Ситуация - заказчик заказал проект жилого дома со встроенным бассейном, у которого окна уходят под воду. Размер стекла в окнах - 2,7х4,3 метра, под водой будет находиться примерно 1,6 метра.
Условие заказчика - использование только натурального стекла, никаких синтетических, поскольку по его мнению они мутнеют со временем. Соответственно встал вопрос о прочностных свойствах стекла. Оказалось, что производят многослойные стёкла, армированные специальными плёнками, но при этом никто из производителей никогда не делал прочностных расчётов работы клеёного стеклопакета на изгиб. Заказ отправлялся в 6 компаний, четыре российские и две китайские, и везде итог переговоров был один и тот же: мы вам изготовим по вашему заданию стёкла, но гарантии дать не можем и ответственности за их работу в вашем случае не несём, поскольку у нас нет методик расчёта таких изделий.
Заказчик отступаться от своих идей не хотел, поэтому приняли решение сделать пробный образец стекла предполагаемой структуры размером 1х1 метр и испытать его на прочность на изгиб, загружая постепенно, примерно по 50 кг в сутки с контролем деформаций с помощью часовых индикаторов сразу после нагружения и через сутки (перед следующем нагружением).
Ожидались следующие деформации стекла:
Рис. 1. Расчётные деформации стекла под нагрузкой с учётом справочных характеристик стекла, в см.
и следующие усилия в армирующих плёнках:
Рис. 2. Расчётные усилия в армирующей плёнке, кН/м.
Испытания планировалось производить по схемам, принятым для аналогичных испытания ригелей, , плит перекрытия, перемычек и других железобетонных конструкций:
Рис. 3. Схема испытания.
Образец для испытания был изготовлен в Китае и испытывался в бывшей союзной республике (чтобы уменьшить расходы на логистику) с нашим удалённым контролем. Образец представлял собой клеёный пакет из 5-ти закалённых стёкл толщиной 10 мм с армирующей плёнкой. Китайцы в подарок также прислали аналогичный образец и из незакалённого стекла.
Была определённая сложность с тем, что масса образца получилась довольно приличная, поэтому в месте испытания его не рискнули снимать с транспортного поддона, на котором было доставлено стекло, поэтому опорные бруски пришлось подводить под поддон, что добавило деформаций на начальных этапах загружения, пока выбирались люфты и зазоры между брусками:
Рис. 4. Установка стекла.
Испытатели допустили ошибку в начале - закрепили индикатор к тому же поддону, на котором лежал и сам образец. В дальнейшем ошибка была исправлена:
Рис. 5. Установленный индикатор.
Точность могла бы быть и выше, сказывались недостаток компетентности исполнителей и слабость материальной базы.
Нагружение производилось обычными кирпичами и тротуарной плиткой, которые были предварительно взвешены:
Рис. 6. Взвешивание грузов.
Испытание было начато 24.07.2021, 15.09.2021 нагружение составило 2184 кг, прогиб стекла - 21,44 мм. Шаг нагружения был около 45 кг/сутки. После этого возникла необходимость переставить стекло, т.к. эксперимент затянулся, а место, где он производился, нужно было под другие нужды.
При перестановке стекла исполнители ошиблись с количеством грузов и случайно вместо 2184 кг нагрузили стекло 3024 кг:
Рис. 7. Нагрузка в 3024 кг.
Кирпичи вокруг образца - это для защиты от разлёта осколков, если оно вдруг сломается. После такого нагружения стекло сломалось через полчаса:
Рис. 8. Разрушенный образец.
В целом, несмотря на явные проблемы с исполнением, удалось достаточно качественно снять упругую характеристику для стеклопакета при работе на изгиб на линейном участке в следующем диапазоне нагружений:
Рис. 9. Зависимость деформации образца от нагрузки на линейном участке.
Начальный этап кривой содержал в себе ошибки в виду того, что выбирались люфты в опорах образца. В дальнейшем уже люфты выбрались и не вносили искажения в показания часовых индикаторов.
Также следует отметить, что у образца отмечается различие между размером деформации сразу после очередного шага загружения и через сутки - примерно на 0,25-0,32 мм увеличивается за сутки деформация в диапазоне нагружений от 1500 до 2200 кг. Увеличение деформации ползучести при длительной нагрузке в указанном диапазоне нагрузок носит затухающий характер и на вторые и третьи сутки при неизменной нагрузке значимого прироста деформации больше не наблюдается.
Несмотря на то, что данное испытание производилось под конкретные цели и материалы, в целом оно даёт представление о диапазонах деформаций и нагрузок для такого, казалось бы хрупкого материала, как стекло.