Examen de la charge

Jan 26, 2024

Date : 2 septembre 2022

Cet article présente une étude sur le développement d'un joint de bord collé pour les vitrages isolants remplis de fluide. Ces nouveaux éléments de façade permettent des enveloppes de bâtiment multifonctionnelles et une efficacité énergétique améliorée des bâtiments. Le joint périphérique collé d'un vitrage rempli de fluide est fortement sollicité en raison de la pression hydrostatique qui s'ajoute aux charges typiques sur les façades. L'exposition permanente au fluide peut également provoquer de graves effets de vieillissement. Par conséquent, le joint périphérique est conçu de manière à ce que les contraintes chimiques et physiques se répartissent sur deux zones fonctionnelles. La première zone fonctionnelle sert de joint protecteur et sépare le fluide de la seconde zone fonctionnelle porteuse. Les adhésifs pour les deux zones fonctionnelles ont été sélectionnés à l'aide d'un vaste programme de tests.

Une fois les matériaux sélectionnés, les nouveaux éléments de façade sont testés dans des tests de composants à grande échelle. Les maquettes sont construites à l'échelle 1:2 par rapport à la taille d'origine des éléments de façade prévus. Étant donné que l'étude se concentre sur les performances du bord collé, le détail du bord est réalisé dans sa taille d'origine tandis que la taille du verre est plus petite. L'épaisseur du verre est modifiée pour obtenir des rotations dans la zone périphérique qui correspondent aux éléments de façade en taille d'origine. Les tests sont effectués dans un banc d'essai pour murs-rideaux, qui permet le chargement simultané de l'élément par la pression cyclique du vent et la pression constante de l'eau. Le collage supporte toutes les charges sauf le poids mort des vitres. Les résultats des essais sont comparés aux calculs numériques et une estimation du comportement de portance est faite.

Pratiquement aucun autre aspect d'un bâtiment ne résume mieux l'architecture moderne que les façades en verre. En particulier dans les bureaux de représentation et les bâtiments administratifs, une transparence maximale et l'utilisation de la lumière du jour sont souhaitées. Malgré la conception optimisée des vitrages isolants multi-vitrages (IGU) à haute performance, les vitrages à grande échelle sont associés à une perte d'énergie relativement élevée. Cela s'applique à la fois à l'apport d'énergie causé par le rayonnement solaire en été et à la dissipation d'énergie par conduction thermique, rayonnement thermique et convection lorsque les températures extérieures sont basses en hiver. Pour cette raison, des recherches sont constamment menées pour optimiser la façade. L'objectif est de créer des enveloppes multifonctionnelles pour la construction de maisons à très basse consommation. Ces dernières années, divers projets de recherche ont été menés sur les éléments de façade remplis de fluide. A l'aide d'un fluide, les éléments de façade peuvent être régulés thermiquement.

L'idée de remplir la cavité de la vitre avec un fluide est basée sur la capacité calorifique spécifique élevée de l'eau, qui est environ quatre fois supérieure à celle de l'air. Cela fait de l'eau un très bon caloporteur ou liquide de refroidissement. Cette propriété n'est pas modifiée par l'ajout d'additifs chimiques, nécessaires pour empêcher la croissance des algues. L'utilisation d'un mélange eau-éthylène glycol a fait ses preuves dans plusieurs projets de recherche. Le mélange fluide peut être maintenu à une température constante avec seulement une petite quantité d'énergie. Ainsi, les éléments de façade remplis de fluide peuvent contribuer à améliorer les températures intérieures. Il est également envisageable d'ajouter au mélange fluide des particules magnétiques qui réagissent au rayonnement solaire incident et assombrissent le vitrage.

Dans le même temps, les exigences esthétiques sur l'enveloppe du bâtiment augmentent. Les façades en VEC (façades SSG) sont très demandées en raison de leur surface homogène. La figure 1 montre deux coupes transversales de façades SSG. Le principe général est basé sur une liaison adhésive portante sur la face arrière de la vitre extérieure (vitrages isolants étagés) ou de la vitre intérieure (vitrages isolants standard). Le meilleur résultat esthétique est obtenu si les pinces externes sont évitées. Le résultat est de grands panneaux de verre avec un minimum d'encadrement.

Cependant, si la cavité entre les vitres est remplie d'un fluide au lieu d'un mélange air-gaz, la pression hydrostatique et les processus de dégradation provoqués par le fluide entraînent une forte contrainte sur le mastic de bord. Par conséquent, les premières applications pilotes issues de projets de recherche récents ont jusqu'à présent toujours été réalisées à l'aide de pinces ou de fixations supplémentaires. La figure 2 montre à titre d'exemple la maison d'algues BIQ, qui a été construite dans le cadre de l'exposition internationale du bâtiment 2006–2013 à Hambourg. La première façade de photobioréacteur au monde est une telle application d'éléments de vitrage remplis de fluide dans la façade. Le rayonnement solaire incident est utilisé pour produire de la chaleur et de la biomasse. Les éléments de façade sont à étage. Le cadre de serrage extérieur, qui maintient les vitres ensemble, est clairement visible, Fig. 2 à droite.

L'objectif des recherches en cours est de mettre au point un joint périphérique collé pour vitrage isolant rempli de fluide ne nécessitant pas un tel cadre. Le joint de bord doit alors être capable de supporter les contraintes de la pression hydrostatique, du vent et des charges vives seules, sans avoir besoin d'un serrage externe. L'exposition constante aux fluides est une autre contrainte majeure, car le joint de bord collé doit rester en permanence porteur et également étanche.

2.1. Élément de façade comme exemple de conception

Pour une analyse des contraintes des éléments de façade remplis de fluide, il est nécessaire de définir des conditions aux limites géométriques et structurelles. Une géométrie typique et une accumulation de verre pratique peuvent être dérivées, par exemple, de l'élément de façade du projet de recherche de l'UE "InDeWaG - Développement industriel des systèmes de vitrage à écoulement d'eau". Il s'agit d'un élément de façade d'un étage avec une hauteur de h = 3000 mm et une largeur de b = 1350 mm (Fig. 3). La cavité de la vitre est d'environ d = 24 mm. Il contient un mélange fluide d'eau et d'éthylène glycol (rapport de mélange 70:30), qui est utilisé pour le chauffage et le refroidissement. Ces données géométriques de base servent d'orientation comme référence pour l'approche d'étude dans cet article.

La pression hydrostatique s'accumule dans les cavités des vitres en raison du fluide. Cela dépend de la hauteur de remplissage et donne un modèle de charge triangulaire (Fig. 4, à gauche). A une hauteur de h = 3000 mm, un maximum de ph≈ 30 kN/m² résulte au point de base. La pression agit perpendiculairement à la surface du verre et entraîne une contrainte de traction sur le joint de bord collé. Les charges mortes ne sont pas transférées via la liaison adhésive. Par conséquent, aucune contrainte de cisaillement ne se produit dans le joint de bord. Pour réduire la contrainte de traction et limiter la déformation de la vitre, il est techniquement possible de générer une dépression dans l'élément de façade (InDeWaG 2019). Avec un vide de pu≈ −15 kN/m², la pression de l'axe neutre se déplace du bord supérieur vers le centre de l'élément.

La répartition des charges prend une forme antisymétrique avec une pression hydrostatique de ph≈ −15 kN/m² au bord supérieur et ph≈ 15 kN/m² au bord inférieur (Fig. 4, droite). Même avec l'aide de la technologie du vide, la contrainte est encore nettement supérieure à celle des vitrages conventionnels dans les façades SG. Ceux-ci supportent des forces horizontales du vent d'env. 2 kN/m² via le collage structurel. Pour limiter les déformations, on choisit une accumulation relativement rigide de verre feuilleté de sécurité en verre trempé 2 x 10 mm.

2.2. Joint de bord collé prévu

Un nouveau type de joint de bord haute performance est nécessaire pour résister aux contraintes mécaniques élevées résultant de la pression hydrostatique et également pour résister aux contraintes de vieillissement sévères attendues résultant du contact constant avec le mélange fluide. La conception est basée sur le principe d'un joint de bord conventionnel d'un vitrage isolant rempli de gaz. En associant deux adhésifs, les fonctions « d'étanchéité » et de « transfert de charge » sont ainsi réparties entre des matériaux adaptés. Les zones sont désignées ci-après par les zones fonctionnelles première et secondaire. La figure 5 montre le joint périphérique prévu. La zone fonctionnelle primaire, entre le profilé creux en inox, qui sert d'entretoise, et le verre, est en contact permanent avec le fluide et responsable de l'étanchéité. La zone fonctionnelle secondaire longe le bord de l'unité à l'extérieur de l'entretoise et supporte la pression hydrostatique, le vent et les surcharges.

2.3. Sélection de l'adhésif et géométrie du joint adhésif

Au moyen d'un vaste programme d'essais accompagné de calculs numériques, il a été possible de sélectionner les adhésifs préférés pour le joint de bord prévu. Par exemple, le comportement d'adhésion des adhésifs avec et sans vieillissement artificiel dans le mélange eau-éthylène glycol a été étudié (Joachim 2021) et des tests d'étanchéité ont été effectués (Joachim 2022). Finalement, le choix s'est porté sur deux silicones bi-composants. Pour la zone fonctionnelle primaire, le Sikasil® AS-785 à durcissement rapide de Sika a été utilisé, qui a été développé pour la production industrielle. Il se caractérise par une très bonne adhérence ainsi qu'une résistance au vieillissement. La zone fonctionnelle secondaire est réalisée avec le silicone pour vitrage structurel à plus haute résistance Sikasil® SG-550 de Sika. Par rapport aux silicones SG standard, le Sikasil® SG-550 permet des dimensions de joints adhésifs plus petites grâce à sa capacité de charge élevée.

Les calculs numériques ci-joints ont soutenu la sélection de l'adhésif dans la planification des configurations de test et l'estimation des résultats des tests. De plus, il a permis le dimensionnement du joint adhésif après une sélection réussie de l'adhésif. La cavité cible de la vitre et donc l'épaisseur de la zone fonctionnelle secondaire devait être d'env. d = 24 mm. Cependant, les dimensions du profilé creux en acier inoxydable et l'épaisseur de la zone fonctionnelle primaire déterminaient la dimension réelle de la cavité du vitrage. Les calculs ont montré qu'une couche adhésive de Sikasil® AS-785 d'une épaisseur de 4 mm présente un rapport optimal entre rigidité et capacité de déformation. Par conséquent, un profilé en acier inoxydable avec une dimension de v = 15 mm et t = 10 mm a été sélectionné comme entretoise. La hauteur du joint adhésif de la zone fonctionnelle primaire est d'env. r = 8 mm. Il en résulte une cavité de vitre et une épaisseur de la zone fonctionnelle secondaire de d = 23 mm. La hauteur requise du test fonctionnel secondaire a été calculée comme étant u = 48 mm.

3.1. Échantillons de test et processus de fabrication

Afin de tester le joint périphérique prévu, des tests de composants ont été effectués sur des maquettes. Compte tenu de la manipulation et de l'économie, ceux-ci doivent être plus petits que les éléments de façade réels mais en même temps représenter la structure de la manière la plus réaliste possible. En conséquence, un format 1:2 a été choisi, c'est-à-dire des dimensions de panneau de h = 1500 mm et l = 635 mm. Cela permet également de s'affranchir de la technique du vide, puisque les maquettes atteignent une pression hydrostatique maximale de ph≈ 15 kN/m2 au remplissage, représentant ainsi la moitié inférieure de l'élément de façade (Figure 6). Étant donné que l'accent est mis sur l'étude du joint de bord collé, le joint de bord est réalisé dans sa taille d'origine. Afin de maintenir les mêmes charges sur le joint de bord, la structure du verre est mise à l'échelle en conséquence de sorte que, en raison de la déformation de la vitre, les torsions calculées dans le joint de bord correspondent à celles de la taille d'origine. Le résultat est une structure vitrée en verre de sécurité feuilleté en verre renforcé thermiquement de 2 x 5 mm.

Les maquettes sont réalisées en deux étapes. Dans un premier temps, l'adhésif Sikasil® AS-785 (zone fonctionnelle primaire) est appliqué sous forme de cordon sur le cadre d'espacement préfabriqué. L'adhésif est appliqué à partir de cartouches doubles. Immédiatement après, l'excédent de colle est éliminé à l'aide d'un gabarit en polytétrafluoroéthylène (PTFE). Ceci est destiné notamment à éviter que l'excès de colle ne déborde dans la cavité du vitrage. La figure 7a montre les deux étapes de travail. Ensuite, le cadre est positionné sur la vitre et pressé. L'étape de travail est répétée au dos de l'entretoise après le durcissement de l'adhésif. Le poids mort de la deuxième vitre est suffisant pour générer une pression de contact. Des précautions doivent être prises pour s'assurer que la hauteur de joint adhésif souhaitée est maintenue. Des entretoises entre les vitres sont utilisées à cet effet (Fig. 7b).

Avant de procéder à l'application de la zone fonctionnelle secondaire, on laisse durcir l'adhésif de la zone fonctionnelle primaire pendant 24 heures. Ensuite, la cavité restante entre les deux vitres est remplie de colle Sikasil® SG-550 (zone fonctionnelle secondaire). L'adhésif est disponible exclusivement sous forme de hobbock et est traité en conséquence à l'aide d'une plante. Ensuite, l'adhésif est retiré du bord du verre pour obtenir un aspect de surface plane (Fig. 7c). Deux poches par long bord de verre sont laissées sans adhésif. Ils sont ensuite utilisés comme point d'engagement pour les pinces mécaniques (Fig. 7d).

Deux passages sont ménagés dans le cadre inox sur l'un des petits côtés pour permettre le remplissage ultérieur des maquettes. Un profil creux rond est inséré dans ceux-ci, qui servent d'évidements dans la zone fonctionnelle secondaire.

3.2. Programme d'essai

Différentes charges sont envisageables pour l'élément de façade, qui sont listées ci-dessous. Pour la conception des charges de vent, un exemple de bâtiment avec des dimensions de 40 mx 20 mx 35 m dans la zone de charge de vent 1, à l'intérieur des terres, et une surface portante de 4 m² a été pris en compte (DIN EN 1991-1-4 ; DIN EN 1991-1-4/NA).

un. Pression hydrostatique : ph≈ 15 kN/m²b. Défaut de vide : ph≈ 30 kN/m²c. Pression du vent : wp≈ 0,76kN/m²d. Aspiration du vent : ws≈ −1,14 kN/m² e. Charge du longeron : qh≈ 1 kN/mf. Impact : m = 50 kg, h = 900 mmg. Bris de glace : VSG une vitre d'un côté, VSG une vitre des deux côtés.

Les directions de charge sont décisives pour le choix des combinaisons de charge pertinentes. La pression hydrostatique (a et b) agit de l'intérieur vers l'extérieur et exerce ainsi une charge de traction sur le joint périphérique. Une pression de vent (c) appuie de l'extérieur sur la vitre et le joint de bord avec elle. Une aspiration du vent (d) tire sur la vitre depuis l'extérieur et renforce ainsi la charge de traction sur le joint périphérique collé. La charge linéaire du longeron (e) appuie également sur le vitrage depuis l'extérieur. Alors que dans les vitrages isolants remplis de gaz, il y a couplage des vitres en raison de la cavité de vitre hermétiquement fermée, ici la technologie du vide compense ces pressions au moyen d'une régulation indépendante. En conséquence, les charges agissant contre la charge hydrostatique spécifiée peuvent être négligées. Néanmoins, les charges d'impact (f) doivent être étudiées en raison du type particulier de charge et sont planifiées avec le bris de glace (g) comme conclusion des essais de composants.

Dans cet article, les essais sous charge caractéristique et sous charge de conception sont présentés. L'ensemble du programme de test est structuré de manière à ce que les charges soient augmentées par étapes. En conséquence, les essais sont d'abord effectués sous charge caractéristique puis sous charge de conception. La charge est également augmentée par étapes au cours des tests. Tout d'abord, les maquettes sont remplies de fluide (a). Ensuite, l'aspiration du vent est appliquée (d). Dans l'étape de charge suivante, une rupture de vide est simulée à l'aide d'une colonne d'eau supplémentaire (b), et enfin l'aspiration du vent (d) est à nouveau appliquée à l'élément de façade (b) sous une charge hydrostatique accrue. Il y a une période de repos de 24 heures entre chaque cas de charge ou combinaison de cas de charge. La figure 8 montre le programme de test.

Pour les essais, les maquettes sont montées côte à côte sur un banc d'essai pour murs-rideaux. Un cadre en bois est utilisé à cet effet, qui reproduit la sous-structure à l'intérieur de la façade dans le test. Les vitres sont pressées contre le cadre au moyen de pinces mécaniques locales. Hormis le poids mort, qui est transféré via une entretoise supplémentaire, les bords de verre à l'extérieur de la façade sont libres. Pendant l'essai, le côté extérieur de la façade fait face à l'intérieur du banc d'essai pour les murs-rideaux, car les charges de pression et d'aspiration du vent sont appliquées de ce côté. Les désignations intérieur et extérieur se réfèrent donc à l'installation dans la façade réelle et non à l'état d'installation dans le banc d'essai pour murs-rideaux.

La zone entre les maquettes et le banc d'essai des murs-rideaux est scellée hermétiquement pour éviter les pertes de charge. Des capteurs de déplacement mesurent les déformations à la surface du verre. Les mesures sont prises au centre de la vitre sur les côtés avant et arrière (MPos1 : x = 317,5, y = 750), ainsi qu'au point de la plus grande déformation mathématiquement (MPos2 : x = 317,5, y = 600). A l'extérieur de la façade, la déformation est également mesurée à la transition entre le joint périphérique et la cavité du vitrage. Tant à la hauteur de la déformation maximale (MPos3 : x = 65, y = 600) qu'au milieu du bord inférieur (MPos4 : x = 317,5, y = 65). De plus, des capteurs de déplacement sont placés au centre des montants du cadre pour estimer la conformité du système.

A chaque maquette, deux tuyaux partent verticalement vers le haut et se terminent à une hauteur de 1,5 m au-dessus du bord supérieur de la maquette sur une plate-forme dans des béchers. Le système de tuyaux peut être utilisé pour générer une pression hydrostatique supplémentaire. Un tuyau est utilisé pour le remplissage, l'autre pour la ventilation. En raison de leur grande surface d'eau par rapport au tuyau, les béchers supportent la hauteur constante de la colonne d'eau dans le cas de contrainte "défaillance du vide". L'eau pure est utilisée à des fins de test. De plus, aucune différence n'est attendue entre l'utilisation d'eau pure et d'eau-éthylène glycol en ce qui concerne la capacité de charge et le comportement à la déformation du joint périphérique collé.

La charge de vent appliquée par le mur d'essai de façade est augmentée par paliers de 100 Pa. Chaque niveau de charge est maintenu pendant une minute avant que la charge ne soit encore augmentée. La valeur cible est maintenue pendant cinq minutes.

3.3. Résultats de test

Les résultats sont présentés à titre d'exemple pour le niveau de charge maximal : une combinaison de charge de vent et de défaillance du vide. Pour la charge de conception, un facteur de sécurité partiel de γ = 1,5 est appliqué à la charge de vent pour le chargement à court terme. La charge de vent maximale résultante de ws≈ −1,71 kN/m² est arrondie à ws = −1,8 kN/m². Dans le cas d'une surpression hydrostatique, une sécurité supplémentaire est omise, puisque le cas de charge "rupture de vide" représente déjà une sécurité supplémentaire.

La figure 10 montre le graphique temps-déformation pour la combinaison de cas de charge mentionnée ci-dessus, en utilisant la valeur moyenne des trois éprouvettes comme exemple. La définition du signe est basée sur la norme DIN 18008-2 (Fig. A.1), où toutes les déformations situées dans la direction intérieure du bâtiment sont définies comme positives. De plus, la déformation globale du cadre est également indiquée. Le gradient de l'augmentation de la charge est bien visible. Le vitrage est déjà pré-déformé au moment du démarrage du fait que le vitrage est déjà rempli et que la pression hydrostatique est en vigueur. Dans le même temps, les maquettes ont déjà subi l'ensemble du programme de test. Des déformations irréversibles peuvent s'être produites au cours du processus.

Comme attendu, la déformation au centre de la vitre (MPos1) est inférieure à celle au point de plus grande déformation calculée (MPos2). À l'intérieur de la façade, cependant, la différence diminue avec l'augmentation de la charge de vent, mais revient dans la même mesure après que la charge de vent a été soulagée. A l'intérieur de la façade, la superposition de la pression hydrostatique et de la succion du vent à MPos1A a restauré presque complètement l'état initial (0 mm de déformation). L'état de déformation aux positions de mesure au bord (MPos3 et MPos4) est frappant. Alors que MPos4 (zone de bord côté court) montre une très faible pré-déformation due à la pression hydrostatique par rapport à MPos3 (zone de bord côté long), la déformation à MPos3 augmente de manière synchrone avec la déformation du cadre. La déformation à MPos4, en revanche, est nettement moins affectée par la charge de vent.

Les tests des composants sont simulés numériquement et les résultats validés à l'aide de la méthode des éléments finis (FEM). Le logiciel RFEM est utilisé. La liaison périphérique est simulée dans ses composants individuels de deux zones fonctionnelles et du profilé en acier inoxydable. Au lieu d'implémenter des éléments de volume 3D, un modèle de tige est utilisé. De cette façon, la puissance de calcul requise peut être réduite. La liaison de bord est divisée en distances régulières et les deux zones fonctionnelles sont modélisées en tant que membres individuels. La section de la barre résulte de la taille du joint de colle. L'entretoise en profilé creux en acier inoxydable est composée d'éléments de surface. La zone fonctionnelle principale est modélisée à partir de tiges à ressort. Ceux-ci permettent l'entrée de propriétés de matériaux non linéaires, qui contribuent de manière significative à une modélisation réaliste en raison des déformations attendues de la zone fonctionnelle.

La modélisation de la liaison par cisaillement dans le verre feuilleté de sécurité est un défi particulier. Cela dépend fortement de la température et de la durée de charge. Les températures élevées ramollissent le matériau intermédiaire et réduisent le comportement porteur du composite. Il en va de même pour les charges à long terme, car les films composites commencent à fluer avec le temps. Une réduction de l'effet porteur composite augmente la déformation de la tôle. Pour le calcul, une distinction est généralement faite entre un comportement composite complet et aucun comportement composite. Pour le calcul d'un comportement composite complet, la structure du vitrage est considérée comme une structure de verre monolithique. Pour le calcul de la déformation sans collage, une épaisseur équivalente idéale d* est généralement supposée, comparer (Engelmann et al. 2013). Les calculs montrent que le comportement composite réel se situe entre les deux cas, comparer (Krampe et al. 2013). Dans l'analyse EF présentée ici, les déformations ont également été calculées pour les deux cas.

Cependant, l'approche utilisant l'épaisseur équivalente d* sans composite a été rejetée en raison des écarts importants. Pour cette raison, une troisième méthode supposant un composite partiel a été étudiée. À cette fin, un calcul séparé a été effectué dans le logiciel FE pour l'ingénierie du verre structurel (SJ Mepla), qui permet une simulation précise de la structure du verre de sécurité feuilleté. Le film PVB est modélisé avec un module de cisaillement calculé de la charge de conception de 0,28 à partir de la littérature, qui reflète la dépendance au temps et à la température (durée : 1 jour ; température : 20 °C) (Sackmann 2007). La déformation obtenue en appliquant une charge peut être comparée à un vitrage monolithique dans le logiciel RFEM et une épaisseur équivalente d** peut être déterminée qui correspond à la même déformation dans les mêmes conditions aux limites.

Les quatre pinces mécaniques qui pressent la vitre contre le cadre sont représentées par des paliers à ressort. La raideur du ressort est définie en fonction de la flexibilité de l'ossature bois à partir des investigations expérimentales. Ceci est particulièrement important pour la comparabilité du cas de charge de vent. Le support au bord inférieur, qui sert à absorber le poids mort, est représenté par des paliers articulés. De plus, deux roulements à ressort sont fixés à l'un des longs bords de verre, qui agissent dans le sens horizontal. Les ressorts ont une faible rigidité et ne sont utilisés que pour la détermination statique du système. La pression hydrostatique est appliquée aux deux disques sous la forme d'une charge de surface triangulaire. Un schéma de charge trapézoïdal est appliqué pour le cas de charge "rupture de vide". L'aspiration du vent agit comme une charge de surface uniforme. En plus de la déformation totale et de la répartition des contraintes, des points spéciaux sont spécifiés pour le calcul (Fig. 11). A l'aide de ceux-ci, les résultats numériques peuvent être comparés directement avec ceux des tests de composants expérimentaux.

Les résultats sont donnés sous la forme de la déformation aux quatre positions de mesure à l'extérieur de la façade, tableau 1. Les quatre cas de charge sous la charge de conception sont répertoriés. Les résultats du calcul numérique pour l'hypothèse d'un composite plein et d'un composite partiel d'épaisseur équivalente d** sont comparés aux valeurs réelles issues des essais expérimentaux.

Tableau 1 : Comparaison des résultats des tests expérimentaux avec ceux du FEM. Les résultats de la maquette moyenne sous charge de conception sont comparés.

Dans le cas de charge de pression hydrostatique, les déformations sont faibles. La déformation réellement mesurée est plus proche de l'hypothèse d'un composite complet que de l'hypothèse d'un composite partiel. Le modèle est capable de bien représenter le cas de charge. Comme prévu, la charge de vent supplémentaire appliquée entraîne une déformation accrue. Ici, les résultats du FEM en supposant un composite partiel sont plus proches des résultats de l'enquête expérimentale. Ce n'est qu'au point de mesure MPos4 (zone de bord côté court) que l'écart est plus élevé. D'autant qu'à cette seule position de mesure la déformation réelle est supérieure à la déformation calculée.

Dans le cas de charge de rupture sous vide, une forte différence entre la déformation calculée en supposant un comportement composite complet et en supposant un comportement composite partiel peut à nouveau être observée. Cependant, la déformation calculée en supposant un composite complet reproduit bien les résultats expérimentaux. Il en va de même lorsqu'une charge de vent est appliquée en plus. La déformation calculée sous l'hypothèse d'un composite complet reproduit bien la déformation déterminée expérimentalement. Ce n'est qu'à la position de mesure MPos4 que la déformation réelle dépasse à nouveau les valeurs calculées.

La configuration de test sélectionnée ainsi que l'exécution du test montrent des résultats fiables qui permettent une estimation de la fonctionnalité du joint de bord. La cartographie des résultats à l'aide du FEM peut également être évaluée comme réussie. Les déformations réelles peuvent être trouvées entre les calculs supposant un comportement composite complet et un comportement composite partiel. Pour plus de sécurité, le modèle supposant un composite partiel devrait être utilisé pour les conceptions futures. Pour la représentation de résultats réalistes, par exemple pour la planification de tests supplémentaires, les calculs supposant un composite complet constituent le meilleur choix. Seuls les résultats à la position de mesure MPos4 doivent être vérifiés dans le calcul. Si nécessaire, les conditions de stockage sur le bord inférieur du disque doivent être redéfinies.

Les erreurs de mesure dans la procédure expérimentale peuvent être largement exclues à ce stade. D'une part, l'équipement de mesure a été vérifié, et d'autre part, les deux autres maquettes montrent des résultats similaires. En ce qui concerne la vérification de la capacité portante du joint de bord, les tests des composants ne permettent pas de faire une déclaration fiable dans l'état actuel, car la portée du test avec trois éprouvettes est trop petite pour une évaluation statistique. Il reste à discuter si cela peut être supprimé par un modèle FE validé ou si les tests doivent être étudiés avec une portée de test accrue et des niveaux de charge plus élevés.

Dans tous les cas, les calculs numériques offrent la possibilité d'estimer la capacité de charge du collage. La contrainte calculée dans la zone fonctionnelle secondaire est σ = 0,13 N/mm² pour la combinaison de charge rupture sous vide et vent. La charge caractéristique est déterminée ici afin de pouvoir déterminer la capacité de la colle selon le concept de sécurité déterministe selon ETAG 002-1. Avec une résistance à la traction de conception de σD = 0,2 N/mm², qui inclut tous les facteurs de sécurité des matériaux, le SG-550 est utilisé à 65 %.

Les tests présentés ici laissent espérer que les vitrages isolants remplis de liquide avec un joint de bord collé sans cadre pourraient devenir réalisables à l'avenir. La nouvelle conception de joint de bord à deux étages a fait ses preuves lors des tests expérimentaux. Les calculs numériques permettent une prédiction suffisamment précise du comportement de déformation et la conception d'autres éléments de façade. Outre les tests à long terme prévus sur les maquettes présentées ici et les tests de défaillance, des investigations expérimentales à grande échelle sont également considérées comme utiles. Ceux-ci permettent également une évaluation de la configuration de test présentée ici et, s'ils sont vérifiés avec succès, pourraient contenir l'effort de test des futurs tests sans perte de fiabilité.

L'étude résulte du projet de recherche "fluidIGU" financé au sein du réseau KLEBTECH via le programme central d'innovation (ZIM) par le ministère fédéral allemand des affaires économiques et de l'énergie (BMWi). Un merci spécial aux partenaires du projet Bollinger + Grohmann Ingenieure et ADCO Technik GmbH pour la bonne coopération et le support technique.

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Cet article a été présenté dans le cadre d'une session spéciale organisée lors de la Challenging Glass Conference 8 par le CertBond Cost Action CA18120 "Reliable roadmap for certification of bonded primary structures".