Vasbeton födémek tűz alatti viselkedése Új kísérleti bizonyítékok
Az előadás tartalma
• •
• •
• • •
Az új tűztesztek célkitűzései Valós méretű tűztesztek az alábbi projektek keretein belül: – FRACOF (1. teszt, ISO tűz) – COSSFIRE (2. test, ISO tűz) – FICEB (3. teszt, természetes tűz & sejtszerkezetű gerenda) Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények – Hőmérsékletek – Elmozdulások Megfigyelések és elemzés Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések Új kísérleti bizonyítékok
2
Miért szükségesek további tűztesztek?
Célkitűzések
•
Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
•
Háttér – Cardington tűzteszt • Kiváló tűz alatti viselkedés természetes tűz körülményei között • Az acél maximális értéke 1150 °C, tűz időtartama 60 perc (> 800°C) • Angolszász kivitelezési részletek Célkitűzések – Hasonlóan jó tűz alatti viselkedés igazolása hosszú időtartamú tűz esetére (legalább 90 perces ISO tűzre) – A különböző kivitelezési részletek hatásának vizsgálata, mint például a betonba ágyazott acélháló vagy peremgerendák tűzvédelme – Különböző tűzvédelmi mérnöki tervezési eszközök validálása Új kísérleti bizonyítékok
3
Kísérleti mintadarabok tervezése
•
1. teszt (FRACOF)
Célkitűzések Kísérletek
IPE300
összeállítása
HEB260
Kísérleti megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
IPE400
IPE400
eredmények és
IPE300
S A R O K
Valós épület szerkezeti rácsa
Új kísérleti bizonyítékok
1. tűzteszt során alkalmazott acélváz
4
Kísérleti mintadarabok tervezése
•
2. teszt (COSSFIRE)
Célkitűzések Kísérletek
IPE270
összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
HEB200
P E R E M
IPE270
IPE270
R É S Z
Pin joint
Valós épület szerkezeti rácsa
Új kísérleti bizonyítékok
2. tűzteszt során alkalmazott acélváz
5
Kísérleti mintadarabok tervezése
•
Végleges öszvérfödém-szerkezet
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti
1. teszt
eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
2. teszt
Új kísérleti bizonyítékok
6
Szerkezeti elemek tervezése
Célkitűzések
•
Acélváz – Vasbeton öszvérgerenda • Eurocode 4/1-1 (EN1994-1-1)-nek megfelelően – Rövid acéloszlopok
•
Öszvérfödém – Teljes vastagság • Eurocode 4/1-2 (EN1994-1-2)-nek megfelelően – Betonba ágyazott acélháló • Egyszerű tervezési módszer alapján
•
Kötések – Általánosan elterjedt kötéstípusok: kétoldali gerincbekötő és homloklemez • Eurocode 3/1.8 (EN1993-1-8)-nak megfelelően
Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
7
Szerkezeti elemek tervezése
•
Fejes szegecsek acélgerendákon való elrendezése
Célkitűzések Kísérletek
109
összeállítása
207 m m
207 m m
125 m m
300 mm 2. teszt 100 mm 1. teszt 125 mm
Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Másodlagos gerendák •
Elsődleges gerendák
Acélszegecsek típusa – TRW Nelson KB 3/4" – 125 (Φ = 19mm; h = 125 mm; fy = 350 N/mm²; fu = 450 N/mm²) Új kísérleti bizonyítékok
8
Kötések
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti
Gerenda-oszlop Másodlagos gerenda
Elsődleges gerenda
Kétoldali gerincbekötő szögacél
Rugalmas homloklemez
Gerenda-gerenda Kétoldali gerincbekötő szögacél
eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Acélcsavarok minősége: 8.8 Acélcsavarok átmérője: 20 mm
Új kísérleti bizonyítékok
9
Szerkezetei elemek méretei
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és
Következtetések
58 mm
Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel
101 mm
107 mm
62 mm
Acél pályalemez: COFRAPLUS60 – 0.75 mm Beton minősége: C30/37 Új kísérleti bizonyítékok
Betonba ágyazott acélháló 155 mm 1. teszt 135 mm 2. teszt
Vasbeton födém
megfigyelések
Háló mérete: 150x150 Átmérő: 7 mm Acél minősége: S500 Tengelytávolság a födém tetejéhez képest: • 50 mm 1. teszt • 35 mm 2. teszt 10
Mechanikai terhelés
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti
15 homokzsák, összesen: 1512 kg Egyenértékű egyenletesen megoszló terhelés: 390 kg/m²
1. T E S Z T
eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel
20 homokzsák, összesen: 1098 kg Egyenértékű egyenletesen megoszló terhelés: 393 kg/m²
Következtetések
2. teszt Új kísérleti bizonyítékok
11
2. Tűzteszt előkészítése
Célkitűzések Kísérletek összeállítása
1
2
3
4
Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
12
Födém viselkedése a tűz folyamán
Célkitűzések Kísérletek összeállítása
A tűz után
Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel
Védetlen másodlagos gerendák
A tűz előtt
Vasbetonfödém
Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
13
3. teszt szerkezete (FICEB)
Célkitűzések
3. gerenda
Kísérletek
4. gerenda
összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel
Tömör gerenda
5. gerenda 1. gerenda GL-D Oszlop
GL-A Oszlop
Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
14
3. teszt szerkezete
Célkitűzések Kísérletek összeállítása
(GL-A oszlop)
Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
3./4./5. gerenda
1./2. gerenda Új kísérleti bizonyítékok
(GL-D oszlop)
(Tömör gerenda) 15
3. teszt szerkezete Gerenda-gerenda kötés Célkitűzések
Befejezett födém Szint: 3000
Befejezett födém Szint: 3000
Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
16
3. teszt szerkezete Gerenda-oszlop kötés Befejezett födém Szint: 3000
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és
T merevítő 305x165x40UBből készítve, 22 átmérőjű furattal a CHS merevítésére
Befejezett födém Szint: 3000
T merevítő 305x165x40UBből készítve, 22 átmérőjű furattal a CHS merevítésére
megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
17
3. teszt szerkezete
A393 merevítő háló, átmérő: Ø10mm Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Teljes együttdolgozás a födém és gerendák közt, nyíró kapcsolati elemek segítségével, Ø19, h=95mm U-merevítő rudakat alkalmaztunk a födém körül a megfelelő merevítés biztosítására. Követelemények részletezése normál hőmérsékletre Új kísérleti bizonyítékok
18
3. teszt szerkezete
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
19
3. teszt szerkezete
Célkitűzések
Fajlagos tűzterhelés: 511MJ/m2 BS EN 1991-1-2 E függeléke szerint megadva. A tűzterhelés 45 szabványos farakással biztosítható (1m x 1m x 0.5 m magas), a tűzszakaszban egyenletesen elhelyezve (9.0m x 15.0m).
Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
45 FARAKÁS (1,5M X 1,5 M TÖMBÖKBEN)
WOODEN CRIBS LOCATION FARAKÁSOK HELYZETE
Új kísérleti bizonyítékok
20
Kísérleti eredmények
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
•
Tűzhőmérséklet
•
Védetlen acélgerendák hevítése
•
Védett acél szerkezeti elemek hevítése
•
Vasbeton födém hevítése
•
Födém lehajlása
•
Megfigyelések a vasbeton födém viselkedése alapján – Beton elrepedése illetve összezúzódása – Betonba ágyazott merevítő acélháló tönkremenetele a teszt során – Peremgerendák összeomlása
Új kísérleti bizonyítékok
21
Kísérleti eredmények •
Tűzhőmérséklet
Célkitűzések
1200 Kísérletek
Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
1000
Temperature (°C) Hőmérséklet
összeállítása
800 600
ISO834
400
1. teszt FRACOF Test 1
200
2. teszt Test 2 COSSFIRE
0 0
30
60
90
120 150 180 210 240
Time (min) Idő (perc) Új kísérleti bizonyítékok
22
Kísérleti eredmények •
3. teszt - hőmérsékletek
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
23
Kísérleti eredmények •
Védetlen acélgerendák hevítése
Célkitűzések
összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
Temperature (°C) Hőmérséklet
Kísérletek
1.FRACOF COSSFIRE teszt 2. teszt
A B C
0
30
60
90
A B C
120 150 180 210 240
Time (min) Idő (perc)
Új kísérleti bizonyítékok
24
Kísérleti eredmények •
3. teszt – védetlen acélgerendák hevítése
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
25
Kísérleti eredmények • Célkitűzések
Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
500 400
A B C
300 200 100
FRACOF 1. teszt
0 0
30
60
90
120 150 180 210 240
Time (min) Idő (perc)
•
700
2. teszt COSSFIRE
Temperature (°C) Hőmérséklet
összeállítása
600
Temperature (°C) Hőmérséklet
Kísérletek
Védett acélgerendák hevítése
600 500 400 300 200
A B C
100 0 0
30
60
90
120 150 180 210 240
Time (min) Idő (perc)
Megfigyelés – A COSSFIRE teszt folyamán magasabb hőmérsékletű gerendák 550 °C, és az egyik másodlagos peremtartó > 600 °C hőmérsékletre hevült Új kísérleti bizonyítékok
26
Kísérleti eredmények •
Öszvérfödém hevítése
Célkitűzések
összeállítása
1000
1000 900
Kísérleti eredmények és megfigyelések
Temperature (°C) Hőmérséklet
800 700 600
A'
500
C E
400 300
Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel
200
D
100
F
0 0
30
60
90
A C E
900
DD and ésE:E: reinforcing steel acélháló
Temperature (°C) Hőmérséklet
Kísérletek
120 150 180 210 240
Time (min) Idő (perc)
800 700
B D F
600 500 400 300 200
D E: Dand és E: reinforcing acélhálósteel
100 0 0
30
60
90
120 150 180 210 240
Time (min) Idő (perc)
Következtetések
1. teszt
Új kísérleti bizonyítékok
2. teszt
27
Kísérleti eredmények •
3. teszt – kompozit födém hevítése
Célkitűzések Kísérletek összeállítása
Hőelemek a födémben/szegecsben Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
28
Kísérleti eredmények •
Elmozdulás-mérő jeladók elhelyezése a lehajlás mérése érdekében
Célkitűzések Kísérletek összeállítása
D3
1300 mm
Kísérleti
Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel
D6 D7
800 mm
eredmények és megfigyelések
D3
D4
D1
D2
D5
D2
1660 mm
D1
1300 mm
D4 1300 mm
D8
Következtetések
1. teszt
Új kísérleti bizonyítékok
2. teszt
29
Kísérleti eredmények •
Födém lehajlása
összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel
Verticalelmozdulás displacement (mm) Függőleges
Kísérletek
600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
D1 D2 D3
0
30
60
90
D4 120 150 180 210 240
Time (min) Idő (perc)
Verticalelmozdulás displacement (mm) Függőleges
Célkitűzések 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
Extrapolated Extrapoláltresults értékek
D3
D1
D4
D2
D5 D7 D8 0
30
60
90
D6
120 150 180 210 240
Time (min) Idő (perc)
Következtetések
1. teszt
Új kísérleti bizonyítékok
2. teszt
30
Kísérleti eredmények •
3. teszt – elmozdulás-mérő jeladók a lehajlások mérésére
Célkitűzések NYÍLÁS
Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Acélon elhelyezett hőelemek elhelyezésének tervrajza (rács-zóna) Új kísérleti bizonyítékok
31
Kísérleti eredmények •
3. teszt – a födém lehajlása
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
32
Kísérleti eredmények •
Beton elrepedése (1. teszt)
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések
Repedés a betonon
Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
•
Megfigyelés – A födém kiváló globális stabilitása a betonba ágyazott acélháló tönkremenetelének ellenére is Új kísérleti bizonyítékok
33
Kísérleti eredmények •
Beton elrepedése (3. teszt)
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések
Beton elrepedése
Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
•
Megfigyelés – A födém kiváló globális stabilitása a repedések megjelenésének ellenére is Új kísérleti bizonyítékok
34
Kísérleti eredmények •
A gerenda gerinclemezének instabilitása (3. teszt)
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Új kísérleti bizonyítékok
35
Kísérleti eredmények •
Beton összezúzódása (2. teszt)
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és
Beton összezúzódása
megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
•
Megfigyelés – A födém globális stabilitása megfelelő maradt az egyik peremtartó tönkremenetelének ellenére is
Új kísérleti bizonyítékok
36
Összehasonlítás az egyszerű tervezési szabályokkal
Célkitűzések
1. teszt
Kísérletek
Teszt
összeállítása
2. teszt
Egyszerű tervezési módszer
Teszt
Egyszerű tervezési módszer
120
> 120
96
366(*)
510
376(*)
Kísérleti eredmények és
Tűzvédelmi > 120 osztály (perc)
megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
Lehajlás (mm) •
450
Megfigyelés – Kísérleti eredmények: Tűzvédelmi osztály > 120 perc Új kísérleti bizonyítékok
37
Új kísérleti eredmények
Célkitűzések Kísérletek összeállítása Kísérleti eredmények és megfigyelések Összehasonlítás az egyszerű tervezési módszerrel Következtetések
•
Általános következtetések az új tűztesztek alapján – A membrán-hatás alatt álló vasbeton födémrendszer kiváló tűz alatti viselkedése hosszú időtartamú ISO tűz esetén (>120 perc) – A vasbeton födém-rendszer nagyfokú robosztussága a lokális tönkremenetelek ellenére is – Kifejezett figyelmet kell szentelni a kivitelezési részletekre a betonba ágyazott acélhálóra is tekintettel léve az integritási kritérium megfelelő biztosítására – A teszteredményekkel történő összehasonlítás alapján az egyszerű tervezési eljárás biztonságos – Az öszvérfödém szerkezet lehűlése során nincs látható jele a tönkremenetelnek
Új kísérleti bizonyítékok
38
