硅酮结构密封胶及建筑结构粘结装配--马启元

1、 马启元马启元E-mail: ma_ 1.基本属性基本属性结构连接材料结构连接材料-弹性粘接弹性粘接-传递荷载传递荷载-适应位移。适应位移。2.结构组成和物理化学特性结构组成和物理化学特性1）基本组成）基本组成基础基础为为硅硅-氧主链聚合物、主填料二氧化氧主链聚合物、主填料二氧化硅粉体、硅油增塑；硅粉体、硅油增塑；2）室温固化、高低温性能稳定、对硅酸盐玻璃表面化学）室温固化、高低温性能稳定、对硅酸盐玻璃表面化学亲和、耐环境老化；亲和、耐环境老化；3) 透气、非硅油酯中溶胀透气、非硅油酯中溶胀3.力学力学特性特性应力应力-应变特性应变特性形变与外力作用时间相关，应力形变与外力作用时间相关，应力-

2、应变关系应变关系非线性，介于理想弹性体（弹簧）和理想粘性非线性，介于理想弹性体（弹簧）和理想粘性流体（水）之间，即粘弹性。流体（水）之间，即粘弹性。初始受力阶段 t0 ,1/E 1/E1,即：2 重要物理力学参数：重要物理力学参数：初始刚度模量KX12.5弹性范围（拉伸应变25%）内粘结试件密封胶荷载与位移成正比的比例系数，以初始段应变12.5%时的应力表示。初始弹性模量ES0密封胶拉伸初始应变（25%）弹性变形阶段内应力和应变的比值。强度平均值X试验测定的拉伸粘结强度的平均值。强度标准值R,5拉伸粘结试验数据统计显著性水平0.05分位值，即产品拉伸粘结强度高于该值的概率为95%（GB5006

3、8），且要求老化后强度保持率75%以上：R,5 = X S X.c/ X 75%式中： X.c= 经过老化后的拉伸、剪切应力平均值 = 75 %的置信概率5 %偏差 拉伸粘结强度设计值，f1s取分项系数6 剪切强度设计值des desR,5 / 6 初始剪切模量，GS剪切拉伸至应变25%弹性变形阶段密封胶剪应力和对应剪应变的比值。按0.5泊松比计算 GSES0/3。 泊松比，横向与受力方向变形之比，0.5 永久荷载下剪切强度设计值, f2s永久荷载下不发生蠕变时剪应力测试值。 蠕变系数，c剪切强度设计值与永久荷载下剪切强度设计值的比值.cdes/fs2，一般10 疲劳强度8s为一个周期，以0.

4、61.0倍强度设计值应力循环拉伸，规定拉伸循环次数下无破坏的应力值（指标1005000次循环）F1 = R,5 / 6二二 应用性能要求应用性能要求1 1 分类分类及标记示例及标记示例 a）WH类用途 b）WPH类用途 c）W类用途说明：W承受阵风和/或气压水平荷载；H隐框粘结装配用；P承受永久荷载。 图A.1 典型安装型式及胶接承载形式图例原理:密封胶在初始受力变形阶段呈现近似弹性固体的力学性能。初始变形阶段（如法向应变25%为边界），切向变形量对横截面积影响甚小，其法线应力与切线应力基本相等，接近于弹性固体。初始变形中由于粘接试件夹持的预张紧、安装间隙或其他人为因素，往往造成试验曲线起始原

5、点漂移，如图B.1所示。为真实反映材料特性，应对初始变形阶段的应变补偿绘制材料拉伸应力-应变曲线，计算材料适于工程应用的初始刚度模量，如图B.2。A计算方法以5%、10%、15%、20%、25%应变试验测得的应力值，分别对应补偿转换应变4.8%、9.1%、13.1%、16.9%、20.3%绘制应力-应变曲线，或统计其线性回归方程，计算应力-应变的比例系数即为（正切）初始刚度模量。可依据初始应力-应变曲线测试值，设应变25%为弹性边界，按下式计算初始刚度模量初始刚度模量Es： . (B.1)n 给定温度或条件下每次试验的试件数量m每个试件的观察数据数量 (B.2)B.2式中：ij 应变uij时的

6、拉应力 (B.3)B.3式中：uij拉伸或压缩条件下的位移，mmhi每个试件的初始厚度，mm初始刚度应力-应变曲线上对应于应变12.5% 的应力。（曲线按B.2补偿后数据绘制） 材料强度标准值除以材料性能分项系数得到的值。密封胶粘结强度分项系数f取6，即： fs1=R,5.23/f (B.4) 式中： R,5.2323拉伸粘结强度标准值，MPa f 粘结强度分项系数，取值为6同理，粘结剪切强度设计值fs2 取值即： fs2 =R,5/6 (B.5) 式中： R,5 剪切强度标准值，MPa。（6剪切强度分项系数）依据试验确定剪切荷载下密封胶持久强度设计值, 即密封胶不产生蠕变的剪应力值。该值依据

7、试验结果按下式计算： = fs2/c(B.6)式中：fs223粘结剪切强度设计值，MPa；c 蠕变分项系数 c一般应10（具体值由生产企业产品标准或说明书提供）。 结构胶隐框粘接以连续的线性弹簧元件模拟粘接体受拉伸偏移、转动剪切及应力-应变关系。 半隐框安装玻璃上下横边是传统明框可通过简支撑模拟，玻璃平面内运动不受约束。1 基本粘接型式基本粘接型式2 应力分析方法应力分析方法p刚性板外力作用被整体性地传递给面板周边结构胶上。p梯形法模拟测试中发现玻璃变形时一个可见大致的梯形结构。由于受力线形状的不同，在玻璃或面板短边的中部达到最大值，这是计算结构胶粘接宽度的理论基础。p有限元法有限元法利用计算

8、机数学分析技术更加精确地分析结构胶在荷载下的应力。分析显示荷载作用于结构胶接缝的最大拉力值发生在玻璃面板长边1/4位置。 依据依据GB 50068 建筑结构可靠度设计统一标建筑结构可靠度设计统一标准准极限极限承载能力状态设计原则：承载能力状态设计原则：“结构构件或连结构构件或连接的应力应不超过材料强度（包括疲劳），不应接的应力应不超过材料强度（包括疲劳），不应产生不适于继续承载的过度变形产生不适于继续承载的过度变形”。即要求：即要求：u 粘接体应有足够的粘结面积（宽度），保证粘接体应有足够的粘结面积（宽度），保证其应力不大于强度设计值其应力不大于强度设计值f1（0.14MPa）；u 粘接体的模

9、量和厚度应保证承载变形时产生粘接体的模量和厚度应保证承载变形时产生的应力不大于强度设计值的应力不大于强度设计值f1（0.14MPa） 。 现行规范现行规范定义定义结构胶结构胶变位变位承受承受能力能力拉拉伸应力伸应力0.14MPa时结构胶的伸长率（时结构胶的伸长率（%），），即要即要求求粘粘接厚度设计接厚度设计中将中将结构变位时粘接体应变量限结构变位时粘接体应变量限制在制在值以内，以保证结构胶的应力不值以内，以保证结构胶的应力不超过超过f1。scw a 示例：幕墙四周粘接的金属蜂窝结构面板，承受风压w水平荷载，面板长边L=1524mm，短边a=1219mm，厚度为51mm，风荷载W=1.92KP

10、a，根据刚性面板的应力分布，粘接宽度：Cs 1219(1524)(1.92) / 2(138)(1219+1524) = 4.71mm)(22121llFPllBtW u 位移位移最大地震50年或百年一遇，风荷传递是瞬间行为，而热位移引起的应力每天都发生，一年内会有几次达到最大值。风荷载或多遇烈度地震框架风荷载或多遇烈度地震框架的切向位移的切向位移量量 us1 = h 风荷载或多遇烈度地震标准值作用下主体结构的楼层弹性层间位移角限值（rad）； h玻璃面板高度（mm）： 厚度方向剪切位移影响系数，取0.5 温度变化影响下胶体剪切位移温度变化影响下胶体剪切位移us2 = T Lg / 2 Lg硅酮结构胶的最大单边边长（mm）玻璃线膨胀系数T 温度变化值，取值不小于25； 粘接厚度验算。硅酮结构胶沿厚度方向产生的剪切位移us取us1、us2最大值 中的较大值（mm），厚度ts应符合：Es硅酮结构密封胶的拉伸弹性模量（N/mm2）胶品牌序号12345678910，%6.09.7