Požární odolnost ocelobetonové stropní konstrukce Eva Dvořáková, František Wald
Obsah lekce Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
•
Princip požární odolnosti ocelobetonové stropní kce
Uspořádání zkoušek
•
Ověření odolnosti – FRACOF - nominální normová křivka – COSSFIRE - nominální normová křivka – FICEB – prolamované nosníky Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek – Teploty – Průhyby
Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody
• •
Shrnutí
• •
Analýza výsledků Shrnutí Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
2
Příklad ocelobetonové stropní konstrukce Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
3
Numerický model MKP Princip odolnosti
Model zkoušky v Cardingtonu
Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
– Požární úsek v rohu budovy
Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
4,5 m
Analýza výsledků
Nosník
Ověření jednoduché návrhové metody
Průvlak
6,0 m
Požární úsek
Shrnutí
4,5 m Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
9,0 m
Průvlak Nosník Nosník
4
Teplota plynu 20°C Vektory hlavních napětí v desce při zahřívání
20°C
Model programem VULCAN, prof. I. Burgess
100°C
Model programem VULCAN, prof. I. Burgess
200°C
Model programem VULCAN, prof. I. Burgess
300°C
Model programem VULCAN, prof. I. Burgess
400°C
Model programem VULCAN, prof. I. Burgess
500°C
Model programem VULCAN, prof. I. Burgess
600°C
Model programem VULCAN, prof. I. Burgess
700°C
Model programem VULCAN, prof. I. Burgess
800°C
Model programem VULCAN, prof. I. Burgess
900°C
Tlačený prstenec
Tažený střed
Odolnost ocelobetonového stropu Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
Nárůst teploty konstrukce při požáru
Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Membránové působení
Prostý ohyb • Nosník a deska v ohybu • Plastický kloub v nosníku
• Rozvoj mechanizmu liniových kloubů • Membránové působení Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
15
Princip návrhu Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
• Membránové působení je třeba konstrukčně zajistit • Návrh stropní konstrukce • Model MKP • Jednoduchý návrhový model Porušení okraje desky v tlaku
Porušení středu desky v tahu
Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Deska po okraji pouze svisle podepřená Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
16
Požární zkoušky Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF CROSSFIRE FICEB
•
Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
• Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody
Podklady – Požární zkoušky v Cardingtonu • Dobré chování při přirozeném požáru • Nejvyšší teplota ocelového nosníku 1150 °C, • Pro požár 60 min teplota konstrukce nad 800°C • Konstrukční řešení pro Velkou Británii Ověření – Chování pro pomalé požáry nad 90 min – Chování pro nominální normovou teplotní křivku – Konstrukčních detailů běžných v kontinentální Evropě – Nástrojů na požární návrh konstrukce
Shrnutí
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
17
Zkouška FRACOF Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
R o h o v é
Na konstrukci
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
Zkoušeno
18
Zkouška COSSFIRE Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
IPE270 HEB200
Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
K o n c o v é p o l e
Na konstrukci
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
IPE270
IPE270
Kloubový spoj
Zkoušeno
19
Návrh zkoušek
Zkouška FRACOF
Zkouška COSSFIRE
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
20
Návrh konstrukčních prvků Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
•
Ocelobetonová konstrukce – Nosníky • EN1994-1-1 – Sloupy • EN1993-1-1 a EN1994-1-1
•
Stropní ocelobetonová konstrukce – Tloušťka • Požadavek na izolaci mezi požárními úseky EN1994-1-2 – Výztužná síť • Jednoduchá pravidla
•
Spoje – Tradiční řešení – krátkou čelní deskou, úhelníky na stojině • EN1993-1-8
Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
21
Spřažení trny Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
• 109
Uspořádání zkoušek
Rozložení na nosníku 207 m m
207 m m 125 m m
300 mm Test 2 100 mm Test 1 125 mm
Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků
Stropnice
Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
•
Průvlak
Spřahovací trny – TRW Nelson KB 3/4" – 125 Φ = 19mm; h = 125 mm; fy = 350 N/mm²; fu = 450 N/mm² Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
22
Spoje Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek
Nosníku na sloup Průvlak
Stropnice
Dvojicí úhelníků
Krátkou čelní deskou
Nosníku na nosník Dvojicí úhelníků
Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Šrouby M20, 8.8
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
23
Ocelobetonová deska Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
Výztužná sít
Ověření jednoduché návrhové metody
58 mm
Analýza výsledků 101 mm
62 mm Shrnutí
107 mm
155 mm Test 1 135 mm Test 2
Deska
Trapézový plech COFRAPLUS60 – 0.75 mm Beton C30/37
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
Rozměry 150x150 Průměr 7 mm Ocel S500 Vzdálenost od horního povrchu: • 50 mm FRACOF • 35 mm COSSFIRE
24
Mechanické zatížení Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
15 pytlů po 1512 kg Odpovídá 390 kg/m²
Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
FRACOF
Analýza výsledků
20 pytlů po 1098 kg
Ověření jednoduché návrhové metody
Odpovídá 393 kg/m²
Shrnutí
COSSFIRE Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
25
Příprava zkoušky COSFIRE Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
26
Stropní konstrukce při požáru Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
Před požárem
Po požáru Nechráněné stropnice
Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody
Ocelobetonová deska
Shrnutí
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
27
Zkouška FICEB Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek
Krajní nosník
Stropnice 3 Stropnice 4
Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
Průvlak 1
Stropnice 5
Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody
Sloup GL-D
Sloup GL-A
Shrnutí
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
28
Princip odolnosti
Stropní konstrukce zkouška FICEB
Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek
Sloup GL-A Sloup GL-A Sloup GL-A Sloup GL-A
Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Nosník 3-4-5
Nosník 1-2 Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
Sloup GL-D
Krajní plnostěnný nosník 29
Konstrukce zkouška FICEB Princip odolnosti
Přípoj nosníku na nosník Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
30
Konstrukce zkouška FICEB Princip odolnosti
Přípoj nosníku na sloup Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
31
Konstrukce zkouška FICEB Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
Výztuž A393 síť průměr 10 mm
Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Plné spřažení Trny 19, délky h = 95 mm Výztuž tvaru U kolem trnů pro návrh za běžné teploty Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
32
Konstrukce zkouška FICEB Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Pohled do bednění desky Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
33
Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
Požární zatížení zkouška FICEB Požární zatížení 700 MJ/m2 Měkké dřevo, 45 latí v hranici výšky 0,5 m, latě 1 m x 1 m x 0,05 m Rozprostřeno rovnoměrně v požárním úseku 9,0 m x 15,0 m
Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
WOODEN CRIBS LOCATION
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
34
Výsledky zkoušek Princip chování Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
•
Teplota plynu
•
Teplota požárně chráněných okrajových nosníků
Uspořádání zkoušek
•
Teplota požárně nechráněných nosníků
•
Teplota ocelobetonové desky
•
Prohyb stropu
•
Chování stropu při požáru
Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků
– Trhliny a drcení betonu Ověření jednoduché návrhové metody
– Porušení výztužné sítě – Porušení okrajových nosníků
Shrnutí
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
35
Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody
Teplota (°C) 1200 1000
Temperature (°C)
Princip odolnosti
Teplota plynu FRACOF a COSSFIRE
800 600
Nominální ISO834
normová kř.
400
FRACOF Test 1 FRACOF
200
Test 2 COSSFIRE COSFIRE
0 Shrnutí
0
30
60
90
120 150 180 210 240
Time (min) Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
Čas (min) 36
Teplota plynu FICEB Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek
Teplota (°C)
Princip odolnosti
Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Čas (min)
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
37
Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
Požárně nechráněný nosník
Teplota (°C)
Princip odolnosti
Teplota stropnice FRACOF a COSSFIRE
FRACOF
COSFIRE
Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Čas (min)
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
38
Teplota stropnice zkouška FICEB
Princip odolnosti
Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Teplota (°C)
Uspořádání zkoušek
Požárně nechráněný nosník Beam 4 Zone 3 Centre A
B
C
D
E
F
1200
1000
Temperature (°C )
Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
800
600
400
200
0 0
20
40
60
80
Time (min) Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
100
120
140
160
Čas (min) 39
Teplota průvlaku FRACOF a COSSFIRE
Princip odolnosti
FRACOF
COSSFIRE
Test 1
Teplota (°C)
Uspořádání zkoušek
Požárně nechráněné nosníky
Teplota (°C)
Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Test 1
Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Čas (min)
•
Pozorování – Zkouška COSFIRE
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
Čas (min)
průvlak 550 °C nosníku > 600 °C
40
Teplota po výšce desky FRACOF a COSSFIRE
Princip odolnosti
COSSFIRE Teplota (°C)
Uspořádání zkoušek
FRACOF Teplota (°C)
Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Čas (min)
Test 1
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
Čas (min)
Test 2
41
Teplota po výšce desky zkouška FICEB
Princip odolnosti
Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
Teplota (°C)
Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí Čas (min)
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
42
Deformace zkoušky FRACOF a COSSFIRE
Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
• Měřené body
Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků
D3
1300 mm
D6 D7
800 mm
D4
D1
D2
Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
D3
D5
D2
1300 mm
1660 mm
D1
D4 1300 mm
D8
Test 1 FRACOF
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
Test 2 COSSFIRE
43
Deformace zkoušky FRACOF a COSSFIRE
Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
D1 D2 D3
0
30
60
D4
90
Průhyb (mm) Vertical displacement (mm)
Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
Průhyb (mm) Vertical displacement (mm)
Princip odolnosti
120 150 180 210 240
Time (min)
Čas (min)
Test 1 FRACOF
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
Extrapolace průhybu Extrapolated results
600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
D3
D1
D4
D2
D5 D7 D8 0
30
60
90
D6
120 150 180 210 240
Time (min)
Čas (min)
Test 2 COSSFIRE
44
Deformace zkouška FICEB Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Měřené body
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
45
Deformace zkouška FICEB Princip odolnosti
Uspořádání zkoušek
•
Průhyb nosníku č. 3
Průhyb (mm)
Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB
Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Rozpětí nosníku Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
46
Trhliny v desce zkouška FRACOF
Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
Trhlina v desce
Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody
• Shrnutí
Pozorování – Došlo k porušení výztuže v místě nastavení – Nevhodné konstrukční řešení je zobrazeno vpravo Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
47
Podrcení betonu desky zkouška FRACOF Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
Podrcení desky
Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
•
Pozorování – Kolaps porušením obvodového nosníku
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
48
Trhliny v desce zkouška FICEB
Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby
Concrete Trhlina v crack desce
Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
•
Pozorování – První trhlina ve výztužné síti příčném směru desky Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
49
Princip odolnosti
Klopení nosníku zkouška FICEB
Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
50
Závěry Princip odolnosti Zkoušky v rámci projektů FRACOF COSSFIRE FICEB Uspořádání zkoušek Výsledky zkoušek Teploty Průhyby Analýza výsledků Ověření jednoduché návrhové metody Shrnutí
• Požární zkoušky potvrdily – Dobré chování ocelobetonové desky při vystavení ohřevu plynu podle nominální normové teplotní křivky >120 min – Dobrá celistvost i při místních porušeních – Je třeba věnovat péči vhodnému nastavení sítě s překrytím jednoho pole – Při chladnutí stropních konstrukcí nebylo pozorováno jejich porušení
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
51
Shrnutí
Ověření návrhu podle EN 1994-1-3
52
Děkuji za pozornost fire.fsv.cvut.cz
