DIF SEK. Część 2 Odpowiedź termiczna

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "DIF SEK. Część 2 Odpowiedź termiczna"

Seweryn Ciesielski
8 lat temu
Przeglądów:

1 Część 2 Odpowiedź termiczna

2 Prezentowane tematy Część 1: Oddziaływanie termiczne i mechaniczne Część 3: Odpowiedź mechaniczna Część 4: Oprogramowanie inżynierii pożarowej Część 5a: Przykłady Część 5b: Istniejące obiekty 2 / 47

3 Powstanie pożaru łańcuch zdarzeń Θ Obciążenia 1: Zapalenie czas 2: Oddziaływanie termiczne R Słupy stalowe 3: Oddziaływanie mechaniczne 4: Odpowiedź termiczna czas 5: Odpowiedź mechaniczna 6: Możliwe zawalenie 3 / 47

stalowe 3: Oddziaływanie mechaniczne 4: Odpowiedź

4 Zawartość 1. Wprowadzenie 2. Podstawy i objaśnienia 3. Zasady obliczeniowe dla konstrukcji stalowych 4. Zasady obliczeniowe dla konstrukcji zespolonych Załączniki: Równanie różniczkowe Fouriera Odpowiedź termiczna dla elementów stalowych Dane tabelaryczne i proste modele zgodne z EN Kryterium izolacyjności dla stropów zespolonych wg EN Zbrojenie na podporach dla stropów zespolonych 4 / 47

termiczna dla elementów stalowych Dane tabelaryczne i proste modele zgodne z EN 1994-1-2 Kryterium

5 Zachowanie termiczne podstawy, zasady 5 / 47

6 Zależność przewodności cieplnej λ p od temperatury 6 / 47

7 Zależność ciepła właściwego c p od temperatury 7 / 47

8 Termiczna odpowiedź konstrukcji Dźwigar stalowy / Płyta betonowa (2D) 8 / 47

9 Termiczna odpowiedź konstrukcji Płyta betonowa belki zespolonej (2D) Symulacja numeryczna Porównanie doświadczenie - teoria 9 / 47

10 Termiczna odpowiedź konstrukcji Belka zespolona (3D) Profil stalowy Warstwa ochronna 10 / 47

11 Przebieg obliczeń dla konstrukcji stalowych Zakres stosowania Stal nieizolowana Stal izolowana Parametry wzrostu temperatury pożaru Ogólne Wskaźnik przekroju Charakterystyki środków przeciwpożarowych Niestandardowy (rzeczywisty) pożar 11 / 47

wzrostu temperatury pożaru Ogólne Wskaźnik przekroju

12 Odporność pożarowa konstrukcji stalowych Zasady obliczeń tylko funkcja nośna stwierdzenie nośności równomierny rozkład temperatur w przekroju koncepcja temperatury krytycznej dla stali Uwaga: EN (prosty model obliczeniowy) 12 / 47

rozkład temperatur w przekroju koncepcja temperatury

13 Odporność pożarowa konstrukcji stalowych Przebieg obliczeń krok 1: ustalenie odpowiedzi mechanicznej µ a =θ crit krok 2: ustalenie odpowiedzi termicznej θ a krok 3: ustalenie odporności ogniowej R 13 / 47

µ a =θ crit krok 2: ustalenie odpowiedzi

14 Oddziaływania termiczne Przepływ ciepła Przepływ ciepła przez radiacje Przepływ ciepła przez konwekcje gdzie: Θ rad temp. gazu [ o C] Θ rad Θ g krzywa pożarowa Θ m temp. powierzchni [ o C] termiczne zachowanie ε m współ. emisyjności powierzchni stal: 0,7 α m współ. przenikania ciepła W/m 2 K (zależy od modelu pożaru) Φ współ. konfiguracji 1,0 bezpieczne: 1,0 S stała Stephana-Boltzmana = 5, w/m 2 K 4 Uwaga: uproszczenia! ; szczegóły w EN / 47

emisyjności powierzchni stal: 0,7 α m współ. przenikania ciepła 25-50 W/m 2 K (zależy od modelu pożaru) Φ współ.

15 Odpowiedź termiczna Profile stalowe Warunki brzegowe & początkowe gdzie: Am jednostkowa powierzchnia elementu narażonego na pożar [m 2 /m] V jednostkowa objętość elementu [m 3 /m] Uwaga: warunkiem ważności jest stała temperatura w całym przekroju 15 / 47

narażonego na pożar [m 2 /m] V jednostkowa objętość elementu [m

16 Wzrost temperatury w nieizolowanej stali Podstawowe równania gdzie (1) (2) Legenda Θ a przyrost temperatury w stali t krok czasowy A m /V wskaźnik ekspozycji przekroju K bare współ. przenikania ciepła k sh współ. efektu cienia...(3) 16 / 47

stali t krok czasowy A m /V wskaźnik ekspozycji przekroju K

17 Efekt cienia - Podstawy Wpływ kształtu profilu na ochronę przed promieniowaniem cieplnym efekt cienia Profil, efekt cienia: tak Profil, efekt cienia: tak Bez promieniowania cieplnego nie ma efektu cienia nieosłonięte (nieizolowane) elementy, efekt cienia: tak osłonięte (izolowane) elementy, efekt cienia: nie 17 / 47

promieniowania cieplnego nie ma efektu cienia nieosłonięte (nieizolowane)

18 Efekt cienia - konsekwencje elementy nieosłonięte (bez izolacji) gdzie: dla profili I dla pozostałych profili elementy osłonięte (izolowane): brak wpływu 18 / 47

19 Podstawowe równania wzrostu temperatury dla izolowanych elementów stalowych izolacja profil stalowy gdzie: Wskazówki: Rozkład temperatury dla lekkich osłon (izolacji) 19 / 47

20 Rozwój temperatury w elementach stalowych Krzywa normowa + izolacja 20 / 47

21 Temperatury w elementach stalowych nieosłoniętych w funkcji współczynnika profilu 21 / 47

22 Temperatury w izolowanych elementach stalowych w funkcji współczynnika przekroju i grubości izolacji 22 / 47

23 Współczynnik przekroju dla przekrojów stalowych. Koncepcja 23 / 47

24 Współczynnika przekroju (A/V) Wartości 24 / 47

25 Współczynnik przenikania ciepła dla izolowanych elementów stalowych Przybliżenie: K ins = λ/d (dla lekkich osłon) gdzie: d grubość materiału izolacji λ przewodność cieplna materiału izolacji Oznaczenie: półempiryczne przybliżenie ENV 13391, p.4 Wskazówka: w wymiarowaniu pożarowym konstrukcji nie należy stosować współczynników λ dla wyznaczonych temperatur pokojowych 25 / 47

26 Badanie właściwości Elementy stalowe z izolacją pożarową Cel: charakterystyki izolacyjne materiałów ochronnych ppoż. dla stali Komplikacje: badanie odkształceń czujnikami Metodologia: - obciążone i nieobciążone belki ( 2 pary) - nieobciążone słupy (10x) Informacje: ENV belka przed testem ogniowym belka po teście ogniowym 26 / 47

27 Systemy izolacji pożarowych Płyty Natryski Powłoki pęczniejące Ekrany-osłony: dla ochrony poziomych elementów konstrukcji (stropy), ENV dla ochrony pionowych elementów konstrukcji (ściany działowe), ENV Wskazówka: dokładne informacje o materiałach ochrony ppoż. wyniki badań laboratoriów ogniowych informacje producentów 27 / 47

28 Euronomogramy Stal nieizolowana Stosowany dla izolowanych elementów stalowych jako pierwsze przybliżenie Czas zaistnienia pożaru [min] 28 / 47

29 Zasady obliczeń dla elementów zespolonych Zakres Termiczna odpowiedź stalowych słupów obetonowanych Weryfikacja kryterium izolacyjności dla stropów zespolonych Temperatura w dodatkowym zbrojeniu stropów zespolonych Odpowiedź termiczna słupów wypełnionych betonem Podsumowanie 29 / 47

30 Zespolone płyty stropowe i belki Opcje płyta monolityczna lub zespolona na blasze fałdowej łącznik ścinany profil stalowy z/bez powłoki ochronnej zbrojenie dodatkowe łączniki ścinane opcjonalnie płyta płyta zespolona belka zespolona strzemiona pręty zbrojenia 30 / 47

31 Słupy zespolone Opcje a: całkowicie obetonowane profile stalowe (tradycyjna metoda) b: częściowo obetonowane profile stalowe (odporność ogniowa zależy od dodatkowego zbrojenia) c: wypełnione betonem profile zamknięte - bez zbrojenia dodatkowego (odporność ogniowa 30 min lub mniej) - z dodatkowym zbrojeniem (odporność ogniowa zależy od dodatkowego zbrojenia) 31 / 47

32 Procedury obliczeniowe odpowiedzi termicznej Konstrukcje zespolone Nierównomierny rozkład temperatury w przekroju Funkcja nośna (ewentualnie) oddzielająca w czasie pożaru Opcje Nośność (Kryterium R) Izolacyjność termiczna (Kryterium I) Integralność (Kryterium E) Dane tabelaryczne Uproszczone metody obliczeniowe Zaawansowane metody obliczeniowe Wskazówka: patrz EN / 47

33 Elementy zespolone Metody obliczania odpowiedzi termicznej Podobnie jak w konstrukcjach żelbetowych Komplikacje z powodu formy Proste metody obliczeniowe różnorodność założeń patrz EN / 47

34 Odpowiedź termiczna elementów zespolonych Zaawansowany model (ilustracja) Temperatura [ C] Czas [min] Symulacja komputerowa Porównanie Doświadczenie - teoria 34 / 47

35 Elementy zespolone Proste modele obliczeniowe odpowiedzi termicznej Półempiryczne metody Studia parametryczne bazujące na systematycznych obliczenia zaawansowanych modeli Bezpośrednie zastosowanie zaawansowanych modeli 35 / 47

36 Proste modele obliczeniowe Półempiryczna metoda Części przekroju - pasy przekroju stalowego -środnik - beton - zbrojenie Dla każdej części przekroju Przekrój zredukowany -redukcja wytrzymałości i/lub -redukcja powierzchni Szczegóły w EN / 47

1994 - standardowe warunki pożaru - blachę trapezową przyjmuje się z warunku nośności -

37 Proste modele obliczeniowe Metoda badania parametrów Płyta zespolona na blasze trapezowej Typ blachy fałdowej jaskółczy ogon trapezowa 49x Grubość betonu H B [mm] Rodzaj betonu NC i LC ENV standardowe warunki pożaru - blachę trapezową przyjmuje się z warunku nośności - właściwości termiczne zgodnie z EC - średnia wilgotność: 4% (NC) i 5% (LC) Uwaga: max liczba symulacji / 47

38 Typowy rozkład temperatur w płycie zespolonej na górnej powierzchni (pożar od spodu) Temperatura [ o C] Kryterium izolacyjności przeciętnie 38 / 47

39 Płyta zespolona Izolacja termiczna (ilustracja) Rezultat: gdzie: t f = t f (L 1,L 2,...,A/O, φ) L 1,L 2,..., Geometria A Przekrój fałdy O Ogrzewana zewnętrzna powierzchnia fałdy φ współczynnik konfiguracji gdzie: a i współczynnik zależny od czasu rozwoju pożaru 39 / 47

40 Izolacyjność termiczna płyt zespolonych Weryfikacja prostych metod obliczeniowych niebezpieczne niebezpieczne bezpieczne bezpieczne Odporność ogniowa (zaawansowany model) [min] (a) nowe zasady Odporność ogniowa (zaawansowany model) [min] (b) zasady wg ENV 40 / 47

41 Płyta zespolona Odpowiedź termiczna zbrojenia przęsłowego Strefa ściskana betonu (20 o C) Temperatura w zbrojeniu ma znaczący wpływ na M + p,θ Uwaga: blacha trapezowa ma niewielki udział w nośności płyty 41 / 47

42 Odpowiedź termiczna zbrojenia przęsłowego Prosty model obliczeniowy niebezpieczne niebezpieczne bezpieczne bezpieczne Temperatura (zaawansowany model) [ o C] Temperatura (zaawansowany model) [ o C] (a) nowe zasady (b) zasady wg ENV 42 / 47

43 Słupy stalowe wypełnione betonem Odporność ogniowa (podejście tradycyjne) Wykresy do wymiarowania Niepraktyczne i nienowoczesne Potrzeba praktyczniejszych narzędzi do wymiarowania np. program POTFIRE Lp. klasa betonu procent zbrojenia [%] 43 / 47

44 POTRIRE Dane & wyniki Dane Wyniki 44 / 47

45 Atestowanie POTFIRE Temperatury z eksperymentu Przyjęto: Wypełniony betonem przekrój rurowy Temperatury POTFIRE 45 / 47

46 Elementy zespolone Ocena odpowiedzi termicznej Odpowiedź termiczna jest zagadnieniem relatywnie skomplikowanym Dostępne proste metody weryfikacji (oceny): - Tabele - Wykresy - Specjalistyczne oprogramowanie (np. POTFIRE) Alternatywnie: zaawansowane metody obliczeniowe Uwaga: Proste metody obliczeniowe maja ograniczony zakres zastosowania 46 / 47

47 Dziękuję za uwagę

Podobne dokumenty

DIF SEK. Część 1 Oddziaływania termiczne i mechaniczne

DIF SEK. Część 1 Oddziaływania termiczne i mechaniczne Część 1 Oddziaływania termiczne i Podstawowe informacje o projekcie Difisek Projekt jest finansowany przez Komisję Europejską w ramach Funduszu badawczego węgla i stali. Głównym celem DIFISEK jest rozpowszechnianie