Разрушающие нагрузки на стекла

Перепады температур. Разрушающие нагрузки на стекла особенно "болезненно" ощущаются в период зимних холодов, когда возникает существенная разница температур на улице и внутри помещения. Если эта разница составляет 20 °C, то риск разрушения отсутствует. Как показали исследования, при достижении разницы температур в 40 °C вероятность разрушения составляет уже 20 %, в 55 °C - 50 %, в 90 °C - все обычные прозрачные строительные стекла разрушаются. Разумеется, на практике такие огромные перепады температур практически не встречаются, но, например, разница уже в 40 °C, которая довольно часто наблюдается зимой даже в зоне с умеренным климатом, не говоря уже о Крайнем Севере, вызывает в структуре стекла микротрещины, которые, при многократном перепаде температур увеличиваются и, соответственно, приводят к разрушению стекла.

Удар человеческим телом. Одной из главных причин травматизма, связанного со стеклом, является столкновение человека со стеклянной преградой. За рубежом эти случаи попадают под юрисдикцию закона о защите личности и в законодательном порядке предписывается устанавливать безопасное защитное остекление там, где человек может столкнуться со стеклом или даже пробить его. В большинстве случаев телесные повреждения вызываются так называемым "эффектом гильотины". Это происходит при движении человека с большой скоростью, и при столкновении со стеклом человек не успевает отскочить назад. В этом случае стекло разрушается, его осколки под действием силы тяжести падают вниз и наносят увечья человеку. Статистика показывает, что чаще всего повреждаются шея, колени, сухожилия, голова и плечи.

Летящие предметы. Много окон разбивают намеренно или ненамеренно брошенные в стекло предметы. Это может быть и нечаянно брошенный детьми мяч, и попытка ограбления. Результаты всегда одинаковы: удар летящего предмета разбивает стекло. В комнату влетают осколки стекла. А это угроза не только собственности, но и безопасности личности.

Взрывы. Существует много типов случайных и преднамеренных взрывов. К случайным относятся взрывы, происходящие на взрывоопасных промышленных производствах,например, при утечке газа. Результатом этих взрывов являются массовые разрушения и жертвы. Преднамеренные взрывы производятся, как правило, с целью террора. С этой целью используется пластиковая взрывчатка, ручные гранаты. Независимо от характера взрывчатого вещества результаты всегда одинаковы.

Зона повышенного давления воздуха, вызванная взрывом, распространяется в виде ударной волны, поражая людей, строение, технику. Вакуум, образующийся в эпицентре взрыва после ухода ударной волны, также разрушителен и смертельно опасен для всего живого. Когда ударная волна достигает стекол, они разрушаются. Величина зоны разрушений зависит от количества энергии в ударной волне, а это, в свою очередь прямо связано с мощностью взрыва.

Таким образом, интенсивность разрушений зависит от мощности взрыва и расстоянии от его эпицентра. Ударная волна, которая движется с большой скоростью, придает осколкам стекла энергию, достаточную для того, чтобы убить человека. Бывали случаи, когда осколки стекла насквозь пробивали двери автомобилей, тела людей. Если окна перед взрывом были закрыты, а взрыв был достаточно мощным, стекло разбивается на мельчайшие осколки, а ударная волна буквально высасывает из человека кислород, что приводит к затрудненному дыханию, и в легкие человека попадают мельчайшие осколки стекла. Как правило, это приводит к смерти через несколько дней после взрыва. Большие проблемы перед медиками возникают в тех случаях, когда осколки стекла проникают в человеческое тело. Эти осколки прозрачны и по цвету неотличимы от органов, в которые они проникли, благодаря чему они практически невидны. Незаметны они и при рентгеновском обследовании, т. к. поглощают рентгеновские лучи так же, как их поглощают ткани тела. Это существенным образом препятствует оказанию экстренной медицинской помощи.

Природные катастрофы. Климатические и географические условия могут стать причиной разного вида природных катастроф. Наиболее частыми из них являются землетрясения и ураганы (тайфуны). Воздействие природных катастроф на стекло может быть двух видов. Ураганные ветры действуют на стекла аналогично ударным волнам, возникающим при взрывах, и при достаточно высокой скорости ветра стекла могут быть разрушены. Однако, есть и существенная разница. При взрыве окна испытывают кратковременную ударную нагрузку, в то время как при ураганах такие нагрузки длятся многие часы или даже сутки. Эти условия еще более неблагоприятны для стекла и с большой вероятностью приводят к его разрушению. Другой характерной особенностью урагана является то, что при массовом разрушении стекол ураганным ветром, повышенное давление воздуха аккумулируется в здании, что зачастую приводит к его разрушению.


Специфической особенностью стекла является необходимость учета ослабленных за счет технологических микротрещин кромок, на которых собственно и возникают максимальные напряжения изгиба. В этой связи можно говорить о том, что наибольший риск разрушения существует на кромках стекла.

При этом причиной разрушения стекол, которое начинается с края (где стекло было отрезано), являются локальные растягивающие напряжения. Если на краю стекла уже имеются трещина или микротрещина, даже небольшие краевые растягивающие напряжения разрушают стеклянную пластину.