Navrhování betonových konstrukcí na účinky požáru
Transcript of Navrhování betonových konstrukcí na účinky požáru
Navrhování betonových Navrhování betonových konstrukcí na účinky požárukonstrukcí na účinky požáru
Ing. Jaroslav Langer, PhDProf. Ing. Jaroslav Procházka, CSc.
Beton z požárního hlediska
• Ohnivzdorný materiál: - nehořlavý- tepelně izolační
• Skupenství: pevné, kapalné, plynné• Voda vázaná: chemicky, fyzikálně• Pórovitost, propustnost
Vliv teploty na beton
• Nad 100°C: - klesá vlhkost betonu- dehydratuje cementový tmel
- částice kameniva se rozpínají, vznikají v nich rozdílná teplotní přetvoření- v cementovém tmelu mikrotrhliny- rozdílné teplotní přetvoření na styku kameniva a cementového tmelu ⇒ beton se nerozpadá, povrchové částice odpadávají
Vliv teploty na beton
• Nad 350°C: - dehydratace kameniva- kamenivo se začíná rozpadávat
- nejdříve se rozpadá např. křemenný štěrk, později drcená žula apod.
• Se stoupající teplotou - do 1200°C: - transformace materiálu (oddělování kalcium hydroxidu a kalcium karbonátu
• Nad 1200°C: - tavení materiálu
Účinek požáru na beton• Odpadávání úlomků betonu od povrchu:
příčina: tlak vodní páry v pórechOdštěpování více pravděpodobné u betonu s:- vyšší vlhkostí- menší propustností vodních par (vysokopevnostní betony – málo propustné) Opatření: syntetická vlákna, výztužné sítě
· Pokles pevnosti - do 300° C konstrukčněnevýznamné, pak rychlý pokles
· Beton – ochrana výztuže
Přístup k navrhování
• Materiálově založený přístup - nedostatečný,důležitý i vliv zatížení a chování konstrukce
• Přístup EN 1992-1-2:přihlíží k:- možnému zatížení při požáru- fyzikálním a teplotním vlastnostem betonu
a oceli- chování prvků, popř. celé konstrukce
Zkouška požární odolnosti stropní desky
Zkouška požární odolnosti panelu TT
Zkouška požární odolnosti sloupu
Zkouška požární odolnosti stěny
Ukončení zkoušky požární odolnosti stěny
EN 1992-1-2• platí pro konstrukce navržené podle EN 1992-1-1
• požární odolnost zajištěna pasivními prvkyvlastní odolností konstrukce - zabránit předčasnému kolapsu, šíření požáru
• neplatí pro předpjaté konstrukce s vnějšími kabely a skořepiny
Návrh:• mimořádná návrhová situace• rozdíly nebo dodatky k návrhu za normální teploty
Požadavky• „R“ - mechanická odolnost• „E“ - požárně dělící funkce• „I“ - tepelně izolační funkce
Zatížení při požáruη fi =0,7 Ed,fi = η fi Ed
Vlastnosti materiálů– mechanické Xd,fi = kΘ Xk / γ M,fi
– teplotní Xd,fi = Xk,Θ / γ M,fi ; γ M,fi = 1,0
SpolehlivostEd,fi < Rd,fi
Mechanické vlastnostiBeton v tlaku - pracovní diagram
Mechanické vlastnostiBeton v tahu - redukční součinitel
Mechanické vlastnostiVýztuž - pracovní diagram
Teplotní a fyzikální vlastnostiBeton - teplotní roztažnost
1 silikátové kamenivo
2 vápencové kamenivo
Teplotní a fyzikální vlastnostiBeton - specifické teplo
Teplotní a fyzikální vlastnostiBeton - teplotní vodivost
Teplotní a fyzikální vlastnostiVýztuž - teplotní roztažnost
1 betonářská výztuž
2 předpínací výztuž
Návrhové metody
• Návrh podle tabulek– tabulky pro kategorie prvků
• Zjednodušené metody– únosnost průřezů: izoterma 500° – zónová metoda
• Obecná metoda– analýza reálného chování za požáru
Návrh podle tabulek
• „E“, „I“ splněny dodržením min. tloušťky prvku• „R“ dodržet osovou vzdálenost výztuže a (obr.)• dodržet konstrukční zásady• bez dalšího ověřování na smyk, kroucení, kotvení
Zjednodušené metody– mezní únosnost otepleného průřezu
– namáhání M, N , M - N
– rozložení teploty v konstrukci při požáru– zkoušky, teplotní profily, výpočet
• Metoda izotermy 500°– beton o teplotě >500° zanedbán
• Zónová metoda– dělení průřezu na zóny
– vyloučení teplotou poškozeného betonu
Teplotní profil pro desku
Teplotní profil pro trám
Teplotní profil pro sloup
Metoda izotermy 500°
Oboustranně vyztužený průřez
Zónová metoda
Obecná metoda– reálný výpočet konstrukce vystavené požáru
– použitý postup má být ověřen zkouškou 1:1
– modely:
• teplotní odezva - zatížení podle EN 1992-1-2• teplotní a fyzikální vlast. závislé na T
• mechanická odezva - závislost mech. vlast. na T• napětí a přetvoření od T
• podmínky uložení a omezení deformací
Odprýskávánínepravděpodobné pro vlhkost menší než 3% hmotnosti
Odpadávání betonupozdější stádia požáru - krytí větší než 70 mm → síť
Vysokohodnotný beton
– C55/67 až C80/95 s obsahem křemičitého úletu < 6%hmotnosti cementu - pravidla pro normální beton
– C80/95 až C90/105 a C55/67 až C80/95 s „k.ú.“>6%♦ provést alt. opatření: •síť, •test, •ochranu, •vlákna ♦ pro tabulkové údaje a zjednodušené metody přijmout dodatečné redukce posun izotermy 500° na 400°: - zvětšení osové vzdálenost pro sloupy, - mezního momentu pro trámy
Příklad - deska q=5 kN/m2
g=7 kN/m2
Suché prostředíREI 90
As=1026 mm2
Asd=915 mm2
Tab.: EI 90 - h=100 mm < 200 mm – vyhovíR 90 - a=30 mm > 27 mm – nevyhoví
závěr R90 není splněno
S ohledem na rezervu v ploše výztuže:
σfi,s=0,7 =223 MPa410*0,0009151,15*0,001026
ks(Θ)= =0,54223410
Θcrit= 528°C
a´=a+∆a=30+0,1*(500-528)=27,2 > ad=27mmR90 není splněno
Zónová metoda
Θcrit= 510°CKřivka 90min:
fyd,fi= =307 MPa0,75*4101
ks(Θ)=0,75
fcd,fi= =25 MPa1*251
x=1,25*0,001026*307 / 25=0,016mMRD=0,001026*307000*(0,2-0,027-0,4*0,016)=52 kNm
Md,fi=0,7*53=37 < MRD=52 kNmR90 je splněno
Požární zkouška Cardington
Budova:
- půdorysná plocha 6750 m2
- pole 7,5 m x 7,5 m
- počet podlaží 7
- požární odolnost 60 min.
Požární zkouška - 1. podlaží
- plocha požární sekce 225 m2
- stropní deska:
tloušťka 250 mm, krytí 20mm
beton fc = 74 MPa
vlhkost 3,8 % hmotnosti
zatížení nahoře 3,25 kN/m2
- sloup:0,4m x 0,4 m, 0,4 m x 0,25 m
světlá výška 4250 mm
krytí 40 mm
beton fc = 103 MPa
polyp. vlákna 2,7 kg/m3
vlhkost 4,2 % hmotnosti
přitížení, aby os. síla N=925 kN
Před požárem - požární zatížení 40 kg/m2 ( 720 MJ/m2),
podepření pro případ havárie - bez dotyku s deskou
Plně rozvinutý požár
- po 10 min. odštěpování
betonu ze spodního líce
desky
Průběh teploty za požáru
Po požáru - rozsah odštěpení betonu
Sloup z vysokopevnostního
betonu po požáru
- beton s přísadou
polypropylénových vláken
2,7 kg/m2 betonu
Tlakové membránové působení
Děkuji za pozornost