Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer
Beteende hos samverkansbjälklag med stål och betong utsatta för brand Enkel dimensioneringsmetod Syftet med dimensioneringsmetoden Background of simple design method 2 Background of simple design method 3 Presentationens innehåll • • • Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C – Modell för betongbjälklaget – Brottmoder Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer – Utökad till beteende vid brand – Membraneffekt vid förhöjda temperaturer – Bidrag från de oskyddade balkarna – Dimensionering av de skyddade balkarna Background of simple design method 4 Mekaniskt beteende för samverkansbjälklag Mekaniskt beteende hos • Traditionell dimensioneringsmetod samverkansbjälk- Skyddade balkar lag vid brand Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Pelare Balk Golv Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda Befintliga dimensioneringsmetoder förutsätter att enskilda delar beter sig på ett liknande sätt i riktiga byggnader temperaturer Brandcell Background of simple design method 5 Mekaniskt beteende hos golv med samverkansbjälklag Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • Verkligt beteende för samverkansbjälklag med armeringsnät i betongplattan Dimensionerings- Temperaturökning vid brand metod för armerade betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer (a) (b) (c) (d) Påverkan av membraneffekt beteende Enkel böjning Background of simple design method 6 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensionerings- metod för armerade betongplattor vid 20 °C Dimensionerings- • Metoden är utvecklad av Professor Colin Bailey University of Manchester Delvis i samarbete med Building Research metod för samverkansbjälklag Establishment (BRE) vid förhöjda temperaturer Background of simple design method 7 Utformning för membranverkan vid brand Brottlinjemönster Oskyddade balkar Skyddade balkar Background of simple design method 8 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • Bjälklagsmodell med fritt upplagda kanter - väldigt konservativt antagande Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C brottlinje Fritt upplagd längs fyra kanter Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Background of simple design method 9 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • Bjälklagsmodell – Membraneffekten ökar bärförmågan Område med dragspänningar Dimensioneringsmetod för armerade Fritt upplagd längs fyra kanter betongplattor vid 20 °C Brottlinje Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Tryck tvärs brottlinjen Drag tvärs brottlinjen Background of simple design method 10 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • Membrankrafter längs brottlinjerna(1) L Dimensionerings- metod för nL k b K T0 C armerade betongplattor vid Element 1 S C Dimensionerings- F T2 B T1 samverkansbjälklag vid förhöjda A D 20 °C metod för C E S T2 b K T0 temperaturer Element 1 Element 2 ℓ Element 2 Background of simple design method 11 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkans- • Membrankrafter längs brottlinjerna(2) bjälklag vid brand Dimensioneringsmetod för k, b Parametrar som definierar storleken på membrankrafterna, n en faktor som härleds från brottlinjeteorin, K förhållandet mellan armeringen i det kortare spannet och armeringen i det längre spannet, KT0 bärförmågan hos armeringsnätet per breddenhet T1, T2, C, S resulterande membrankrafter längs brottlinjerna. armerade betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Background of simple design method 12 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensionerings- • Bidrag från membranverkan(1) – Element 1 metod för armerade betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Vy i horisontalplanet av de resulterande membrankrafterna Background of simple design method Sidovy av de resulterande membrankrafterna vid nedböjning w 13 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensionerings- • Bidrag från membranverkan(2) – Element 2 metod för armerade betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Vy i horisontalplanet av de resulterande membrankrafterna Sidovy av de resulterande membrankrafterna vid nedböjning w Background of simple design method 14 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensionerings- • Bidrag från membranverkan(3) – Tillskottsfaktorer för varje element metod för armerade betongplattor vid ei, i=1,2 = 20 °C Dimensioneringsmetod för eim : tillskott från membrankrafter på element i + eib : tillskott från effekten som krafterna i planet har på böjningskapaciteten – Totalt tillskott samverkansbjälklag e e1 vid förhöjda temperaturer e1 e2 1 2 a 2 där: μ a är koefficienten för armeringens ortotropa egenskaper är plattans längd/breddförhållande = L/ℓ Background of simple design method 15 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • Bidrag från membranverkan(4) Dimensioneringsmetod för Bärförmåga baserad på membranverkan armerade 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Bärförmåga betongplattor vid Tillskottsfaktor från membrankraften för en given nedböjning(w1 ) Bärförmåga baserad på brottlinjeteorin w1 Nedböjning(w) Background of simple design method 16 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • Brottmoder (dragbrott i armering) Helt genomsprucken Tryckbrott i betongen Dimensioneringsmetod för Brott i armeringen i det längre spannet armerade betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Brottlinjemönster Plattans kant rör sig mot mitten och minskar spänningarna i det korta spannets armering Background of simple design method 17 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • Brottmoder (Tryckbrott i betong) – Mer sannolikt vid stor armeringsmängd Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Betongen krossas på grund av spänningar i planet Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer brottlinjemönster Background of simple design method 18 Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • Brottmoder (Resultat från försök) Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Dragbrott i armering Background of simple design method Tryckbrott i betong 19 Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensionerings- • Bjälklagsmodell vid förhöjda temperaturer (1) – Bygger på samma modell som vid rumstemperatur metod för armerade betongplattor vid 20 °C Dimensionerings- – Hänsyn tagen till temperaturens påverkan på materialegenskaperna metod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Background of simple design method 20 Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer Fri böjning av en betongplatta x y0 T0 = (T1 + T2)/2 VARMT d KALLT T2 strålning L y0 ∆T T1 Värmekällor ∆T=T2 – T1 y Temperaturfördelning Konstruktion Fritt upplagd balk y L2 (T2 T1 ) 8 d Böjning orsakas av temperaturskillnad Konsol ∆T=T2 – T1 Background of simple design method Fritt upplagd balk y Konsol L2 (T2 T1 ) 2 d eller en gradient ∆T/d 21 Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensionerings- • Bjälklagsmodell vid förhöjda temperaturer(2) – Tar hänsyn till termisk böjning av plattan på grund av temperaturgradient över tjockleken: metod för armerade betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer w (T2 T1 ) 2 19.2 h där: h Bjälklagets effektiva tjocklek ℓ bjälklagets kortare spann temperaturutvidgningskoefficient För lättbetong ger EN 1994-1-2 värdet LWC = 0.8 × 10-5 °K-1 För normalbetong antas ett konservativt värde: NWC = 1.2 × 10-5 °K-1 < 1.8 × 10-5 °K-1 (EN 1994-1-2) T2 temperaturen på bjälklagets undersida [brandexponerade sidan] T1 temperaturen på bjälklagets översida [oexponerade sidan] Background of simple design method 22 Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • Bjälklagsmodell vid förhöjda temperaturer(3) Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C – Den genomsnittliga töjningen antas lika med töjningen motsvarande halva sträckgränsen vid rumstemperatur – Bjälklagets nedböjning på grund av vertikala laster antas ha en parabolisk form Dimensioneringsmetod för w samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer 0.5fsy Es 3L2 30 8 där: Es är elasticitetsmodulen för armeringen vid 20°C fsy är armeringens sträckgräns vid 20 ° C L är bjälklagets längre spann Background of simple design method 23 Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • Bjälklagsmodell vid förhöjda temperaturer (4) Dimensioneringsmetod för armerade – Bjälklagets maximala nedböjning: betongplattor vid 20 °C Dimensionerings- w (T2 T1 ) 2 19.2 h metod för 0.5fsy Es 3L2 8 samverkansbjälklag vid förhöjda – Bjälklagets maximala nedböjning begränsas till: temperaturer w w T2 T1 l 2 19.2h l / 30 L 30 Background of simple design method 24 Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensionerings- • Antaganden på säker sida för bjälklagsmodellen vid förhöjda temperaturer metod för armerade – Armering över stöd förutsätts gå till brott betongplattor vid 20 °C – De vertikala förskjutningarna som sker till följd av termisk krökning underskattas jämfört med de teoretiska värdena Dimensionerings- – Plattans termiska krökning är beräknad utifrån det kortare spannet metod för samverkansbjälk- – Tillkommande vertikala förskjutningar av förhindrad termisk expansion när plattan är deformerad försummas lag vid förhöjda – Eventuella bidrag från samverkansplåt bortses ifrån temperaturer – Ökningen av armeringsnätets mjuknande som följd av temperaturökningen försummas Background of simple design method 25 Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Dimensionerings- • Bjälklagets bärförmåga ökas med hjälp av oskyddade stålbalkar(1) – Linverkan hos oskyddade balkar försummas – De oskyddade balkarnas bärförmåga för moment tas hänsyn till genom följande antaganden: Fritt upplagda i båda ändarna Uppvärmning av stålets tvärsnitt beräknas enligt EN 1994-1-2 4.3.4.2 med hänsyn till skuggeffekter Termiska och mekaniska egenskaper för både stål och betong enligt EN 1994-1-2 metod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Background of simple design method 26 Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • Bjälklagets bärförmåga ökas med hjälp av oskyddade stålbalkar(2) Dimensioneringsmetod för armerade – Tillskottet till bärförmågan från de oskyddade balkarna: betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälk- 8M Rd , fi 1 nub L2 l lag vid förhöjda temperaturer L där: nub antalet oskyddade balkar MRd,fi bärförmåga för varje enskild oskyddad samverkansbalk Background of simple design method 27 Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer Mekaniskt beteende hos samverkans- bjälklag vid brand Dimensionerings- • Beräkning av temperaturen i samverkansbjälklaget – Baseras på avancerade beräkningsmodeller metod för armerade betongplattor vid 20 °C 2D finit differensmetod Stålet och betongens termiska egenskaper tas från EN 1994-1-2 Dimensionerings metod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer ”Skuggeffekten" tas hänsyn till vid beräkningen för samverkansbjälklag p x Element i topp h y sida =1.0 b1 Background of simple design method L Element i 28 Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C • Bärförmågan för skyddade kantbalkar – Flytmekanism för bjälklaget baserad på balkarnas bärförmåga – Lastförhållandet vid brand Dimensionerings- Tillkommande last på skyddade balkar metod för samverkansbjälklag vid förhöjda – Kritisk temperatur enligt den förenklade beräkningsmetoden (EN 1994-1-2) temperaturer Background of simple design method 29 Dimensioneringsmetod vid förhöjda temperaturer Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand • De skyddade kantbalkarnas bärförmåga baseras på en global flytmekanism Dimensioneringsmetod för armerade Rotationsaxel betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för o Kantbalk o Brottlinje o Rotationsaxel Mb,3 o Kantbalk Mfi,Rd samverkansbjälklag vid förhöjda Mb,1 Mb,2 Mfi,Rd temperaturer Rotationsaxel o o o Rotationsaxel Background of simple design method Mb,4 Brottlinje o 30 Verifiering mot resultat från försök Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensioneringsmetod för armerade 7 fullskaliga försök i Cardington 1 fullskaligt BRE-försök (vid rumstemperatur men simulerad för brand) betongplattor vid 20 °C 10 försök vid rumstemperatur som genomfördes under 1960och 1970-talet Dimensionerings- metod för 15 småskaliga försök utförda av Sheffield University 2004 samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer 44 småskaliga försök vid rumstemperatur och vid brand utförda av universitetet i Manchester FRACOF och COSSFIRE ISO-brandförsök Fullskaligt försök utfört av Ulster University under 2010 Background of simple design method 31 Småskaliga experiment om betongbjälklags beteende och design Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer 22 försök vid rumstemperatur och 22 identiska brandförsök (både MS och SS armeringsnät) Background of simple design method 32 Fördelar med att tillämpa denna metod Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensioneringsmetod för armerade betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Genom att placera skydd där det behövs kan man lämna 40-55% av balkarna oskyddade Background of simple design method 33 Tillgängliga dokument Mekaniskt beteende hos samverkansbjälklag vid brand Dimensionerings- metod för armerade betongplattor vid 20 °C Dimensioneringsmetod för samverkansbjälklag vid förhöjda temperaturer Background of simple design method 34
© Copyright 2024