1 / 40

Obnašanje jeklenih in sovprežnih stropnih konstrukcij v požaru Teoretične osnove enostavne metode

Obnašanje jeklenih in sovprežnih stropnih konstrukcij v požaru Teoretične osnove enostavne metode. Olivier VASSART - Bin ZHAO. Dec. 2010. Mehansko obnašanje sovprežnih stropov v primeru požara Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Model stropne plošče

edan-buck
Download Presentation

Obnašanje jeklenih in sovprežnih stropnih konstrukcij v požaru Teoretične osnove enostavne metode

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Obnašanje jeklenih in sovprežnih stropnih konstrukcij v požaru Teoretične osnove enostavne metode Olivier VASSART - Bin ZHAO Dec. 2010

  2. Mehansko obnašanje sovprežnih stropov v primeru požara Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Model stropne plošče Oblike porušitev Enostavna metoda projektiranja sovprežnih stropov pri povišanih temperaturah Nosilnost betonskih plošč določena z metodo plastičnih linij Membransko delovanje pri povišanih temperaturah Povišana nosilnost v kombinaciji s podpornimi jeklenimi nosilci Vsebina predstavitve

  3. Mehansko obnašanje sovprežnih stropov • Tradicionalna metoda projektiranja Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Zaščiteni nosilci Steber Nosilec Strop Obstoječe metode predpostavijo, da se konstrukcijski elementi v dejanskih konstrukcijah obnašajo podobno kot v testih izoliranih elementov. Projektno območje

  4. Obnašanje sovprežnih stropov v primeru močno armiranih betonskih plošč Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  5. Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  6. Model stropne plošče s 4 podprtimi robovi (plastične linije) Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Členkaste podpore na vseh 4 robovih Plastične linije

  7. Model stropne plošče Membransko delovanje poveča nosilnost v plastičnih linijah Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Območje nateznih napetosti Členkaste podpore na vseh 4 robovih Plastične linije Tlačne napetosti v plastičnih linijah Natezne napetosti v plastičnih linijah

  8. Membranske sile vzdolž plastičnih linij (1) Element 1 Element 2 Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah L nL k b K T0 C C E A D Element 1  S S C F B T T 2 2 T 1 b K T0 ℓ Element 2

  9. Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C • Membranske sile vzdolž plastičnih linij (2) Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • k,b parametra, ki določata velikost membranskih sil, • n faktor, izpeljan iz teorije plastičnih linij, • Krazmerje med količino armature preko krajšega razpona in armature preko daljšega razpona, • T0količina armature na enoto širine v daljšem razponu, • T1, T2, C,Srezultirajoče membranske sile vzdolž plastičnih linij.

  10. Prispevek membranskega delovanja (1) Element 1 Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Rezultirajoče membranske sile v ravnini plošče Pogled s strani na rezultirajoče membranske sile pri upogibu plošče w

  11. Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Prispevek membranskega delovanja(2) • Element 2 Rezultirajoče membranske sile v ravnini plošče Pogled s strani na rezultirajoče membranske sile pri upogibu plošče w

  12. kjer je: μ koeficient med nosilnostjo armature v dveh pravokotnih smereh a razmerje med dolžino in širino plošče = L/ℓ Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Prispevek membranskega delovanja (3) • Faktor povečanja za vsak element eim : upogibna nosilnost elementa i nad podporo ei, i=1,2 = + eib : upogibna nosilnost elementa i v plastičnih linijah • Skupno povečanje

  13. Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Prispevek membranskega delovanja (4) Nosilnost določena na podlagi membranskega delovanja Resistance Faktor povečanja nosilnosti zaradi membranskih sil pri danem pomiku (w1 ) Nosilnost Nosilnost določena po teoriji plastičnih linij Pomik (w) Displacement (w) w1

  14. Načini porušitve(natezna porušitev armature) Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Tlačna porušitev betona Razpoka po celi debelini plošče Porušitev armature preko daljšega razpona plošče Plastične linije Rob plošče se pomakne proti sredini plošče in s tem razbremeni armaturo v smeri krajšehga razpona

  15. Načini porušitve (tlačna porušitev betona) Bolj verjetna v primeru močno armirane plošče Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Drobljenje betona zaradi tlačnih napetosti v ravnini plošče Plastične linije

  16. Načini porušitve (rezultati eksperimentov) Enostavna metoda projektiranja armiranobetonskih plošč pri 20 °C Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Natezna porušitev armature Tlačna porušitev betona

  17. Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Model stropne plošče pri povišanih temperaturah (1) Podoben modelu plošče pri sobni temperaturi Izraz za račun upogiba zaradi spremembe temperature po debelini plošče je enak: Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah kjer je: hefektivna debelina plošče lkrajši razpon plošče

  18. Model stropne plošče pri povišanih temperaturah (2) Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • in: • Koeficient toplotnega raztezanja za beton • Za lahke betone, EN 1994-1-2, je vzeta vrednost • LWC = 0.8 × 10-5 °K-1 • Za normalno težke betone, je vzeta konzervativna vrednost • NWC = 1.2 × 10-5 °K-1 < 1.8 × 10-5 °K-1 (EN 1994-1-2) • T2 temperatura spodnje površine plošče (površina izpostavljena požaru) • T1 temperatura zgornje površine plošče (neizpostavljena površina)

  19. Kjer je: Esmodul elastičnosti jekla armaturepri 20°C fsynapetost na meji tečenja za armaturno jeklopri 20°C Ldaljši razpon plošče Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Model stropne plošče pri povišanih temperaturah (3) • Predpostavimo povprečno mehansko deformacijo, ki je enaka deformaciji pri polovični napetosti na meji tečenja pri sobni temperaturi • Upogib plošče zaradi prečne obremenitve je opisan s parabolično obliko:

  20. Vendar je največji upogibek etažne plošče omejen z: Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Model stropne plošče pri povišanih temperaturah (4) • Največji upogibek etažne plošče:

  21. Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Primerjava upogibkov pri sobni temperaturi

  22. Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Primerjava upogibkov požarni testi Cardington - EMP

  23. Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Primerjava upogibkov požarni testi Cardington – EMP (končna formula)

  24. Konservativnost modela stropne plošče pri povišanih temperaturah Ocenjene vrednosti vertikalnih pomikov zaradi toplotne ukrivljenosti so manjše od teoretičnih vrednosti Ukrivljenost zaradi toplote se računa glede na krajši razpon plošče Zanemari se vse dodatne vertikalne pomike, ki nastanejo zaradi omejenega toplotnega raztezanja Prispevek jeklene pločevine k nosilnosti zanemarimo Povečanje duktilnosti armaturne mreže pri povečani temperaturi zanemarimo Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  25. Povečana nosilnosti stropne plošče z nezaščitenimi jekleni nosilci (1) Membransko delovanje nezaščitenih jeklenih nosilcev (v nategu) zanemarimo Upogibna nosilnost nezaščitenih nosilcev se določi ob naslednjih predpostavkah: Na obeh koncih nosilcev so členkaste podpore Segrevanje jeklenih prečnih prerezov se računa skladno z SIST EN1994-1-2 4.3.4.2 Toplotne in mehanske lastnosti jekla in betona so vzete iz SIST EN 1994-1-2 Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  26. kjer je: nubštevilo nezaščitenih nosilcev MRd,fimoment nosilnosti posameznega nezaščitenega sovprežnega nosilca Bub l Lub Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Povečana nosilnosti stropne plošče z nezaščitenimi jekleni nosilci (2) • Povečanje nosilnosti zaradi nezaščitenih nosilcev je: Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  27. Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Razvoj temperature po nosilnih elementih • Nosilnost posameznih elementov in skupna nosilnost v odvisnosti od temperature Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  28. Račun temperature sovprežne plošče Na osnovi naprednih računskih modelov 2D metoda končnih diferenc Termične lastnosti jekla in betona v skladu s SIST EN 1994-1-2 Za sovprežno ploščo je upoštevan vpliv senčenja (zastiranja) Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah p x Element i navrhu h2 y Li iz strani Element i  =1.0 b1

  29. Nosilnost zaščitenih obodnih nosilcev Nivo obremenitve ηfi,t Dodatna obtežba na sekundarnih nosilcih Metoda kritične temperature Sovprežni nosilci (EN 1994-1-2) R30 Ostali razredi požarne nosilnosti Jekleni nosilci (EN 1993-1-2) Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  30. Nosilnost zaščitenih obodnih nosilcev na osnovi globalnega plastičnega mehanizma Primarni in sekundarni nosilci so projektirani ločeno Za primarne in za sekundarne nosilce Upoštevan je alternativni porušni mehanizem z eno plastično linijo in s plastifikacijo nosilcev Zahtevana upogibna nosilnost MRd,fi,bje za vse obodne nosilce enaka, glede na dejanski prerez Analizirana sta 2 primera 2 robna nosilca najmanj 1 notranji nosilec Uporabljen je princip virtualnega dela Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  31. Nosilnost primarnih nosilcev (1) Projektno območje L L Os rotacije o o o o Rob plošče Rob plošče MRd,fi MRd,fi MRd,fi Plastična linija MRd,fi,b,1 MRd,fi,b,1 MRd,fi,b,1 MRd,fi,b,1 MRd,fi,b,1 l Plastična linija MRd,fi MRd,fi MRd,fi o o o o Os rotacije Os rotacije l Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah 2 robna nosilca 1 notranji nosilec

  32. Nosilnost primarnih nosilcev (2) 2 robna nosilca Vsaj en notranji nosilec kjer: ppredstavlja večjo vrednost od obremenitve ali od nosilnosti etaže Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  33. Nosilnost primarnih nosilcev (3) in: Leffje efektivna dolžina plastične linije 2 robna jeklena nosilca samo 1 sovprežni nosilec 2 sovprežna nosilca Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  34. Nosilnost zaščitenega sekundarnega nosilca (1) Projektno območje MRd,fi,b,2 o o MRd,fi,b,2 o o Os rotacije preprečen vertikalni pomik MRd,fi MRd,fi MRd,fi Os rotacije MRd,fi MRd,fi,b,2 MRd,fi,b,2 MRd,fi o o Plastična linija MRd,fi MRd,fi,b,2 o o Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah 2 robna nosilca 1 notranji nosilec l l L L

  35. Nosilnost zaščitenega sekundarnega nosilca (2) 2 robna nosilca Vsaj en notranji nosilec kjer: p predstavlja večjo vrednost od obremenitve ali od nosilnosti etaže Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  36. Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Nosilnost zaščitenega sekundarnega nosilca (3) in: leffje efektivna dolžinamejne plastične linije • 2 robna nosilca • samo 1 sovprežni nosilec • 2 sovprežna nosilca Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  37. Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Območje uporabe metode – povzetek • Nepomični okviri (zavetrovani) • Standardni ali naravni požar • Strožji pogoji pri 60 min. odpornosti za standardni požar in pri 30 min. odpornosti za naravni požar • Stropna konstrukcija: • sovprežna stropna plošča na profilirani pločevini z eno armaturno mrežo • Monolitna betonska plošča • Montažne plošče niso dovoljene • Nosilci z odprtinami niso dovoljeni (ojačeni v okolici odprtin ?) Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  38. Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Območje uporabe metode – projektno območje • Pravokotne oblike • Stebri obvezno v vogalih (60 min.), znotraj projektnega območje pa ne Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah Key to figure

  39. Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah • Območje uporabe metode – projektno območje • Robni nosilci vedno požarno zaščiteni • Robni nosilci podpirajo vogalne stebre v dveh pravokotnih smereh • Vmesni nosilci: • samo v eni smeri • nezaščiteni • sovprežni • Predpostavka: stropna plošča ni v lastni ravnini podprta vzdolž nobenega od robov. Na varni strani – omogoča uporabo tudi pri projektnih območjih na robu stavb Mehansko obnašanje sovprežnih stropov Enostavna metoda projektiranja AB plošč pri 20 °C Enostavna metoda projektiranja pri povišanih temperaturah

  40. Johansen, K.W.Yield-line formulae for slabs. Cement and Concrete Association. London: Taylor & Francis, 1972. Bailey, C.G. Membrane action of slab/beam composite floor systems in fire. Engineering Structures, October 2004, Vol. 26, Issue 12, pp. 1691-1703. EN 1994-1-2 : Eurocode 4 : Design of composite steel and concrete structures – Part 1-2 : General rules – Structural fire design, CEN. Fire Resistance Assessment of partially protected COmposite Floors (FRACOF): Engineering background. Technical Report, CTICM, SCI, 2009. Viri

More Related