窓ガラスサイズが爆風に及ぼす影響に関する研究

日付: 2023 年 8 月 4 日

著者: Xiufen Wang、Bo Zhong、Jie Tang、Chen Gao、Mei Li

ソース：サステナビリティ 2023、15(12)、9325; MDPI

土井：https://doi.org/10.3390/su15129325

（この記事は特集「構造物・インフラの防災と持続可能性」に属します）

建物の外装保護部品として最も一般的に使用されている窓ガラスは、その典型的な脆い特性により、爆風荷重の作用により破損しやすく、高速で飛散する破片が生成され、個人の安全に大きな脅威となる可能性があります。 。 この論文では、窓ガラスのサイズがその破損特性に及ぼす影響を研究します。 爆風荷重下での窓ガラス破損の P-I (圧力-衝撃) 曲線を評価するための、単純化された数値シミュレーションベースの方法を提案します。 窓ガラスの P-I 曲線の長さと幅の比、面積、厚さの影響を体系的に調査します。 長さと幅の比が小さく、面積が小さく、パネルが厚いほど、窓ガラスの耐爆風性が向上する可能性があることがわかりました。 異なる幾何学的寸法を持つ窓ガラスのP-I曲線に対する経験的予測式を確立し,提案した経験式の妥当性を検証した。

窓ガラスは視認性の良さと装飾の美しさから現代の建物に広く使われています。 しかし、ガラスは脆性材料の一種であり、ガラス破片が飛散しやすく、死傷事故が発生する場合があります。 さらに、爆風が室内に侵入し、死傷者や物的損害を直接引き起こす可能性があります。 過去10年間、テロ攻撃が世界中で増加しており、建物の構造物に大きな被害を与え、人々に危害を与えています。 たとえば、1995 年 4 月 19 日、テロリストは米国オクラホマ州の連邦ビルを攻撃しました。 この爆発により168人が死亡、680人が負傷した。調査報告書によると、負傷者の75%近くは飛来したガラスの破片によるものだという。 近年では爆発事故も多発しています。 2015年8月12日、天津港で大規模な火災と爆発が発生し、165人が死亡、798人が負傷し、ガラスの破片が主な負傷原因となった。

爆発時の窓ガラスの動的応答と破損に関して、多数の実験研究、理論解析、数値シミュレーションが行われてきました。 チャンドラスハラッパら。 [1] および Teng ら。 [2] は、フォン カルマン非線形プレートおよびシェル理論と摂動法を使用して、爆風荷重下で大きなたわみを伴う弾性パネルの動的応答を解き、爆風荷重下での通常のガラス パネルの動的応答の理論的解を提供しました。 大きなたわみ理論に基づいて、Birman et al. [3]およびトルクメンら。 [4] は、ガラーキン法で動的方程式を確立し、それをルンゲ・クッタ法で解き、爆発時の合わせガラス板の動的応答を研究しました。

チェンら。 [5,6] は、一自由度法とエネルギー法を組み合わせることにより、爆発荷重下でのフロートガラスと合わせガラスの P-I 曲線の力積と過圧の漸近線を理論的に導出しました。 野外爆発試験は、爆発時の窓ガラスの動的特性を研究するために必要かつ効果的な方法です。 ゲら。 [7,8] は、爆破荷重下でのフロートガラスの破損試験を実施し、さまざまな爆発物当量下でのガラス破片の投射速度を取得しました。 一方、異なる爆発荷重下にあるガラス破片を収集し、それらの距離分布値を取得するために計数しました。 パンら。 [9,10] はフロートガラスの爆破試験を実施し、衝撃とピーク過圧に基づいてフレームで支えられたガラスの安全な距離を検証しました。

ロバートら。 [11] は、長期間の爆風荷重下でフロートガラスの現場試験を実施し、ガラスの厚さ、面積、アスペクト比、および境界支持条件が動的応答に及ぼす影響を研究しました。 結果は、弾性境界条件と比較して、剛体境界条件では局所的な応力集中が生じ、その結果、亀裂がより顕著になり、破片がより小さくなることがわかります。 合わせガラスについては、Kanzer et al. [12]、フーパーら。 [13]、Zhang et al. [14]、および Le et al. [15] は、合わせガラスの動的応答を研究するために一連の野外爆発試験を実施しました。 彼らは、ガラスパネルの厚さとガラスの層の数を増やすことによって、合わせガラスの耐爆風性を効果的に改善できると結論付けました。