Étude sur l'influence de la taille des vitres sur le souffle

Date : 4 août 2023

Auteurs : Xiufen Wang, Bo Zhong, Jie Tang, Chen Gao et Mei Li

Source: Durabilité 2023, 15(12), 9325 ; MDPI

EST CE QUE JE:https://doi.org/10.3390/su15129325

(Cet article appartient au numéro spécial Résilience aux catastrophes et durabilité des structures et des infrastructures)

En tant que composant de protection extérieure le plus couramment utilisé pour les bâtiments, le verre à fenêtre, en raison de ses caractéristiques fragiles typiques, est plus susceptible de se briser sous l'action des charges de souffle et de produire des fragments volant à grande vitesse, ce qui peut constituer une grande menace pour la sécurité personnelle. . Cet article étudie l'influence de la taille des vitres sur leurs caractéristiques de rupture. Une méthode simplifiée basée sur la simulation numérique pour évaluer la courbe P-I (pression-impulsion) de la défaillance des vitres sous des charges de souffle est proposée. Les influences du rapport longueur-largeur, de la surface et de l’épaisseur des courbes P-I des vitrages sont systématiquement étudiées. Il a été constaté qu’un rapport longueur-largeur plus faible, une surface plus petite et un panneau plus épais pouvaient augmenter la résistance aux explosions des vitres. Les formules de prédiction empiriques pour les courbes P–I de vitrages de différentes dimensions géométriques sont établies et la validité de la formule empirique proposée est vérifiée.

Le verre à fenêtre est largement utilisé dans les bâtiments modernes en raison de sa bonne visibilité et de sa beauté décorative. Cependant, le verre est un matériau fragile qui produit facilement des fragments de verre volants, entraînant des victimes. De plus, une onde de souffle peut pénétrer dans une pièce, provoquant directement des victimes et des dégâts matériels. Au cours de la dernière décennie, les attaques terroristes se sont multipliées partout dans le monde et ont causé d’importants dégâts aux structures des bâtiments et blessé des personnes. Par exemple, le 19 avril 1995, des terroristes ont attaqué un bâtiment fédéral dans l’État américain de l’Oklahoma. L'explosion a tué 168 personnes et en a blessé 680. Selon le rapport d'enquête, les fragments de verre volants représentaient près de 75 % des blessures. Des explosions accidentelles se sont également produites fréquemment ces dernières années. Le 12 août 2015, un incendie et une explosion majeurs ont eu lieu dans le port de Tianjin, tuant 165 personnes et en blessant 798 autres, les fragments de verre étant la principale cause de blessures.

Un grand nombre d'études expérimentales, d'analyses théoriques et de simulations numériques ont été menées sur les réponses dynamiques et les défaillances des vitres lors d'explosions. Chandraskharappa et coll. [1] et Teng et al. [2] ont utilisé la théorie non linéaire des plaques et coques de Von Karman et la méthode de perturbation pour résoudre les réponses dynamiques de panneaux élastiques à forte déflexion sous charge de souffle, et une solution théorique de la réponse dynamique de panneaux de verre ordinaires sous charge de souffle a été fournie. Sur la base de la théorie des grandes déflexions, Birman et al. [3] et Turkmen et al. [4] ont établi des équations dynamiques avec la méthode Galerkin et les ont résolues avec la méthode Runge – Kutta pour étudier la réponse dynamique des plaques de verre feuilleté lors d'explosions.

Chen et coll. [5,6] ont théoriquement dérivé les asymptotes d'impulsion et de surpression des courbes P – I du verre flotté et feuilleté sous une charge d'explosion en combinant les méthodes du simple degré de liberté et de l'énergie. Les essais d'explosion sur le terrain sont une méthode nécessaire et efficace pour étudier les propriétés dynamiques des vitres lors des explosions. Ge et coll. [7,8] ont mené des tests sur la rupture du verre flotté sous une charge de souffle et ont obtenu les vitesses de projection de fragments de verre sous différents équivalents explosifs. Pendant ce temps, les fragments de verre soumis à différentes charges explosives ont été collectés et comptés pour obtenir leurs valeurs de distribution de distance. Pan et coll. [9,10] ont effectué des tests de souffle sur du verre flotté et vérifié les distances de sécurité du verre supporté par un cadre en fonction des impulsions et des surpressions maximales.

Robert et coll. [11] ont mené des tests sur le verre flotté soumis à des charges de souffle de longue durée et ont étudié les effets de l'épaisseur, de la surface, du rapport d'aspect et des conditions de support aux limites du verre sur leurs réponses dynamiques. Les résultats montrent que, comparées aux conditions aux limites élastiques, les conditions aux limites rigides conduisent à une concentration locale des contraintes, entraînant des fissures plus évidentes et des fragments plus petits. Pour le verre feuilleté, Kanzer et al. [12], Hooper et al. [13], Zhang et al. [14], et Le et al. [15] ont mené une série de tests d'explosion sur le terrain pour étudier les réponses dynamiques du verre feuilleté. Ils ont conclu qu’en augmentant l’épaisseur d’un panneau de verre et le nombre de couches de verre, la résistance du verre feuilleté au souffle pouvait être efficacement améliorée.