玻璃幕墙癌症-钢化玻璃自爆(修订版系列二)

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五 玻璃强度的特点

5.1 高硬度，抗压强度比抗拉强度高数倍
常温下玻璃有许多优异的力学性能：高的抗压强度、好的弹性、高的硬度，莫氏硬度在5～6之间，用一般的金属刻化玻璃很难留下痕迹，切割玻璃要用硬度极高的金刚石。玻璃与常用建筑材料的强度比较如下：


　　玻璃 钢(A3) 铸铁 水泥
　　抗压强度(MPa) 630～1260 ─ 650 20～80
　　抗拉强度(MPa) 28～70 380～470 100～280 ─

　　5.2 玻璃没有屈服强度
　　玻璃的应力（词条“应力”由行业大百科提供）应变拉伸（词条“拉伸”由行业大百科提供）曲线与钢和塑料是不同的，钢和塑料的拉伸应力在没有超过比例极限以前，应力与应变呈线性直线关系，超过弹性极限并小于强度极限，应变增加很快，而应力几乎没有增加，超过屈服极限以后，应力随应变非线性增加，直至钢材断裂。玻璃是典型的脆性材料，其应力应变关系呈线性关系直至破坏，没有屈服极限，与其它建筑材料不同的是：玻璃在它的应力峰值区，不能产生屈服而重新分布，一旦强度超过则立即发生破坏。应力与变形曲线见图二十。

　　5.3 造成玻璃強度減弱的原因

　　玻璃的理论断裂强度远大于实际强度。玻璃的理论断裂强度就是玻璃材料断裂强度在理论上可能达到的最高值，计算玻璃理论断裂强度应该从原子间结合力入手，因为只有克服了原子间的结合力，玻璃才有可能发生断裂。Kelly在1973年的研究表明理想的玻璃理论断裂强度一般处于材料弹性模量的1/10～1/20之间，大约为0.7×104 MPa，远大于实际强度，在实际材料中，只有少量的经过精心制作极细的玻璃纤维的断裂强度，能够达到或者接近这一理论的计算结果。断裂强度的理论值和建筑玻璃（词条“建筑玻璃”由行业大百科提供）的实际值之间存在的悬殊的差异，造成玻璃強度減弱的原因是因为玻璃在制造过程中不可避免的在表面产生很多肉眼看不见的裂纹，深度约5μm，宽度只有0.01到0.02μm，每mm2 面积有几百条，又称格里菲思裂纹,见图二十一、图二十二。至使断裂强度的理论值远大于实际值。1913年Inglis提出应力集中理论，指出截面的急剧变化和裂纹缺陷附近的区域将产生显著的应力集中效应，即这些区域中的最大拉应力要比平均拉应力大或者大很多。对于韧性材料，当最大拉应力超过屈服强度之后，由于材料的屈服效应使应力的分布愈来愈均匀，应力集中效应下降；对玻璃这样的脆性材料，高度的应力集中效应保持到断裂时为止，所以对玻璃结构除了要考虑应力集中效应之外，还要考虑断裂韧性。

　　5.4玻璃断裂的特点。

　　(1) 断裂强度大小不一，离散度很大，见图二十三。

　　(2)由于拉应力作用，断裂一般起源于玻璃表面。

　　(3)断裂强度与裂纹深度有直接关系，见图二十四。

　　(4)断裂强度与荷载的持续时间有一定的关系，见图二十五。

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