Ocelobetonové stropní konstrukce vystavené požáru. Numerická simulace jednoduché metody

Ocelobetonové stropní konstrukce vystavené požáru Numerická simulace jednoduché metody

Obsah prezentace • • • • • • •

Cíle parametrické studie Vlastnosti parametrické studie Analýza pomocí metody konečných prvků Ověření numerického modelu Účinek okrajových podmínek Výsledky parametrické studie Závěr

Numerická simulace jednoduché metody

2

Cíle

Cíle parametrické studie

Vlastnosti parametrické studie

•

Analýza pomocí metody konečných prvků

Ověření numerického modelu

Účinek okrajových podmínek

Výsledky parametrické studie

•

Motivace – FRACOF (Test 1)- COSSFIRE (Test 2) požární zkouška podle nominální normové teplotní křivky velkého měřítka • Dobrá požární odolnost kompozitního stropního systému (přítomnost membránového působení) • Max  oceli  1000 °C, požární odolnost  120 min • Francouzské konstrukční detaily • Průhyb  450 mm – FICEB (Test 3) zkouška velkého měřítka prolamovaného nosníku podle skutečného požáru Cíl – Ověření jednoduché návrhové metody pro celý obsah použití (pomocí pokročilých výpočetních metod) • Limitní průhyby stropní konstrukce • Protažení výztužné ocelové sítě

Závěr Numerická simulace jednoduché metody

3

Cíle

Vlastnosti parametrické studie (1/3)


• Velikost mřížky stropu Nechráněné vnitřní stropnice

Analýza pomocí Chráněné stropnice

metody konečných prvků

Nosníky

Ověření numerického modelu 6mx6m Účinek okrajových podmínek


6mx9m

9mx9m

6 m x 12 m

9 m x 12 m

7.5 m x 15 m

9 m x 15 m

• Zatížení Podle EC0 kombinace zatížení za požární situace pro kanceláře: G (stálé zatížení) + 0.5 Q (nahodilé zatížení) G= vlastní tíha + 1.25 kN/m² Q= 2.5 & 5 kN/m²


4

Cíle



•

Podmínky přípoje mezi deskou a sloupy

Analýza pomocí metody

Betonová deska

konečných prvků

Betonová deska Ověření numerického

Deska

modelu

Deska Účinek okrajových podmínek

Výsledky

Sloup

Nosník Spřahovací trn

Sloup

Spřahovací trn

parametrické studie

Nosník

S mechanickými spojovacími prostředky mezi deskou a sloupy


Bez mechanických spojovacích prostředků mezi deskou a sloupy 5

Cíle



• Délky požáru: R30, R60, R90 and R120 Analýza pomocí

1200

metody

R120

konečných prvků

1000

R90

R60




Temperature [°C] Teplota

R30 Ohřívání krajních nosníků (Max. 550 °C)

800

600

400

200

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 110 120

Čas Time [min]


6

Cíle

Modelování pomocí metody konečných prvků


•

Model složený z konečných prvků v softwaru ANSYS


SHELL91 : tuhé části betonové desky



Výsledky parametrické

BEAM24 : ocelový sloup PIPE16 : spojení mezi ocelovým nosníkem a betonovou deskou

Beam24 : ocelový nosník, ocelový plech a betonové žebro

studie


7

Cíle

Modelování pomocí metody konečných prvků


•

Model složený z konečných prvků v softwaru SAFIR


Prvek SHELL

konečných prvků

Prvek BEAM Ověření numerického modelu




8

Cíle

Deskové vlastnosti



Ověření

• • • • •

Nosníky z oceli S235 Trapézový ocelový plech COFRAPLUS60 (tloušťky 0.75 mm) Beton běžné hmotnosti C30/37 Výztužní ocelová síť S500 Průměrné umístění sítě (od horního okraje) = 45 mm

numerického modelu

podmínek

Výsledky

58 mm

Účinek okrajových 101 107 mm mm

120 mm (R30) 130 mm (R60) 140 mm (R90) 150 mm (R120)

62 mm



9

Cíle

Tepelné a mechanické vlastnosti (1/2)


• Analýza pomocí metody konečných prvků

Tepelné a mechanické vlastnosti oceli: – Tepelné vlastnosti podle EC4-1.2 – Jednotka hmotnosti nezávislá na teplotě (ρa = 7850 kg/m3) – Vztah mezi napětím a poměrným protažením: 260

Ověření

20 °C

240

numerického

220

modelu

200

100 °C 200 °C 300 °C

180

400 °C



Stress [MPa] Napětí

160

500 °C

140

600 °C

120

700 °C

100

800 °C

80

900 °C

60

1000 °C

40

1100 °C

20

1200 °C

0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

Strain [%] Poměrné protažení


10

Cíle

Tepelné a mechanické vlastnosti (2/2)


• Analýza pomocí metody konečných prvků


Tepelné a mechanické vlastnosti betonu: – – – –

Tepelné vlastnosti podle EC4-1.2 Jednotka hmotnosti závislá na teplotě podle EC4-1.2 Podmínka plasticity Drucker-Prager Zmenšující součinitel podle EC4-1.2: 1.2 1 0.8


0.6 0.4

Výsledky

0.2


0

200

400

600

800

1000

1200

Teplota [ C] Temperature


11

Cíle

Ověření numerického modelu programem ANSYS vs Test 1 (1/2)


•

Porovnání s výsledky zkoušek (analýza přenosu tepla)

Analýza pomocí

C B A


C B A


Nechráněné ocelové nosníky


Chráněné stropnice

E

C B A

D

F B

C A


Závěr

Chráněné hlavní nosníky Numerická simulace jednoduché metody

Kompozitní deska 12

Cíle




•

Porovnání s výsledky zkoušek (průhyb) Simulovaný deformovaný tvar desky po zkoušce

Ověření numerického

500



Závěr

Displacement (mm)

modelu

Test

Simulation

Central part Mid-span of of the floor unprotected central

400 300 200

Mid-span of protected primary beams

100

Mid-span of protected edge secondary beams

0 0

15

30

45

60

75

Time (min)

90

105

120

Porovnání průhybu (deska a nosníky) Numerická simulace jednoduché metody

13

Cíle

Ověření numerického modelu programem SAFIR vs Test 1 (1/2)


•


Analýza pomocí C B A


Ověření numerického modelu Nechráněné ocelové nosníky Účinek okrajových podmínek E

Výsledky

D

parametrické

F B

C A

studie

Kompozitní deska


14

Cíle




•

Porovnání s výsledky zkoušek (průhyb) Simulovaná napětí na desce na konci zkoušky

konečných prvků




Závěr


15

Cíle



•


Analýza pomocí C B A


Ověření

E

numerického modelu

D


F B

C A


Výsledky parametrické studie Kompozitní deska


16

Cíle




•

Porovnání s výsledky zkoušek (průhyb) Simulovaná napětí na desce na konci zkoušky

konečných prvků




Závěr


17

Cíle



•






Výsledky parametrické studie Kompozitní deska


18

Cíle



•

Model zavádí do výpočtu boulení stojiny pomocí prvku BEAM element



Před vyboulením stojiny

Reduction factors (x 1E-3) Zmenšující součinitel

1,0

kay,θ 0,8

0,6

kEa,θ

0,4

kap,θ

0,2

0,0 0

200

400

600

800

1 000

1 200

Temperature ( C) Teplota 1

kay,θ Zmenšující součinitel Reduction factors



0,8

kEa,θ

0,6

0,4

kap,θ 0,2

0

Po vyboulení stojiny

0

200

400

600

800

1 000

1 200

Temperature ( C) Teplota


19

Cíle


Vlastnosti parametrické

•

studie

Porovnání s výsledky zkoušek (průhyb) F0

F0 F0

F0 F0

Analýza pomocí

Simulovaná napětí na desce na konci zkoušky

F0

metody

F0

F0

F0

F0 F0

konečných prvků

F0 F0 F0 F0

F0 F0

F0 F0 F0

F0

Ověření

F0 F0

F0 F0

numerického

F0

F0 F0

modelu



Závěr


20

Cíle



Omezující podmínky Analýza pomocí metody konečných prvků

S1

Ověření

S2

9m

S1

S2

S3

S4

numerického modelu

S3 Účinek okrajových podmínek

9m

Závěr

•

9m

9m

Konstrukční pole v budově


C R O R S4 No h E R

Model programem ANSYS

Závěr – Mezi všemi poli je rozhodující průhyb rohového pole s dvěma navazujícími okraji více než ostatní tři pole se třemi nebo čtyřmi navazujícími okraji. Numerická simulace jednoduché metody

21

Cíle

Výsledky parametrické studie (1/4)

Vlastnosti parametrické


•

Porovnání průhybu získaného z numerické analýzy s maximálním možným průhybem získaným z jednoduché návrhové metody (SDM) bezpečně

Safe

1000

Unsafe nebezpečně

studie

900 800

numerického

700

modelu


limit [mm] MaximumSDM z SDM

Ověření

600 500 400 300 200

R 30

R 60

R 90

R 120

100


0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Pokročilý numerický model Advanced numerical model [mm]

S mechanickými spojovacími prostředky mezi deskou a sloupy v pokročilých výpočtech


22

Cíle




•

Porovnání průhybu získaného z numerické analýzy s maximálním možným průhybem získaným z jednoduché návrhové metody (SDM) bezpečně Safe 1000

10%

800

numerického

700

modelu



Závěr

limit [mm] MaximumSDM z SDM

Ověření

Unsafe nebezpečně

900

600 500 400 300 200

R 30

R 60

R 90

R 120

100 0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Advanced numerical model [mm] Pokročilý numerický model

Bez mechanických spojovacích prostředků mezi deskou a sloupy v pokročilých výpočtech Numerická simulace jednoduché metody

23

Cíle



•


Porovnání času, kdy průhyb získaný z numerické analýzy dosáhne rozpětí/30 s požární odolností podle jednoduché návrhové metody (SDM)

konečných prvků 6m x 6m

3

6m x 9m

9m x 9m 6m x 12m 9m x 12m 7.5m x 15m 9m x 15m

Ověření

tSpan/30 / tFire Resistance

numerického modelu



R 30 R 60

R 120

1

•

R 90

2

0,5

2,5

4,5

6,5

8,5

10,5

12,5

14,5

Závěr – Kritérium rozpětí/30 není v numerické analýze dosaženo po celou dobu požární odolnosti předpovídané SDM


24

Cíle



•

Protažení výztužné sítě

Analýza pomocí 0,5

metody Max. napětí ocelové výztuže

konečných prvků


Účinek okrajových

6m x 6m 1,5 6m x 9m

2,5

9m x 9m

3,5

6m x 12m4,5 9m x 12m5,57.5m x 15m6,59m x 15m7,5

5%

4%

3%

2%

1%

podmínek

R 30

R 60

R 90

R 120

0%


•

Závěr – Protažení výztuže  5 %, což je nejmenší protažení výztuže podle EC4-1.2.


25

Cíle

Závěr


•

SDM (Jednoduchá návrhová metoda) je na bezpečné straně v porovnání s výsledky pokročilých výpočetních metod.

konečných prvků

•

Protažení výztužné ocelové sítě zůstává nižší než 5%.

Ověření

•

Ohybově tuhé spojení desky na sloup může snížit průhyb kompozitního stropního systému za požární situace, ale není bezpodmínečně nutné.

•

SDM je schopna předvídat bezpečně konstrukční chování kompozitní ocelobetonové stropní konstrukce vystavené požáru.


numerického modelu




26

Ocelobetonové stropní konstrukce vystavené požáru. Numerická simulace jednoduché metody

Recommend Documents