Vasbeton födémek tűz alatti viselkedése Egyszerű tervezési eljárás

Vasbeton födémek tűz alatti viselkedése Egyszerű tervezési eljárás

A tervezési módszer célja

Az egyszerű tervezési eljárás háttere

2


3

Az előadás tartalma

• •

•

Öszvérfödém szerkezetek mechanikai viselkedése tűz esetén Vasbeton födémek egyszerű tervezési módszere 20 °C hőmérsékleten – Födém modell – Tönkremeneteli módok Öszvérfödémek egyszerű tervezési eljárása magas hőmérsékleten – Kiterjesztés tűz alatti viselkedésre – Membrán-hatás magas hőmérsékleten – Védetlen gerendák hatása – Védett gerendák tervezése


4

Vasbeton födémek mechanikai viselkedése •

Hagyományos tervezési eljárás

Vasbeton födémek mechanikai viselkedése

Védett gerendák

Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on

Oszlop

Gerenda

Födém

Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten

A korábbi tervezési eljárások feltételezték, hogy az egyes izolált szerkezeti elemek az aktuális épületen belül is hasonló módon fognak viselkedni.

Tűzszakasz (tűztér) Az egyszerű tervezési eljárás háttere

5


•

Öszvérfödémek valós viselkedése a betonfödémben elhelyezett merevítő acélháló esetén


Hőmérséklet emelkedése tűz té

Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten

(a)

(b)

Egyszerű hajlítás

(c)

(d)

Membrán-hatás


6

Vasbeton födémek egyszerű tervezési módszere 20 °C-on

Vasbeton födémek mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on

•

Az eljárást Colin Bailey Professzor, a University of Manchester oktatója fejlesztette ki korábban a Building Research Establishment (BRE)

Egyszerű tervezési módszer magas

intézettel közösen

hőmérsékleten


7

Membrán-hatásra történő tervezés tűz esetén

Folyási vonal mintázata

Védetlen gerendák

Védett gerendák


8

Vasbeton födémek egyszerű tervezési módszere 20 °C-on • Vasbeton födémek

Födém modellje - a 4 oldalán függőleges irányban korlátozott elmozdulás (képlékeny folyási vonal) – vízszintes irányban nem korlátozott– erősen konzervatív feltételezés

mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on

Folyási vonalak

Egyszerű megtámasztás a 4 élen



9

Vasbeton födémek egyszerű tervezési módszere 20 °C-on •

Födém modellje – A membrán-hatás erősíti a folyási vonal ellenállóképességét

Húzott tartomány

Vasbeton födémek mechanikai

Egyszerű megtámasztás a 4 élen

viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on

Folyási vonal


Nyomás a folyási vonal mentén

Húzás a folyási vonal mentén


10


Membrán-erők a folyási vonal mentén (1)

L Vasbeton födémek mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten

nL

k b K T0

C

E

C

1. Elem



D

S

C

F

T2

B

T1

A

S T2

b K T0

1. Elem

2. Elem

ℓ

2. Elem Az egyszerű tervezési eljárás háttere

11


Vasbeton födémek mechanikai

Membrán-erők a folyási vonal mentén (2)

k, b

membrán-erők nagyságát meghatározó paraméterek,

n

a folyási vonal elmélete származtatott tényező,

K

a merevítés aránya rövidebb támaszközön a hosszabb támaszközhöz képest,

T0

az egységnyi szélességre eső merevítés a hosszabb támaszközön,

T1, T2, C, S

a folyási vonal membrán-erők

viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten


mentén

alapján

keletkező

12


Membrán-hatás figyelembevétele (1) – 1. elem

Vasbeton födémek mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten

Kialakuló membrán-erők síkbeli nézete

Kialakuló membrán-erők oldalnézetben w nagyságú lehajlás esetén


13


Membrán-hatás figyelembevétele (2) – 2. elem


Kialakuló membrán-erők síkbeli nézete

Kialakuló membrán-erők oldalnézetben w nagyságú lehajlás esetén


14

Vasbeton födémek egyszerű tervezési módszere 20 °C-on • Vasbeton födémek mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on

Membrán-hatás figyelembevétele (3) – Javulási tényező az egyes elemekre eim : javulás nagysága az i-dik elemen a membránerők következtében ei, i=1,2 = + eib : javulás nagysága a síkbeli erők hajlítási kapacitásra gyakorolt hatásának eredményéként – Teljes javulási tényező

e  e1 


e1  e2 1  2 a 2

ahol: μ a

a merevítés ortotrópikus együtthatója a födém méretaránya = L/ℓ


15


Membrán-hatás figyelembevétele (4)


Teherbíró képesség a membrán-hatás alapján Javulási tényező a membránerők hatására egy adott elmozdulás esetén (w1 )


Teherbíró képesség a folyási vonal elmélete alapján

w1

Elmozdulás (w)


16


Tönkremeneteli módok (húzás hatására bekövetkező tönkremenetel a betonacél merevítésben) Nyomás hatására bekövetkező Teljes vastagságra kiterjedő repedés tönkremenetel a betonban Vasbeton födémek mechanikai viselkedése

A betonvas erősítés a hosszabb fesztávolság irányában törik


A födém széle a födém középpontjának irányában Folyási mozdul el és enyhíti a rövidebb támaszköz irányában vonal mintázata lévő merevítésben ébredő feszültségeket Az egyszerű tervezési eljárás háttere

17


Vasbeton födémek

Tönkremeneteli módok (beton nyomóerők hatására bekövetkező tönkremenetele) – Nagyobb valószínűséggel fog a betonba ágyazott nagyon erős acélháló esetén előfordulni

mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on

Beton összezúzódása a síkbeli feszültségek hatására


Folyási vonal mintázata Az egyszerű tervezési eljárás háttere

18


Tönkremeneteli módok (kísérleti bizonyíték)


Húzás hatására bekövetkező tönkremenetel


Nyomás hatására bekövetkező tönkremenetel

19

Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten • Vasbeton födémek

Födém modellje magas hőmérsékleten (1) – A szobahőmérsékleten alkalmazott modell alapján

mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési

– Anyagtulajdonságok figyelembevétele

hőmérsékletfüggésének

módszer 20 °C-on Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten


20

Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten Betonfödém szabad vetemedése x

y0 T0 = (T1 + T2)/2

MELEG d

HIDEG T2

Sugárzás

L

y0

∆T T1

Hőforrás

∆T=T2 – T1 y

Hőmérséklet eloszlás

Szerkezet Egyszerű tartó y 

 L2 (T2  T1 ) 8

d

Egyszerű tartó

Konzolos tartó

A vetemedést a hőmérséklet-különbség okozza:

y

∆T=T2 – T1


Konzolos tartó

 L2 (T2  T1 ) 2

d

vagy a gradiens ∆T/d

21

Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten • Vasbeton födémek mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten

Födém modellje magas hőmérsékleten (2) – A födémben a vastagságirányú hőmérséklet-gradiens miatt bekövetkező lehajlás

w 

 (T 2  T1 )  2 19 . 2 h

ahol: h a födém effektív vastagsága ℓ a födém rövidebb támaszköze  beton hőtágulási együtthatója LW (könnyű) beton esetén, EN 1994-1-2 alapján: LWC = 0.8 × 10-5 °K-1 NW (normál) beton esetén, egy konzervatív értéket választva NWC = 1.2 × 10-5 °K-1 < 1.8 × 10-5 °K-1 (EN 1994-1-2 alapján) T2 a födém alsó felületének hőmérséklete (tűznek kitett oldal) T1 a födém felső felületének hőmérséklete (tűzzel nem érintkező oldal) Az egyszerű tervezési eljárás háttere

22


• Vasbeton födémek mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési

Födém modellje magas hőmérsékleten (3) – Átlagos nyúlást feltételezve a szobahőmérséklethez tartozó folyáshatár felének megfelelő feszültségszinten – A födém lehajlása a transzverzális terhelés hatására parabolikus alakot feltételezve

módszer 20 °C-on

w 


 0 .5 f sy   Es

 3 L2    30  8

ahol: Es a betonacél rugalmassági modulusa 20°C-on fsy a betonacél folyáshatára 20°C-on L a födém hosszabbik támaszköze


23


• Vasbeton födémek mechanikai

Födém modellje magas hőmérsékleten (4) – Azaz a födém maximális lehajlása:

viselkedése Egyszerű tervezési

w 

 (T2  T1 ) 2

módszer 20 °C-on Egyszerű tervezési

 3 L2   8

– Azonban a födém maximális lehajlása korlátozott:

módszer magas hőmérsékleten

19 .2 h



 0 .5 f sy   Es

w w 

 T2  T1  l 2 19.2h



l / 30

L 30


24


• Vasbeton födémek mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten

Konzervatív vasbeton födém modell magas hőmérsékletre – A megtámasztásoknál a merevítés törését feltételezzük – Hő hatására bekövetkező vetemedés miatt bekövetkező függőleges elmozdulás becsült értékei alacsonyabbak az elméleti értékekhez képest – A hő hatására bekövetkező vetemedés a rövidebb támaszköz alapján kerül számításra – Minden egyéb, a gátolt hőtágulás következtében kialakuló függőleges elmozdulást a födém kihajlás utáni állapotában elhanyagoljuk – Bármilyen, az elhanyagolunk

acél

pályalemeztől

eredő

hatást

– A betonba ágyazott acélháló alakváltozó képességének a hőmérséklet növekedése hatására bekövetkező növekedését elhanyagoljuk Az egyszerű tervezési eljárás háttere

25


• Vasbeton födémek mechanikai viselkedése

A vasbeton födém teherviselő-képességének javulása a védetlen acélgerendák jelenlétében (1) – Védetlen gerendák lánchatását elhanyagoljuk – A védetlen gerendák hajlítónyomaték bíró képessége az alábbi feltételezéssekkel van figyelembe véve:


 




Egyszerű megtámasztás mindkét végen Az acél keresztmetszet hevítése EN1994-1-2 4.3.4.2 alapján kerül számításra, az árnyékhatás figyelembevételével Az acél termikus és mechanikai tulajdonságai EN 1994-1-2 alapján


26

Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten • Vasbeton födémek mechanikai

A vasbeton födém teherviselő-képességének javulása a védetlen acélgerendák jelenlétében (2) – Teherviselő képesség javulása a védetlen gerendáktól

viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on Egyszerű

8 M Rd , fi 1  nub L2 

l

tervezési

L


ahol: nub MRd,fi

a védetlen gerendák száma az egyes védetlen vasbeton gerendák nyomatékbíró képessége Az egyszerű tervezési eljárás háttere

27


• Vasbeton födémek

Vasbeton hőmérsékletének számítása – Fejlett számítási modellek alapján

mechanikai



viselkedése 




2D véges differenciák módszere A beton és acél termikus anyagjellemzői az Eurocode 4/1-2 alapján Árnyékhatás figyelembe vétele öszvérfödémek esetén

Egyszerű

p

tervezési hőmérsékleten

x

i. elem

módszer magas

felső

h

y

oldalsó  =1.0

b1


L i. elem

28


Vasbeton födémek mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on Egyszerű tervezési

•

Védett kerületi gerendák teherviselő képessége – A födémek képlékeny alakváltozási mechanizmusa a gerendák ellenállása alapján – Terhelésarány tűz esetén 

További terhelések a védett gerendákon

– Kritikus hőmérséklet egyszerű számítási módszere (EN 1994-1-2)



29

Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten •

Védett kerületi gerendák teherviselő képessége az általános képlékeny alakváltozási mechanizmus alapján

Vasbeton födémek

Forgástengely

mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on Egyszerű

o Perem tartó

o

o Yield line

Forgástengely Mb,3 o

Perem tartó

Mfi,Rd

Mb,2

Mb,1

Mfi,Rd

tervezési módszer magas

Forgástengely

hőmérsékleten

o

o Forgástengely

o


Mb,4

o Folyási vonal

30

Validálás tesztek segítségével 7 valós méretű Cardington tűzteszt Vasbeton födémek mechanikai viselkedése Egyszerű tervezési módszer 20 °C-on Egyszerű tervezési módszer magas hőmérsékleten

1 nagyméretű BRE tűzteszt (hideg, de szimulálva tűzre) 10, az 1960/1970-es években végzett hideg teszt 15 a Sheffield Egyetem által 2004-ben kismintán végzett teszt 44 a Manchesteri Egyetem által kismintán végzett hideg és tűzteszt FRACOF és COSSFIRE ISO tűzteszt Valós méretű, Ulster Egyetem által végzett tűztesztek, 2010.


31

Kisminták kísérleti viselkedése és vasbeton födémek tervezése


22 hideg teszt és 22 megegyező meleg teszt (MS és SS acélháló is)


32

A módszertan segítségével nyert eredmények


A gerendák 4055%-a védetlenül hagyható azáltal, hogy a védelmet ott helyezzük el, ahol az szükséges Az egyszerű tervezési eljárás háttere

33

Elérhető dokumentumok



34

Vasbeton födémek tűz alatti viselkedése Egyszerű tervezési eljárás

Recommend Documents