Navrhování betonových konstrukcí na účinky požáru. Ing. Jaroslav Langer, PhD Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc.

Transkript

1 Navrhování betonových konstrukcí na účinky požáru Ing. Jaroslav Langer, PhD Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc.

2 Beton z požárního hlediska Ohnivzdorný materiál: - nehořlavý -tepelně izolační Skupenství: pevné, kapalné, plynné Voda vázaná: chemicky, fyzikálně Pórovitost, propustnost

3 Vliv teploty na beton Nad 100 C: - klesá vlhkost betonu - dehydratuje cementový tmel - částice kameniva se rozpínají, vznikají v nich rozdílná teplotní přetvoření - v cementovém tmelu mikrotrhliny - rozdílné teplotní přetvoření na styku kameniva a cementového tmelu beton se nerozpadá, povrchové částice odpadávají

4 Vliv teploty na beton Nad 350 C: - dehydratace kameniva -kamenivo se začíná rozpadávat -nejdříve se rozpadá např. křemenný štěrk, později drcená žula apod. Se stoupající teplotou - do 1200 C: - transformace materiálu (oddělování kalcium hydroxidu a kalcium karbonátu Nad 1200 C: - tavení materiálu

5 Účinek požáru na beton Odpadávání úlomků betonu od povrchu: příčina: tlak vodní páry v pórech Odštěpování více pravděpodobné u betonu s: - vyšší vlhkostí - menší propustností vodních par (vysokopevnostní betony málo propustné) Opatření: syntetická vlákna, výztužné sítě Pokles pevnosti - do 300 C konstrukčně nevýznamné, pak rychlý pokles Beton ochrana výztuže

6 Přístup k navrhování Materiálově založený přístup - nedostatečný, důležitý i vliv zatížení a chování konstrukce Přístup EN : přihlíží k: - možnému zatížení při požáru - fyzikálním a teplotním vlastnostem betonu a oceli - chování prvků, popř. celé konstrukce

7 Zkouška požární odolnosti stropní desky

8 Zkouška požární odolnosti panelu TT

9 Zkouška požární odolnosti sloupu

10 Zkouška požární odolnosti stěny

11 Ukončení zkoušky požární odolnosti stěny

12 EN platí pro konstrukce navržené podle EN požární odolnost zajištěna pasivními prvky vlastní odolností konstrukce - zabránit předčasnému kolapsu, šíření požáru neplatí pro předpjaté konstrukce s vnějšími kabely a skořepiny Návrh: mimořádná návrhová situace rozdíly nebo dodatky k návrhu za normální teploty

13 Požadavky R - mechanická odolnost E - požárně dělící funkce I -tepelně izolační funkce Zatížení při požáru η fi =0,7 E d,fi = η E fi d Vlastnosti materiálů mechanické X d,fi = k X Θ k / γ M,fi teplotní X d,fi = X k,θ / γ M,fi ; γ M,fi = 1,0 Spolehlivost E d,fi < R d,fi

14 Mechanické vlastnosti Beton v tlaku - pracovní diagram

15 Mechanické vlastnosti Beton v tahu - redukční součinitel

16 Mechanické vlastnosti Výztuž - pracovní diagram

17 Teplotní a fyzikální vlastnosti Beton - teplotní roztažnost 1 silikátové kamenivo 2 vápencové kamenivo

18 Teplotní a fyzikální vlastnosti Beton - specifické teplo

19 Teplotní a fyzikální vlastnosti Beton - teplotní vodivost

20 Teplotní a fyzikální vlastnosti Výztuž - teplotní roztažnost 1 betonářská výztuž 2 předpínací výztuž

21 Návrhové metody Návrh podle tabulek tabulky pro kategorie prvků Zjednodušené metody únosnost průřezů: izoterma 500 zónová metoda Obecná metoda analýza reálného chování za požáru

22 Návrh podle tabulek E, I splněny dodržením min. tloušťky prvku R dodržet osovou vzdálenost výztuže a (obr.) dodržet konstrukční zásady bez dalšího ověřování na smyk, kroucení, kotvení

23

24 Zjednodušené metody mezní únosnost otepleného průřezu namáhání M, N, M - N rozložení teploty v konstrukci při požáru zkoušky, teplotní profily, výpočet Metoda izotermy 500 Zónová metoda beton o teplotě >500 zanedbán dělení průřezu na zóny vyloučení teplotou poškozeného betonu

25 Teplotní profil pro desku

26 Teplotní profil pro trám

27 Teplotní profil pro sloup

28 Metoda izotermy 500

29 Oboustranně vyztužený průřez

30 Zónová metoda

31 Obecná metoda reálný výpočet konstrukce vystavené požáru použitý postup má být ověřen zkouškou 1:1 modely: teplotní odezva - zatížení podle EN teplotní a fyzikální vlast. závislé na T mechanická odezva - závislost mech. vlast. na T napětí a přetvoření od T podmínky uložení a omezení deformací

32 Odprýskávání nepravděpodobné pro vlhkost menší než 3% hmotnosti Odpadávání betonu pozdější stádia požáru - krytí větší než 70 mm síť

33 Vysokohodnotný beton C55/67 až C80/95 s obsahem křemičitého úletu < 6% hmotnosti cementu - pravidla pro normální beton C80/95 až C90/105 a C55/67 až C80/95 s k.ú. >6% provést alt. opatření: síť, test, ochranu, vlákna pro tabulkové údaje a zjednodušené metody přijmout dodatečné redukce posun izotermy 500 na 400 : - zvětšení osové vzdálenost pro sloupy, - mezního momentu pro trámy

34 Příklad - deska q=5 kn/m 2 g=7 kn/m 2 Suché prostředí REI 90 A s =1026 mm 2 A sd =915 mm 2 Tab.: EI 90 - R 90 - h=100 mm < 200 mm vyhoví a=30 mm > 27 mm nevyhoví závěr R90 není splněno

35 S ohledem na rezervu v ploše výztuže: 410*0, σ fi,s =0,7 =223 MPa 1,15*0, k s (Θ)= 223 =0, Θ crit = 528 C a =a+ a=30+0,1*( )=27,2 > a d =27mm R90 není splněno

36 Zónová metoda Křivka 90min: Θ crit = 510 C f yd,fi = f cd,fi = x=1,25*0,001026*307 / 25=0,016m k s (Θ)=0,75 0,75* *25 1 =307 MPa =25 MPa M RD =0,001026*307000*(0,2-0,027-0,4*0,016)=52 knm M d,fi =0,7*53=37 < M RD =52 knm R90 je splněno

37 Požární zkouška Cardington Budova: -půdorysná plocha 6750 m - pole 7,5 m x 7,5 m -počet podlaží 7 - požární odolnost 60 min.

38 přitížení, aby os. síla N=925 kn Požární zkouška - 1. podlaží -plochapožární sekce 225 m 2 - stropní deska: tloušťka 250 mm, krytí 20mm beton f c = 74 MPa vlhkost 3,8 % hmotnosti zatížení nahoře 3,25 kn/m 2 -sloup:0,4m x 0,4 m, 0,4 m x 0,25 m světlá výška 4250 mm krytí 40 mm beton f c = 103 MPa polyp. vlákna 2,7 kg/m 3 vlhkost 4,2 % hmotnosti

39 Před požárem - požární zatížení 40 kg/m 2 ( 720 MJ/m 2 ), podepření pro případ havárie - bez dotyku s deskou

40 Plně rozvinutý požár - po 10 min. odštěpování betonu ze spodního líce desky

41 Průběh teploty za požáru

42 Po požáru -rozsah odštěpení betonu

43 Sloup z vysokopevnostního betonu po požáru -beton s přísadou polypropylénových vláken 2,7 kg/m 2 betonu

44 Tlakové membránové působení

45 Děkuji za pozornost