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Document Sample
Laminated glass in architecture
from window to structural element
Giovanna Ranocchiai – Università
degli Studi di Firenze
Università degli Studi di Firenze
Reconstruction of eastern verandah of the house of the
mosaiced atrium in Herculaneum (insula iv, n. 1-2)
Vitrum: Glass between Art and Science in the Roman World
Museo degli Argenti, Palazzo Pitti nel marzo 2004.
http://brunelleschi.imss.fi.it/vitrum
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 2
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Photo: Marco Berni
New York
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 3
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Photo: Marco Berni
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 4
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Photo: Claudia Bresciani e Claudia Caroti
Bioclimatique Greenhouse, glazed façades for a bioclimatique greenhouse. Parc
de la Villette, Paris - France
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 5
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Mechanical properties of glass
Brittleness is the tendency to break with small elastic
deformation and no forewarning; the fracture absorbs little
energy and propagates to the whole material element
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 6
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
From Wikipedia
Probability density fiunction for Normal Distribution.
m is mean value and s is the variance.
The red line is the standard normal distribution
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 7
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Temperature Temperature Properties during Stresses during Final stress state
distribution before distribution during quenching quenching
quenching~650°C quenching
E~ 65 GPa
α=9.1 E-06
E~ 0 GPa
Temp Temp α=25.1 E-06 x or y MPa MPa
E~ 65 GPa
α=9.1 E-06
Transition
temperature Transition
(Tg ~580°C) line
Tempering process: temperature and stress distribution
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 8
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Fracture path for:
float annealed glass, heat strengthened glass
and fully tempered glass.
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 9
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
O
Laminated glass
Perfect coupling
between the glass M M
A A
plies
z
xy
A z
A
(Load carring capacity a)
is twice)
O
O
M M
No coupling between A A
z
glass plies
xy
z
z
xy
A z
A
b)
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 10
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Bending test
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 11
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Time G(t) Experimental results Hooper’s model Numerical model
(T=25°C)
deflection stress deflection stress deflection stress
(hh.mm.ss) (MPa) (mm) (MPa) (mm) (MPa) (mm) (MPa)
44.30 39.12 39.61
1.52 42.28 32.07 34.93
0.10.14 3.209 2.612 2.587
T=20°C 42.28 32.07 34.93
44.30 39.12 39.61
46.19 43.14 42.35
0.64 45.91 39.46 40.56
24.00.00 3.429 3.031 2.908
T=20°C 45.91 39.46 40.56
46.19 43.14 42.35
46.38 44.34 42.85
0.44 46.27 41.66 41.60
170.00.00 3.518 3.156 2.985
T=20°C 46.27 41.66 41.60
46.38 44.34 42.85
Stress distribution in a laminated bending plate: PVB interlayer
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 12
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Time G(t) Experimental results Hooper’s model Numerical model
(T=26°C)
deflection stress deflection stress deflection stress
(hh.mm.ss) (MPa) (mm) (MPa) (mm) (MPa) (mm) (MPa)
21.50 22.46 20.81
89.48 0.50 0.05 0.63
0.05.00 0.927 0.826 0.704
T=20°C 0.50 0.05 0.63
21.50 22.46 20.81
25.30 24.90 22.71
18.76 7.00 4.67 4.13
24.00.00 1.003 1.085 0.855
T=20°C 7.00 4.67 4.13
25.30 24.90 22.71
28.50 28.68 24.20
6.65 12.70 11.83 6.88
192.00.00 1.079 1.486 0.973
T=20°C 12.70 11.83 6.88
28.50 28.68 24.20
Stress distribution in a laminated bending plate:
innovative interlayer
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 13
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Time G(t) Experimental results Hooper’s model Numerical model
(T=26°C)
deflection stress deflection stress deflection stress
(hh.mm.ss) (MPa) (mm) (MPa) (mm) (MPa) (mm) (MPa)
36.17 35.10 37.21
22.11 20.57 23.78
0.05.00 7.10 1.534 2.043 1.496
22.11 20.57 23.78
36.17 35.10 37.21
38.59 37.48 38.07
26.40 24.78 25.37
24.00.00 5.15 1.816 2.284 1.694
26.40 24.78 25.37
38.59 37.48 38.07
39.43 38.30 39.74
27.88 26.23 28.27
300.00.00 4.62 1.892 2.368 1.832
27.88 26.23 28.27
39.43 38.30 39.74
Stress distribution in a laminated bending plate: EVA interlayer
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 14
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Time G(t) Experimental results Hooper’s model Numerical model
(T=20°C)
deflection stress deflection stress deflection stress
(hh.mm.ss) (MPa) (mm) (MPa) (mm) (MPa) (mm) (MPa)
6.10 6.25 5.96
171.33 0.93 0.59 0.53
0.00.20 0.3775 0.4147 0.385
T=19.5°C 0.93 0.59 0.53
6.10 6.25 5.96
6.47 6.95 6.82
15.63 0.28 0.63 1.57
24.00.00 0.5095 0.4526 0.561
T=19.5°C 0.28 0.63 1.57
6.47 6.95 6.82
7.71 7.57 7.36
8.00 1.89 1.72 2.87
170.00.00 0.7045 0.6338 0.684
T=19.5°C 1.89 1.72 2.87
7.71 7.57 7.36
Stress distribution in a laminated bending plate:
innovative interlayer
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 15
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Dependence on temperature of polymers volume
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 16
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Dependence on temperature of polymers stiffness
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 17
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Tensile test on a PVB specimen
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 18
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
TCT test: delamination of PVB foil through fracture
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 19
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Time
00.00.20 00.05.00 24.00.00
hh.mm.ss.
Deflection
0,595 1,084 1,485
mm
7,57 9,92 14,04
Stress 0,15 4,71 7,54
MPa 0,15 4,71 7,54
7,57 9,92 14,04
The bearing capacity of laminated glass depends on
the kind of interlayer, on temperature and on time, in
the serviceability domain
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 20
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
Campione S1
750
700
650
600
550
500
forze (kg)
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0 5000 10000 15000 20000
spostamenti (mm)
Experimental load deflection diagram for a
laminated glass plate
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 21
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
A B C D
Structural behavior of laminated glass before
and after the rupture of glass sheets
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 22
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
• Structural reliability
• Redundancy and hierarchy
• “Ductility” of structural system
• Evaluation of remaining structural capacity
CODES?
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 23
vetro solare
Università degli Studi di Firenze
•S. Briccoli Bati, G. Ranocchiai, C. Reale, L. Rovero, “Comportamento meccanico di lastre di vetro
strutturale”, Workshop sulle strutture composte, Trieste, 22-23 novembre 2004, in stampa.
•S. Briccoli Bati, G. Ranocchiai , C. Reale, L. Rovero, “Comportamento di lastre di vetro stratificato”,
Atti del XVII Cong. Naz. AIMETA, Firenze, 11-15 settembre 2005, Firenze University Press, Firenze,
2005, pag. 293.
•G. Ranocchiai , C. Reale, “Caratterizzazione meccanica di un materiale polimerico per la
modellazione a rottura del vetro strutturale”, Convegno Nazionale “Sperimentazione su materiali e
strutture”, Venezia, 6-7 dicembre 2006, pag. 765-772.
•S. Briccoli Bati, M. Fagone, G. Ranocchiai, “The mechanical description of a rubber-like material for
the evaluation of post-crack behaviour of laminated glass”, Atti del XVIII Cong. Naz. AIMETA,
Brescia, 11-14 settembre 2007, Starrylink Editrice, Brescia, 2007, pag. 410.
•S. Briccoli Bati, G. Ranocchiai, C. Reale, L. Rovero, “Time dependent behaviour of laminated glass”,
In press Material Journal, ASCE
•S. Briccoli Bati, M. Fagone, G. Ranocchiai, L. Romoli, "The influence of the interlayer on the
behaviour of laminated glass in the serviceability domain“, Proceedings of Glass Performance Days,
Tampere, Finland, 12-15 giugno 2009, Glass Performance Days Glaston Finland Oy, Tampere,
Finland, 2009 (ISBN 978-952-5836-01-1), 722-725.
•S. Briccoli Bati, M. Fagone, G. Ranocchiai, “Analysis of the post-crack behaviour of a laminated
glass beam”, Proceedings of Glass Performance Days, Tampere, Finland, 12-15 giugno 2009, Glass
Performance Days Glaston Finland Oy, Tampere, Finland, 2009 (ISBN 978-952-5836-01-1), 349-352.
•S. Briccoli Bati, M. Fagone, G. Ranocchiai, “The elastic behavior of a rubber-like material for
composite glass”, Atti del XIX Cong. Naz. AIMETA, Ancona, 14-17 settembre 2009, Aras Edizioni,
Pesaro Urbino, 2009 (ISBN 978-88-96378-08-3), 301.
Materiali e tecnologie per il
27/11/2009 24
vetro solare
Laminated glass in architecture
from window to structural element
Giovanna Ranocchiai – Università
degli Studi di Firenze
The research reported herein were made with the contribution of:
Maria Cristina Reale
Claudia Bresciani and Claudia Caroti
Luca Romoli
Mario Villani
Domenico Maria Grandi
Alessandro Carpo
