i G. Royer-Carfagni. Rozpatrywano również ścisłe rozwiązanie zagadnienia zginanego pręta ze szkła laminowanego wyprowadzone z modeli reologicznych przez K. Langosch. Otrzymane rezultaty porównano każdorazowo z wynikami zaawansowanych symulacji komputerowych. W celu możliwie dokładnego odwzorowania zachowania się danej płyty szklanej oraz zespalającej warstwy PVB stosowano bryłowe elementy skończone, natomiast obliczenia były prowadzone jako geometrycznie nieliniowe. Szczególną uwagę poświecono zagadnieniom związanym z analizą płyt podpartych w sposób punktowy. Naprężenia główne w strefie podporowej były wyznaczane dla modeli komputerowych o zróżnicowanym stopniu skomplikowania, w tym również dla przypadków w których uwzględniono dokładna geometrię danej rotuli. Omówiono propozycję uproszczonego sposobu modelowania strefy podporowej. Analizy były prowadzone dla dwóch grup płyt o zróżnicowanej geometrii. W zakresie rozwiązań poszczególnych płyt rozpatrywano elementy ze szkła dwu- oraz trójwarstwowego. W celach porównawczych w artykule przedstawiono również rezultaty uzyskane dla płyt podpartych w sposób przegubowo-liniowy. Na podstawie przeprowadzonych badan sformułowano wnioski w zakresie przydatności poszczególnych metod obliczeniowych.