Συµπεριφορά µεταλλικών και σύµµικτων συστηµάτων πλάκας σε πυρκαγιά Μέθοδος απλοποιηµένου σχεδιασµού

Transcript

1 Συµπεριφορά µεταλλικών και συστηµάτων πλάκας σε πυρκαγιά Μέθοδος απλοποιηµένου σχεδιασµού

2 Σκοπός της µεθόδου 2

3 3

4 Περιεχόµενα παρουσίασης σε περίπτωση πυρκαγιάς στους 20 C Μοντέλο πλάκας δαπέδου Μορφές αστοχίας σε υψηλές Συµπεριφορά της πυρκαγιάς ράσης µεµβράνης σε υψηλές Συνεισφορά από µη µονωµένες δοκούς Σχεδιασµός µονωµένων δοκών 4

5 Κλασσική µέθοδος Μονωµένες δοκοί σε υψηλές Στύλος οκός Πλάκα Οι υπάρχουσες µέθοδοι υποθέτουν ότι τα µεµονωµένα µέλη θα συµπεριφερθούν µε παρόµοιο τρόπο σε πραγµατικά κτίρια Πυροδιαµέρισµα 5

6 Πραγµατική µε οπλισµό ενίσχυσης στην πλάκα Temperature increase during fire σε υψηλές (a) (b) (c) (d) Simple bending Membrane effect behaviour 6

7 στους 20 C Μέθοδος του Professor Colin Bailey University of Manchester formerly with Building Research Establishment (BRE) σε υψηλές 7

8 Σχεδίαση για δράση µεµβράνης σε πυρκαγιά ιάταξη των γραµµών διαρροής Μη µονωµένες δοκοί Μονωµένες δοκοί 8

9 στους 20 C Μοντέλο πλάκας δαπέδου µε 4 κατακόρυφα δεσµευµένες πλευρές (Πλαστικές γραµµές διαρροής) Οριζόντια ελεύθερες πολύ συντηρητική παραδοχή σε υψηλές Γραµµές διαρροής Απλώς εδραζόµενη σε 4 πλευρές 9

10 στους 20 C Μοντέλο πλάκας δαπέδου Η δηµιουργία µεµβράνης ενισχύει την ατνοχή των γραµµών διαρροής Γραµµές διαρροής Περιοχή εφελκυσµού Απλώς εδραζόµενη σε 4 πλευρές σε υψηλές Θλίψη κατά τη γραµµή διαρροής Εφελκυσµός κατά τη γραµµή διαρροής 10

11 στους 20 C ράσεις µεµβράνης κατά τις γραµµές διαρροής (1) k b K T 0 C C D S C L E Στοιχείο 1 φ nl T 2 T 2 F T 1 B S A b K T 0 Στοιχείο 1 Στοιχείο 2 l σε υψηλές Στοιχείο 2 11

12 στους 20 C σε υψηλές ράσεις µεµβράνης κατά τις γραµµές διαροοής (2) k, b είναι παράµετροι που καθορίζουν το µέγεθος των δράσεων µεµβράνης, n K KT 0 T 1, T 2, C, S είναι συντελεστής που προέρχεται από τη θεωρία γραµµών διαρροής, είναι ο λόγος του οπλισµού ενίσχυσης στο µικρό άνοιγµα προς τον οπλισµό ενίσχυσης στο µεγάλο άνοιγµα, είναι η αντίσταση του οπλισµού ενίσχυσης ανά µονάδα µήκους, είναι οι δράσεις µεµβράνης κατά τις γραµµές διαρροής. 12

13 στους 20 C Συνεισφορά της δράσης µεµβράνης (1) Στοιχείο 1 σε υψηλές Εντός-επιπέδου απεικόνιση των δράσεων µεµβράνης Πλευρική απεικόνιση των δράσεων µεµβράνης υπό βύθιση ίση µε w 13

14 στους 20 C Συνεισφορά της δράσης µεµβράνης (2) Στοιχείο 2 σε υψηλές Εντός-επιπέδου απεικόνιση των δράσεων µεµβράνης Πλευρική απεικόνιση των δράσεων µεµβράνης υπό βύθιση ίση µε w 14

15 στους 20 C σε υψηλές Συνεισφορά της δράσης µεµβράνης (3) Ενισχυτικός συντελεστής για κάθε στοιχείο e i, i=1,2 = e im : ενίσχυση λόγω των δράσεων µεµβράνης στο στοιχείο i + e ib : ενίσχυση λόγω της επίδρασης των δράσεων εντός-επιπέδου στην καµπτική ικανότητα. Συνολική ενίσχυση e = e 1 e 1 e 1+ 2µ a όπου: µ είναι ο συντελεστής της ορθοτροπίας του οπλισµού ενίσχυσης a είναι ο λόγος διαστάσεων της πλάκας = L/l

16 στους 20 C σε υψηλές Συνεισφορά της δράσης µεµβράνης (4) Resistanc ce Load bearing capacity based membrane action Load capacity based on yield line theory w 1 Enhancement factor due to membrane forces for a given displacement (w 1 ) Displacement (w) 16

17 στους 20 C Μορφές αστοχίας (εφελκυστική αστοχία του οπλισµού) Πλήρης ρηγµάτωση Θλιπτική αστοχία του Θραύση του οπλισµού της µεγάλης διάστασης σε υψηλές ιάταξη γραµµών διαρροής Η άκρη της πλάκας κινείται προς το κέντρο της πλάκας και ανακουφίζει τις παραµορφώσεις του οπλισµού της µικρής διάστασης 17

18 στους 20 C Μορφές αστοχίας (θλιπτική αστοχία του ) Πιο πιθανό να συµβεί σε περίπτωση ισχυρού οπλισµού Θραύση λόγω τάσεων εντός επιπέδου σε υψηλές ιάταξη γραµµών διαρροής 18

19 στους 20 C Μορφές αστοχίας (πειραµατικά αποτελέσµατα) σε υψηλές Εφελκυστική αστοχία οπλισµού Θλιπτική αστοχία 19

20 σε υψηλές Μοντέλο πλάκας δαπέδου σε υψηλές (1) Βάσει του µοντέλου σε θερµοκρασία δωµατίου Λαµβάνοντας υπόψη τις συνέπειες της θερµοκρασίας στις ιδιότητες του υλικού. σε υψηλές 20

21 Ελεύθερη καµπύλωση της πλάκας HOT σε υψηλές d x COLD T 0 = (T 1 + T 2 )/2 y 0 σε υψηλές Heat sources Radiation y Simple Beam Structure L T 2 T T=T 2 T 1 Temperature Distribution T 1 Simple Beam 2 L ( T2 T1 ) y = α 2 L ( T2 T1 ) Cantilever y = α 8 d 2 d y 0 Cantilever Bowing is caused by Temperature Difference T=T 2 T 1 Or Gradient T/d 21

22 σε υψηλές σε υψηλές Μοντέλο πλάκας δαπέδου σε υψηλές (2) Συµπεριλαµβανοµένης της θερµικής καµπύλωσης της πλάκας λόγω της ανοµοιόµορφης θερµοκρασίας κατά τούψοςπουισούταιµε : όπου: h w θ ( T T1 ) = α 19.2 h είναι το ενεργό ύψος της πλάκας 2 2 l l είναι η µικρότερη διάσταση της πλάκας α είναι ο συντελεστής θερµικής διαστολής του Για LW σκυρόδεµα, ο EN λαµβάνει τιµή α LWC = K -1 Για NW σκυρόδεµα, η συντηρητική τιµή λαµβάνεται α NWC = K -1 < K -1 (EN value) T 2 είναι η θερµοκρασία στην κάτω πλευρά της πλάκας (εκτεθειµένη στην πυρκαγιά) T 1 είναι η θερµοκρασία στην πάνω πλευρά της πλάκας (µη-εκτεθειµένη στην πυρκαγιά) 22

23 σε υψηλές σε υψηλές Μοντέλο πλάκας δαπέδου σε υψηλές (3) Λαµβάνεται µέση µηχανική ανηγµένη παραµόρφωση σε τάσηίσηµετοµισότηςτάσηςδιαρροήςσεθερµοκρασία δωµατίου Βύθιση της πλάκας στη βασή µιας παραβολικής ελαστικής γραµµής της πλάκας λόγω της εγκάρσιας φόρτισης : όπου: E s w ε = 2 0.5fsy 3L E s 8 l 30 είναι το µέτρο ελαστικότητας του οπλισµού f sy είναι το όριο διαρροής του οπλισµού L είναι η µεγάλη διάσταση της πλάκας 23

24 σε υψηλές Μοντέλο πλάκας δαπέδου σε υψηλές (4) Συνεπώς, η µέγιστη βύθιση της πλάκας είναι : w = 2 α ( T ) T f 1 l sy 3L h E s 8 2 σε υψηλές Παρόλα αυτά, η µέγιστη βύθιση της πλάκας περιορίζεται στα : ( ) 2 T T1 l w < α h w l L l / 30 24

25 σε υψηλές σε υψηλές Συντηρητικότητα του µοντέλου πλάκας δαπέδου σε υψηλές Οι οπλισµοί στηρίξεων θεωρείται ότι θραύονται Οι υπολογιζόµενες κατακόρυφες µετατοπίσεις λόγω θερµικής καµπυλότητας υποεκτιµώνται συγκριτικά µε τις θεωρητικές τιµές Η θερµική καµπυλότητα υπολογίζεται βάση της µικρότερης διάστασης της πλάκας Οποιεσδήποτε επιπρόσθετες µετατοπίσεις που προκαλούνται λόγω της δεσµευµένης θερµικής διαστολής όταν η πλάκα είναι σε µετα-λυγισµικό στάδιο αγνοούνται Οποιαδήποτε συνεισφορά από το µεταλλικό υπόστρωµα αγνοείται Η αύξηση της ολκιµότητας µε την αύξηση της θερµοκρασίας αγνοείται 25

26 σε υψηλές σε υψηλές Η φέρουσα ικανότητα του µοντέλου πλάκας δαπέδου ενισχύθηκε µε την παρουσία µη µονωµένων µεταλλικών δοκών (1) Η αλυσιδωτή δράση των µη µονωµένων δοκών αγνοείται Η καµπτική αντίσταση των µη µονωµένων δοκών λαµβάνεται υπόψη µε τις παρακάτω παραδοχές : Αρθρώσεις στα άκρα Η θέρµανση της µεταλλικής διατοµής υπολογίζεται σύµφωνα µε EN , θεωρώντας και το φαινόµενο σκίασης Θερµικές και µηχανικές ιδιότητες για το µέταλλο και το σκυρόδεµα σύµφωνα µε EN

27 σε υψηλές σε υψηλές Η φέρουσα ικανότητα του µοντέλου πλάκας δαπέδου ενισχύθηκε µε την παρουσία µη µονωµένων µεταλλικών δοκών (2) Η ενίσχυση της φέρουσας ικανότητας από τις µη µονωµένες δοκούς είναι : 8M M Rd, fi 1+ n 2 L l ub όπου: n ub είναι ο αριθµός των µη µονωµένων δοκών M Rd,fi είναι η ροπή αντίστασης κάθε µη µονωµένης σύµµικτης δοκού L l 27

28 σε υψηλές σε υψηλές Υπολογισµός θερµοκρασίας της σύµµικτης πλάκας Σύµφωνα µε τα προηγµένα υπολογιστικά µοντέλα h ισδιάστατη µέθοδος πεπερασµένων διαφορών Θερµικές ιδιότητες υλικού από τον Ευρωκώδικα 4 µέρος 1-2 για µέταλλο και σκυρόδεµα Το φαινόµενο σκίασης λαµβάνεται υπόψη για σύµµικτες πλάκες φ =1.0 p φ side φ top Στοιχείο i b 1 y x L Στοιχείο i 28

29 σε υψηλές σε υψηλές Η φέρουσα ικανότητα των µονωµένων περιµετρικών δοκών Μηχανισµός πλαστικοποίησης της πλάκας βασισµένος στην αντίσταση των δοκών Λόγος φορτίου σε κατάσταση πυρκαγιάς Επιπρόσθετο φορτίο σε µονωµένες δοκούς Κρίσιµη θερµοκρασία βάση απλής υπολογιστικής µεθόδου (EN ) 29

30 Φέρουσα ικανότητα των µονωµένων περιµετρικών δοκών βάση του ολικού µηχανισµού πλαστικοποίησης o Ακραία δοκός σε υψηλές Άξονας στροφής Γραµµή διαρροής o Ακραία δοκός o Άξονας στροφής o M b,3 M fi,rd M b,1 M b,2 M fi,rd σε υψηλές o Άξονας στροφής o Άξονας στροφής o M b,4 Γραµµή διαρροής o 30

31 Επιβεβαίωση µε πειραµατικά αποτελέσµατα σε υψηλές 7 Πραγµατικής-κλίµακας Cardington Πειράµατα 1 µεγάλης κλίµακας BRE πείραµα (κρύο αλλά προσοµοιωµένο για πυρκαγιά) 10 Κρύα πειράµατα πραγµατοποιήθηκαν στα 1960/1970s 15 µικρής κλίµακας πειράµατα πραγµατοποιήθηκαν από το Sheffield University το µικρής κλίµακας κρύα και πειράµατα πυρκαγιάς πραγµατοποιήθηκαν από το University of Manchester FRACOF και COSSFIRE ISO- Πειράµατα πυρκαγιάς Πραγµατικής κλίµακας πειράµατα πραγµατοποιήθηκαν από το Ulster University το

32 Μικρής-κλίµακας πειραµατική και σχεδίαση των σε υψηλές 22 Κρύα πειράµατα και 22 Ιδανικά Ζεστά πειράµατα (Τόσο µε MS όσο και SS οπλισµό ενίσχυσης) 32

33 Αποτελέσµατα από την εφαρµογή της µεθοδολογίας σε υψηλές 40 µε 55% των δοκών µπορούν να είναι µη µονωµένες µε την εφαρµογή προστασίας όπου χρειάζεται. 33

34 ιαθέσιµα έγγραφα σε υψηλές 34