Navrhování betonových konstrukcí na účinky požáru Ing. Jaroslav Langer, PhD Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc.
Beton z požárního hlediska Ohnivzdorný materiál: - nehořlavý -tepelně izolační Skupenství: pevné, kapalné, plynné Voda vázaná: chemicky, fyzikálně Pórovitost, propustnost
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
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
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
Přístup k navrhování Materiálově založený přístup - nedostatečný, důležitý i vliv zatížení a chování konstrukce Přístup EN 1992-1-2: přihlíží k: - možnému zatížení při požáru - fyzikálním a teplotním vlastnostem betonu a oceli - chování prvků, popř. celé konstrukce
Zkouška požární odolnosti stropní desky
Zkouška požární odolnosti panelu TT
Zkouška požární odolnosti sloupu
Zkouška požární odolnosti stěny
Ukončení zkoušky požární odolnosti stěny
EN 1992-1-2 platí pro konstrukce navržené podle EN 1992-1-1 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
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
Mechanické vlastnosti Beton v tlaku - pracovní diagram
Mechanické vlastnosti Beton v tahu - redukční součinitel
Mechanické vlastnosti Výztuž - pracovní diagram
Teplotní a fyzikální vlastnosti Beton - teplotní roztažnost 1 silikátové kamenivo 2 vápencové kamenivo
Teplotní a fyzikální vlastnosti Beton - specifické teplo
Teplotní a fyzikální vlastnosti Beton - teplotní vodivost
Teplotní a fyzikální vlastnosti Výztuž - teplotní roztažnost 1 betonářská výztuž 2 předpínací výztuž
Návrhové metody Návrh podle tabulek tabulky pro kategorie prvků Zjednodušené metody únosnost průřezů: izoterma 500 zónová metoda Obecná metoda analýza reálného chování za požáru
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
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
Teplotní profil pro desku
Teplotní profil pro trám
Teplotní profil pro sloup
Metoda izotermy 500
Oboustranně vyztužený průřez
Zónová metoda
Obecná metoda reálný výpočet konstrukce vystavené požáru použitý postup má být ověřen zkouškou 1:1 modely: teplotní odezva - zatížení podle EN 1992-1-2 teplotní a fyzikální vlast. závislé na T mechanická odezva - závislost mech. vlast. na T napětí a přetvoření od T podmínky uložení a omezení deformací
Odprýskávání nepravděpodobné pro vlhkost menší než 3% hmotnosti Odpadávání betonu pozdější stádia požáru - krytí větší než 70 mm síť
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
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
S ohledem na rezervu v ploše výztuže: 410*0,000915 σ fi,s =0,7 =223 MPa 1,15*0,001026 k s (Θ)= 223 =0,54 410 Θ crit = 528 C a =a+ a=30+0,1*(500-528)=27,2 > a d =27mm R90 není splněno
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*410 1 1*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
Požární zkouška Cardington Budova: -půdorysná plocha 6750 m - pole 7,5 m x 7,5 m -počet podlaží 7 - požární odolnost 60 min.
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
Před požárem - požární zatížení 40 kg/m 2 ( 720 MJ/m 2 ), podepření pro případ havárie - bez dotyku s deskou
Plně rozvinutý požár - po 10 min. odštěpování betonu ze spodního líce desky
Průběh teploty za požáru
Po požáru -rozsah odštěpení betonu
Sloup z vysokopevnostního betonu po požáru -beton s přísadou polypropylénových vláken 2,7 kg/m 2 betonu
Tlakové membránové působení
Děkuji za pozornost