Beteende hos samverkansbjälklag med stål och betong utsatta för brand. Enkel dimensioneringsmetod

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Beteende hos samverkansbjälklag med stål och betong utsatta för brand. Enkel dimensioneringsmetod"

Rebecka Lind
för 5 år sedan
Visningar:

1 Beteende hos med stål och betong utsatta brand Enkel dimensioneringsmetod

2 Syftet med dimensioneringsmetoden 2

3 3

4 Presentationens innehåll Mekaniskt beteende hos armerade Modell betongbjälklaget Brottmoder vid höjda Utökad till beteende Membraneffekt vid höjda Bidrag från de oskyddade balkarna Dimensionering av de skyddade balkarna 4

5 Mekaniskt beteende hos Traditionell dimensioneringsmetod Skyddade balkar armerade Pelare Balk Golv vid höjda Befintliga dimensioneringsmetoder utsätter att enskilda delar beter sig på ett liknande sätt i riktiga byggnader Brandcell 5

6 hos golv med Mekaniskt beteende hos Verkligt beteende med armeringsnät i betongplattan armerade Temperaturökning vid höjda (a) (b) (c) (d) Enkel böjning Påverkan av membraneffekt 6

7 armerade Mekaniskt beteende hos armerade vid höjda Metoden är utvecklad av Professor Colin Bailey University of Manchester Delvis i samarbete med Building Research Establishment (BRE) 7

8 Utformning membranverkan Brottlinjemönster Oskyddade balkar Skyddade balkar 8

9 hos armerade Bjälklagsmodell med fritt upplagda kanter - väldigt konservativt antagande armerade vid höjda brottlinje Fritt upplagd längs fyra kanter 9

10 hos armerade vid höjda Bjälklagsmodell Brottlinje armerade Membraneffekten ökar bärmågan Område med dragspänningar Fritt upplagd längs fyra kanter Tryck tvärs brottlinjen Drag tvärs brottlinjen 10

11 hos armerade vid höjda Membrankrafter längs brottlinjerna(1) k b K T 0 armerade D S T 2 C b K T 0 C Element 1 L E Element 1 F T 1 B C Element 2 nl S T 2 A Element 2 l 11

12 hos armerade Membrankrafter längs brottlinjerna(2) armerade vid höjda k, b Parametrar som definierar storleken på membrankrafterna, n K KT 0 T 1, T 2, C, S en faktor som härleds från brottlinjeteorin, hållandet mellan armeringen i det kortare spannet och armeringen i det längre spannet, bärmågan hos armeringsnätet per breddenhet resulterande membrankrafter längs brottlinjerna. 12

13 armerade hos Bidrag från membranverkan(1) Element 1 armerade vid höjda Vy i horisontalplanet av de resulterande membrankrafterna Sidovy av de resulterande membrankrafterna vid nedböjning w 13

14 armerade hos Bidrag från membranverkan(2) Element 2 armerade vid höjda Vy i horisontalplanet av de resulterande membrankrafterna Sidovy av de resulterande membrankrafterna vid nedböjning w 14

15 hos armerade vid höjda armerade Bidrag från membranverkan(3) Tillskottsfaktorer varje element e i, i=1,2 = Totalt tillskott där: μ a e im : tillskott från membrankrafter på element i + e ib : tillskott från effekten som krafterna i planet har på böjningskapaciteten e e 1 e1 e 1 2a 2 2 är koefficienten armeringens ortotropa egenskaper är plattans längd/breddhållande = L/l 15

16 Bärmåga Mekaniskt beteende hos armerade Bidrag från membranverkan(4) armerade vid höjda Bärmåga baserad på membranverkan Bärmåga baserad på brottlinjeteorin Tillskottsfaktor från membrankraften en given nedböjning(w 1 ) w 1 Nedböjning(w) 16

17 hos armerade armerade Brottmoder (dragbrott i armering) Helt genomsprucken Tryckbrott i betongen Brott i armeringen i det längre spannet vid höjda Brottlinjemönster Plattans kant rör sig mot mitten och minskar spänningarna i det korta spannets armering 17

18 hos armerade Brottmoder (Tryckbrott i betong) Mer sannolikt vid stor armeringsmängd armerade Betongen krossas på grund av spänningar i planet vid höjda brottlinjemönster 18

19 hos armerade Brottmoder (Resultat från sök) armerade vid höjda Dragbrott i armering Tryckbrott i betong 19

20 vid höjda Mekaniskt beteende hos armerade vid höjda Bjälklagsmodell vid höjda (1) Bygger på samma modell som vid rumstemperatur Hänsyn tagen till temperaturens påverkan på materialegenskaperna 20

21 vid höjda Fri böjning av en betongplatta x y 0 VARMT d KALLT T 0 = (T 1 + T 2 )/2 strålning L T 2 T y 0 T 1 Värmekällor y Fritt upplagd balk Konstruktion L y 8 2 ( T 2 T1 ) d T=T 2 T 1 Temperaturdelning Konsol Fritt upplagd balk L y 2 2 ( T 2 T1 ) d Konsol Böjning orsakas av temperaturskillnad T=T 2 T 1 eller en gradient T/d 21

22 hos armerade vid höjda vid höjda Bjälklagsmodell vid höjda (2) där: Tar hänsyn till termisk böjning av plattan på grund av temperaturgradient över tjockleken: h l w ( T T1 ) 19.2 h Bjälklagets effektiva tjocklek bjälklagets kortare spann 2 2 temperaturutvidgningskoefficient För lättbetong ger EN värdet LWC = K -1 För normalbetong antas ett konservativt värde: NWC = K -1 < K -1 (EN ) T 2 temperaturen på bjälklagets undersida [brandexponerade sidan] T 1 temperaturen på bjälklagets översida [oexponerade sidan] 22

23 hos armerade vid höjda Bjälklagsmodell vid höjda (3) Den genomsnittliga töjningen antas lika med töjningen motsvarande halva sträckgränsen vid rumstemperatur Bjälklagets nedböjning på grund av vertikala laster antas ha en parabolisk form vid höjda där: w 2 0.5fsy 3L Es 8 30 E s är elasticitetsmodulen armeringen vid 20 C f sy är armeringens sträckgräns vid 20 C L är bjälklagets längre spann 23

24 hos armerade 20 C vid höjda vid höjda Bjälklagsmodell vid höjda (4) Bjälklagets maximala nedböjning: w ( T T1) 19.2 h 0.5fsy E s L Bjälklagets maximala nedböjning begränsas till: T T w 19.2h w L 30 l l / 30 24

25 hos armerade vid höjda vid höjda Antaganden på säker sida bjälklagsmodellen vid höjda Armering över stöd utsätts gå till brott De vertikala skjutningarna som sker till följd av termisk krökning underskattas jämt med de teoretiska värdena Plattans termiska krökning är beräknad utifrån det kortare spannet Tillkommande vertikala skjutningar av hindrad termisk expansion när plattan är deformerad summas Eventuella bidrag från samverkansplåt bortses ifrån Ökningen av armeringsnätets mjuknande som följd av temperaturökningen summas 25

26 hos armerade 20 C vid höjda vid höjda Bjälklagets bärmåga ökas med hjälp av oskyddade stålbalkar(1) Linverkan hos oskyddade balkar summas De oskyddade balkarnas bärmåga moment tas hänsyn till genom följande antaganden: Fritt upplagda i båda ändarna Uppvärmning av stålets tvärsnitt beräknas enligt EN med hänsyn till skuggeffekter Termiska och mekaniska egenskaper både stål och betong enligt EN

27 hos armerade 20 C vid höjda Bjälklagets bärmåga ökas med hjälp av oskyddade stålbalkar(2) Tillskottet till bärmågan från de oskyddade balkarna: vid höjda 8M L Rd, fi 2 där: n ub 1 n ub antalet oskyddade balkar M Rd,fi bärmåga varje enskild oskyddad samverkansbalk L l 27

28 vid höjda hos armerade Beräkning av temperaturen i et Baseras på avancerade beräkningsmodeller 2D finit differensmetod vid höjda Stålet och betongens termiska egenskaper tas från EN Skuggeffekten" tas hänsyn till vid beräkningen p x Element i h topp sida y L =1.0 b 1 Element i 28

29 hos armerade vid höjda vid höjda Bärmågan skyddade kantbalkar Flytmekanism bjälklaget baserad på balkarnas bärmåga Lasthållandet Tillkommande last på skyddade balkar Kritisk temperatur enligt den enklade beräkningsmetoden (EN ) 29

30 hos vid höjda De skyddade kantbalkarnas bärmåga baseras på en global flytmekanism armerade o Rotationsaxel o o Rotationsaxel M b,3 o Kantbalk Brottlinje Kantbalk M fi,rd vid höjda M b,1 M b,2 M fi,rd Rotationsaxel o Rotationsaxel o o M b,4 Brottlinje o 30

31 Verifiering mot resultat från sök Mekaniskt beteende hos armerade vid höjda 7 fullskaliga sök i Cardington 1 fullskaligt BRE-sök (vid rumstemperatur men simulerad brand) 10 sök vid rumstemperatur som genomdes under och 1970-talet 15 småskaliga sök utda av Sheffield University småskaliga sök vid rumstemperatur och utda av universitetet i Manchester FRACOF och COSSFIRE ISO-brandsök Fullskaligt sök utt av Ulster University under

32 Småskaliga experiment om betongbjälklags beteende och design Mekaniskt beteende hos armerade vid höjda 22 sök vid rumstemperatur och 22 identiska brandsök (både MS och SS armeringsnät) 32

33 Fördelar med att tillämpa denna metod Mekaniskt beteende hos armerade vid höjda Genom att placera skydd där det behövs kan man lämna 40-55% av balkarna oskyddade 33

34 Tillgängliga dokument Mekaniskt beteende hos armerade vid höjda 34

Relevanta dokument

Beteende hos samverkansbjälklag med stål och betong utsatta för brand. Erfarenheter från verkliga bränder

Beteende hos samverkansbjälklag med stål och betong utsatta för brand verkliga Presentationens innehåll i riktiga byggnader Oavsiktliga Balkförsök med brännare Ramförsök med brännare Hörnförsök med träboxar