Structural glass in buildings: study of the deflection, durability, and breakage of laminated glass elements and polymeric interlayers

Abstract

Aquesta tesi doctoral avalua el comportament estructural del vidre laminat mitjançant la recerca bibliogràfica, assajos experimentals i simulacions. Alguns dels assajos experimentals duts a terme es centren en lˇestudi de les deformacions abans de la ruptura inicial del vidre, mentre que en altres sˇassoleix la ruptura per tal dˇavaluar la seguretat port-ruptura. A més a més, es fa especial èmfasi en el material intercalari que uneix les làmines de vidre entre elles, per la seva importància en el comportament global del vidre laminat. Els resultats mostren com, malgrat que el vidre és fràgil, els elements estructurals de vidre laminat poden resistir càrregues elevades i complir amb els requeriments de seguretat. No obstant, és fonamental triar els paràmetres de disseny adequats, com el tipus de vidre, el número i gruix de les làmines de vidre i el material intercalari, perquè poden tenir molta rellevància, especialment en cas de ruptura accidental.

Esta tesis doctoral evalúa el comportamiento mecánico del vidrio laminado mediante un estudio bibliográfico, ensayos experimentales y simulaciones. Algunos de los ensayos llevados a cabo se centran en el estudio de las deformaciones, mientras que en otros se alcanza la rotura para evaluar también el comportamiento post-rotura. Se presta especial atención al intercalario polimérico que se usa para unir las láminas de vidrio entre ellas, por su rol determinante tanto antes como después de la rotura del vidrio. Los resultados muestran cómo, a pesar de que el vidrio es frágil, los elementos de vidrio laminado pueden resistir cargas elevadas y cumplir con los requerimientos de seguridad. Sin embargo, es esencial elegir los parámetros de diseño adecuados, como el tipo de vidrio, el número y grosor de láminas de vidrio y el material intercalario, porque pueden tener un gran impacto en el comportamiento mecánico, especialmente en caso de rotura accidental.

This PhD evaluates the structural performance of laminated glass through literature research, experimental testing, and numerical simulation. Some of the conducted experimental tests focus on the deformational study before initial glass fracture, while in others the failure of the specimens is reached in order to evaluate the post-breakage safety as well. Special attention is paid to the polymeric interlayer that creates a bond between glass sheets, because it plays a key role in both the pre- and post-breakage stages. The results of this thesis show that, although glass is brittle, laminated glass elements can resist high loads and comply with safety regulations. However, it is essential to choose the right design parameters (e.g., type of glass, number of glass sheets, and interlayer material), because these can have a high impact on the mechanical behaviour, especially in case of accidental breakage.