铝合金门窗角码结构组角的安全性能研究.pdf

广东建材2023年第8期0 背景铝合金门窗作为市场主流产品，随着使用年限的不断增加，以及台风等恶劣天气的增多，门窗损坏、坠落事故时有发生，这直接影响民众的生命及财产安全。在铝合金门窗生产中，角码作为门扇、窗扇及外框等部位的重要连接件，角码质量的好坏直接影响了铝合金门窗的外观和安全性，因此很多门窗生产企业和消费者迫切想了解市面上常见的角码结构铝合金门窗产品的质量，并希望通过测试来知悉比较各类铝合金门窗角码结构组角的质量及安全性，但目前国内尚缺少相关检测标准和试验方法。国家标准 GB/T 32223-2015 建筑门窗五金件 通用要求 对建筑门窗五金件执手、锁闭器、合页（铰链）、滑撑、滑轮、插销、撑挡、拉杆等作出了通用要求，国家轻工业、国家建筑工业等行业标准也只是针对上述建筑五金件有明确要求，目前国家还没有连接角码的相关标准，角码检测更是空白。随着人们生活水平的不断提高，对安全性的要求不断加强，铝合金门窗角码结构的安全性的研究势在必行，同时相关检测装置的研制也必须同步进行。此次研究我们特意选取市面上常见的三种铝合金门窗角码结构，分别为活动角码结构、整体角码结构和注胶角码结构。这三种角码材质主要为铝，采用不锈钢销钉、螺丝螺母固定，并选用壁厚尺寸相同的铝合金型材组装成组角，每种组角各采购不少于15个作为试样，并针对性的检测其角部位置的抗压性能、抗拉性能和剪切力这三项与质量安全密切相关的项目，每项测量5组数据，用于比对研究。在测量抗压性能时，取角码结构铝合金门窗的角部位置，一般为直角结构，选取其中一边竖直放置并固定，此时另一边处于水平状态，对其施加一个与固定边竖直方向平行的压力，以固定速度进行试验直至分离或断裂，并记录试验过程中的最大力和受力距离；抗拉性能的测试方法基本与抗拉性能一致，只是施力方向相反；在测量剪切力时，取角码结构铝合金门窗的角部位置，以角部缝隙为分界线固定角部一侧，然后在另一侧施加一个垂直于试件室外侧表面的压力，使试件以恒定速度进行剪切试验直至分离或断裂，并记录试验过程中的最大力。完成试验后对试验结果进行比对，分析上述三种角码结构的优劣。1 研究分析1.1试验仪器和试样为进行这项研究，我们特意设计了一套夹具，可配合常见的力学万能试验机使用，并设计了一套检测方案，夹具设计见图1。配合使用的试验机应符合 GB/T 16825.1-2008 的规定，精确度为1级或更优级别，试验机的最大荷载不小于50kN。试样可直接在成品门窗上切取，应保留其原始表面，清除加工后试样上的毛刺。切取试样时应预防因加工受热而影响试样的性能测试结果。试样形状为L型，两边长尺寸建议为 300mm5mm，如果组角内带有连接件（如角码、组角片等），试样边长尺寸必须大于连接件铝合金门窗角码结构组角的安全性能研究何国锐 邝家祥(佛山市质量计量监督检测中心)【摘要】角码作为门扇及外框等部位的重要连接件，直接影响铝合金门窗的外观和安全性，因此很多门窗生产企业和消费者希望通过测试来知悉比较各类铝合金门窗角码结构组角的质量及安全性，但目前国内尚缺少相关检测标准和试验方法。本文主要讲述一套针对门窗组角安全性能的检测方法，并挑选了市面上常见的三种角码结构组角进行测试，对试验结果进行比对，并分析上述三种角码结构的优劣。【关键词】门窗；组角；角码；检测方法质量控制与检测-59广东建材2023年第8期尺寸。开始试验前在温度大于 5环境条件下放置24h。本次试验选用的角码如图2。1.2测试过程和结果分析1.2.1抗压性能检测将抗压性能试验夹具安装在试验机上，紧固好连接部件，确保在试验过程中不会出现试样偏转现象。将试样安装在夹具上，调整好夹具位置，受力点距离必须大于组角连接件尺寸，即不得对组角连接件直接施加荷载。用分辨力不大于0.02mm的游标卡尺，测量受力点到组角内角边的距离。然后以 5mm/min 的速度，加至0.05kN预荷载，再以15mm/min的速度进行抗压性能试验，并记录所加的荷载，直至出现最大荷载。在这次抗压性能测试中，施力距离L统一为125mm，测试结果见表1，荷载-位移曲线图分别见图3图5。比较试验结果，活动角码组角的最大荷载明显低于另外两种角码组角，只有1.201kN，注胶角码组角稍低图1 铝合金门窗角码结构组角安全性能试验夹具剪切性能试验夹具抗压性能试验夹具抗拉性能试验夹具图2注胶角码表1 各角码结构组角抗压性能试验最大荷载注胶角码组角活动角码组角整体角码组角试样12.4171.2812.649试样22.4121.1942.621试样32.3881.1332.696试样42.3781.1512.639试样52.3231.2462.542平均值2.3841.2012.629试样角码类别(kN)质量控制与检测图3 注胶角码组角抗压试验荷载-位移曲线图位移/mm荷载/KN-60广东建材2023年第8期于 整 体 角 码，为 2.384kN，整 体 角 码 组 角 最 高，为2.629kN。然后检查试验后的样品可发现，活动角码组角在持续受压情况下，活动角码发生变形从而与型材松脱导致失效；而注胶角码组角和整体角码组角在持续受压情况下，角码材料发生断裂直接导致失效，这两种组角的曲线图也有明显的下坠曲线见图3、图5），这是角码材料突然发生断裂造成的。1.2.2抗拉性能检测将抗拉性能试验夹具安装在试验机上，紧固好连接部件，确保在试验过程中不会出现试样偏转现象。将试样安装在夹具上，调整好夹具位置，受力点距离必须大于组角连接件尺寸，即不得对组角连接件直接施加荷载，用分辨力不大于0.02mm的游标卡尺，测量受力点到组角外角边的距离。然后以 5mm/min 的速度，加至0.05kN预荷载。然后以15mm/min的速度进行抗拉性能试验，并记录所加的荷载，直至出现最大荷载。在这次抗拉性能测试中，施力距离L统一为200mm，测试结果见表2，荷载-位移曲线图分别见图6图8。比较试验结果，活动角码组角的最大荷载明显低于另外两种角码组角，只有1.606kN，整体角码组角次之，为2.735kN，注胶角码组角最高，为3.895kN。然后检查试验后的样品可发现，活动角码组角在持续受拉情况下，活动角码发生变形使定位装置错位松脱最后导致失效；而整体角码组角在持续受拉情况下，其中三个是因为角码材料发生断裂直接导致失效（见图8试样1、4、5曲线），另外两个是紧固螺丝错位松脱导致失效（见图8表2 各角码结构组角抗拉性能试验最大荷载注胶角码组角活动角码组角整体角码组角试样13.8461.6022.777试样23.6911.6562.498试样33.8421.6062.640试样44.0991.5502.864试样53.8171.6162.897平均值3.8951.6062.735角码类别试样(kN)质量控制与检测荷载/KN位移/mm图4 活动角码组角抗压试验荷载-位移曲线图图5 整体角码组角抗压试验荷载-位移曲线图荷载/KN位移/mm荷载/KN位移/mm图6 注胶角码组角抗拉试验荷载-位移曲线图图7 活动角码组角抗拉试验荷载-位移曲线图荷载/KN位移/mm图8 整体角码组角抗拉试验荷载-位移曲线图荷载/KN位移/mm-61广东建材2023年第8期试样2、3曲线），试验的最大荷载前面三个相对后面两个稍高一些，但都比较接近；而注胶角码组角在这一项测试中性能最为突出，远高于活动角码组角和整体角码组角，失效原因均为角码材料发生断裂导致。1.2.3剪切性能检测将抗剪切性能试验夹具安装在试验机上，紧固好连接部件，确保在试验过程中不会出现试样偏转现象。将试样安装在夹具上，调整好夹具位置，使受力点距离角部拼接缝位置12mm。以5mm/min的速度，加至0.05kN预荷载。以15mm/min的速度进行剪切性能试验，并记录所加的荷载，直至最大荷载出现。测试结果见表 3，荷载-位移曲线图分别见图 9图11。比较试验结果，活动角码组角的最大荷载依然明显低于另外两种角码组角，只有18.042kN，注胶角码组角次之，为 34.063kN，整体角码组角最高，为 44.193kN。然后检查试验后的样品可发现，三种角码组角均因为被横向铡断直接导致失效，活动角码仅依靠一个螺丝螺母连接，抗剪切性能最为差劲，远低于其他两款角码，其中试样1、2、5连着连接螺丝一起被铡断（见图10试样1、2、5曲线），试样3、4连接螺丝变形并脱落（见图10试样3、4曲线）；注胶角码和整体角码接缝连接均为一体成型，且带有中柱，只是紧固方式有所不用，前者依靠注胶和销钉，后者依靠不锈钢螺丝，但剪切性能是透过型材直接对角码施加荷载，与紧固方式关系不大，两种角码中，整体角码中柱尺寸相对较大，因此铡断所需的最大荷载也相对较大。2 总结抗压性能一般体现在门窗对外部荷载的承受能力，这些荷载主要来源于墙体的压力，同时还有堆叠安装时其他产品的压力和安装在门窗上框的门窗扇、五金件、装饰件等配件的重力，此项目中，整体角码性能最优，注胶角码稍低，而活动角码远低于前两款角码，因此若需要在不稳定的环境和建筑上安装使用产品时，建议优先采用整体角码和注胶角码；抗拉性能一般体现在门窗对内部荷载的承受能力，这些荷载主要来源于门窗扇、五金件、装饰件等配件的重力，并直接决定了门窗产品中所安装的门窗扇、面板的最大重量，此项目中注胶角码组角最大荷载力远高于另外两款角码组角，因此对于门窗扇、玻璃面板较大较重的产品，应优先考虑注胶角码；抗剪切性能一般体现的是门窗对正面荷载的承受能力，这些荷载主要有风压、正面撞击和门窗扇对门窗框的撞击力等，此项目中，整体角码最优，注胶角码次之，而活表3 各角码结构组角剪切性能试验最大荷载注胶角码组角活动角码组角整体角码组角试样134.50219.28148.663试样234.44017.26243.921试样333.55618.02442.995试样433.95718.40143.483试样533.86017.24441.904平均值34.06318.04244.193试样角码类别(kN)质量控制与检测(下转第104页)荷载/KN位移/mm图9 注胶角码组角剪切试验荷载-位移曲线图荷载/KN位移/mm图10 活动角码组角剪切试验荷载-位移曲线图荷载/KN位移/mm图11 整体角码组角剪切试验荷载-位移曲线图-62广东建材2023年第8期容易出现滑坡。综合上述分析可知，本文设计的方法可以实现对边坡稳定性的分析，通过此种方式，掌握边坡上容易出现滑坡的位置，以便于工程方及时根据工程需求，进行边坡的加固与稳定施工。5 结束语公路工程施工后会受到多种因素的影响，出现岩土边坡失稳的现象，在坡体形成后，由于自然环境和人类活动等因素的作用，会导致坡体稳定性降低，最终导致崩塌、滑坡等安全事故。例如，岩土边坡的稳定性受地质结构的影响较大。当岩体中有非连续结构面时，将会使岩体分解为多个较小的岩块，降低岩体的强度；同时，非连续结构面还会引起各结构面间的相互滑动，从而降低边坡的稳定性。为进一步掌握岩土工程的失稳机理，本文以某公路工程项目为例，对其岩土边坡的稳定性分展研究。通过本次研究，明确了边坡上容易出现滑坡的位置，以便于工程方及时根据工程需求，进行边坡的加固与稳定施工。【参考文献】1 张莹,王旭阳,林智勇.某露天矿山破碎岩体高陡岩质边坡稳定性的数值模拟研究J.有色金属(矿山部分),2023,75(02):100-105.2 唐强森,李锐,廖福裕.基于离散元数值模型的公路路基高陡边坡开挖稳定性分析J.内江科技,2023,44(03):148-150.3 蓝宇.基于数值模拟的露天矿排土场高陡边坡稳定性分析与治理J.矿业研究与开发,2023,43(03):77-82.4 曾伟,谢韶宜,王观石,等.基于AHP层次分析法的离子型稀土矿原地浸出边坡稳定评价研究J.中国矿业,2023,32(04):72-80.5 周癸武,李其在,吴振君,等.不同尺度地质构造对露天矿边坡稳定性的影响以北衙万硐山露采区为例J.云南冶金,2023,52(01):13-20.6 任天勇,夏洪吉.公路工程建设中常见地质问题及对策探讨J.四川水泥,2022(07):204-205+215.7 吴佳伦.基于Geo-Studio对防洪堤的边坡稳定性分析J.水利科技与经济,2023,29(04):77-80.8 张小荣,马艳霞,张吾渝.基于冻融循环试验的季冻区生态边坡稳定性影响研究J.青海大学学报,2023,41(02):86-92.作者简介周伟（1973-）男，汉族，籍贯河北唐山，本科，工程师，研究方向：市政、公路工程施工管理.动角码远低于另外两款角码，若产品需要使用在高层建筑、台风多发地或地震多发地，建议采用整体角码和注胶角码。经过上述项目检测，活动角码的承载能力都不太理想，容易松脱，优点为安装拆解十分方便，适用于低层建筑、非台风地区和小尺寸门窗产品上。整体角码的承载能力相对优秀，适用于中高层建筑，台风地区和中小尺寸的门窗产品上。注胶角码的承载能力十分优秀，结构十分稳固，但安装拆解十分困难，适用于中高层建筑，台风地区和大尺寸的门窗产品上。本文所提及的检测方法和设备同样适用于各类建筑门窗，这方法和设备可以直观的检测出门窗组角结构的承载能力和安全性能，能为各类门窗产品性能提供新的参考指标，同时填补这方面检测的空白。【参考文献】1 GB/T 28289-2012 铝合金隔热型材复合性能试验方法 S.2 GB/T 228.1-2021 金属材料 拉伸试验 第1部分：温室试验方法 S.作者简介何国锐（1987.12-），男，广东，中山大学，本科/工程师，现就职佛山市质量计量监督检测中心、国家铝型材及门窗制品质量检验检测中心（广东），从事门窗检测工作.邝家祥（1980.10-），男，广东，佛山科学技术学院，本科/工程师，现就职佛山市质量计量监督检测中心、国家铝型材及门窗制品质量检验检测中心（广东），从事金属材料检测工作.工程试验与研究(上接第62页)-104