Plieninių ir kompozitinių perdangų konstrukcijų elgsena ... · Esant perdangos ir kolonos...

Plieninių ir kompozitinių perdangų konstrukcijų elgsena

gaisro metu

Paprastesnio skaičiavimo būdo skaitinė parametrinė analizė

2 Paprastesnio skaičiavimo būdo skaitinis parametrinis tyrimas

• Parametrinio nagrinėjimo tikslai

• Parametrinio nagrinėjimo ypatumai

• Skaičiavimas baigtinių elementų

metodu

• Skaitinio modelio pagrindimas

• Perdangos kraštų nepertrauktumo

poveikis

• Parametrinės nagrinėjimo rezultatai

• Išvados

Pristatymo turinys


Parametrinio nagrinėjimo tikslai

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas

baigtinių elementų

metodu

Skaitinio modelio

patikra

Kraštinių sąlygų

poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados

• Pagrindas

– FRACOF (1-is bandymas) – COSSFIRE (2-is bandymas) tikrojo

dydžio bandymas standartinio gaisro poveikiui

• Labai gera kompozitinių perdangų konstrukcijų elgsena

(pasireiškia tempiamasis membraninis poveikis)

• Didžiausia plieno temperatūra 1000 °C, gaisro trukmė

120 min

• Prancūziški konstrukcijų mazgai

• Įlinkis 450 mm

– FICEB (3-is bandymas) skylėtų sijų tikrojo dydžio bandymas

gaisro poveikiui

• Tikslas

– Paprastesnio skaičiavimo būdo patikra visoje jo taikymo srityje

(naudojant sudėtingesnius skaičiavimo modelius)

• Perdangos įlinko ribinis dydis

• Plieninės armatūros pailgėjimas


6 m x 6 m 6 m x 9 m 9 m x 9 m 6 m x 12 m 9 m x 12 m

Pagrindinės sijos

Apsaugotos šalutinės sijos

Neapsaugotos tarpinės sijos

7,5 m x 15 m 9 m x 15 m

• Perdangos gardelės dydis

Parametrinio nagrinėjimo ypatumai (1/3)

Apkrovų derinys biurų pastatams gaisro metu pagal EC0:

G (Nuolatinė apkrova) + 0,5 Q (kintamoji apkrova)

G= Savasis svoris + 1,25 kN/m²

Q= 2,5 ir 5 kN/m²

• Apkrovimo lygiai

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados


• Sąsajos tarp perdangos ir plieninių kolonų sąlyga

Parametrinio nagrinėjimo ypatumai (2/3)

perdangos plokštė

perdangos plokštė

kolona

kolona

Esant perdangos ir kolonos

mechaninei jungčiai Kai nėra perdangos ir

kolonos mechaninės jungties

sija

šlyjamoji jungė sija

šlyjamoji jungė

betoninė plokštė

betoninė plokštė

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinės

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados


• Atsparumas ugniai: R30, R60, R90 and R120

Parametrinės studijos ypatumai (3/3)

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Tem

pe

ratu

re [°

C]

Time [min]

R30

R120 R90

R60

Kraštinių sijų įkaitimas

(daugiausia 550

C)

Laikas [min]

Tem

per

atū

ra [

0 C]

Tikslai

Parametrinės

studijos

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinės

studijos rezultatai

Išvados


Baigtinių elementų modelis

• Mišrus modelis, sudarytas iš keleto tipų ANSYS

skaitmeninio kodo baigtinių elementų tipų

Beam24 : plieninė sija,

plieninis lakštas ir

betoninės briaunos PIPE16 (6 DOF vienmatis elementas):

plieninių sijų ir betoninės plokštės jungtis

BEAM24 :

plieninė kolona

SHELL91 (6 DOF daugiasluoksnis):

betoninės plokštės vientisoji dalis

Tikslai

Parametrinės

studijos ypatumai

Skaičiavimas

baigtinių

elementų

metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinės

studijos rezultatai

Išvados


Baigtinių elementų modelis

• Mišrus modelis, sudarytas iš keleto tipų SAFIR

skaitmeninio kodo baigtinių elementų

BEAM Elementas

SHELL Elementas

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas

baigtinių

elementų

metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados


Plokštės rodikliai

• S235 sijos

• COFRAPLUS60 trapecinis plieninis lakštinis (0,75 mm storio)

profiliuotis

• Įprastinio svorio betonas C30/37

• S500 armatūrinis tinklas

• Vidutinis tinklo nuotolis (nuo viršutinio paviršiaus) = 45 mm

58

mm

101

mm 107 mm

62 mm

120 mm (R30)

130 mm (R60)

140 mm (R90)

150 mm (R120)

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas

baigtinių

elementų

metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados


Šiluminės mechaninės savybės (1/2)

• Plieno šiluminės mechaninės savybės:

– šiluminiai rodikliai pagal EC 4-1-2

– tankis, nepriklausantis nuo temperatūros (ρa = 7850 kg/m3)

– Įtempių ir deformacijų sąryšiai:

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

Str

ess [

MP

a]

Strain [%]

20 °C

100 °C

200 °C

300 °C

400 °C

500 °C

600 °C

700 °C

800 °C

900 °C

1000 °C

1100 °C

1200 °C

Deformacija [%]

Įtem

pia

i [M

Pa]

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas

baigtinių

elementų

metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados


Šiluminės mechaninės savybės (1/2)

• Betono šiluminės mechaninės savybės:

– šiluminiai rodikliai pagal EC4-1-2

– vienetinė masė priklausomai nuo temperatūros pagal EC4-1-2

– Druckerio Pragerio takumo rodiklis

– stiprio pataisos koeficientai pagal EC4-1-2:

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 200 400 600 800 1000 1200

Re

du

cti

on

fa

cto

r

Temperature [ C]

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

Temperatūra [0C]

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Analizė baigtinių

elementų

metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados


ANSYS skaitinio modelio patikra

1-uoju bandymu (1/2)

• Palyginimas su gaisriniu bandymu (šilumos perdavos tyrimas)

Neapsaugotos plieninės sijos Apsaugotos šalutinės sijos

Apsaugotos pagrindinės sijos Kompozitinė plokštė

A

B

C

A B

C

A B

C F

B

A

C

D

E

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio

modelio patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados


ANSYS skaitinio modelio patikra


• Palyginimas su gaisriniu bandymu (įlinkis)

0

100

200

300

400

500

0 15 30 45 60 75 90 105 120

Time (min)

Dis

pla

ce

men

t (m

m)

Mid-span of

unprotected

central

secondary beamsMid-span of

protected edge

secondary beamsMid-span of protected

primary beams

Central part

of the floor

Test Simulation

Sumodeliuota perdangos

deformuota padėtis po

bandymo

Įlinkių palyginimas (plokštės ir sijų)

test

Įlin

kis

[mm

]

Neapsaugotos

centrinės sijos

centras

Grindų

centrinė dalis

Apsaugotų pagrindinių

sijų centras

Apsaugotų

kraštinių šalutinių

sijų centras

Band. Modelis

Laikas [min]

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio

modelio patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados


SAFIR skaitinio modelio patikra



Neapsaugotos plieninės

sijos

Kompozitinė perdanga

A

B

C

F

B

A

C

D

E

Plokštės temperatūrų palyginimas

Standartinio gaisro trukmė [s]

Tem

per

atū

ra [

0 C]

taškas E – vidutinė išmatuota

reikšmė

Taškas F – vidutinė išmatuota

reikšmė

Armatūros strypų padėtis (SAFIR)

Bandymo pabaiga

Konstrukcinis betonas

Medžiaga neturinti mechaninio atsparumo

Termiškai paveiktas betonas

Standartinio gaisro trukmė [s]

Neapsaugota šalutinė sija: temperatūros palyginimas

Dujos

Apatinė lentyna

(vidutinė išmatuota

reikšmė)

Sienelė (vidutinė

išmatuota reikšmė)

Viršutinė lentyna

(vidutinė išmatuota

reikšmė)

Apatinė lentyna

(SAFIR)

Sienelė (SAFIR)

Viršutinė lentyna

(SAFIR)

Tem

per

atū

ra [

0 C]

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio

modelio patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados





Sumodeliuoti įtempiai plokštėje po bandymo

Poslinkių palyginimas (plokštės ir sijos)

D186 - perdangos centras

(išmatuota)

D188 – neapsaugotos sijos

centras (išmatuota)

D189 – apsaugota šalutinė

sija (išmatuota)



D186 – perdangos centras

(SAFIR)

D188 – Neapsaugotas sijos

centras (SAFIR)

D189 – Apsaugota šalutinė

sija (SAFIR)

D191 – Apsaugota

pagrindinė sija (SAFIR)

Laikas [s]

Sta

tusi

s p

osl

inki

s [

m]

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio

modelio patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados





Neapsaugotos plieninės sijos

Kompozitinė plokštė

A

B

C

F

B

A

C

D

E

Dujos

Viršutinė lentyna

(išmatuota reikšmė)

Sienelė (išmatuota

reikšme)

Apatinė lentyna

(išmatuota reikšmė)

Viršutinė lentyna

(SAFIR)

Sienelė (SAFIR)

Apatinė lentyna

(SAFIR)

Taškas E – Vidutinė išmatuota reikšmė

Taškas F – vidutinė išmatuota reikšmė

Viršutinis paviršius – vidutinė išmatuota

reikšmė

Armatūros strypų padėtis (SAFIR)

Viršutinis paviršius (SAFIR)

Medžiaga neturinti mechaninio atsparumo

Terminis betonas

Konstrukcinis betonas

Laikas [min]

Tem

per

atū

ra

[0 C]

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio

modelio patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados






Įlinkių palyginimas (plokštėje ir sijose)


(išmatuota)


(išmatuota)

D277 – apsaugota pagrindinė

sija (išmatuota)



D232 – apsaugotos šalutinės

sijos centras (išmatuota)


(SAFIR)


(SAFIR)

D227 – apsaugota pagrindinė

sija (SAFIR)


centras (SAFIR)

D232 – apsaugota šalutinė

sija (SAFIR) Laikas [min]

Sta

tusi

s p

osl

inki

s [

m]

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio

modelio patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados





Neapsaugotos plieninės

sijos

Kompozitinė plokštė

Laikas [min]

Tem

per

atū

ra [

0 C]

Tem

per

atū

ra [

0 C]

Laikas [min]

Neapsaugota šalutinė skylėta sija: Temperatūros palyginimas

Tem

per

atū

ra [

0 C]

Zona 1 – išmatuota reikšmė


Zona 3 centras – išmatuota reikšmė



Zona 2 – skaitinis modeliavimas (SAFIR)

A-3 padėtis (SAFIR)



A-3 padėtis (išmatuota reikšmė)



Plokštės temperatūros palyginimas (zona A)

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio

modelio patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados




• Mišrus modelis sijos išklupusios sienelės poveikiui įvertinti

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 200 400 600 800 1 000 1 200

Re

du

cti

on

fa

cto

rs

Temperature ( C)

kEa,θ

kap,θ

kay,θ

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 200 400 600 800 1 000 1 200

Re

du

cti

on

fa

cto

rs (x

1E

-3)

Temperature ( C)

kEa,θ

kap,θ

kay,θ

Iki sienelės klupties

Išlupus sienelei

Temperatūra (0C)

Temperatūra (0C)

Pata

iso

s k

oe

ficie

nta

i P

ata

iso

s k

oe

ficie

nta

i

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio

modelio patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados




• Palygimas su gaisriniu bandymu (įlinkis)


Įlinkių palyginimas (plokštėje ir sijose)

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0

F0

F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0F0

F0

F0 F0

F0

F0F0

F0

F0

F0F0

F0

F0 F0

F0

F0F0

F0

F0 F0

F0

F0F0

F0

F0

F0F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0

F0

F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

F0

F0

F0 F0

F0

X Y

Z

Diamond 2009.a.4 for SAFIR

FILE: UlsterH1

NODES: 2031

BEAMS: 260

TRUSSES: 0

SHELLS: 1664

SOILS: 0

IMPOSED DOF PLOT

N1-N2 MEMBRANE FORCE PLOT

TIME: 3600.15 sec

- Membrane Force

+ Membrane Force

Neapsaugotos centrinės šalutinės sijos statusis įlinkis

Laikas [min]

Sta

tus

is p

os

lin

kis

[m

]

Iki sienelės klupties Išklupus sienelei

Sija 5 – Išmatuota reikšmė

Sija 5 – Mišrus modelis (SAFIR)

Tikslai

Parametriniop

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio

modelio patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados


Kraštinių sąlygų poveikis

CORNER

CORNER

9 m

9 m

9 m 9 m

S2 S1

S3 S4

Įtvirtinimo sąlygos

S2 S1

S3 S4

• Išvada

– Statinio kampinės gardelės su dviem nepertrauktaisiais

kraštais įlinkis prognozuojamas didesnis nei kitose 3-jose

gardelėse su 3 ar 4 nepertrauktais kraštais.

Tikro pastato konstrukcijų tinklas ANSYS modelis

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados

KA

MP

AS


Parametrinio nagrinėjimo rezultatai (1/4)

Unsafe

Safe

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

SD

M lim

it [

mm

]

Advanced numerical model [mm]

R 30 R 60 R 90 R 120

Sudėtingesnio skaičiavimo atveju, kai yra

mechaninė jungtis tarp perdangos ir kolonų

• BEM apskaičiuoto įlinkio palyginimas su didžiausiu leistinu

įlinkiu pagal PSB (paprastesnį skaičiavimo būdą)

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados

PS

B r

iba

[m

m]

Sudėtingesnis skaitinis modelis [mm]

Ne

sa

ug

u

Saugu



Sudėtingesnio skaičiavimo atveju, kai nėra

mechaninės jungties tarp perdangos ir kolonų

• BEM apskaičiuoto įlinkio palyginimas su didžiausiu leistinu

įlinkiu pagal PSB (paprastesnį skaičiavimo būdą)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

SD

M lim

it [

mm

]

Advanced numerical model [mm]

R 30 R 60 R 90 R 120

Unsafe

Safe

10%

Sudėtingesnis skaitinis modelis

PS

B r

iba

[mm

] Nes

aug

u

Saugu

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados



• Trukmės, per kurią BEM įlinkis pasiekia tarpatramį/30

palyginimas su atsparumu ugniai pagal PSB (paprastesnį

skaičiavimo būdą)

1

2

3

0,5 2,5 4,5 6,5 8,5 10,5 12,5 14,5

R 30

R 60

R 90

R 120

9m x 9m6m x 6m 6m x 9m 6m x 12m 9m x 12m

t Sp

an

/30

/ t F

ire R

es

ista

nce

9m x 15m7.5m x 15m

• Išvada

– Skaičiuojant BEM tarpatramio/30 rodiklis nepasiekiamas

per visą atsparumo ugniai laikotarpį prognozuojamą PSB

t tarp

atr

am

is/3

0 /

tats

pa

rum

as u

ng

iai

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados


0%

1%

2%

3%

4%

5%

0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5

R 30 R 60 R 90 R 120

9m x 12m6m x 12m9m x 9m6m x 9m6m x 6m 7.5m x 15m 9m x 15m

Plie

nin

ės a

rma

tūro

s m

ax. m

echa

nin

is p

ailg

ėjim

as


• Armatūrinių strypų ilgėjimo geba

• Išvada

– Armatūrinio plieno ilgėjimo geba <5% = mažiausiai leistinajai

ilgėjimo gebai pagal EC4-1-2.

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados


Išvados

• PSB (paprastesnis skaičiavimo būdas) yra saugesnis

lyginant jį su sudėtingesnių skaičiavimų rezultatais.

• Plieninės armatūros tinklo pailgėjimas paprastai išlieka

mažesnis kaip 5 %.

• Mechaninės sąsajos tarp plokštės ir kolonų gali

sumažinti kompozitinių perdangų konstrukcijų įlinkį, bet

jos nėra būtinos kaip konstrukcinės detalės.

• Su PSB galima saugiai numatyti standartinio gaisro

veikiamos kompozitinės plieninės-betoninės perdangos

plokštės elgseną.

Tikslai

Parametrinio

nagrinėjimo

ypatumai

Skaičiavimas


metodu

Skaitinio modelio

patikra


poveikis

Parametrinio

nagrinėjimo

rezultatai

Išvados

Plieninių ir kompozitinių perdangų konstrukcijų elgsena ... · Esant perdangos ir kolonos...

Documents

Transcript of Plieninių ir kompozitinių perdangų konstrukcijų elgsena ... · Esant perdangos ir kolonos...