Obnašanje jeklenih in sovprežnih stropnih konstrukcij
v požaru
Novi eksperimentalni dokazi
Nov. 2012
Vsebina
•
•
•
•
•
•
•
Nov. 2012
Cilji novih požarnih testov
Izvedeni so bili požarni preizkusi v okviru projektov
– FRACOF (ISO požar)
– COSSFIRE (ISO požar)
– FICEB (Naravni požar in satasti nosilci)
Opis eksperimentov
Rezultati eksperimenov
– Temperatura
– Pomiki
Ugotovitve in analiza
Primerjava z enostavno metodo
Zaključek
Novi eksperimentalni dokazi
2
Zakaj dodatni testi
Cilji
•
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
enostavno
metodo
Zaključek
Nov. 2012
•
Osnova
– Požarni testi stavbe Cardington
• Odlično obnašanje v pogojih naravnega požara
• Maks.  jekla  1150 °C, trajanje požara  60 min
(> 800°C)
• Konstrukcijske rešitve detajlov po Angleških
predpisih
Namen
– Potrditi odlično obnašanje tudi pri dolgo trajajočem
požaru (vsaj 90 minut ISO požarne obremenitve)
– Raziskati vpliv različnih konstrukcijskih detajlov kot
sta armaturna mreža in požarna zaščita robnih
nosilcev
– Preveriti različna inženirska orodja za kontrolo
požarne odpornosti
Novi eksperimentalni dokazi
3
Izbira preizkušancev
•
FRACOF test
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
C
O
R
N
E
R
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Zasnova stropne
konstrukcije
Novi eksperimentalni dokazi
Privzeti jekleni okviri za
požarni test FRACOF
4
Izbira preizkušancev
•
COSSFIRE test
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
E
D
G
E
P
A
R
T
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Zasnova stropne
konstrukcije
Novi eksperimentalni dokazi
Privzeti jekleni okviri za požarni
test COSSFIRE
5
Izbira preizkušancev
•
Končna oblika sovprežnih stropov
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
FRACOF
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
COSSFIRE
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
6
Projektiranje nosilnih elementov
Cilji
•
Jekleni okvir
– Sovprežni nosilci iz jekla in betona
• V skladu z EC 4, poglavje 1-1 (EN1994-1-1)
– Kratki jekleni stebri
•
Sovprežna plošča
– Skupna debelina
• V skladu z EC 4, poglavje 1-2 (EN1994-1-2)
– Armaturna mreža
• Določena z enostavno metodo projektiranja
•
Spoji v jekleni konstrukciji
– Običajni spoji: členkasti spoj z dvema kotnikoma ali s
podajno čelno pločevino
• V skladu z EC 3, poglavje 1.8 (EN1993-1-8)
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
7
Projektiranje nosilnih elementov
•
Razporeditev strižnih čepov na jeklenih nosilcih
Cilji
Priprave
109
preizkusa
207 m m
207 m m
125 m m
300 mm COSSFIR E
100 mm FR AC OF
125 m m
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Sekundarni nosilci
Enostavno
Primarni nosilci
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
•
Vrsta strižnih čepov
– TRW Nelson KB 3/4" – 125 (Φ = 19mm; h = 125 mm;
fy = 350 N/mm²; fu = 450 N/mm²)
Novi eksperimentalni dokazi
8
Spoji jeklenih elementov
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
Nosilec - steber
Sekundarni nosilec
Primarni nosilec
Spoj z dvema
kotnikoma ob
stojini
Podajne čelne
pločevine
Nosilec - nosilec
Spoj z dvema
kotnikoma ob
stojini
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Kvaliteta vijakov: 8.8
Premer vijakov: 20 mm
Novi eksperimentalni dokazi
9
Izbrane dimenzije
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
58 mm
Primerjava z
101 mm
62 mm
107 mm
Armaturna mreža
155 mm FRACOF
135 mm COSSFIRE
Sovprežna plošča
Opazovanje
Jeklena pločevina: COFRAPLUS60 – 0.75 mm
Kvaliteta betona: C30/37
Novi eksperimentalni dokazi
Velikost mreže: 150x150
Premer palic: 7 mm
Kvaliteta jekla: S500
Razdalja od zgornje
površine plošče do osi
armature:
• 50 mm FRACOF
• 35 mm COSSFIRE
10
Obtežba preizkušancev
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
F
R
A
C
O
F
15 vreč peska
teže 1512 kg,
nadomestna
zvezna
obtežba:
390 kg/m²
Opazovanje
20 vreč peska
teže 1098 kg,
nadomestna
zvezna
obtežba:
393 kg/m²
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
COSSFIRE
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
11
Priprava preizkušancev za FRACOF test
Cilji
Priprave
preizkusa
1
2
3
4
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
12
Obnašanje stropa med požarom
Cilji
Priprave
preizkusa
Po testu
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Pred testom
Unprotetced
Nezaščiteni
secondary
sekundarni beams
nosilci
Metodo
Projektiranja
Composite
Sovprežna
plošča
slab
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
13
Konstrukcija FICEB testa
Cilji
Nosilec-3
Priprave
Nosilec-4
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Nosilec polnostenski
Nosilec-5
Nosilec-1
Steber
GL-D
Steber
GL-A
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
14
Konstrukcija FICEB testa
Cilji
Priprave
preizkusa
Steber GL-A
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nosilec 3/4/5
Nov. 2012
Nosilec 1/2
Novi eksperimentalni dokazi
Steber GL-D
Polnostenki
nosilec
15
Konstrukcija FICEB testa
Spoj nosilec - nosilec
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
16
Konstrukcija FICEB testa
Spoj nosilec - steber
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
17
Konstrukcija FICEB testa
A393 Armaturna mreža,  10mm
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Polna interakcija: med ploščo in nosilci strižni
čepi, 19, h=95mm
U-armaturne palice okoli plošče – zahtevani detajl
pri sobni temperaturi
Novi eksperimentalni dokazi
18
Konstrukcija FICEB testa
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
19
Konstrukcija FICEB testa
Cilji
Gostota požarne obtežbe enaka 700MJ/m2
Požarna obtežba je dosežena s 45 lesenimi paletami (1m x 1m x 0.5 m višine),
ki so enakomerno porazdeljene po sektorju (9.0m x 15.0m).
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
WOODEN CRIBS LOCATION
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
20
Rezultati testa
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
•
Temperatura plinov med požarom
•
Segrevanje nezaščitenih jeklenih nosilcev
•
Segrevanje zaščitenih jeklenih nosilcev
•
Segrevanje sovprežne plošče
•
Upogib stropne konstrukcije
•
Opazovanje obnašanja sovprežne plošče
– Razpokanost in drobljenje betona
– Pretrganje armaturne mreže med preizkusom
– Porušitev robnih nosilcev
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
21
Rezultati testa
•
Temperatura plinov med požarom
Cilji
1200
Priprave
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
1000
Temperatura (°C)
Temperature
(°C)
preizkusa
800
600
ISO834
400
FRACOF
200
COSSFIRE
Projektiranja
0
Zaključek
0
30
60
90
120 150 180 210 240
Time
(min)
Čas (min)
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
22
Rezultati testa
•
Cilji
Temperatura plinov
med požarom – FICEB
test
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
23
Rezultati testa
•
Segrevanje nezaščitenih jeklenih nosilcev
Cilji
Priprave
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Temperatura (°C)
preizkusa
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Čas (min)
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
24
Rezultati testa
•
Segrevanje nezaščitenih jeklenih nosilcev– FICEB test
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
25
Rezultati testa
•
Segrevanje zaščitenih jeklenih nosilcev
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Temperatura (°C)
Priprave
Temperatura (°C)
Cilji
Primerjava z
Enostavno
Čas (min)
Čas (min)
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
•
Opazimo
– Nosilci so se v preizkusu COSSFIRE segreli precej
bolj  550 °C, en izmed robnih nosilcev še posebej >
600 °C
Novi eksperimentalni dokazi
26
Rezultati testa
•
Segrevanje sovprežne plošče
Cilji
Priprave
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
D in E:
Armaturno jeklo
Temperatura (°C)
Rezultati
Temperatura (°C)
preizkusa
D in E:
Armaturno jeklo
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Čas (min)
FRACOF
Novi eksperimentalni dokazi
Čas (min)
COSSFIRE
27
Rezultati testa
•
Segrevanje sovprežne plošče – FICEB test
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
28
Rezultati testa
•
Lokacije merilcev upogibkov plošče
Cilji
Priprave
preizkusa
D3
1300
mm
Rezultati
D7
800 mm
eksperimenta &
Opazovanje
D6
D3
D4
D1
D2
D5
D2
1300
mm
Primerjava z
1660
mm
D1
D4
1300
mm
Enostavno
D8
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
FRACOF
Novi eksperimentalni dokazi
COSSFIRE
29
Rezultati testa
•
Upogib stropa
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Vertikalni
pomik (mm)
Vertical
displacement
(mm)
Priprave
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)
Čas
(min)
FRACOF
Novi eksperimentalni dokazi
Vertikalni
pomik (mm)
Vertical
displacement
(mm)
Cilji
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Extrapolated rezultati
results
Ekstrapolirani
D3
D1
D4
D2
D5
D7 D8
0
30
60
90
D6
120 150 180 210 240
Time(min)
(min)
Čas
COSSFIRE
30
Rezultati testa
•
Lokacije merilcev upogibkov plošče – FICEB test
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
MERILNA MESTA (T/C & LVDT)
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
31
Rezultati testa
•
Upogibki plošče – FICEB test
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
32
Rezultati testa
•
Razpokanost betona (FRACOF)
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Razpoka v
betonu
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
•
Zaključek
Nov. 2012
Opazimo
– Kljub pretrganju armaturne mreže se ohrani
globalna stabilnost konstrukcije
Novi eksperimentalni dokazi
33
Rezultati testa
•
Drobljenje betona (COSSFIRE)
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Zdrobljen
Opazovanje
beton
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
•
Opazimo
– Kljub porušitvi betona po enem robu globalna
stabilnost konstrukcije ni ogrožena
Novi eksperimentalni dokazi
34
Rezultati testa
•
Razpokanost betona (FICEB)
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Razpoka
v betonu
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
•
Zaključek
Nov. 2012
Opazimo
– Kljub pojavu razpok se ohrani globalna
stabilnost konstrukcije
Novi eksperimentalni dokazi
35
Rezultati testa
•
Uklon stojine (FICEB)
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
Novi eksperimentalni dokazi
36
Primerjava testov
z enostavno metodo projektiranja
Cilji
FRACOF
Priprave preizkusa
COSSFIRE
Test
Enostavna
metoda
Test
Enostavna
metoda
Požarna
odpornost
(min)
> 120
120
> 120
96
Upogib (mm)
450
366(*)
510
376(*)
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
•
Ugotovitev
– Rezultati eksperimenta:
 Požarna odpornost > 120 minut
Novi eksperimentalni dokazi
37
Ugotovitve iz novih testov
Cilji
Priprave
preizkusa
Rezultati
eksperimenta &
Opazovanje
Primerjava z
Enostavno
Metodo
Projektiranja
Zaključek
Nov. 2012
•
Splošne ugotovitve iz požarnih testov
– Sovprežni stropovi se zaradi membranskega delovanja
odlično obnašajo tudi pri dolgo trajajočih ISO požarnih
obremenitvah (>120 minut).
– Kljub nekaterim lokalnim porušitvam se
globalna stabilnost sovprežne konstrukcije.
ohrani
– Posebno
pozornost
je
potrebno
nameniti
konstrukcijskim rešitvam glede polaganja armaturne
mreže, da zagotovimo kriteriju celovitosti.
– Rezultati, izračunani z enostavno metodo, so v
primerjavi z rezultati testov na varni strani.
– Med ohlajanjem po požaru novih
sovprežnem stropu ni bilo opaziti.
Novi eksperimentalni dokazi
poškodb
na
38