Acélszerkezetek korszerű tűzvédelmének néhány kérdése

BME Hidak és Szerkezetek Tanszék

Dr.Horváth László

Acélszerkezetek korszerű tűzvédelmének néhány kérdése A viselkedés-alapú tervezés elemei

Dr. Horváth László PhD, egyetemi docens Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

1



Tartalom • Viselkedés-alapú tervezés fogalma • Alkalmazási lehetőségei • Acélszerkezetek viselkedésre tűzhatásra és a viselkedés-alapú méretezés • Összefoglalás

Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

2



Viselkedés-alapú tervezés • „Performance-based design” • Valós tüzek és laboratóriumi tűzkísérletek megfigyelése, mérése • Mind a tűzfolyamatot, mind a szerkezetek viselkedését elemezték • Vizsgálták a tűz kialakulásának feltételeit, okait


3



Viselkedés-alapú tervezés Tűzvédelmi követelmények megállapítása: komplex kockázatelemzéssel • Épület rendeltetése, használati feltételek • Kialakítása (szintszám, tűzszakaszolás …) • Védelmi célok prioritásai (kiürítési idő, szomszédos létesítmények …) • Létrejöhető tűzfolyamatok és azok valószínűsége • Tartószerkezet tönkremeneteli lehetőségei, valószínűsége és következményei Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

4



Viselkedés-alapú tervezés Tartószerkezetek tűzvédelmi teljesítményének megállapítása


5



Tűzfolyamatot befolyásolják • Tűzszakaszolás: - tűzszakasz típusa - méretei - geometriai elrendezése - használati feltételek és azok lehetséges változása a szerkezet életciklusa folyamán


6



Tűzfolyamatot befolyásolják • A tűzhatás: - különböző tűz-scenáriók és kialakulásuk valószínűsége - tűzterjedés - tűzfolyamat kifejlődése és teljes időtartama - éghető anyagok mennyisége, elrendezése és ennek változása a létesítmény teljes életciklusában – levegőáramlás, nyílások elhelyezése és működése Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

7



Tűzfolyamat kialakulása

Az egyszerűsített tűzhatásgörbék helyett a valós tűzfolyamat modellezésére van szükség !


8



Tartószerkezet viselkedése tűzhatásra csomó pont Idő

Hőmérsékleti hatás

Termikus analízis

Tartószerkezet

Szerkezet teherbírása

Szerkezeti analízis

Idő

Hőmérsékleti válasz Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

Mechanikai válasz 9



Térbeli szerkezeti analízis Anyagjellemzők

Terhek és hatások

Szerkezeti elemek jellemzői

Tönkremeneteli módok


10



Szerkezet válasza a hőmérsékletemelkedésre – mechanikai válasz Eurocode MSZ EN 1993-1-2 : Acél mechanikai tulajdonságainak változása


11



Anyagmodell Időben folyamatosan változó hőmérséklet – anyagtulajdonságok is folyamatosan változóak! • Rövid időszakaszokban állandónak kell tekinteni! • Kinematikai anyagmodell szükséges!


12



Számítási metódus • Nemlineáris rugalmas-képlékeny analízis • Step-by-step iteratív számítás


13



Viselkedés szimulációja Számítási modell

Laboratóriumi kísérlet

Számítási modell verifikációja Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

Szimuláció eredménye 14



Teljes szerkezet viselkedése Kéthajós csarnok


15



Teljes szerkezet viselkedése • Különböző szintű modellek és szoftverek

DE: csomópontok viselkedése? Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

16



Szerkezeti csomópont viselkedése 8 DOF Solid70 elemek Ansys Multiphysics V11 Sp1 Levegőréteg

Betonlemez 13 cm

Homloklemezes csavarozott oszlop-gerenda csomópont Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

Végeselemes modell

Erdélyi Anka diplomatervéből 17



Kísérlet - ISO 834 tűzhatásra

Dai XH, Wang YC, Bailey CG(2007): Temperature Distribution in Unprotected Steel Connections in Fire. Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

18



Egyéb hatások figyelembevétele

Árnyékolás nélkül

Árnyékhatás 45°

Árnyékhatás figyelembevétele Erdélyi Anka diplomatervéből Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

19



Hőmérséklet-eloszlás Gerenda alsó övének hőmérséklete

Erdélyi Anka diplomatervéből Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

20



Hőmérséklet-eloszlás Alsó csavarsor csavarjainak hőmérséklete

Erdélyi Anka diplomatervéből Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

21



Csomópont teherbírása tűzhatásra • Yu, H.X., Burgess, I.W. Davison, J.B., and Plank, R.J.: 'Experimental Investigation of the Behaviour of Flush Endplate Connections in Fire', Proc. Structures in Fire Workshop, Singapore, pp150-157. • Kialakítás: merev csavarozott homloklemezes kapcsolat

Petrás Péter diplomatervéből Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem



A modell • Petrás P.: Acél-oszlop gerendakapcsolat vizsgálata tűzteherre, MSc Diplomamunka, 2012/2013/II. • Program: Ansys 14.0 Mechanical APDL • Héjszerkezeti modell • Csavarok modellezése Combin39 rugóelemek felhasználásával. • Csavar erő-elmozdulás görbék: kézi számítással; F. Hanus, G.Zilli, J.-M.Franssen: 'Experimental Tests and Analytical Models for Welds and Grade 8.8 Bolts under Heating and Subsequent Cooling ', Journal of Structural Fire Engineering, Volume 2, Number 3, 2011. • Anyagjellemzők: valós görbék használata: 𝜎𝑡𝑟𝑢𝑒 = 𝜎(1 + 𝜀) 𝜎𝑡𝑟𝑢𝑒 ε𝑝𝑙. 𝑡𝑟𝑢𝑒 = ln 1 + 𝜀 − 𝐸 Petrás Péter diplomatervéből Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem



Eredmények összehasonlítása • Erő-elmozdulás görbék: Kísérletben mért

Modellen számított

300

300

250

250

200

20°C

150

450°C

100 50

200

20°C

150

450°C

550°C

100

550°C

650°C

50

650°C

0

0 -80

-60

-40

-20

-40

0

-30

-20

-10

0

Kísérletek és modellek 300

20°C

250

450°C

200

550°C

150

650°C m20°C

100

m450°C

50

m550°C

0 -40

-30

-20

-10


0

m650°C

Petrás Péter diplomatervéből



Tönkremeneteli mód • Tönkremenetel a modell és a kísérlet alapján: mindkét esetben a homloklemez törése látható a gerenda gerinc- és övvonala mentén.

Petrás Péter diplomatervéből Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem



Parametrikus vizsgálat Vizsgált csomópontok: • oszlop HEA500 • gerenda IPE 300; IPE400; IPE500 • Homloklemez vastagsága 10; 12; 16 mm • Csavarok távolsága elemszéltől állandó Erdélyi Anka diplomatervéből Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

26



Csomóponti ellenállás és gerenda ellenállás viszonya Mconn,Rd,fi / Mbeam,Rd,fi Normál hőmérsékletre tervezés

15

30

45

60

IPE300

68%

108%

94%

76%

62%

IPE 400

63%

80%

94%

78%

65%

IPE 500

64%

73%

103%

77%

68%

Tűzhatás időtartama (min)

Mindegyik vizsgált esetben a gerenda ellenállása gyorsabban csökken mint a csomóponté Erdélyi Anka diplomatervéből Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

27



Összefoglalás • A viselkedés-alapú módszerek a tűzvédelmi tervezésben is hatékonyan és biztonságosan alkalmazhatóak • A valós tűzhatás pontosabb figyelembevételére tűzmodellezéssel van lehetőség • Acélszerkezetek tűzhatás alatti viselkedését mind a teljes szerkezet, mind csomópontjainak esetében a 3D-s végeselemes mérnöki modellek jól követik • A folyamatban a tűzvédelmi és tartószerkezeti statikus tervező együttműködése szükséges. Tűzvédelem 2013 konferencia, Nemzeti Közszolgálati Egyetem

28

Acélszerkezetek korszerű tűzvédelmének néhány kérdése

Recommend Documents