CN1995961A - 一种铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法，包括：步骤一、获取待测铝塑复合板试样在使用环境下相对挠度值参数；步骤二、将试样装卡于检测设备上，向试样施加载荷，直至试样达到上述相对挠度值参数；步骤三、用步骤一确定的应变反复对试样施压，间歇测量折边开裂长度，直至达到设定程度；步骤四、记录施压次数T；步骤五、利用获得的施压次数、载荷量计算试样的折边服役寿命A。本发明方法科学、合理，能够模拟正、负风压下铝塑板幕墙单元的破坏行为和过程；简单易行，设备简单，可以节约大量试验成本，易于推广使用；利用本发明方法能够获得铝塑复合板循环应变下折边的服役寿命，可以为设计师提供可靠数据。

Description

一种铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法

技术领域：

本发明涉及铝塑板幕墙系统的检测，具体涉及一种测量铝塑板幕墙系统安装后折边服役寿命的方法。

现有技术：

金属幕墙系统的检测只限于风压变形性能、气密性与水密性试验(封闭式幕墙)。风压变形试验只能反映材料在静风载荷下的变形破坏形式，这仅适合玻璃幕墙、石材幕墙等非金属材料幕墙。而对金属幕墙(例如：铝塑板幕墙、铝单板幕墙等)而言，破坏的关键是材料折弯后，幕墙的边角部位在动风载荷疲劳振动下的破坏，折边的耐变形程度直接关乎其服役寿命。如何检测金属幕墙材料及其系统这一性能，是对金属幕墙使用寿命评价的技术关键。

对用于幕墙的铝塑复合板来说，一个重要的长期性能指标就是疲劳应力，因为在建筑上铝塑板要承受正、负风压的周期作用，因此必须证明铝面板的抗疲劳强度的可靠性，从而推算出铝塑复合板折边的服役寿命。关于铝塑复合板折边强度，目前国内整个行业还没有开展此方面的试验，国外采用万能疲劳试验机进行试验，该方法通过加载杆对试件进行震动，通过控制试件的挠度来测定试样的最大应变。然而，这种测试形式与实际应用有偏差，设备也十分昂贵，只能作为研究使用，测试方法很难推广使用。

发明内容：

本发明的主要目的在于提供一种实用有效的铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法。

本发明提供的铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法，包括以下步骤：

步骤一、获取待测铝塑复合板(试样)在使用环境下相对挠度值参数；

步骤二、将试样装卡于检测设备上，向试样施加载荷，直至试样达到上述相对挠度值参数；

步骤三、用步骤一确定的应变反复对试样施压，间歇测量折边开裂长度，直至达到设定程度；

步骤四、记录施压次数T；

步骤五、利用获得的施压次数、载荷量计算试样的折边服役寿命A，单位：年：

$A=\frac{T}{\mathrm{\δ}.D_{\max }}$

其中，D_max为GB 50178-1993《建筑气候区划标准》中幕墙工程所在地一年中八级风天数的最大值，δ为修正系数(通常为2)。

上述方法中，步骤一的相对挠度值参数，通过GB/T 15227-1994《建筑幕墙风压变形性能检测方法》的抗风压试验获得，或来源于建筑幕墙的设计要求；折边的最大开裂长度依据《铝塑复合板幕墙工程施工及验收规程》设定；具体为：循环应变为±40mm，频率为0.5Hz时设定为50mm。

上述方法中，使用的检测设备，由支撑固定部件、气动部件、以及操作控制部件组成，其中，支撑固定部件包括一纵向固定铝塑板的机架和装卡夹紧件，气动部件也装设于该固定架水平方向的横台上，且气动部件的工作件与固定的铝塑板垂直，所述操作控制部件与气动部件电连接。

其中，所述机架具有两立柱、一底座、操作横台和多根斜拉杆，立柱与底座稳固连接，操作横台固定连接两立柱的中间位置，多根斜拉杆分别连接于立柱与底座之间、立柱与操作横台之间、以及操作横台与底座之间；角码螺栓分设于两立柱侧边；所述气动部件为气压传动系统，包括有一气压源、一连接气压源具有一工作杆的气泵，在气压源和气泵的连接管线中，还连设一气动双联件分水滤气器以及一磁性开关，操作横台上设滑轨，所述气泵置于该滑轨上能左右移动；所述操作控制部件由计数器和控制器组成，控制器与气动部件相连，计数器与气动部件的工作件连接，记录工作件循环运动次数。

其中，使用的检测设备中另外配备一夹头垫板，夹头垫板以螺栓固定连接在铝塑板的板面上，且该夹头垫板与气泵的工作杆垂直正对。

本发明采用上述方法具有如下优点：

1、本发明方法科学、合理，能够模拟正、负风压下铝塑板幕墙单元的破坏行为和过程；

2、本发明简单易行，设备简单，可以节约大量试验成本，易于推广使用；

3、利用本发明方法能够获得铝塑复合板循环应变下折边的服役寿命，可以为设计师提供可靠数据。

附图说明：

图1为本发明中所用检测设备结构图。

图2为本发明方法用于对不同牌号铝材对铝塑复合板角部强度检测结果图。

具体实施方式：

本发明研究铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法。该方法通过使用折边检测设备，通过模拟风荷载的作用，将铝塑板固定在铝合金边框龙骨上，使其循环产生向内(正风压作用下)和向外(负风压作用下)的弯曲，检测最后发生破坏时的弯曲次数，再通过计算得到受测铝塑复合板的使用寿命。

该方法包括以下步骤：

一、获取待测铝塑复合板(试样)在使用环境下相对挠度值参数；

二、将试样固定于检测设备上，向试样施加载荷，直至试样达到上述相对挠度值参数；

三、用步骤一确定的应变值反复对试样施压，间歇测量折边开裂长度，直至达到设定程度；

四、记录施压次数T；

五、利用获得的施压次数、载荷量计算试样的折边服役寿命A，单位：天：

$A=\frac{T}{\mathrm{\δ}.D_{\max }}$

其中，D_max为GB 50178-1993《建筑气候区划标准》中幕墙工程所在地一年中八级风天数的最大值，δ为修正系数(通常为2)。

本发明中，步骤一的相对挠度值参数，一般是指在均匀载荷条件下，在最大风压(如12级台风)下，试样可承受的变形尺寸幅度，如30mm，该参数可通过GB/T15227-1994《建筑幕墙风压变形性能检测方法》的抗风压试验获得，或来源于建筑幕墙的设计要求。

本发明中，折边的最大开裂长度依据《铝塑复合板幕墙工程施工及验收规程》设定；如，循环应变为±40mm，频率为0.5Hz时设定为50mm。

本发明中，使用的检测设备，参见图1所示，该设备由支撑固定部件1、气动部件2、及操作控制部件3部分组成。

其中，支撑固定部件1包括机架和装卡夹紧件12，机架的两立柱13、通过装卡夹紧件12将试件8固定于两立柱13上；

气动部件2为设备的执行部件，其为气压传动系统，包括有一气动双联件分水滤气器20、一气泵21、一磁性开关22、一气压源23以及管线，气动双联件分水滤气器20在气压源23与气泵21之间，由于空气中含有水汽，气动双联件分水滤气器20部件起到过滤作用；气泵21前端连接一工作杆24，工作杆24正对装设于机架上的试件8，且另外配备一夹头垫板5，夹头垫板5采用M6螺栓固定连接在试件8的板面上，且该夹头垫板5与气泵21的工作杆24垂直正对，气动泵工作时，工作杆24连动夹头垫板5进行循环运动，从而带动试件8的摆动；气动泵21通过管线与气压源23连接，管线上设磁性开关22控制气动泵21的工作，调整磁性开关22的相互位置，可以改变气泵21的工作参数，从而连带调整试件8的摆动振幅；调整气压源23的进气压力和排气速度，同样可以改变气动泵21的工作参数，从而改变试件8的伸缩频率。

操作控制部件3由计数器26和控制器25组成。控制器25与电源相连，控制气泵21的工作与停止；计数器26记录试件8循环运动次数，具有断电保存数据功能。

按以上组合，形成本发明中使用的测试设备。该设备技术参数：整机外形尺寸：长1580、宽1400、高1795；气源压力0.4Mpa，伸缩频率f＝1Hz；摆幅范围：Smax＝±50。

以下以具体实施例详细说明本发明的实施过程。

实施例一：工程案例

对北京某铝塑板幕墙工程寿命进行检测。过程步骤如下：

1.取得材料参数

根据设计师的要求，参照铝塑复合板幕墙的性能，结合建筑物所在的地理环境、气候、环境等条件以及建筑物的使用功能确定面板在风载荷作用下的相对挠度值；或者通过抗风压试验(GB/T 15227-1994)确定相对挠度值(mm)，从而获得循环应变要求的应变值。

试件的基本参数：5005镁铝合金铝板铝塑板；幕墙高度60m；最大分格1250mm×1500mm。风荷载标准值(GBJ 9-97)：

w_k＝β_zμ_sμ_zω₀

式中β_z-Z设计处的风振系数，取2.25；

μ_z-风压高度变化系数，取1.35；

μ_s-风荷载体型系数，取1.5；

ω₀-基本风压值，取0.5kN/m²。

w_k＝2.25×1.35×1.5×0.5＝2.28 kN/m²

由铝塑板抗风压性能试验(GB/T 15227-1994)得出1250mm×1500mm铝塑板中心挠度为32mm。

2.样品的加工安装

由厂家提供与铝塑板铝塑复合板幕墙相同样品，对试样进行裁切、开槽(要求保留不小于0.3mm的塑料芯层)、折边，利用角码固定在铝塑板循环应变下折边寿命测试设备上。

3.试验

根据相对挠度值32mm，确定了设备振幅也为±32mm，工作杆频率为1次/秒进行试验。设备计数器开始工作，当铝塑板开槽弯折处任一部位铝板开裂达到50mm(精度0.1mm)时，振动次数即为铝塑板循环压力下的破坏试验次数T，该实验中循环次数为10200次。

4.确定使用寿命

查阅GB 50178-1993《建筑气候区划标准》可知幕墙工程所在地北京风力大于8级(风力8级时北京地区基本风压值0.22 kN/m²)天数每年最大为64天，为最大值D_max，考虑到低于八级风力天数及其他因素的影响，乘以修正系数δ(通常为2)，利用铝塑板折边寿命 $A=\frac{T}{\mathrm{\δ}.D_{\max }}$ 公式计算得到该幕墙工程折边服役寿命为79.7年。由此可以评价该工程安装的铝塑板幕墙角部强度使用寿命可达70年，超过铝塑板幕墙设计标准要求。

实施例二、对不同牌号合金的铝塑板角部强度的测试

本实施例说明该发明方法可用于分析不同牌号的铝材对铝塑复合板循环压力下角部强度的影响。试验中选用了三组由不同牌号的铝材生产的铝塑复合板。

操作步骤：与实施例一的步骤基本相同。三种不同牌号的铝材生产的铝塑复合板，板厚均为4mm，分别按照规范要求开槽(保留0.3mm的塑料芯层)，然后进行折边，利用角码固定在铝塑板循环应变下折边寿命测试设备上。设定设备的振幅为40mm，振动频率为0.25Hz、0.50Hz和1.0Hz，设备对三种时间的检测结果(循环次数)参见图2所示。

由图2可以看到，振动频率为0.25Hz、0.50Hz和1.0Hz时，5005铝合金板材的铝塑复合板角部强度优于3003铝合金板材的铝塑复合板角部强度，而且3003铝合金板材的铝塑复合板要好于1100纯铝板材的铝塑复合板；随着振动频率增加，不同合金牌号铝塑复合板角部循环次数差距减小。这是由于1100纯铝、3003锰铝合金、5005镁铝合金的抗剪强度及疲劳强度依次提高。综合考虑其他因素，例如铝合金耐腐蚀性好等优点，因此对于幕墙用铝塑复合板选用铝合金板材是必须的。

实施例三、对开槽伤及铝皮的铝塑复合板折边强度检测

与实施例二相同的方法，选择同一厂家生产的同一批次的铝塑复合板，其中，试样1按照规范要求开槽，保留0.3mm的塑料芯层，试样2开槽深度及铝，而不保留塑料芯层，肉眼可见已及铝层。两试样以同样的操作进行实验。该例检测中，设定设备振幅40mm、工作杆频率1次/秒，测得结果1200，计算得到的折边寿命为9年(计算中，D_max参考北京地区数值，修正系数δ取2)。

通过该检测可以看到，开槽加工是否规范，是影响循环应变下折边寿命的重要因素。开槽过深，尤其是伤及面铝的开槽加工，会导致铝塑复合板折边处的韧性降低，折边寿命大幅下降，甚至不及原来的30％。

Claims (6)

1、一种铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法，包括以下步骤：

步骤一、获取待测铝塑复合板试样在使用环境下相对挠度值参数；

步骤二、将试样装卡于检测设备上，向试样施加载荷，直至试样达到上述相对挠度值参数；

步骤三、用步骤一确定的应变反复对试样施压，间歇测量折边开裂长度，直至达到设定程度；

步骤四、记录施压次数T；

步骤五、利用获得的施压次数、载荷量计算试样的折边服役寿命A，单位：年：

$A=\frac{T}{\mathrm{\δ}{.D}_{\max }}$

其中，D_max为GB 50178-1993《建筑气候区划标准》中幕墙工程所在地一年中八级风天数的最大值，δ为修正系数。

2、根据权利要求1所述铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法，其特征在于，其中，步骤一的相对挠度值参数，通过GB/T 15227-1994《建筑幕墙风压变形性能检测方法》的抗风压试验获得，或来源于建筑幕墙的设计要求；

3、根据权利要求1所述铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法，其特征在于，折边的最大开裂长度依据《铝塑复合板幕墙工程施工及验收规程》设定；具体为：循环应变为±40mm，频率为0.5Hz时设定为50mm。

4、根据权利要求1或2或3所述铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法，其特征在于，使用的检测设备，由支撑固定部件、气动部件、以及操作控制部件组成，其中，支撑固定部件包括一纵向固定铝塑板的机架和装卡夹紧件，气动部件也装设于该固定架水平方向的横台上，且气动部件的工作件与固定的铝塑板垂直，所述操作控制部件与气动部件电连接。

5、根据权利要求4所述铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法，其特征在于，所述机架具有两立柱、一底座、操作横台和多根斜拉杆，立柱与底座稳固连接，操作横台固定连接两立柱的中间位置，多根斜拉杆分别连接于立柱与底座之间、立柱与操作横台之间、以及操作横台与底座之间；角码螺栓分设于两立柱侧边；所述气动部件为气压传动系统，包括有一气压源、一连接气压源具有一工作杆的气泵，在气压源和气泵的连接管线中，还连设一气动双联件分水滤气器以及一磁性开关，操作横台上设滑轨，所述气泵置于该滑轨上能左右移动；所述操作控制部件由计数器和控制器组成，控制器与气动部件相连，计数器与气动部件的工作件连接，记录工作件循环运动次数。

6、根据权利要求5所述铝塑复合板循环应变下折边服役寿命的测定方法，其特征在于，另外配备一夹头垫板，夹头垫板以螺栓固定连接在铝塑板的板面上，且该夹头垫板与气泵的工作杆垂直正对。

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