Oddziaływanie membranowe w projektowaniu na warunki pożarowe płyt zespolonych z pełnymi i ażurowymi belkami stalowymi Waloryzacja

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Oddziaływanie membranowe w projektowaniu na warunki pożarowe płyt zespolonych z pełnymi i ażurowymi belkami stalowymi Waloryzacja"

Maria Zielińska
5 lat temu
Przeglądów:

1 Oddziaływanie membranowe w projektowaniu na warunki pożarowe płyt zespolonych z pełnymi i ażurowymi belkami stalowymi Waloryzacja Praca naukowa finansowana ze środków finansowych na naukę w roku 2012 przyznanych na realizację projektu międzynarodowego współfinansowanego

2 Plan prezentacji analizy Efekt ciągłości na brzegu stropu 2

3 analizy Właściwości analizy Podstawy Cel FRACOF (Badanie 1) COSSFIRE (Badanie 2) w warunkach pożaru standardowego, w pełnej skali Doskonałe zachowanie systemów stropów zespolonych w warunkach pożarowych (występowanie rozciągającego oddziaływania membranowego) Maks. stali 1000 C, oddziaływanie ognia 120 min Szczegóły konstrukcyjne wg zaleceń francuskich Ugięcie 450 mm FICEB (Badanie 3) badanie w pełnej skali w warunkach pożaru naturalnego z belkami ażurowymi Weryfikacja uproszczonej metody projektowania w całej dziedzinie stosowania (z użyciem zaawansowanych modeli obliczeniowych) Ograniczenie ugięcia stropu Wydłużenie stali zbrojeniowej 3

4 (1/3) Właściwości analizy Rozmiar siatki stropu Niezabezpieczone belki pośrednie Belki główne Zabezpieczone belki drugorzędne 6 m x 6 m 6 m x 9 m 9 m x 9 m 6 m x 12 m 9 m x 12 m 7.5 m x 15 m 9 m x 15 m Poziomy obciążenia Zgodnie z EC0 kombinacja obciążeń w warunkach pożarowych dla budynków biurowych jest równa: G (Obciążenie Stałe) + 0,5 Q (Obciążenie Zmienne) G= ciężar własny + 1,25 kn/m² Q= 2,5 lub 5 kn/m² 4

Belka Sworzeń Słup Belka Sworzeń Przy mechanicznym

5 Właściwości analizy (2/3) Połączenie stropu ze słupami stalowymi Płyta betonowa Płyta Płyta betonowa Płyta Słup Belka Sworzeń Słup Belka Sworzeń Przy mechanicznym połączeniu płyty ze słupami Bez mechanicznego połączenia płyty ze słupami 5

Temperatura Temperature [ [ C] o C] Właściwości analizy Odporność ogniowa: R30, R60, R90 i R120 1200 1000 800 600 400 200

6 Temperatura Temperature [ [ C] o C] Właściwości analizy Odporność ogniowa: R30, R60, R90 i R (3/3) R30 R60 R90 R120 Nagrzewanie belek obwodowych (maks. 550 C) Time Czas [min] 6

Model MES Właściwości analizy Model hybrydowy oparty na kilku typach elementów skończonych oprogramowania ANSYS SHELL91 (6 DOF wielowarstwowy): masywna część płyty

7 Model MES Właściwości analizy Model hybrydowy oparty na kilku typach elementów skończonych oprogramowania ANSYS SHELL91 (6 DOF wielowarstwowy): masywna część płyty betonowej BEAM24 : słup stalowy PIPE16 (6 DOF element jednoosiowy): połączenie pomiędzy belką stalową i płytą betonową Beam24 : belka stalowa, szalunek stalowy i żebro betonowe 7

8 Model MES Właściwości analizy Model hybrydowy oparty na kilku typach elementów skończonych oprogramowania SAFIR BEAM Element SHELL Element 8

9 58 mm Właściwości płyty stropowej Właściwości analizy Belki S235 Stalowe trapezowe deskowanie COFRAPLUS60 (gr. 0,75 mm) Beton zwykły C30/37 Siatka zbrojeniowa S500 Położenie siatki, średnio (od górnej powierzchni) = 45 mm mm mm 120 mm (R30) 130 mm (R60) 140 mm (R90) 150 mm (R120) 62 mm 9

10 Naprężenie [MPa] Stress [MPa] Właściwości termomechaniczne (1/2) Właściwości analizy Właściwości termomechaniczne stali: Właściwości termiczne według EC4-1-2 Gęstość niezależna od temperatury (ρ a = 7850 kg/m 3 ) Zależność naprężenie-odkształcenie: Odkształcenie Strain [%] [%] 20 C 100 C 200 C 300 C 400 C 500 C 600 C 700 C 800 C 900 C 1000 C 1100 C 1200 C 10

11 Reduction factor Objectives Parametric study properties Finite Element Analysis Validation of the numerical model Właściwości termomechaniczne (2/2) Właściwości termomechaniczne betonu: Właściwości termiczne według EC4-1-2 Gęstość w funkcji temperatury według EC4-1-2 Warunek plastyczności Druckera-Pragera Współczynniki redukcyjne wytrzymałości przy ściskaniu według EC4-1-2: 1.2 1, ,8 Effect of boundary conditions 0.6 0, ,4 Parametric study results Conclusion 0.2 0, Temperatura [ o C] Temperature [ C] 11

12 Weryfikacja modelu ANSYS w oparciu o badanie FRACOF (1/2) Porównanie z badaniem ogniowym (analiza przepływu ciepła) C B A C B A Niezabezpieczone belki stalowe Zabezpieczone belki drugorzędne C B A E D C A F B Zabezpieczone belki główne Płyta zespolona 12

Weryfikacja modelu ANSYS w oparciu o badanie FRACOF (2/2) Displacement Przemieszczenie (mm) Porównanie z badaniem ogniowym (ugięcie) Przewidywana postać

środkowej secondary beams Środek rozpiętości Mid-span zabezpieczonych of protected belek primary beams głównych Test Simulation Środek Mid-span rozpiętości

13 Weryfikacja modelu ANSYS w oparciu o badanie FRACOF (2/2) Displacement Przemieszczenie (mm) Porównanie z badaniem ogniowym (ugięcie) Przewidywana postać deformacji Środek Central part Mid-span of Środkowa rozpiętości of the floor unprotected część stropu niezabezpieczonej belki central środkowej secondary beams Środek rozpiętości Mid-span zabezpieczonych of protected belek primary beams głównych Test Simulation Środek Mid-span rozpiętości of protected zabezpieczonych edge secondary skrajnych beams belek drugorzędnych Time Czas (min) Porównanie ugięcia (płyta i belki) 13

14 Weryfikacja modelu SAFIR w oparciu o badanie FRACOF (1/2) Porównanie z badaniem ogniowym (analiza przepływu ciepła) C B A Niezabezpieczone belki stalowe E D C A F B Płyta zespolona 14

15 Weryfikacja modelu SAFIR w oparciu o badanie FRACOF (2/2) Porównanie z badaniem ogniowym (ugięcie) Symulowane naprężenia w płycie na koniec badania Porównanie doświadczanych i numerycznych wartości przemieszczeń pionowych 15

16 Weryfikacja modelu SAFIR w oparciu o badanie COSSFIRE (1/2) Porównanie z badaniem ogniowym (analiza przepływu ciepła) C B A Niezabezpieczone belki stalowe E D C A F B Płyta zespolona 16

17 Weryfikacja modelu SAFIR w oparciu o badanie COSSFIRE (2/2) Porównanie z badaniem ogniowym (ugięcie) Symulowane naprężenia w płycie na koniec badania Porównanie doświadczanych i numerycznych wartości przemieszczeń pionowych 17

18 Weryfikacja modelu SAFIR w oparciu o badanie FICEB (1/3) Porównanie z badaniem ogniowym (analiza przepływu ciepła) Niezabezpieczone belki stalowe Płyta zespolona 18

Weryfikacja modelu SAFIR w oparciu o badanie FICEB (2/3) Reduction factors (x 1E-3) Reduction factors Hybrydowy model uwzględniający utratę stateczności (wyboczenie) środnika 1,0 0,8 k ay,θ 0,6 k

19 Weryfikacja modelu SAFIR w oparciu o badanie FICEB (2/3) Reduction factors (x 1E-3) Reduction factors Hybrydowy model uwzględniający utratę stateczności (wyboczenie) środnika 1,0 0,8 k ay,θ 0,6 k Ea,θ 0,4 0,2 k ap,θ przed utratą stateczności 0, Temperature ( C) 1 0,8 k ay,θ 0,6 k Ea,θ 0,4 0,2 k ap,θ po utracie stateczności Temperature ( C) 19

20 Weryfikacja modelu SAFIR w oparciu o badanie FICEB (3/3) Porównanie z badaniem ogniowym (ugięcie) TRUSSES: 0 SHELLS: 1664 SOILS: 0 IMPOSED DOF PLOT N1-N2 MEMBRANE FORCE PLOT TIME: sec - Membrane Force + Membrane Force Diamond 2009.a.4 for SAFIR FILE: UlsterH1 NODES: 2031 BEAMS: 260 Symulowane naprężenia w płycie na koniec badania Z X Y Porównanie doświadczanych i numerycznych wartości przemieszczeń pionowych 20

21 Efekt ciągłości na brzegu stropu Warunki zamocowania S1 S2 9 m S1 S2 S3 S4 C O R N E R 9 m 9 m Siatka konstrukcyjna rzeczywistego budynku Wniosek 9 m Znacznie ważniejsze są przewidywane ugięcia w narożniku siatki z 2 ciągłymi krawędziami niż w pozostałych 3 polach siatki z 3 lub 4 ciągłymi krawędziami. S3 S4 Model ANSYS 21

22 Ograniczenie SDM limit SDM [mm] [mm] Niebezpiecznie Unsafe (1/4) Porównanie ugięcia obliczonego MES z maksymalnym dopuszczalnym ugięciem obliczonym według SDM (uproszczona metoda projektowania) Bezpiecznie Safe R 30 R 60 R 90 R Zaawansowany Advanced numerical model numeryczny model [mm] Przy mechanicznym połączeniu stropu ze słupami w zaawansowanych obliczeniach 22

23 Ograniczenie SDM limit SDM [mm] [mm] Niebezpiecznie Unsafe (2/4) Porównanie ugięcia obliczonego MES z maksymalnym dopuszczalnym ugięciem obliczonym według SDM (uproszczona metoda projektowania) Bezpiecznie Safe R 30 R 60 R 90 R Zaawansowany Advanced numerical model numeryczny model [mm] Bez mechanicznego połączenia stropu ze słupami w zaawansowanych obliczeniach 10% 23

24 (3/4) Porównanie czasu, gdy ugięcie obliczone MES osiąga rozpiętość/30 przy odporności ogniowej obliczonej według SDM (uproszczona metoda projektowania) 3 6m x 6m 6m x 9m 9m x 9m 6m x 12m 9m x 12m 7.5m x 15m 9m x 15m t rozpiętość/30 t Span/30 / t Fire / t odporność Resistance ogniowa 2 R 30 R 60 R 90 R 120 Wniosek 1 0,5 2,5 4,5 6,5 8,5 10,5 12,5 14,5 Kryterium rozpiętość/30 nie jest osiągane w obliczeniach MES dla wszystkich okresów odporności ogniowej wyznaczonych przy pomocy SDM 24

25 Maks. poziom odkształceń w stali zbrojeniowej (4/4) Wydłużalność prętów zbrojeniowych 6m x 6m 6m x 9m 9m x 9m 6m x 12m 9m x 12m 7.5m x 15m 9m x 15m 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 5% 4% 3% 2% 1% R 30 R 60 R 90 R 120 0% Wniosek Wydłużalność stali zbrojeniowej 5 % = Minimum dopuszczalnej wydłużalności zgodnie z EC

26 SDM (uproszczona metoda projektowania) jest po bezpiecznej stronie w porównaniu z wynikami obliczeń metodami zaawansowanymi. Wydłużenie stalowej siatki zbrojeniowej pozostaje generalnie poniżej 5 %. Mechaniczne powiązania stropu ze słupami mogą zredukować ugięcie stropu zespolonego w warunkach pożarowych, ale nie są one konieczne jako detal konstrukcyjny. SDM jest w stanie przewidzieć, w bezpieczny sposób, konstrukcyjne zachowanie stropu zespolonego stalowobetonowego poddanego oddziaływaniu pożaru standardowego. 26

Podobne dokumenty

Zasady projektowania systemów stropów zespolonych z niezabezpieczonymi ogniochronnie drugorzędnymi belkami stalowymi. 14 czerwca 2011 r.

Zasady projektowania systemów stropów zespolonych z niezabezpieczonymi ogniochronnie drugorzędnymi belkami stalowymi 14 czerwca 2011 r. Zachowanie stropów stalowych i zespolonych w warunkach pożarowych