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

Transkrypt

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 nowych badań ogniowych Badania ogniowe w pełnej skali w ramach projektów: FRACOF (Test 1 pożar standardowy) COSSFIRE (Test 2 pożar standardowy) FICEB (Test 3 pożar naturalny; belki ażurowe) Temperatura Przemieszczenie Obserwacje i analiza 2

3 Po co więcej badań ogniowych? Podstawy Badania ogniowe w Cardington Doskonałe zachowanie w warunkach pożaru naturalnego Maks. stali 1150 C, czas nagrzewania 60 min (> 800 C) Brytyjskie szczegóły konstrukcyjne Potwierdzenie równie dobrego zachowania przy długotrwałym nagrzewaniu (co najmniej 90 minut według krzywej nagrzewania ISO) Zbadanie wpływu różnych szczegółów konstrukcyjnych, takich jak stalowa siatka zbrojeniowa i zabezpieczenie ogniochronne belek skrajnych Walidacja różnych narzędzi inżynierii bezpieczeństwa pożarowego 3

4 Projekt elementów próbnych Badanie 1 (FRACOF) HEB260 IPE300 N A R O Ż N I K Siatka konstrukcyjna rzeczywistego budynku IPE400 IPE300 IPE400 Ramy stalowe przyjęte do ogniowego FRACOF 4

5 Projekt elementów próbnych Badanie 2 (COSSFIRE) Siatka konstrukcyjna rzeczywistego budynku C Z Ę Ś Ć S K R A J N A HEB200 IPE270 Pin joint IPE270 IPE270 Ramy stalowe przyjęte do ogniowego COSSFIRE 5

6 Projekt elementów próbnych Ostateczne systemy stropów zespolonych FRACOF COSSFIRE 6

7 Projekt elementów konstrukcyjnych Rama stalowa Stalowo betonowe belki zespolone Według Eurokodu 4 część 1-1 (EN ) Krótkie słupy stalowe Płyta zespolona Całkowita grubość Według Eurokodu 4 część 1-2 (EN ) Stalowa siatka zbrojeniowa Na podstawie uproszczonych zasad Połączenia stalowe Powszechnie używane złącza: podwójny kątownik i blacha czołowa Według Eurokodu 3 część 1.8 (EN ) 7

8 Projekt elementów konstrukcyjnych Układ trzpieni na belkach stalowych mm 207 mm 300 mm Test mm Test mm 125 mm Belki drugorzędne Belki główne Rodzaj sworzni stalowych TRW Nelson KB 3/4" 125 (Φ = 19mm; h = 125 mm; f y = 350 N/mm²; f u = 450 N/mm²) 8

9 Połączenia stalowe Belka drugorzędna Nakładki z podwójnego kątownika Belka do słupa Belka główna Podatna blacha czołowa Belka do belki Nakładki z podwójnego kątownika Klasa śrub stalowych: 8.8 Średnica śruby stalowej: 20 mm 9

10 58 mm 155 mm FRACOF 135 mm COSSFIRE Wymiary elementów konstrukcyjnych Płyta zespolona Stalowa siatka zbrojeniowa 101 mm 107 mm 62 mm Stalowy szalunek: COFRAPLUS60 0,75 mm Klasa betonu: C30/37 Rozmiar siatki: 150x150 Średnica: 7 mm Gatunek stali: S500 Odległość osi zbrojenia od górnej powierzchni płyty: 50 mm FRACOF 35 mm COSSFIRE 10

11 Warunki obciążenia mechanicznego F R A C O F 15 worków z piaskiem 1512 kg równoważne równomiernemu obciążeniu: 3,90 kn/m² COSSFIRE 20 worków z piaskiem 1098 kg Równoważne równomiernemu obciążeniu: 3,93 kn/m² 11

12 COSSFIRE

13 Zachowanie stropu podczas Przed badaniem Po badaniu Niezabezpieczona belka drugorzędna Płyta zespolona 13

14 Konstrukcja w Badaniu 3 (FICEB) Belka-3 Belka-4 Belka pełna Słup GL-D Belka-1 Słup GL-A Belka-5 14

15 Konstrukcja w Badaniu 3 (FICEB) (Słup GL-A) (Belka 3/4/5) (Belka 1/2) (Słup GL-D) (Belka pełna) 15

16 Konstrukcja w Badaniu 3 (FICEB) Połączenia Belka Belka 16

17 Konstrukcja w Badaniu 3 (FICEB) Połączenia Belka Słup 17

18 Konstrukcja w Badaniu 3 (FICEB) Siatka zbrojeniowa A393, Ø 10mm Pełna współpraca: między płytą i belkami, osiągnięta dzięki trzpieniom, Ø19, h=95mm Wokół płyty dodano pręty U-kształtne w celu zapewnienia poprawności zbrojenia na warunki normalne 18

19 Konstrukcja w Badaniu 3 (FICEB) Widok na górną powierzchnię płyty 19

20 Konstrukcja w Badaniu 3 (FICEB) Gęstość obciążenia ogniowego wyniosła 700MJ/m 2 Zastosowano 45 standardowych stosów drewna (1m x 1m x 0,5 m wysokości), rozmieszczonych równomiernie w pomieszczeniu (9,0m x 15,0m). Rozmieszczenie stosów drewna WOODEN CRIBS LOCATION 20

21 Temperatura nagrzewania Nagrzewanie niezabezpieczonych belek stalowych Nagrzewanie zabezpieczonych elementów stalowych Nagrzewanie płyty zespolonej Ugięcie stropu Obserwacje wynikające z zachowania systemów stropów zespolonych Pękanie betonu i kruszenie betonu Zniszczenie stalowej siatki zbrojeniowej podczas Załamanie belek skrajnych 21

22 Temperature Temperatura ( C) ( o C) Temperatura nagrzewania ISO834 FRACOF COSSFIRE Time Czas (min) 22

23 Temperatura nagrzewania w Badaniu 3 (FICEB) 23

24 Temperatura Temperature ( ( C) o C) Nagrzewania niezabezpieczonych belek stalowych FRACOF COSSFIRE A A B B C C Time Czas (min) 24

25 Temperature ( C ) Nagrzewania niezabezpieczonych belek stalowych (FICEB) Beam 4 Zone 3 Centre A B C D E F Time (min) 25

26 Temperatura Temperature ( o C) ( C) Temperatura Temperature ( o C) ( C) Nagrzewanie zabezpieczonych belek stalowych 0 A B C Obserwacje FRACOF Test 1 COSSFIRE Test Czas Time (min) Znacznie bardziej nagrzane belki w badaniu COSSFIRE, temperatura 550 C i jedna skrajna belka drugorzędna nagrzana do > 600 C A B C Time Czas (min) 26

27 Temperatura Temperature ( ( C) o C) Temperatura Temperature ( o ( C) C) Nagrzewanie płyty zespolonej D and i E: E: reinforcing stal zbrojeniowa steel A' C E D F Czas Time (min) A B C D E F D and i E: E: reinforcing stal zbrojeniowa steel Time Czas (min) FRACOF COSSFIRE 27

28 Nagrzewanie płyty zespolonej FICEB 28

29 Czujniki przemieszczenia do pomiaru ugięć D3 800 mm 1300 mm D3 D6 D7 D4 D2 D mm D5 D8 D2 D mm 1660 mm D4 FRACOF COSSFIRE 29

30 Przemieszczenie Vertical displacement pionowe (mm) (mm) Przemieszczenie Vertical displacement pionowe (mm) (mm) Ugięcie stropów D1 D2 D3 D Czas Time (min) (min) Extrapolated ekstrapolacji results D1 D3 D2 D4 D5 D7 D8 D Czas Time (min) FRACOF COSSFIRE 30

31 Badanie FICEB punkty pomiaru ugięć Rozmieszczenie termopar na elementach stalowych 31

32 Ugięcie stropów (FICEB) 32

33 Pękanie betonu (FRACOF) Obserwacje Doskonała globalna nośność stropu pomimo zniszczenia stalowej siatki zbrojeniowej 33

34 Pękanie betonu (FICEB) Pęknięcie betonu Obserwacje Doskonała globalna nośność stropu pomimo pojawienia się rysy 34

35 Utrata stateczności środnika belki (FICEB) 35

36 Zgniatanie betonu (COSSFIRE) Obserwacje Globalna stateczność stropu zostaje zachowana pomimo zniszczenia jednej belki skrajnej 36

37 zasadami FRACOF COSSFIRE Odporność ogniowa (min) Ugięcie (mm) Badanie Uproszczone metody Badanie Uproszczone metody > > (*) (*) Obserwacje : Odporność ogniowa > 120 minut 37

38 nowych badań ogniowych Ogólne wnioski dotyczące nowych badań ogniowych Doskonałe zachowanie systemów stropów zespolonych pozostających pod działaniem membranowym przez długi czas oddziaływania ognia według krzywej ISO (>120 minut) Wysoki poziom trwałości systemów stropów zespolonych pomimo pewnych lokalnych uszkodzeń Szczególną uwagę należy zwrócić na rozwiązanie konstrukcyjne uwzględniające stalową siatkę zbrojeniową w celu spełnienia kryteriów szczelności ogniowej Uproszczona metoda jest po bezpiecznej stronie w porównaniu z wynikami badań Brak oznak zniszczenia podczas fazy studzenia systemów stropów zespolonych 38