Enquêtes sur le comportement en flexion à froid d'un double vitrage à bord rigide

Date : 28 juillet 2022

Les façades de forme libre avec verre courbé sont de plus en plus populaires. Comme le courbure du verre lui confère une meilleure résistance aux charges hors plan, il peut en résulter un verre plus fin. Une nouvelle technique prometteuse consiste à plier à froid de fines plaques de verre dotées d'un bord structurel rigide pour former un paraboloïde hyperbolique (hypar), puis à verrouiller les coins pour créer un système autonome et autocontraint. Dans cette étude, le processus de pliage d'unités de double vitrage (« panneaux ») spécialement fabriquées est étudié en mettant l'accent sur un phénomène d'instabilité locale. L'hypothèse selon laquelle cette instabilité est affectée par la rigidité des bords de la plaque est testée en utilisant des profilés GFRP de 30x30 mm comme espaceurs le long du périmètre du verre.

Ceux-ci ont été collés au verre à l’aide de la colle silicone Dow 993. Quatre panneaux de 1,5 x 1,5 m ont été produits au total, trois avec du verre entièrement trempé (FT) de 4 mm et un avec du verre trempé chimiquement (CT) de 1,1 mm. Les panneaux ont été pliés à froid lors d’une série d’expériences en laboratoire. Un modèle numérique a été développé pour fournir davantage d'informations sur la réponse mécanique et prédire le résultat des expériences. Avec les tailles de panneaux utilisés, il n'était pas possible de former un hypar. En raison de la faible épaisseur du verre, une des diagonales se redresserait toujours lorsqu'elle serait pliée à froid. Les panneaux FT de 4 mm se sont rompus lorsque la plaque inférieure s'est fracturée avec un déplacement d'angle d'environ 150 mm et une charge totale de 2,6 kN.

La plaque inférieure du CT 1,1 mm a également été la première à se briser, avec un déplacement d'angle de 120 mm et une charge totale de 1,4 kN. Les plaques supérieure et inférieure sont entrées en contact au centre de la plaque lorsque le déplacement des coins était d'environ 50 mm pour les panneaux FT 4 mm et d'environ 30 mm pour le panneau CT 1,1 mm. Le modèle numérique a prédit ce contact et le comportement global du panneau jusqu'à un déplacement d'angle de 60 mm. Il a été conclu que le verre était trop fin pour créer un hypar avec cette taille de panneau. Les données expérimentales générées avec le modèle numérique sont utiles pour les recherches et développements futurs.

Des courbures tridimensionnelles, d'une ampleur suffisante, pourraient rendre l'utilisation de verre mince (<2,1 mm) viable pour une utilisation dans les bâtiments, conduisant à des structures plus légères et à des émissions de carbone plus faibles. Au cours de la dernière décennie, de nombreux chercheurs ont étudié les moyens de mettre en œuvre cela, et beaucoup, comme Galuppi et al (2014) et Datsiou et Overend (2016), envisagent de façonner de fines feuilles de verre en un paraboloïde hyperbolique (hypar). Cependant, ces études ont montré qu’il existe une difficulté majeure liée à la transformation d’une fine plaque en hypar. Lors de la torsion de la plaque, il se produit un phénomène d'instabilité locale dans lequel l'une des diagonales de la plaque se redresse (Figure 1). Eekhout et Staaks (2004) ont constaté que cette instabilité se produisait à un déplacement de coin d'environ 16 fois l'épaisseur de la plaque.

Nehring et Siebert (2018) ont découvert que l'utilisation de verre feuilleté permet d'obtenir une courbure plus élevée avec du verre fin. Pour retarder davantage l'instabilité, Galuppi et al (2014) proposent une solution impliquant un raidissement des bords. Grâce à des analyses numériques, ils ont montré que le phénomène d'instabilité est effectivement retardé. Pour tester cela expérimentalement, Young (2019) a réalisé des expériences physiques sur une plaque de verre raidie. Les résultats de ces expériences semblaient prometteurs. Par conséquent, l’étude décrite dans le présent article s’appuie sur ces résultats.

Les plaques utilisées par Young (2019) mesuraient 1 x 1 m, étaient constituées de verre de 1,5 mm trempé chimiquement (CT, Zaccaria et al, 2019)), rigidifié avec des profils creux carrés en polymère renforcé de fibre de verre (GFRP) de 30 x 30 x 3 mm. Dans la présente étude, les panneaux ont été agrandis à 1,5x1,5 m afin de se rapprocher des tailles attendues dans les applications réelles. Pour cette même raison, une plaque de verre supplémentaire a été ajoutée à l'unité pour produire efficacement un vitrage isolant en verre mince (IGU), capable de fournir des niveaux acceptables de conductivité thermique requis dans les bâtiments modernes (Figure 2).

Un espace a été laissé dans les coins, de sorte que la cavité n'a pas été scellée. De cette façon, les différentes parties du cadre de bord pourraient se déplacer indépendamment et la pression interne n'affecterait pas le processus de mise en forme. Les mêmes profils GFRP que ceux utilisés par Young (2019) ont été utilisés, car ils étaient légers, ce qui était conforme à l'objectif initial de créer un produit de construction léger. De plus, le GFRP possède de bonnes propriétés isolantes et présente un bon rapport rigidité/poids. Deux types de verre ont été utilisés pour tester différentes configurations du panneau. Trois panneaux ont été fabriqués avec du verre entièrement trempé (FT) de 4 mm et un panneau avec du verre CT de 1,1 mm. L'intention initiale était de produire trois panneaux CT de 1,1 mm, mais les panneaux de 1,1 mm à l'état non traité étaient difficiles à fabriquer en raison de leur fragilité et la quantité de verre CT reçue au cours de la période de cette étude était suffisante pour un verre CT. unité à assembler.