Download - Obnašanje jeklenih in sovprežnih stropnih konstrukcij v požaru fileAnaliza končnih elementov Kontrola numeričnega modela Učinek robnih pogojev Rezultati parametrične študije

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


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


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


• Povezava stropne konstrukcije z jeklenimi stebri


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


• Požarna odpornost: R30, R60, R90 in R120


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

)


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


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


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)


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)


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)


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)


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


FB

ACD

E

ABC

Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati FRACOF testa (1/2)


Nezaščiteni jekleni nosilci

Sovprežna plošča

Cilji

Lastnosti

parametrične

študije

Analiza končnih

elementov

Kontrola

numeričnega

modela

Učinek robnih

pogojev

Rezultati

parametrične

študije

Zaključek


Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati FRACOF testa (2/2)


Cilji

Lastnosti

parametrične

študije

Analiza končnih

elementov

Kontrola

numeričnega

modela

Učinek robnih

pogojev

Rezultati

parametrične

študije

Zaključek

Napetostno stanje v plošči na koncu testa


Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati COSSFIRE testa (1/2)



Sovprežna plošča

Cilji

Lastnosti

parametrične

študije

Analiza končnih

elementov

Kontrola

numeričnega

modela

Učinek robnih

pogojev

Rezultati

parametrične

študije

Zaključek

ABC

FB

ACD

E


Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati COSSFIRE testa (2/2)


Cilji

Lastnosti

parametrične

študije

Analiza končnih

elementov

Kontrola

numeričnega

modela

Učinek robnih

pogojev

Rezultati

parametrične

študije

Zaključek



Primerjava SAFIR numeričnega modela z rezultati FICEB testa (1/3)



Sovprežna plošča

Cilji

Lastnosti

parametrične

študije

Analiza končnih

elementov

Kontrola

numeričnega

modela

Učinek robnih

pogojev

Rezultati

parametrične

študije

Zaključek



• 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)




Cilji

Lastnosti

parametrične

študije

Analiza končnih

elementov

Kontrola

numeričnega

modela

Učinek robnih

pogojev

Rezultati

parametrične

študije

Zaključek


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


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


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



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



• 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


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


• Raztezek armaturnih palic

• Zaključek– Raztezki armaturnih palic 5 % = najmanjši še dovoljen

raztezek v skladu z EC4-1.2.


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.

Download - Obnašanje jeklenih in sovprežnih stropnih konstrukcij v požaru fileAnaliza končnih elementov Kontrola numeričnega modela Učinek robnih pogojev Rezultati parametrične študije

Top Related