Obnašanje jeklenih in sovprežnih stropnih konstrukcij v požaru
Numerične parametrične raziskave enostavne metode projektiranjaNov. 2012
2Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Vsebina predstavitve
• Cilji parametrične študije• Obseg parametrične študije• Analiza z metodo končnih elementov• Ovrednotenje numeričnega modela• Vpliv zveznosti na robovih plošče• Rezultati parametrične študije• Zaključki
3Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Cilji parametrične študijeCilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
• Osnova– FRACOF (Test 1), COSSFIRE (Test 2) standardni
požarni test merilu 1:1• Izvrstno obnašanje sovprežne plošče med požarom
(membransko delovanje plošče)• Max jekla 1000 °C, trajanje požara 120 min• Konstrukcijske rešitve detajlov po Francoski praksi • Upogibek 450 mm
– FICEB (Test 3) naravni požarni test s satastimi nosilci v merilu 1:1
• Cilj– Z uporabo naprednih računskih modelov preveriti
pravilnost izračuna z enostavno metodo• Mejni upogibek stropne konstrukcije• Raztezek armaturnega jekla
4Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
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
Primarni nosilciZaščiteni sekundarni nosilci
Nezaščiteni vmesni nosilci
7.5 m x 15 m 9 m x 15 m
• Topologija stropne konstrukcije
Parametrična študija (1/3)Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
Obtežna kombinacija po EC0 za poslovne stavbe:
G (Stalna obtežba) + 0.5 Q (Spremenljiva obtežba)G= Lastna teža + 1.25 kN/m² Q= 2.5 & 5 kN/m²
• Obtežbe
5Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
• Povezava stropne konstrukcije z jeklenimi stebri
Parametrična študija (2/3)Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
Sovprežna plošča
Sovprežna plošča
SteberSteber
Z mehansko povezavo med ploščo in stebri
Brez mehanske povezave med ploščo in stebri
NosilecStrižni čep Nosilec
Strižni čep
6Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
• Požarna odpornost: R30, R60, R90 in R120
Parametrična študija (3/3)Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Tempe
rature [°C]
Time [min]
R30
R120R90
R60
Segrevanje robnih nosilcev (Max. 550 °C)
Čas (min)
Tem
pera
tura
(°C
)
7Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Model s končnimi elementi
• Hibridni model, ki je sestavljen iz več vrst končnih elementov (računalniški program ANSYS)
Beam24 : jeklen nosilec, jeklena pločevina inbetonska rebraPIPE16 (6 DOF uniaxial element):
povezava med jeklenim nosilcem in betonsko ploščo
BEAM24 : jeklen steber
SHELL91 (6 DOF multi-layer): betonska plošča brez reber
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
8Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Model s končnimi elementi
• Hibridni model, ki je sestavljen iz več vrst končnih elementov (računalniški program SAFIR)
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
LINIJSKI Element
LUPINASTI Element
9Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Mehanske lastnosti plošče
• Nosilci iz jekla kvalitete S235• Trapezna jeklena pločevina COFRAPLUS60 (debela 0.75 mm) • Beton C30/37 • Armaturna mreža iz jekla kvalitete S500• Srednja pozicija armature (od zgornje površine) = 45 mm
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
58 m
m 101mm 107 mm
62 mm
120 mm (R30)130 mm (R60)140 mm (R90)150 mm (R120)
10Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Termo-mehanske lastnosti (1/2)
• Termo-mehanske lastnosti jekla:– Toplotne lastnosti iz EC4-1.2– Gostota je neodvisna od temperature (ρa = 7850 kg/m3)– Diagram napetost-deformacija:
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
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
Stre
ss [M
Pa]
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
Deformacije (%)
Nap
etos
t (M
Pa)
11Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Termo-mehanske lastnosti (2/2)
• Termo-mehanske lastnosti betona:– Toplotne lastnosti iz EC4-1.2– Gostota je odvisna od temperature in podana v EC4-1.2– Drucker-Pragerjev kriterij tečenja– Redukcijski faktor tlačne trdnosti iz EC4-1.2:
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
0 200 400 600 800 1000 1200
Temperature [ C]
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
Temperatura (°C)
12Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Primerjava ANSYS numeričnega modela z rezultati FRACOF testa (1/2)
• Primerjava s požarnim testom (analiza prenosa toplote)
Nezaščiteni jekleni nosilci Zaščiteni sekundarni nosilci
Zaščiteni glavni nosilci Sovprežna plošča
ABC
ABC
ABC
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
FB
ACD
E
Čas (min) Čas (min)
Čas (min) Čas (min)
Tem
pera
tura
(°C
)Te
mpe
ratu
ra (°
C)
Tem
pera
tura
(°C
)Te
mpe
ratu
ra (°
C)
13Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Primerjava ANSYS numeričnega modela z rezultati FRACOF testa (2/2)
• Primerjava s požarnim testom (upogibki plošče)
0
100
200
300
400
500
0 15 30 45 60 75 90 105 120Time (min)
Dis
plac
emen
t (m
m)
Mid-span of unprotected
central
Mid-span of protected edge
secondary beamsMid-span of protected
primary beams
Central part of the floor
Test Simulation
Deformirana oblika stropne konstrukcije po končanem testu
Primerjava upogibkov (plošča in nosilci)
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
ZaključekČas (min)
Pom
ik (m
m)
Nezaščiteni osrednji nosilci na
sredini razpona
Plošča na sredini
Sredina razpona zaščitenih primarnih
nosilcev
Sredina razpona zaščitenih sekundarnih
robnih nosilcev
14Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
FB
ACD
E
ABC
Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati FRACOF testa (1/2)
• Primerjava s požarnim testom (analiza prenosa toplote)
Nezaščiteni jekleni nosilci
Sovprežna plošča
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
15Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati FRACOF testa (2/2)
• Primerjava s požarnim testom (upogibki plošče)
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
Napetostno stanje v plošči na koncu testa
16Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati COSSFIRE testa (1/2)
• Primerjava s požarnim testom (analiza prenosa toplote)
Nezaščiteni jekleni nosilci
Sovprežna plošča
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
ABC
FB
ACD
E
17Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati COSSFIRE testa (2/2)
• Primerjava s požarnim testom (upogibki plošče)
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
Napetostno stanje v plošči na koncu testa
18Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati FICEB testa (1/3)
• Primerjava s požarnim testom (analiza prenosa toplote)
Nezaščiteni jekleni nosilci
Sovprežna plošča
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
19Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati FICEB testa (2/3)
• Hibridni model, ki zajeme vpliv WPB z linijskim elementom
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 200 400 600 800 1 000 1 200
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
kEa,θ
kap,θ
kay,θ
Pred uklonom stojine
Po uklonu stojineFa
ktor
redu
kcije
(×1E
-3)
Temperatura (°C)
Fakt
or re
dukc
ije (×
1E-3
)
Temperatura (°C)
20Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati FICEB testa (3/3)
• Primerjava s požarnim testom (upogibki plošče)
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
Napetostno stanje v plošči na koncu testa
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
21Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Vpliv zveznosti na robovih plošče
CORNER
CORNER
9 m
9 m
9 m 9 m
S2S1
S3 S4
Vrsta podpiranja
S2S1
S3 S4
• Zaključek– Večji upogibki v vogalni plošči z dvema povezanima
robovoma kot v ploščah s tremi oz. štirimi povezanimi robovi.
Armaturna mreža plošče Model v ANSYS-u
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
22Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Rezultati parametrične študije (1/4)
Uns
afe
Safe
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
SDM
lim
it [m
m]
Advanced numerical model [mm]
R 30 R 60 R 90 R 120
Z mehansko povezavo med sovprežno ploščo in stebri v numeričnem modelu.
• Primerjava upogibkov, izračunanih z MKE in upogibkov, določenih z Enostavno Metodo Projektiranja
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
Izračun z numeričnim modelom (mm)
Mej
ni u
pogi
bek
po
EMP
(mm
) Nev
arna
stra
n
Varna stran
23Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Rezultati parametrične študije (2/4)
Brez mehanske povezave med sovprežno ploščo in stebri v numeričnem modelu.
• Primerjava upogibkov, izračunanih z MKE in upogibkov, določenih z Enostavno Metodo Projektiranja
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
SDM
lim
it [m
m]
Advanced numerical model [mm]
R 30 R 60 R 90 R 120
Uns
afe
Safe
10%
Mej
ni u
pogi
bek
po
EMP
(mm
)
Izračun z numeričnim modelom (mm)
Varna stran
Nev
arna
stra
n
24Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Rezultati parametrične študije (3/4)
• Primerjava časa, ko pomiki po MKE dosežejo L/30 s požarno odpornostjo po EMP
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
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 Spa
n/30
/ tFi
re R
esis
tanc
e
9m x 15m7.5m x 15m
• Zaključek– Največji upogibek po EMP(razpon/30) z računom po MKE v
celotnem času zahtevane požarne odpornosti ni presežen
t Raz
pon/
30/t P
ožar
naO
dpor
nost
25Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
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
Naj
večj
e de
form
acije
arm
atur
nega
jekl
a
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
Rezultati parametrične študije (4/4)
• Raztezek armaturnih palic
• Zaključek– Raztezki armaturnih palic 5 % = najmanjši še dovoljen
raztezek v skladu z EC4-1.2.
26Nov. 2012 Numerična raziskava enostavne metode projektiranja
Cilji
Lastnosti
parametrične
študije
Analiza končnih
elementov
Kontrola
numeričnega
modela
Učinek robnih
pogojev
Rezultati
parametrične
študije
Zaključek
Zaključek
• Rezultati EMP (Enostavna Metoda Projektiranja) so na varni strani v primerjavi z izračunom s kompleksnim numeričnim računskim modelom.
• Raztezki armaturnega jekla v splošnem ne presegajo 5 %.
• Mehanska povezava med sovprežno ploščo in stebri zmanjšajo upogibke sovprežne plošče v požaru, vendar kot rešitev s posebnih konstrukcijskim detajlom ni nujna.
• Enostavna Metoda Projektiranja omogoča opis obnašanja sovprežnih stropov iz jekla in betona v standardnem požaru, ki je na varni strani.
Top Related