Analiza structuralƒ la ac£iunea focului Principii de calcul

  • View
    233

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Analiza structuralƒ la ac£iunea focului Principii de calcul

  • Analiza structural la aciunea focului

    Principii de calcul

    Conf. dr. ing. Raul Zaharia

    Universitatea Politehnica Timisoara

    LEONARDO DA VINCI FRACOF+INNOVATION TRANSFER ON FIRE RESISTANCE ASSESSMENT OF

    PARTIALLY PROTECTED COMPOSITE FLOOR

  • ConceptulConceptul dede sigurantasiguranta lala focfoc

    O constructie trebuie proiectata si executata astfel incat, in cazul izbucnirii unuiincendiu:

    Raspandirea focului in constructie sa fie limitata;

    Raspandirea focului catre constructiile invecinate sa fie limitata;

    OcupantiiOcupantii cladiriicladirii sasa poatapoata parasiparasi cladireacladirea sausau sasa fiefie salvatisalvati prinprin altealte mijloacemijloace;;

    SigurantaSiguranta echipelorechipelor dede salvaresalvare sasa fiefie luataluata inin considerareconsiderare;

    CapacitateaCapacitatea portantaportanta aa structuriistructurii dede rezistentarezistenta sasa fiefie asigurataasigurata pentrupentru oo anumitaanumitaperioadaperioada dede timptimp..

    Directiva Comisiei Europene - 21 Decembrie 1988

  • ConceptulConceptul dede sigurantasiguranta lala focfoc

    Masuri protectie active:

    - sisteme de alertare, desfumare si de stingere in caz de incendiu(hidranti interiori, exteriori, sprinklere, etc.)

    Masuri de protectie pasive:

    - cai de evacuare

    - limitarea raspandirii focului si fumului printr-o partitionareadecvata/ distante minime fata de vecinatati

    - impunerea unei rezistente minime la foc (timp) a elementelorstructurii de rezistenta a constructiei

  • RezistentaRezistenta lala focfoc

    Nivelul de stabilitate la focNr.crt.

    Tipul elementelor de construcie I II III IV V

    1 Stlpi R 240 R 120 R 60 R 30 R 15

    2 Perei portani, diafragme REI 240 REI 120 REI 60 REI 30 REI 15

    3 Perei interiori neportani cu rol de separare a focului

    EI 45 EI 30 EI 15 EI 15

    4 Perei exteriori neportani, perei cortin

    EI 15EI 30 la

    EI 15foc exterior

    EI 15 E 15

    5 Grinzi, ferme, contravntuiriverticale

    R 120 R 60(R 30)

    R 45(R 30)

    R 30 R 15

    6 Planee, acoperiuri teras REI 120 REI 60(REI 30)

    REI 45,(REI 30)

    REI 30 REI 15

    7 Pane, contravntuiri orizontale,arpanta acoperiurilor fr pod

    R 45(R 30)

    R 30(R 15)

    R 15 R15

    8 Panouri de invelitoare i suportul continuu al invelitoriicombustibile (in afar de tabl goal)

    REI 15

    NOTA 1 Pentru simbolurile R, EI, REI, a se vedea Deciziile Comisiei Europene.REI sunt satisfcute toate criteriile (capacitate portant, etaneitate la foc, izolare termic)

    R este satisfcut numai criteriul de capacitate portant EI sunt satisfcute numai criteriile de etaneitate la foc i cel de izolare termic

    NOTA 2 _ Cifrele din parantez corespund cldirilor i compartimentelor in care sarcina termic nu depete 840 Mj/m

    2, cu excepia cldirilor nalte, foarte nalte, a celor cu sli

    aglomerate, a celor care adpostesc persoane care nu se pot evacua singure. NOTA 3 Atunci cnd pereii, trebuie s aib din condiii de separare, rezistene mai mari de

    REI 180, stlpii i diafragmele vor avea cel puin aceiai rezisten la foc cu pereii

  • CapacitateCapacitate portantaportanta -- rezistentarezistenta (R),(R), etanseitateetanseitate (E),(E), izolareizolare (I)(I)

  • Laboratorul de la Cardington 48 m x 65 m x 250 m

  • Hangar Cardington Carte postala din 1925

  • StandardeStandarde europeneeuropene dede calculcalcul lala focfoc -- EurocoduriEurocoduri

    Eurocode Standard de baza Calcul la foc

    0 : Basis of design (Bazele proiectarii) EN 1990 -

    1 : Actions (Actiuni) EN 1991-1-1 EN 1991-1-2

    2 : Concrete structures (Beton) EN 1992-1-1 EN 1992-1-2

    3 : Steel structures (Otel) EN 1993-1-1 EN 1993-1-2

    4 : Composite steel-concrete structures

    (Structuri compuse otel-beton)EN 1994-1-1 EN 1994-1-2

    5 : Timber structures (Lemn) EN 1995-1-1 EN 1995-1-2

    6 : Masonry structures (Zidarie) EN 1996-1-1 EN 1996-1-2

    7 : Geotechnical design (Fundatii) EN 1997 -

    8 : Earthquake resistance (Seism) EN 1998 -

    9: Aluminium alloy structures (Aluminiu) EN 1999-1-1 EN 1999-1-2

  • 4: Rspunsultermic

    timp

    R

    5: Rspunsulmecanic

    6: Colaps

    posibil

    Rezistena la foc - Serie de evenimenteRezistena la foc - Serie de evenimente

    timp

    2: Aciunea termic 3: Aciuni mecanice1: Aprindere

  • DIF SEKDIF SEK

  • Actiunea termicaActiunea termica

  • * Nu ia in considerare faza PRE-FLASHOVER

    * Nu depinde de SARCINA TERMICA si deCONDITIILE DE VENTILARE

    0

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    0 30 60

    [C]

    90 120 180

    Curba ISO-834 (EN1364 -1)

    Timp [min]

    ISO ISOISO

    ISO ISO

    ISO

    ISO

    ISO

    Curba ISO

    * Trebuie considerat in TOT compartimentul chiardac acesta este foarte mare

    * Nu Scade

    1110

    9451006

    1049

    842

    T = 20 + 345 log (8 t + 1)

  • 0

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    0 30 60 90

    [C]

    120 180

    Timp [min]

    Curba ISO

    Foc NaturalFoc Natural

  • Curba de foc parametric

    (limitata la 500mp si inaltime 4m)

  • Model O zona/ Doua zone

  • ActiuniActiuni mecanicemecanice -- CombinatiaCombinatia specialaspeciala inin situatiasituatia dede incendiuincendiu

    Ed,fi = Gk + Pk + 1,1 Qk1 + 2,i Qki

    0.00.5Wind loads

    0.00.2

    0.20.5

    Snow loadsfor sites located at altitude H 1000 mfor sites located at altitude H > 1000 m

    0.30.30.60.60.8

    0.50.50.70.70.9

    Imposed load in buildingscategory A: domestic, residentialcategory B: officescategory C: congregation areascategory D: shoppingcategory E: storage

    2

    1

    Action

  • Rezistenta materialelor la temperaturi inalte(otel - EN1993-1-2)RezistentaRezistenta materialelormaterialelor lala temperaturitemperaturi inalteinalte(otel - EN1993-1-2)

    Modulul de elasticitate la 600C redus cu aprox. 70%

    Limita de curgere la 600C redusa cu aprox. 50%

    0 300 600 900 1200

    100

    80

    60

    40

    20

    % din valoarea normal

    Temperatura (C)

    Limitade curgere

    Modul de elasticitate

    Rezistena

  • Rspunsul TermicElemente de baz

    Rspunsul TermicElemente de baz

    Capacitatea termic (= cp) [J/m3]

    cp - caldura specifica [J/kg]

    - densitate [kg/m3]

    Ecuatia de echilibru (doar pentru direcia x):

    yy

    xx

    zz

    h h + h

    h/ x + (cp) / t = 0

    0)(

    )(

    xx

    t

    cp

    h = / x

    Legea lui Fourier

    Conductivitatea termic (= ) [W/mK]

    h y z + (cp) x y z / t =0

    h fluxul de caldura [W/m2]

  • Conductivitatea termicBeton vs. Oel

    Conductivitatea termicBeton vs. Oel

    temperatura [C]

    Cond

    uct

    ivita

    tea

    term

    ic

    [W

    /mK

    ]

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 200 400 600 800 1000 1200

    oel

    beton

  • DistributiaDistributia temperaturiitemperaturii inin elementeelemente

  • DistributiaDistributia temperaturiitemperaturii inin elementeelemente

  • tem

    pera

    tur

    [oC

    ]

    timp [min]

    0 60 120

    800

    0

    400

    Rspunsul TermicGrinda din oel / Placa din beton (2D)

    Rspunsul TermicGrinda din oel / Placa din beton (2D)

  • Proiectareavansat i specific la foc

    Aplicaii obisnuite

    Metoda tabelara

    Elemente structurale din beton sicompozite

    Modele simple de calcul

    Temperatura critic (doar la otel)

    Elemente structurale din oel,

    beton i compozite

    Modele avansate de calcul

    Toate tipurile de structuri

    Modele numerice

    Trei tipuri de metode de calcul pentru evaluarearspunsului mecanic al structurilor expuse la foc

    Trei tipuri de metode de calcul pentru evaluarearspunsului mecanic al structurilor expuse la foc

  • Elemente metalice neprotejate

    Elemente metalice protejate

    Parametrii de calcul pentru evoluia temperaturii pe sectiune

    Factorul de sectiune

    Caracteristicile proteciei la foc

    Rezistena la Foc a elementelor din oelPrincipii

    Rezistena la Foc a elementelor din oelPrincipii

  • Rezistena la Foc a elementelor din oelPrincipii

    Rezistena la Foc a elementelor din oelPrincipii

    Doar funcia de preluare a incrcrilor

    Capacitatea portant

    Distribuie uniform a temperaturii (temperatura unica pe

    sectiunea transversala), datorita conductivitatii termice

    ridicate si a caracteristicilor sectionale

    Conceptul de temperatur critic a oelului, in

    relatie cu nivelul de incarcare al elementului !

  • Temperatura functie de factorul de sectiune(elemente de otel neprotejate)

    Temperatura functie de factorul de sectiune(elemente de otel neprotejate)

    ,,m

    net ds t sh

    a a

    A Vk h t

    c

    (4.1)

    in care:

    ,s t creterea temperaturii otelului n intervalul de timp t;

    ksh factorul de corecie pentru efectul de umbra;

    Am aria suprafeei expuse la foc a elementului pe unitatea de lungime [m/m];

    V este volumul elementului pe unitatea de lungime [m/m];

    ca cldura specifica a otelului [J/kgK];

    a densitatea otelului [kg/m3];

    ,net dh

    este valoarea de calcul a fluxului termic net pe unitatea de suprafaa [W/m2].

  • Calculul factorului de sectiuneCalculul factorului de sectiune

    Seciune deschis expus la foc pe toate feele:

    m perimetruA =V are sectiune