Az Eurocode szerinti mechanikai hatások

Tőz esetén, a szerkezet hasznos terhelése meghatározható a következı képlettel (lásd a 6.11 b ábra relációját az EN1990 szabványban):

∑ ∑

G_k,j: az állandó hatások jellemzı értéke Qk,1: változó hatások jellemzı értéke

Qk,i: változó hatások járulékos jellemzı értékei

ψ1,1: változó hatások rendszerességi-tényezıjének értéke ψ2,i: változó hatások majdnem-állandó tényezıjének értéke

Az ajánlott értékek a ψ1 –re és a ψ2 –re az EN1990 szabvány A 6.1 táblázatában adottak, de változhatnak a Nemzeti Melléklet szerint.

6.1 táblázat Ajánlott értékek a ψ tényezıkre épületeknél.

Egy másik fontos, az Eurocode-ban nemzetileg sőrőn használatos tőztervezési paraméter a terhelés hatásfoka tőz esetén η_fi,t, amely meghatározható mint:

szobahımérsékleten figyelembe vett tervezési hatások. Ez meghatározható:

Hatás

ψ

_{0 1 2}

Épület hasznos terhelése, kategória (lásd EN 1991-1.1) A Kategória: Lakóházak, lakások

B Kategória:Irodai területek C Kategória:Gyülekezı helyek D Kategória:Bevásárló területek E Kategória:Boltok területei F Kategória: Közlekedés

Jármő súlya ≤ 30kN Hóterhelés az épületeken (lásd EN1991-1.3)

Finnország, Izland, Norvégia, Svédország, A többi CEN-tag, épületek H > 1000 m felett,

H ≤ 1000 m alatt

Szélterhelés az épületeken (lásd EN1991-1.4) 0,6 0,2 0

Hımérséklet épületekben (nem tőz) (lásd EN1991-1.5) 0,6 0,5 0

H Kategória:tetık 0 0 0

ψ ψ

G + Q Q G +

k,1 k Q,1

G

k,1 k fi,1

t ,

fi γ γ

η = ψ

(6.14)

Ahol _γQ,1részleges tényezı a változó terhelés hatására 1.

6.1 táblázat Ajánlott értékek a ψ tényezıkre épületeknél.

Valójában, a terhelés hatásfoka η_fi erısen függ a ψ_1,1tényezıtıl ami az épületek kategóriájától függıen változik. Az EN1993-1-2 szabványban (acélszerkezetekre vonatkozó tőz fejezete) és EN1994-1-2 szabvány (kompozit elemekre vonatkozó tőz fejezet), a következı ábra (6.9. ábra) megmutatja mindkét terhelési arány és a ψ_1,1befolyását a terhelés hatásfokán.

3,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Q / Gk,1 k

η fi

Ψfi,1= 0,7 Ψfi,1= 0,5

Ψfi,1= 0,2 Ψfi,1= 0,9

6.9 ábra Variációk a csökkentési tényezıre ηfi a terhelési aránnyal Q_k,1 /G_k 6.4 Hegesztett acélszerkezeti elemek szilárdsági számítása

6.7 fotó Tőzvédelemmel ellátott acélkeret.

Az elemek 3-as osztályúak az Eurocode 3 szerint (EN 1993-1-2, 2003). A terhelés összetett,

kétirányú hajlítás és nyomás. A stabilitásra vonatkozó tervezési biztonság R_fi,t,d az idı t függvényében a következı módon határozható meg:

+ + ≤1

k _{Θ θ} redukciós tényezık a szabvány 4.2 fejezete szerint, ahol a lineáris rugalmas tartományban adott θ_a,com maximális hımérséklettel számolhatunk a nyomott övlemezben adott t idı esetén.

=1− ≤3

6.4.1 A hımérséklet és az anyagjellemzık meghatározása emelkedı hımérséklet esetén A hımérséklet emelkedését tőzvédelem nélküli szerkezetnél (EN 1991-1-2, 2002, EN 1993-1-2, 2003) alapján határozhatjuk meg:

Kezdıidınek vesszük a t_i =0értéket, az idıperiódus:∆t_i =5 másodperc, t_i =t_i+∆t_i [sec], Az idı tartománya 0≤t_i ≤t_max[sec],

ahol t_max lehet ½, 1, 1 ½, 2 , 4 óra, ami 1800, 3600, 5400, 7200, 14400 [sec].

Az acél hımérséklete változik 20 [˚C] _≤Θa≤ 1200 [˚C] között.

A kezdıértékek a következık:

Θ_a =20[˚C], ∆Θ_a=0[˚C], ρ_m =7850^kg/m3.

A fajhı a hımérséklet függvényében a szabvány szerint meghatározható.

A gáz hımérséklete a tőzhatásnak kitett szerkezeti elem környezetében (szabványos hımérséklet-idı görbe)

A teljes nettó hı fluxus a hısugárzási és a hıáramlási fluxusok összegébıl számítható hɺ_netd =hɺ_netc+hɺ_netr,

2

10 3

1 V t

A

m

m = − , ahol

m m

V

A a szelvénytényezı védelem nélküli acélelemeknél.

A hımérsékletváltozás

m a

i netd m

m sh

a c

t V h

A

k

ρ

∆

∆Θ

= , ahol ksh = 1.

(6.30)

Az acélelem felületi hımérséklete Θ_a =Θ_a+∆Θ_a. A számítás iterációval történik. (6.31) 6.4.2 Az acél anyagjellemzıinek meghatározása magasabb hımérsékleteken

A folyáshatár és a Young modulusz meghatározása magasabb hımérsékleten a Eurocode 3 1.2 része (EN 1993-1-2, 2003) alapján történik. A 6.2 táblázat tartalmazza a redukciós tényezıket 20 és 1200 C˚ között.

6.2 táblázat A folyáshatár és a Young-féle modulusz redukciós tényezıi a hımérséklet függvényében

Hımérséklet (˚C) k_y,Θredukciós tényezı (f_y-ra) k_E,Θredukciós tényezı (E_a-ra)

20 1,000 1,000

100 1,000 1,000

200 1,000 0,900

300 1,000 0,800

400 1,000 0,700

500 0,780 0,600

600 0,470 0,310

700 0,230 0,130

800 0,110 0,090

900 0,060 0,0675

1000 0,040 0,0450

1100 0,020 0,0225

1200 0,000 0,0000

A folyáshatár egy adott hımérsékleten számítható a k_y,Θredukciós tényezıbıl _fy y,Θ y,Θ k

f = ^.

A Young-féle modulusz egy adott hımérsékleten számítható a k_E,Θredukciós tényezıbıl

a , E ,

a k E

E _Θ = _Θ . A tőzállóság nem a tényleges, véletlenszerően elıforduló és mérető tőzre vonatkozik, hanem a szabványos tőzre (ISO 834) (ISO 834, 1975) ebben az esetben.

6.5 Összefoglalás

Több modellt láthattunk a tőztér hımérsékletének, valamint a szükséges adatoknak az idı szerinti számítására. Hogy meg tudjuk egy szerkezeti elem hımérsékletét az idı szerint határozni fontos, hogy kiszámítsuk ezeknek az elemeknek a hıáramlását.

Az áramló és sugárzó hıátadás történhet a forró gázok, a lángok és a környezetükben lévı szerkezeti elemek között. Az elemek felmelegedése függ az elemek típusától (tiszta acél, vagy kompozit acél/beton) és a természetüktıl és a tőz elleni védelmüktıl. Ha a szerkezet környezetének hımérsékletét ismerjük és a terhelések véletlen kombinációit, akkor a termo-mechanikai viselkedését meg tudjuk határozni. Acélszerkezetek tőzre való méretezésénél a felmelegedı anyag viselkedését és terhelhetıségét jól lehet követni a számítások alapján.

Az ismertetett vizsgálatok és a gyakorlati tapasztalat azt mutatják, hogy szükséges foglalkozni a tőzvédelemmel, mert figyelembe véve a potenciális tőzhatást a tervezés során, növelve a hıre lágyuló szerkezet méreteit, vagy tőzvédelmi bevonatot alkalmazva elkerülhetjük a nagyobb tönkremeneteleket.

Irodalom

CEN; EN 1991-1-2 (2002) Eurocode 1 - Actions on structures, Part 1.2-Actions on structures exposed to fire.

CEN Central Secretariat, Brussels, November 2002.

CEN EN 1993-1-2, (2003) Eurocode 3 - Design of Steel Structures, Part 1.2: General Rules - Structural Fire Design, European Committee for Standardization (CEN); Brussels, Belgium, December 2003.

Final report (1997): Development of design rules for steel structures subjected to natural fires in Large Compartments; Final report CEC Agreement 7210/ SA210, 317,517,618,832-February 1997.

Hasemi Y. and Tokunaga Tazo (1984) Flame Geometry Effects on the Buoyant Plumes from Turbulent Diffusion Flames. Fire Science and Technology, Vol. 4, No. 1, 1984.

Hasemi Y., Yokobayashi Y. , Wakamatsu T., Ptchelintsev A. (1995) Fire Safety of Building Components Exposed to a Localized Fire- Scope and Experiments on Ceiling/Beam System Exposed to a Localized Fire, ASIAFLAM’s 95, Hong Kong.

Hietaniemi J (2003) Risk-Based Fire Resistance Requirements. ECSC Research 7210-PR-251, 2000-2003 ISO 834 (1975) Fire Resistance Test – Elements of Building Construction, International Standards Organisation;

Genève, Switzerland.

Kumar S., Welch S. (2002) Natural Fire Safety Concept – The development of a CFD-Based Engineering methodology for evaluating thermal action on steel and composite structures. 7210-PR184, 1999-2002

Ptchelintsev A., Hasemi Y., Nikolaenko M. (1995) Numerical Analysis of Structures exposed to localized Fire, ASIAFLAM’s 95, Hong Kong.

Schleich J-B., Cajot L-G., et al. (2001) Valorisation project - Natural Fire Safety Concept. ECSC Research 7215-PA/PB/PC –042-057, D-E-F-I-NL-UK & ECCS, 1999-2001.

Schleich J-B., Cajot L-G., et al.(2002) Competitive steel buildings through natural fire safety concept. ECSC Research 7210-SA/125,126,213,214,323,423,522,623,839,937, 1994-98; Final Report 2002 – EUR 20360 EN.

Schleich J-B., Cajot L-G., et al. (2003) Natural fire safety concept – Full scale tests, implementation in the Eurocodes and development of a user-friendly design tool. ECSC Research 7210-060, 1997-2000;, Final Report 2003 - EUR 20580 EN..

Wakamatsu T., Hasemi Y., Yokobayashi Y., Ptchelintsev A. (1995) Experimental Study on the Heating Mechanism of a Steel Beam under Ceiling exposed to a localized Fire. ASIAFLAM’s 95, Hong Kong.

In document Tartószerkezetek biztonsága, tőzvédelmi felületkezelési módszerek (Pldal 85-93)