Structural behaviour of post-tensioned glass beams

Abstract

A procura por transparência na última década te vindo a aumentar na indústria da construção. A necessidade que o homem tem de sentir a luz natural e de obter a paisagem perfeita em edifícios tem vindo a desafiar os engenheiros. Até hoje o vidro é o único material que pode ministrar tais propriedades. A fragilidade do material e a sua baixa resistência são as principais desvantagens do vidro como componente estrutural quando comparados com os materiais comumente utilizados. Avanços tecnológicos foram feitos por cientistas e engenheiros de modo a evitar ou retardar estas desvantagens, e é graças a esses avanços que o vidro é nos dias de hoje amplamente utilizado pelo globo. Ultimamente esses avanços têm sido tão poderosos que já é possível a existência de edifícios em que até os componentes estruturais, tais como os pilares e as vigas, são feitas de vidro. Embora já seja utilizado, o vidro não está ainda totalmente caracterizado e investigado e é esse o principal objetivo desta tese. Estudar o comportamento estrutural de vigas de vidro pós-tensionadas é um novo passo nesta caminhada para conhecer por completo o material e assim desenvolver o Eurocódigo de Vidro. Para efetuar este estudo, uma análise de elementos finitos foi realizada e então calibrada com resultados experimentais da Dissertação da candidata a doutora Jagoda Cupać da EPFL. Depois alguns parâmetros chave foram estudados para que estas vigas possam suportar o máximo de carga. A partir dos resultados chegou-se à conclusão que este tipo de viga é um conceito viável e que a análise numérica é extremamente sensível a alguns parâmetros de input. Além disso, pode-se concluir que o reforço utilizado no fundo da viga tem uma grande influência na carga máxima que a viga pode suportar e que a espessura do adesivo tem uma grande influência na falha inicial

The demand for transparency in the last decade has been increasing in the construction industry. The need that man has to feel the natural light and to have the perfect landscape in buildings has been challenging engineers. So far Glass is the only construction material that can provide such properties. The brittleness of the material and its low strength are the main disadvantages of glass as a structural component when compared to the standard construction materials. Technological advances were made by scientists and engineers to avoid or postpone these disadvantages, and that is why glass is nowadays widely used throughout the whole world. Lately these technological advances have become so powerful that today is now possible to have buildings in which the structural components, such as beams or columns, are made of glass. Despite its use, glass is still not fully characterized and researched and that’s the main goal of this thesis. Studying the structural behaviour of post-tensioned glass beams is one step forward to fully know the material and thus, to develop the European Standard Code of Glass. To do this, a Finite Element Analysis was performed and then calibrated with the experimental results from the ongoing Dissertation of the PhD Candidate Jagoda Cupać from EPFL. Afterwards some key parameters were studied in order to bear the maximum load. From the results it’s shown that this type of beam is a feasible concept and that the numerical analysis is extremely sensitive to some input parameters. Furthermore, it can also be concluded that the reinforcement used on the bottom of the beam has a great influence on the maximum load the beam can bear and the thickness of the adhesive has a great influence on the initial failure.