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"

Wiktoria Jastrzębska
7 lat temu
Przeglądów:

1 Oddziaływanie membranowe w projektowaniu na warunki pożarowe płyt 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 Cel metody 2

3 3

4 Plan prezentacji w warunkach pożarowych zbrojonych płyt betonowych 20 C Model płyty stropowej Mechanizmy zniszczenia w temperaturze Rozszerzenie na warunki pożarowe Efekt membranowy w temperaturze Wpływ belek nieobciążonych Projektowanie belek zabezpieczonych 4

5 Tradycyjna Belki zabezpieczone Słup Belka Strop Istniejące metody zakładają, że elementy izolowane będą zachowywać się w podobny sposób w rzeczywistych budynkach Strefa pożarowa 5

6 Rzeczywiste zachowanie ze stalową siatką zbrojeniową w płycie betonowej Przyrost temperatury podczas pożaru (a) (b) (c) (d) Proste zginanie Działanie efektu membranowego 6

7 20 C Metodę rozwinął profesor Colin Bailey (University of Manchester) wcześniej związany z Building Research Establishment (BRE) 7

8 Projektowanie z uwzględnieniem oddziaływania membranowego w warunkach pożaru Linie załomów plastycznych Belki niezabezpieczone Belki zabezpieczone 8

9 20 C Płyta stropowa z 4 krawędziami bez możliwości pionowego przesuwu (Linie załomów plastycznych) z możliwością przesuwu w poziomie bardzo ostrożne założenie Linie załomów plastycznych Swobodne podparcie na 4 krawędziach 9

10 20 C Model płyty stropowej Efekt membranowy powoduje podwyższenie nośności w liniach załomów Obszar rozciągany Linie załomów plastycznych Ściskanie w poprzek linii załomów Rozciąganie w poprzek linii załomów Swobodne podparcie na 4 krawędziach 10

11 20 C Siły membranowe wzdłuż plastycznych linii załomów (1) k b K T 0 D S T 2 C b K T 0 L E Element 1 C F B C nl A S T 2 T 1 Element 1 Element 2 Element 2 l 11

12 20 C Siły membranowe wzdłuż plastycznych linii załomów (2) k, b parametry definiujące wielkość sił membranowych, n K T 0 T 1, T 2, C, S współczynnik pochodzący z teorii plastycznych linii załomów, stosunek zbrojenia krótszego przęsła do zbrojenia dłuższego przęsła, zbrojenie na jednostkę szerokości w dłuższym przęśle, wynikowe siły membranowe wzdłuż plastycznych linii załomów. 12

13 20 C Wpływ oddziaływania membranowego (1) Element 1 Widok w płaszczyźnie na wynikowe siły membranowe Widok z boku na wynikowe siły membranowe przy ugięciu równym w 13

14 20 C Wpływ oddziaływania membranowego (2) Element 2 Widok w płaszczyźnie na wynikowe siły membranowe Widok z boku na wynikowe siły membranowe przy ugięciu równym w 14

15 20 C Wpływ oddziaływania membranowego (3) Współczynnik wzmocnienia dla każdego elementu e i, i=1,2 = e im : wzmocnienie wywołane siłami membranowymi w elemencie i + e ib : wzmocnienie spowodowane wpływem sił w płaszczyźnie na nośność przy zginaniu Całkowite wzmocnienie e e 1 e1 e 1 2a 2 2 gdzie: μ jest współczynnikiem ortotropii zbrojenia a jest stosunkiem boków płyty = L/l 15

16 Nośność 20 C Wpływ oddziaływania membranowego (4) Nośność z uwzględnieniem oddziaływania membranowego Nośność obliczona na podstawie teorii plastycznych linii załomów w 1 Współczynnik wzmocnienia wynikający z sił membranowych dla danego przemieszczenia (w 1 ) Przemieszczenie(w) 16

17 20 C Mechanizmy zniszczenia (zniszczenie przy rozciąganiu zbrojenia) Rysa na pełnej głębokości Zniszczenie betonu przy ściskaniu Zerwanie zbrojenia wzdłuż większej rozpiętości Plastyczna linia załomu Krawędź płyty przesuwa się w kierunku środka płyty i zmniejsza odkształcenia w zbrojeniu w kierunku krótszego boku 17

18 20 C Mechanizmy zniszczenia (zniszczenie przy ściskaniu betonu) Bardziej prawdopodobny w przypadku mocnej siatki zbrojeniowej Zgniatanie betonu spowodowane naprężeniami działającymi w płaszczyźnie Plastyczna linia załomu 18

19 20 C Mechanizmy zniszczenia (wyniki doświadczalne) Zniszczenia przy rozciąganiu zbrojenia Zniszczenie przy ściskaniu betonu 19

20 Model płyty stropowej w temperaturze (1) Oparty na tym samym modelu jak dla temperatury otoczenia Uwzględnia wpływ temperatury na właściwości materiałowe 20

21 Swobodne ugięcie płyty betonowej CIEPŁO d x ZIMNO T 0 = (T 1 + T 2 )/2 y 0 Źródło ciepła Promieniowanie y Belka swobodnie podparta Konstrukcja L y 8 2 ( T 2 L T1 ) d T 2 T T=T 2 T 1 Rozkład temperatury T 1 Wspornik y 0 Belka swobodnie podparta L y 2 2 ( T 2 T1 ) d Wspornik Ugięcie spowodowane jest Różnicą Temperatur T=T 2 T 1 lub Gradientem T/d 21

22 Model płyty stropowej w temperaturze (2) Uwzględnia wygięcie termiczne wynikające z gradientu temperatury po grubości płyty, które jest równe: gdzie: h w ( T T1 ) 19,2 h 2 2 jest efektywną grubością płyty jest krótszą rozpiętością płyty jest współczynnikiem rozszerzalności termicznej betonu Dla betonu lekkiego przyjmuje się wartość z EN LWC = 0, K -1 Dla betonu zwykłego przyjmuje się konserwatywną wartość NWC = 1, K -1 < 1, K -1 (EN ) T 2 jest temperaturą dolnej powierzchni płyty (strona nagrzewana) T 1 jest temperaturą górnej powierzchni płyty (strona nienagrzewana) 22

23 Model płyty stropowej w temperaturze (3) Zakładając średnie odkształcenie przy naprężeniu równym połowie granicy plastyczności otoczenia Ugięcie płyty na podstawie parabolicznego kształtu ugiętej płyty wynikającego z poprzecznego obciążenia: gdzie: w 2 0,5 fsy 3L Es 8 E s jest modułem sprężystości zbrojenia f sy jest granicą plastyczności zbrojenia L jest dłuższą rozpiętością płyty 30 23

24 Model płyty stropowej w temperaturze (4) Zatem, maksymalne ugięcie płyty stropowej jest równe: w ( T T1 ) 19,2 h 0,5 f Es sy L Jednakże, maksymalne ugięcie płyty stropowej jest ograniczane do: T T1 w 19,2h w L 30 l 2 2 l / 30 24

25 Konserwatywność modelu płyty stropowej w temperaturze Zakłada się zrywanie zbrojenia nad podporami Oszacowane pionowe przemieszczenia powodowane krzywizną termiczną są niedoszacowane w porównaniu z wartościami teoretycznymi Krzywizna termiczna jest obliczana na podstawie krótszej rozpiętości płyty Wszelkie dodatkowe przemieszczenia pionowe wywołane ograniczoną rozszerzalnością termiczną w wyboczonej płycie są pomijane Pomijany jest wpływa stalowego deskowania Wzrost ciągliwości siatki ze wzrostem temperatury jest pomijany 25

26 Nośność płyty stropowej dla modelu wzmocnionego wskutek obecności niezabezpieczonych belek stalowych (1) Działanie łańcuchowe belek niezabezpieczonych jest pomijane Nośność na zginanie niezabezpieczonych belek jest brana pod uwagę przy następujących założeniach: Swobodne podparcie na obu końcach Nagrzewanie przekroju stalowego obliczone zgodnie z p EN , z uwzględnieniem efektu cienia Właściwości termiczne i zarówno stali jak i betonu według EN

27 Nośność płyty stropowej dla modelu wzmocnionego wskutek obecności niezabezpieczonych belek stalowych (2) 8M Zwiększenie nośności od niezabezpieczonych belek jest równe: L Rd, fi 2 gdzie: n ub M Rd,fi 1 n ub L jest liczbą niezabezpieczonych belek jest nośnością na zginanie każdej z niezabezpieczonych belek l 27

28 Obliczenia temperatury płyty zespolonej Na podstawie zaawansowanych modeli obliczeniowych h 2D różnic skończonych Właściwości termiczne materiałów według EN zarówno dla stali jak i dla betonu Efekt cienia w odniesieniu do płyty zespolonej jest brany pod uwagę p x Element i =1.0 side top b 1 y L Element i 28

29 Nośność zabezpieczonych belek obwodowych Plastyczne zachowanie się płyty na podstawie wytrzymałości belek Obciążenie w warunkach pożaru Dodatkowe obciążenie belek zabezpieczonych Metoda uproszczona obliczenia temperatury krytycznej (EN ) 29

30 Nośność zabezpieczonych belek obwodowych na podstawie teorii plastyczności o Oś obrotu o o M b,3 Oś obrotu o Belka skrajna Linia załomu Belka skrajna M fi,rd M b,1 M b,2 M fi,rd Oś obrotu o Oś obrotu o o M b,4 o Linia załomu 30

31 Weryfikacja w badaniach 7 badań w pełnej skali Cardington 1 badanie w dużej skali BRE (w warunkach normalnych lecz symulowane na warunki pożarowe) 10 badań w warunkach normalnych przeprowadzonych w latach 1960/ w małej skali przeprowadzone przez Sheffield University w badania w małej skali, w warunkach normalnych i w warunkach pożarowych przeprowadzone przez University of Manchester Badania ogniowe FRACOF i COSSFIRE (wg krzywej ISO) Badania w pełnej skali przeprowadzone przez Ulster University w

warunkach normalnych i 22 identyczne próby ogniowe

32 Projektowanie i zachowanie się betonowych płyt stropowych w badaniach w małej skali 22 badania w warunkach normalnych i 22 identyczne próby ogniowe (siatki zbrojeniowe zarówno ze stali węglowej (MS) jak i nierdzewnej (SS)) 32

33 Korzyści z zastosowania metody 40 do 55% belek może pozostać niezabezpieczonymi, umieszczając zabezpieczeni gdzie wymagane 33

34 Dostępne materiały 34

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. Zasady systemów z niezabezpieczonymi ogniochronnie drugorzędnymi belkami stalowymi 14 czerwca 011 r. stalowych i w warunkach pożarowych Podstawy uproszczonej metody Olivier VASSART - Bin ZHAO Plan prezentacji