フレームの亀裂発生と拡大挙動に関する研究

日付: 2023 年 8 月 2 日

著者: Yanni Zhang、Luoxin Huang、Jun Deng、Zhichao Feng、Dan Yang、Xuemeng Liu、Shuai Zhang

ソース：火2023年 、６（７）、２８１； MDPI

土井：https://doi.org/10.3390/fire6070281

(この記事は、高温および火災中のガラスに関する特別号に属します)

フレームサポートを使用して取り付けられたフロートガラスは、建築建設に広く利用されています。火災環境では、フロートガラスの破損は建物空間内での火災の動的な展開に大きな影響を与えます。熱負荷を受けたフレームで支持されたフロートガラスの熱破壊挙動は、自作の実験システムを使用して注意深く検査されます。設計されたシステムは、重要な行動パラメータを取得することを目的としています。実験研究により、枠で支えられたフロートガラスの破損の主な原因はガラス表面の温度差であり、臨界温度差は約65℃であることが明らかになりました。

亀裂は温度差が最大となるガラス表面の端から始まり、急速に拡大します。クラックが交差することでクラックアイランドが形成され、支持フレームや周囲のガラスの応力によって外れることがありません。フレームで支持されたフロートガラスの熱機械的および微細幾何学的モデルは、熱負荷下でのフレームで支持されたフロートガラスの微小亀裂の拡大パターンをさらに示すために、PFC2D プログラムに基づいて開発されました。この精査は、建設プロジェクトにおけるフレームサポートフロートガラスの設置と使用、および火災の証拠の特定に関する理論的な指針を提供します。

フロートガラスは、都市部の高層ビルで一般的に利用されている最も重要なコンポーネントの 1 つとして、ドア、窓、天井、壁、および建物のその他の部分に広く利用されています [1]。フロートガラスは機械的特性が比較的弱い脆い材料であるため、火災の熱負荷の作用により破損したり外れたりしやすく、その結果、新たな延焼経路が生じ、火災の延焼が加速され、建物の安全性が脅かされる可能性があります。構造も居住者も。フレームでサポートされた設置アプローチは、建設プロジェクトでガラスを設置する最も一般的な方法です [2、3]。

熱負荷下でのフレームで支持されたフロートガラスの動的性能を分析し、ガラスの物理的および化学的特性を研究することは、フレームで支持されたフロートガラスの破壊メカニズムを明らかにし、ガラスの破損時間と保護されたガラス間の温度差との関係をさらに解明するのに役立ちます。建物火災におけるガラスの保護されていない領域を調査し、ガラスのひび割れと損傷の程度および崩壊挙動との関係を調査します [4,5,6]。したがって、建築工学におけるガラス部品の安全特性を理解することは、建物の火災安全性や火災事故の調査にとって非常に重要です。

エモンズ [7] は 1986 年に、火災によるガラスの破損は重要な研究価値があると初めて示唆しました。それ以来、学者たちは多くの実験や数値シミュレーションを通じてガラスの破損のメカニズムを詳しく調べてきました。スケリーら。 [6] は、実際の建物火災におけるガラスの破壊プロセスを研究するためのシミュレーションコンパートメントを設計しました。最後に、彼らはエッジで保護されたガラスの破損につながる理論上の臨界温度差を発見しました。パグニら。 [8,9] は、熱伝達モデルとガラス破損基準の間の結合を考慮したガラス破損プログラム BREAK1 を開発しました。彼らが確立した数値モデルは、ガラスの破損の最初の発生を予測し、ガラス表面の温度場を計算することができました。原田ら。 [10] は、箱焼き加熱条件に基づいてガラスの初破断時間を予測し、それを簡単な式で示しました。

多くの研究と実験に基づいて、Pope et al. [11] はガウスガラス破壊モデルを提案し、このモデルを火災動力学シミュレーションソフトウェアに適用しました。 Hietaniemi J [12] は、モンテカルロシミュレーションと BREAK1 を利用して、火災環境におけるガラスの脱落と破損の確率を分析しました。ニーら。 [13] は、3 つの異なる熱発生率の火災シナリオで、複層ガラスで作られた二重ファサードの防火性能を調査しました。王ら。 [14、15、16、17、18] は、有限要素プログラムを利用して、大量の基礎理論を使用して、境界拘束方法と熱影響の違いに関連してガラス亀裂の拡大プロセスを評価しました。ウォンら。 [19] は、熱放射下でのガラスサンプルのフォールアウト挙動を研究し、ガラスフォールアウトの確率的予測モデルを確立しました。