中空玻璃是由兩片（或兩片以上）玻璃構(gòu)成，中間用帶有干燥劑的間隔框隔開，周邊進(jìn)行密封的玻璃制品。由于中空玻璃具有良好的隔熱保溫性能，近幾年來在我國 新建建筑中廣泛使用。
中空玻璃在使用的整個(gè)壽命周期中要不斷受到外界環(huán)境腐蝕及外力作用，在使用一段時(shí)間后部分中空玻璃會出現(xiàn)各 種質(zhì)量問題，其中主要有兩種：一是中空玻璃密封性能失效（氣體泄漏），使中空玻璃產(chǎn)生露點(diǎn)，并失去保溫隔熱功能；二是中空玻璃炸裂及外片整體脫落，容易造 成嚴(yán)重的安全隱患。特別是中空玻璃密封性能失效會導(dǎo)致其承載能力下降，在外力作用下，其外片更容易發(fā)生整體脫落。因此，研究中空玻璃承載性能的基本理論， 了解中空玻璃在外載作用下的強(qiáng)度特征及變形特征，合理設(shè)計(jì)中空玻璃結(jié)構(gòu)尺寸，并提出一套中空玻璃中空層密封性能失效現(xiàn)場檢測方法，對指導(dǎo)中空玻璃工程應(yīng) 用，降低中空玻璃失效概率，保證中空玻璃安全可靠使用有著重要意義。為此，本文根據(jù)中空玻璃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了影響中空玻璃承載性能的各方面因素，提出了采 用在中空玻璃面板中心施加集中荷載，通過觀測中空玻璃內(nèi)、外片變形量的大小或中空層的厚度變化來評價(jià)中空玻璃中空層的密封性能，并設(shè)計(jì)了一套配套的檢測裝 置。
中空玻璃承載性能分析
影響中空玻璃承載性能的主要因素為中空玻璃強(qiáng)度、中空玻璃剛度及中空玻璃中空 層密封性能。
1.中空玻璃的強(qiáng)度及剛度
中空玻璃強(qiáng)度是指中空玻璃抵抗外載作用的能力，剛度是指中空玻璃 承載變形的能力。顯然，在玻璃材料給定后，比如普通平板玻璃或鋼化玻璃，那么根據(jù)玻璃強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論，玻璃原片的斷裂強(qiáng)度就確定下來了。因此，要使中空玻璃 承載能力提高，就必須在同載荷作用下使玻璃表面彎拉應(yīng)力更小，這就與中空玻璃原片尺寸（各原片的長度、寬度、長寬比與厚度）及中空層厚度有關(guān)。外載作用下 直接分配到每片玻璃上的載荷大小決定著中空玻璃的承載能力。
由于中空玻璃是由兩片（或兩片以上）玻璃構(gòu)成，周邊密封形成一個(gè)密封 的空氣層，中空玻璃在一面玻璃受到載荷作用時(shí)，受力面玻璃變形壓縮中空層氣體，氣體壓強(qiáng)增大，將部分載荷傳送給另一面玻璃，因此在氣體密封狀態(tài)下，中空玻 璃是兩片玻璃共同承擔(dān)載荷，兩片玻璃同時(shí)變形。
2.中空層失效狀態(tài)下中空玻璃承載特性
在中空層氣體密封 的情況下，氣體的傳遞作用能夠?qū)⒁徊糠滞夂奢d傳遞給另一片玻璃，但是當(dāng)氣體層泄漏時(shí)，中空層氣體則完全喪失了傳遞荷載的作用，此時(shí)，中空玻璃承受荷載完全 由直接受力的那片玻璃承擔(dān)。顯然，此時(shí)的中空玻璃承受荷載能力將會明顯下降。
圖1是通過試驗(yàn)測量中空玻璃（規(guī)格為 6mm+12mm+6mm，尺寸為1000mmⅹ1000mm）在6kPa均布荷載作用下中空層在密封和泄漏情況下內(nèi)片玻璃（非承載一面）沿中線上的撓度 值。此圖表明了在中空層氣體密封條件下內(nèi)片玻璃的撓度明顯大于泄漏狀態(tài)下的撓度，泄漏后中空氣體層失去傳載能力，內(nèi)片不受力，幾乎沒有變形。
3.環(huán)境溫、壓差對中空玻璃承載性能的影響
即使不受外荷載作用，由于中空玻璃的生產(chǎn)地域環(huán)境與使用地域環(huán)境存在差別，也會導(dǎo)致 中空玻璃中空層氣體的膨脹或收縮（見圖2），直接導(dǎo)致兩片玻璃原片產(chǎn)生變形和附加應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會使兩片玻璃相互磕碰在一起，甚至導(dǎo)致玻璃破裂。
中空層失效在線檢測方法及裝置
由分析可知，中空玻璃在中空層密封性能失效后改變了其承載性能，為此，提出了通過在 玻璃板中心施加集中力方法并觀測中空玻璃內(nèi)外片變形或中空層厚度變化，來識別中空層是否密封。
為達(dá)到在線檢測中空玻璃中空層密封 性能，檢測裝置主要包括施力裝置和中空玻璃變形觀測裝置。
（a）是現(xiàn)場給幕墻或門窗中空玻璃施加集中力裝置構(gòu)成示意圖，其中施力 裝置采用螺旋加力方式。這個(gè)檢測裝置中設(shè)一用于跨設(shè)安裝在幕墻附框上的有足夠剛度的導(dǎo)桿，在導(dǎo)桿兩端各設(shè)有一掛鉤，掛鉤可在導(dǎo)桿上自由移動。掛鉤上裝設(shè)吸 盤，導(dǎo)桿的中段配置有螺旋加力器，螺旋加力器上的螺紋桿與導(dǎo)桿垂直，螺紋桿前端設(shè)一柔性墊片，尾端連接施力螺旋手柄，通過轉(zhuǎn)動施力手柄推動螺紋桿前進(jìn)；螺 紋桿中段放置力傳感器用以獲取施力大小。
（b)是另一種現(xiàn)場給幕墻中空玻璃施加集中力裝置構(gòu)成示意圖，其中加力裝置采用砝碼加力 的方式。這個(gè)檢測裝置中設(shè)一連桿，連桿由兩部分組成，為拉桿和壓桿，拉桿和壓桿的一端用鉸鏈連接，使兩桿可以相互旋轉(zhuǎn)并得到不同的角度。拉桿的另一端設(shè)有 掛鉤與一真空吸盤連接可吸固在玻璃上，在連桿的鉸鏈處設(shè)有一掛鉤，掛鉤和掛繩一端連接，在掛繩另一端也設(shè)有掛鉤，掛鉤上可放置砝碼。調(diào)節(jié)拉壓桿的角度，使 壓桿與檢測玻璃平面相垂直，增減砝碼可得到給玻璃施加的不同的集中力。
通過給使用中的中空玻璃一面施加集中力，同時(shí)記錄中空玻璃 內(nèi)外片中心的撓度值（最大撓度）或中空層厚度，中空玻璃變形可采用位移傳感器觀測，中空層厚度可采用空氣層厚度觀測裝置測量。
檢 測實(shí)例
試驗(yàn)采用中空玻璃樣品規(guī)格為6mm+12mm+6mm，長寬尺寸為2000mm×2000mm。采用螺旋加力方式給中空玻 璃施加集中力，采用基恩士公司生產(chǎn)的LK-G40激光位移傳感器測量中空玻璃內(nèi)外片的變形。這種傳感器通過入射激光穿過第一片玻璃并照射到第二片玻璃表面 上，通過接收兩片玻璃表面反射回來的光線，從而可以同時(shí)精確測量到兩片玻璃的變形。試驗(yàn)室檢測實(shí)物裝置見圖4。
（1）將兩吸盤吸 附于中空玻璃短邊邊緣中部，調(diào)節(jié)導(dǎo)桿，使施力螺旋桿對準(zhǔn)玻璃板中心。旋轉(zhuǎn)螺旋加力裝置使施力螺旋桿端剛好接觸中空玻璃外片，在玻璃與螺旋桿接觸部位墊彈性 片以防玻璃剛性接觸破壞。
（2）調(diào)節(jié)激光位移傳感器，使激光測量點(diǎn)對準(zhǔn)中空玻璃外片中心，并將力和撓度數(shù)值都調(diào)整為零。
（3）旋轉(zhuǎn)螺旋加力桿，給中空玻璃施加集中力，此時(shí)力的大小和中空玻璃變形讀數(shù)在不斷變化，記錄力傳感器分別為10、15、20、25、 30、35、40、45千克時(shí)的玻璃外、內(nèi)片中心變形值及中空層厚度。測量完畢后，旋轉(zhuǎn)螺旋加力桿卸掉載荷。
（4）通過人為方法 在中空玻璃封邊部位鉆通一小孔，使中空玻璃中空層氣體與大氣相通，模擬中空玻璃中空層氣體泄漏。
（5）按步驟（3）給中空玻璃施 加集中力，記錄中空層氣體泄漏后外、內(nèi)片中心的變形值及中空層厚度。
試驗(yàn)室測量結(jié)果及理論計(jì)算結(jié)果見表1。
表1結(jié)果反映了集中載荷作用下中空玻璃中空層密封和泄漏狀態(tài)下的外、內(nèi)片變形。其中試驗(yàn)結(jié)果比理論結(jié)果偏小，這是由于試驗(yàn)時(shí)吸盤是吸附在中空玻璃外片 上，所以對中空玻璃變形有一定影響。
綜上所述，中空玻璃的承載能力有賴于玻璃板的強(qiáng)度、剛度和中空層的密封性；在均布載荷下，中 空玻璃外、內(nèi)兩面的受力不同，外面玻璃受力大，后面受力小，尺寸越小越明顯；中空玻璃的邊長大于厚度的150倍時(shí)，兩面玻璃的受力趨于接近；中空層氣體泄 漏失效后，中空玻璃承載變形性能變化明顯，采用通過給中空玻璃施加集中載荷，測量內(nèi)、外片撓度或中空層厚度的變化可識別中空氣體層是否密封良好。試驗(yàn)及現(xiàn) 場檢測結(jié)果證明，此方法及檢測裝置可方便、快捷、可靠地檢測中空玻璃的密封性能。
中空玻璃在使用的整個(gè)壽命周期中要不斷受到外界環(huán)境腐蝕及外力作用，在使用一段時(shí)間后部分中空玻璃會出現(xiàn)各 種質(zhì)量問題，其中主要有兩種：一是中空玻璃密封性能失效（氣體泄漏），使中空玻璃產(chǎn)生露點(diǎn)，并失去保溫隔熱功能；二是中空玻璃炸裂及外片整體脫落，容易造 成嚴(yán)重的安全隱患。特別是中空玻璃密封性能失效會導(dǎo)致其承載能力下降，在外力作用下，其外片更容易發(fā)生整體脫落。因此，研究中空玻璃承載性能的基本理論， 了解中空玻璃在外載作用下的強(qiáng)度特征及變形特征，合理設(shè)計(jì)中空玻璃結(jié)構(gòu)尺寸，并提出一套中空玻璃中空層密封性能失效現(xiàn)場檢測方法，對指導(dǎo)中空玻璃工程應(yīng) 用，降低中空玻璃失效概率，保證中空玻璃安全可靠使用有著重要意義。為此，本文根據(jù)中空玻璃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了影響中空玻璃承載性能的各方面因素，提出了采 用在中空玻璃面板中心施加集中荷載，通過觀測中空玻璃內(nèi)、外片變形量的大小或中空層的厚度變化來評價(jià)中空玻璃中空層的密封性能，并設(shè)計(jì)了一套配套的檢測裝 置。
中空玻璃承載性能分析
影響中空玻璃承載性能的主要因素為中空玻璃強(qiáng)度、中空玻璃剛度及中空玻璃中空 層密封性能。
1.中空玻璃的強(qiáng)度及剛度
中空玻璃強(qiáng)度是指中空玻璃抵抗外載作用的能力，剛度是指中空玻璃 承載變形的能力。顯然，在玻璃材料給定后，比如普通平板玻璃或鋼化玻璃，那么根據(jù)玻璃強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論，玻璃原片的斷裂強(qiáng)度就確定下來了。因此，要使中空玻璃 承載能力提高，就必須在同載荷作用下使玻璃表面彎拉應(yīng)力更小，這就與中空玻璃原片尺寸（各原片的長度、寬度、長寬比與厚度）及中空層厚度有關(guān)。外載作用下 直接分配到每片玻璃上的載荷大小決定著中空玻璃的承載能力。
由于中空玻璃是由兩片（或兩片以上）玻璃構(gòu)成，周邊密封形成一個(gè)密封 的空氣層，中空玻璃在一面玻璃受到載荷作用時(shí)，受力面玻璃變形壓縮中空層氣體，氣體壓強(qiáng)增大，將部分載荷傳送給另一面玻璃，因此在氣體密封狀態(tài)下，中空玻 璃是兩片玻璃共同承擔(dān)載荷，兩片玻璃同時(shí)變形。
2.中空層失效狀態(tài)下中空玻璃承載特性
在中空層氣體密封 的情況下，氣體的傳遞作用能夠?qū)⒁徊糠滞夂奢d傳遞給另一片玻璃，但是當(dāng)氣體層泄漏時(shí)，中空層氣體則完全喪失了傳遞荷載的作用，此時(shí)，中空玻璃承受荷載完全 由直接受力的那片玻璃承擔(dān)。顯然，此時(shí)的中空玻璃承受荷載能力將會明顯下降。
圖1是通過試驗(yàn)測量中空玻璃（規(guī)格為 6mm+12mm+6mm，尺寸為1000mmⅹ1000mm）在6kPa均布荷載作用下中空層在密封和泄漏情況下內(nèi)片玻璃（非承載一面）沿中線上的撓度 值。此圖表明了在中空層氣體密封條件下內(nèi)片玻璃的撓度明顯大于泄漏狀態(tài)下的撓度，泄漏后中空氣體層失去傳載能力，內(nèi)片不受力，幾乎沒有變形。
3.環(huán)境溫、壓差對中空玻璃承載性能的影響
即使不受外荷載作用，由于中空玻璃的生產(chǎn)地域環(huán)境與使用地域環(huán)境存在差別，也會導(dǎo)致 中空玻璃中空層氣體的膨脹或收縮（見圖2），直接導(dǎo)致兩片玻璃原片產(chǎn)生變形和附加應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會使兩片玻璃相互磕碰在一起，甚至導(dǎo)致玻璃破裂。
中空層失效在線檢測方法及裝置
由分析可知，中空玻璃在中空層密封性能失效后改變了其承載性能，為此，提出了通過在 玻璃板中心施加集中力方法并觀測中空玻璃內(nèi)外片變形或中空層厚度變化，來識別中空層是否密封。
為達(dá)到在線檢測中空玻璃中空層密封 性能，檢測裝置主要包括施力裝置和中空玻璃變形觀測裝置。
（a）是現(xiàn)場給幕墻或門窗中空玻璃施加集中力裝置構(gòu)成示意圖，其中施力 裝置采用螺旋加力方式。這個(gè)檢測裝置中設(shè)一用于跨設(shè)安裝在幕墻附框上的有足夠剛度的導(dǎo)桿，在導(dǎo)桿兩端各設(shè)有一掛鉤，掛鉤可在導(dǎo)桿上自由移動。掛鉤上裝設(shè)吸 盤，導(dǎo)桿的中段配置有螺旋加力器，螺旋加力器上的螺紋桿與導(dǎo)桿垂直，螺紋桿前端設(shè)一柔性墊片，尾端連接施力螺旋手柄，通過轉(zhuǎn)動施力手柄推動螺紋桿前進(jìn)；螺 紋桿中段放置力傳感器用以獲取施力大小。
（b)是另一種現(xiàn)場給幕墻中空玻璃施加集中力裝置構(gòu)成示意圖，其中加力裝置采用砝碼加力 的方式。這個(gè)檢測裝置中設(shè)一連桿，連桿由兩部分組成，為拉桿和壓桿，拉桿和壓桿的一端用鉸鏈連接，使兩桿可以相互旋轉(zhuǎn)并得到不同的角度。拉桿的另一端設(shè)有 掛鉤與一真空吸盤連接可吸固在玻璃上，在連桿的鉸鏈處設(shè)有一掛鉤，掛鉤和掛繩一端連接，在掛繩另一端也設(shè)有掛鉤，掛鉤上可放置砝碼。調(diào)節(jié)拉壓桿的角度，使 壓桿與檢測玻璃平面相垂直，增減砝碼可得到給玻璃施加的不同的集中力。
通過給使用中的中空玻璃一面施加集中力，同時(shí)記錄中空玻璃 內(nèi)外片中心的撓度值（最大撓度）或中空層厚度，中空玻璃變形可采用位移傳感器觀測，中空層厚度可采用空氣層厚度觀測裝置測量。
檢 測實(shí)例
試驗(yàn)采用中空玻璃樣品規(guī)格為6mm+12mm+6mm，長寬尺寸為2000mm×2000mm。采用螺旋加力方式給中空玻 璃施加集中力，采用基恩士公司生產(chǎn)的LK-G40激光位移傳感器測量中空玻璃內(nèi)外片的變形。這種傳感器通過入射激光穿過第一片玻璃并照射到第二片玻璃表面 上，通過接收兩片玻璃表面反射回來的光線，從而可以同時(shí)精確測量到兩片玻璃的變形。試驗(yàn)室檢測實(shí)物裝置見圖4。
（1）將兩吸盤吸 附于中空玻璃短邊邊緣中部，調(diào)節(jié)導(dǎo)桿，使施力螺旋桿對準(zhǔn)玻璃板中心。旋轉(zhuǎn)螺旋加力裝置使施力螺旋桿端剛好接觸中空玻璃外片，在玻璃與螺旋桿接觸部位墊彈性 片以防玻璃剛性接觸破壞。
（2）調(diào)節(jié)激光位移傳感器，使激光測量點(diǎn)對準(zhǔn)中空玻璃外片中心，并將力和撓度數(shù)值都調(diào)整為零。
（3）旋轉(zhuǎn)螺旋加力桿，給中空玻璃施加集中力，此時(shí)力的大小和中空玻璃變形讀數(shù)在不斷變化，記錄力傳感器分別為10、15、20、25、 30、35、40、45千克時(shí)的玻璃外、內(nèi)片中心變形值及中空層厚度。測量完畢后，旋轉(zhuǎn)螺旋加力桿卸掉載荷。
（4）通過人為方法 在中空玻璃封邊部位鉆通一小孔，使中空玻璃中空層氣體與大氣相通，模擬中空玻璃中空層氣體泄漏。
（5）按步驟（3）給中空玻璃施 加集中力，記錄中空層氣體泄漏后外、內(nèi)片中心的變形值及中空層厚度。
試驗(yàn)室測量結(jié)果及理論計(jì)算結(jié)果見表1。
表1結(jié)果反映了集中載荷作用下中空玻璃中空層密封和泄漏狀態(tài)下的外、內(nèi)片變形。其中試驗(yàn)結(jié)果比理論結(jié)果偏小，這是由于試驗(yàn)時(shí)吸盤是吸附在中空玻璃外片 上，所以對中空玻璃變形有一定影響。
綜上所述，中空玻璃的承載能力有賴于玻璃板的強(qiáng)度、剛度和中空層的密封性；在均布載荷下，中 空玻璃外、內(nèi)兩面的受力不同，外面玻璃受力大，后面受力小，尺寸越小越明顯；中空玻璃的邊長大于厚度的150倍時(shí)，兩面玻璃的受力趨于接近；中空層氣體泄 漏失效后，中空玻璃承載變形性能變化明顯，采用通過給中空玻璃施加集中載荷，測量內(nèi)、外片撓度或中空層厚度的變化可識別中空氣體層是否密封良好。試驗(yàn)及現(xiàn) 場檢測結(jié)果證明，此方法及檢測裝置可方便、快捷、可靠地檢測中空玻璃的密封性能。
