水幕作用下受热玻璃破裂脱落行为的实验研究

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1、水幕作用下受热玻璃破裂脱落行为的实验研究基金项目：国家自然科学基金（资助号：）和国家重点基础研究发展计划（973计划）（资助号：2012CB）火灾中水喷淋或水幕系统的启动有加速玻璃破裂甚至脱落的风险。为研究水幕对受热玻璃破裂行为的影响，以钢化玻璃和非钢化Low-E玻璃（低辐射玻璃）为对象，在玻璃温度达到设计值时开启水幕，观测玻璃的响应特性。结果表明，无水幕作用时6mm钢化玻璃可以承受400°C以上高温而不破裂，但是当玻璃温度超过250°C时施加水幕，玻璃就会发生破裂。无水幕作用时6mmLow-E玻璃的平均破裂温度为93.6°C，在温度超过70°C时施加水幕会加速玻璃的破裂脱落。这

2、是因为高温玻璃遇到低温的水会瞬间产生巨大的热应力，超过玻璃的抗拉极限，从而导致破裂。当玻璃温度低于该临界温度时，水幕可以起到很好的降温冷却效果。关键词水幕火灾钢化玻璃Low-E玻璃破裂脱落TheFractureandFalloutBehavioroftheHeatedGlassundertheEffectoftheWaterFilmGuangzhengShao,QingsongWang*,YuWang(StateKeyLaboratoryofFireScience,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei,China)18Abst

3、ractImproperactivationofthesprinklerorthecoldwatersprayingfromthefire-fightinglancemayacceleratethecrackevenfalloutoftheheatedglasswhenencounteringafire.Inordertoinvestigatetheeffectofthewaterfilmonthefracturebehaviorofheatedglass,temperedandnon-temperedLow-Eglasswerestudiedinthepresentwork.T

4、heglassspecimenswereheatedtothedesignedtemperaturesbeforethewaterfilmwasinitiatedmanually.Theresultsshowthatwithoutthewaterfilm,the6mmtemperedglasscanendure400°Cwithoutbreaking,butcrazedwhenitstemperatureoutnumbers250°Cundertheeffectofthewaterfilm,whichindicatesthatthewaterfilmacceleratesthec

5、rackandfalloutprocessoftheglass.SimilarphenomenonwasfoundinLow-Eglass.Thefracturetemperaturesfor6mmLow-Eglasswithandwithoutthewaterfilmare70°Cand93.6°C,respectively.Thethermalshockcausedbythesuddencoolingcanaccountforthisphenomenon.Thewaterfilmcanprotecttheglassverywellaslongasitisinitiatedbe

6、foretheircriticaltemperature.Keywordswaterfilm;temperedglass;Low-Eglass;fractureandfalloutbehavior;fire181引言出于美观、经济、透光性好等原因，玻璃在现代建筑中的应用越来越广泛。但是一旦发生火灾，玻璃幕墙往往是建筑中最薄弱的部分，很容易破裂脱落形成通风口。国内外众多学者对此进行了深入研究[1-6]，研究表明玻璃一旦达到某一临界温差就会破裂继而脱落，温差造成的热应力是火灾中玻璃破裂的主要原因。其中本课题组[1]开发的有限元程序（EASY）可用于研究玻璃的动态热应力分布并预测热载荷

7、作用下玻璃的破裂。玻璃内部温差和热应力之间的关系可以用下式表示[7]：（1）其中，σb是断裂应力；E是杨氏模量；β是线膨胀系数；∆T是玻璃内部温差。为解决火灾中玻璃容易破裂脱落形成通风口的问题，现代建筑尤其是高层建筑中大多配备水喷淋设施，但我国绝大多数建筑中安装的并不是专门的窗玻璃喷头，而是顶置式的普通喷头。国内外众多学者对水喷淋或水幕对玻璃的保护作用进行了大量实验和理论研究[8-14]。研究表明，这些喷淋设施如果能在火灾初期及时启动，会对玻璃幕墙或窗玻璃形成一定的保护作用。然而