Show last authors
1 (% style="text-align: justify;" %)
2 Az Eurocode három módszert kínál vasbeton gerendák és oszlopok tűzhatásra történő tervezésére és ellenőrzésére: "táblázatos adatok", "egyszerűsített számítási modellek" és "korszerű számítási modellek" használata.
3
4 (% style="text-align: justify;" %)
5 Mivel a "táblázatos adatok" módszer alkalmazhatósága nagyon korlátozott keresztmetszet típus és kitettség viszonyok tekintetében, és a "korszerű számítási modellek" használatára vonatkozó útmutató teljesen hiányzik a szabványokból, a FEM-Design az "egyszerűsített számítási modell" módszert - nevezetesen az "500 ° C-os izoterm" és a "Zóna" módszereket - használja, mellyel bármilyen keresztmetszetre tűztervezést hajthatunk végre.
6
7
8 Tartalomjegyzék:
9
10 {{toc start="2"/}}
11
12 ----
13
14
15 == Koncepció ==
16
17 (% style="text-align: justify;" %)
18 Annak ellenére, hogy a különböző rudakon ugyanazok a hőhatások lépnek fel, a vasbeton rudak tervezési koncepciója meglehetősen eltér az acél- és a faanyagú rudakétól. Utóbbiak esetében a tervezési folyamat célja a tűznek kitett oldalak megfelelő szigetelésének megtervezése azért, hogy a szerkezet teljesítse a teherhordás követelményeit az előírt tűzidőtartamra. Betonrudak esetében azonban ellenőriznünk kell, hogy a tűzidőtartam végén a sérült rúd még elegendő teherbírású-e, figyelembe véve a keresztmetszeti méretek és az anyagparaméterek csökkenését. Következésképpen, ellentétben az acél- és farudakkal, ahol a tervezési elem a szigetelés, a betonrudaknál továbbra is a vasalás.
19
20 Ezen megfontolásoknak megfelelően a rúdvasalás számítási paramétereit kiterjesztettük ún. "Tűz" tervezési paraméterekkel:
21
22 [[image:1616683634098-422.png]]
23
24 == Hőmérséklet-eloszlás ==
25
26 (% style="text-align: justify;" %)
27 Acél- és betonrudak tervezésének a lényege a keresztmetszetek hőmérséklet-eloszlásának, és az arra vett csökkentett keresztmetszet és/vagy anyagtulajdonságok meghatározása. Ezen előkészítések után egy szokásos tervezés-futtatás már elvégzi a tűzhatásra ellenőrzést is. A hőmérséklet-meghatározáshoz szükséges hőhatásokat az EC 1991-1-2 harmadik fejezete adja meg, amely leírja a felmelegedés és a sugárzás által okozta nettó hőáramot a tűz által kitett felületeken (szabvány tűzgörbék alapján). Acélrudaknál a típus-keresztmetszetek vékonyága miatt állandó hőmérséklet-eloszlás feltételezhető. Ezen (állandó) hőmérséklet számítását az EC3 alapján végezhetjük el. Ez a feltételezés azonban helytelen vasbeton keresztmetszetekre. Ezért ezen keresztmetszetek helyes hőmérséklet-eloszlás meghatározásá a FEM-Design egy nemlineáris, végeselemes hőátadás-számítást hajt végre meghatározott időintegrációs sémát alkalmazva.
28
29 (% style="text-align: justify;" %)
30 A hőmérséklet-eloszlás számítására szolgáló paraméterek a kékkel kiemelt csoportok alatt érhetőek el// //(//Vasbeton tervezés > Rúd vasalás > Tervezési paraméterek//):
31
32 [[image:1616683676530-629.png]]
33
34
35 A numerikus szimuláció egy explicit megoldót használ, ezért az időlépés megfelelő megválasztása kulcsfontosságú. Mind a megoldó pontosságát, mint a stabilitását nagyban befolyásolja. A szimuláció előtt a FEM-Design meghatározza a feladathoz tartozó kritikus időlépést (kezdeti szobahőmérséklet feltételezésével), majd kiválasztja a //Tervezési paramétereknél //meghatározott és az így megkapott kritikus értékek közül a kisebbet, így biztosítva a numerikus stabilitást. A kritikus időlépés a feladat megoldása során időben változhat. Mivel számítása rendkívül időigényes, ezért csak a számítás legelején határozzuk meg, ahelyett, hogy minden időlépésben újraszámolnánk. Ennek következményeként előfordulhat, hogy a megoldás divergál, ilyen esetben a számítás automatikusan újraindul egy kisebb időlépéssel, mindaddig, amíg a megoldó vagy konvergál a csökkentett időlépéssel, vagy egy bizonyos határéték alá csökken (ebben az esetben figyelmeztető üzenetet küld).
36
37 (% style="text-align: justify;" %)
38 A számításhoz végeselem módszer alapján történik, melynek sűrűségét magánk állíthatjuk. Tapasztalataink alapján a közepes sűrűség az esetek többségében megfelelő pontosságot biztosít.
39
40 (% class="box infomessage" %)
41 (((
42 Általában a sűrűbb háló kisebb kritikus időlépést és így exponenciálisan növekedő számítási időt ad.
43 )))
44
45 [[image:1615981802329-263.png]]
46
47
48
49 (% style="text-align: justify;" %)
50 A //Tűznek kitett keresztmetszeti oldalak// ábráján bármely keresztmetszetre megadhatjuk a peremfeltételeket: tűznek kitett, szabad (közvetlen tűznek nem kitett, szabad (szobahőmérsékletű) tér felé néző) vagy tűzvédelmi burkolattal védett oldal.
51
52 [[image:1615920973435-976.png]]
53
54
55 (% class="box infomessage" %)
56 (((
57 * A kör keresztmetszet esetén, hogy ne csak egy peremfeltételt lehessen megadni, a keresztmetszeti kontúrt nyolc egyenlő részre osztjuk.
58 * A keresztmetszeti lyukakra is végeselem hálót alkalmazunk, de a levegő termomechanikai tulajdonságaival ellátva.
59 * A hőmérséklet-eloszlás számítási ideje széles tartományban változhat a hálósűrűség, az //Időlépés //és a //Tűz időtartama// függvényében. A várható időt a számítás folyamatát jelző ábrából becsülhetjük, illetve a számítást meg is szakíthajuk.
60 )))
61
62 == Számítási modellek ==
63
64 A tűzállóság ellenőrzéséhez az Eurocode 1992-1-2 alkalmazzuk az egyszerűsített számítási - "Zóna" vagy "500°C izoterm" -  módszerekkel kombinálva.
65
66 [[image:1615987770128-141.png]]
67
68
69 (% class="box infomessage" %)
70 (((
71 * Mindkét módszer hőmérséklet-eloszláson alapul. Egy tranziens hőáramlás számító modul számítja a keresztmetszeten belüli tényleges hőmérséklet-eloszlást a megadott //Tűz időtartama// szerint és figyelembe véve a fajhő, a sűrűség és a hővezető-képesség hőmérsékletfüggését.
72 * Mindkét módszer csökkenti a beton keresztmetszetét és megváltoztatja a beton és rúdacél anyagjellemzőit, és ezen bemeneti adatokkal egy "szokásos" tervezés/ellenőrzés fut le.
73 * Téglalap szelvényekre a legpontosabb és legmegbízhatóbb módszer a "Zóna" módszer. Empirikus képletei miatt kizárólag csak téglalap szelvényekre alkalmazhatjuk.
74 * Az "500°C izoterm" módszer bármely keresztmetszeti alakra alkalmazható.
75 )))
76
77 (% style="text-align: justify;" %)
78 A "Zóna" módszer a szabvány szerint pontosabb, különösen az oszlopok esetében, de csak téglalap alakú keresztmetszetekre alkalmazható. A valóságban, mivel a hőmérséklet a keresztmetszet minden pontján eltérő lehet, a beton anyagmodellje is pontról pontra eltérő lehet. A módszer ajánlása szerint, a szakasz leghidegebb pontját (referencia-hőmérséklet) vesszük, és az eredeti keresztmetszetet oly módon csökkentjük, hogy azt állandó betonanyaggal ellátva (a referencia hőmérséklet alapján) egyenértékű legyen az eredetivel keresztmetszet változó beton anyagú modelljével. A sérült rész számításához a keresztmetszetet 20 "zónára" osztjuk a gerendák esetén a B.12 képlettel és az oszlopok esetén a B.13 képlettel (B. melléklet). A módszer a beton referencia-hőmérsékletét használja a szobahőmérsékleti tulajdonságok redukciós tényezőinek becslésére. A szabvány által javasolt anyagmodellt módosítja, a leszálló ágat nem veszi figyelembe (a biztonság javára) a numerikus instabilitás elkerülése céljából a keresztmetszeten belüli nemlineáris feszültségeloszlás-számításakor.
79
80 [[image:sigma1.png||height="340" width="451"]]
81
82 (% style="text-align: justify;" %)
83 Acélok esetében is a szabvány csökkentett anyagmodellt ajánl (a hőmérséklet-eloszlás, az acélosztályok és a gyártástípus alapján) a leszálló ág elhanyagolásával.
84
85 (% style="text-align: justify;" %)
86 [[image:sigma2.png||height="310" width="451"]]
87
88 Tűzhatásra tervezésben figyelembe vesszük a beton tűzre megadott biztonsági tényezőket:
89
90 [[image:1615921480414-815.png]]
91
92
93 (% style="text-align: justify;" %)
94 Az "500°C izoterm" módszer bármilyen alakú keresztmetszetre alkalmazható, alapötlete az, hogy eltávolítja a keresztmetszet azon (sérült) részeit, ahol a hőmérséklet meghaladja az 500°C-ot, és a csökkentett keresztmetszetet az eredeti (szobahőmérsékletre jellemző) beton tulajdonságokkal modellezi a tűzre megadott biztonsági tényezőkkel ellátva. A betonanyag modellje így nem függ a hőmérséklettől. A betonacélok modellezésénél mindkét módszer a szabvány által javasolt redukált anyagmodellt használja.
95
96 (% style="text-align: justify;" %)
97 Miután a két számítási modell egyike megadja a csökkentett keresztmetszetet és a csökkentett anyagtulajdonságokat, az EN 1992-1-1 szerinti szokványos tervezés és ellenőrzés fut le. Az EN 1992-1-2 szabvány B. melléklete az egyszerűsített számítási modellek elveit egy alapesettel ismerteti, csak a szakaszok kihasználtság-számítására összpontosít, a nyírás és csavarás ellenőrzésével nem foglalkozik. A D. melléklet tér ki ezekre a hiányzó vizsgálatokra azzal a feltételezéssel, hogy ezen tönkremeneteli típusok nagyon ritkák tűzesetekben, de csak informatív módon, mert az ismertetett számítási módszerek nem bizonyítottak teljes mértékben. Figyelembe véve a szabvány ezen megjegyzéseit, a nyírásra és csavarásra történő ellenőrzés opcionális (//Ellenőrzés/tervezés nyírás és csavarás elleni tűzállóságra//). A "Zóna" módszer esetén a beton tulajdonságok módosítása eltérő hosszúságú lehorgonyzási hosszakat eredményezhet, ami szintén nem igazolt, így ezt a szempontot a //Lehorgonyzási hossz tervezés csökkentett anyagjellemzőkre //opcióval vezérelhetjük.
98
99 (% style="text-align: justify;" %)
100 A szabvány szerint figyelembe kell vennünk a keresztmetszeten átmenő hőmérsékleti gradiensekből eredő hődeformációk hatásait. Ezeket a közvetett hatásokat manuálisan kell megadnunk  a"Tűz” típusú Terhelési esethez, ha relevánsak (nem minden oldal van tűznek kitéve). Sajnos ezen hatások reális és megfelelő módon történő automatikus kiszámítása rendkívül bonyolult. A hőhatásokból számított ekvivalens lineáris kinematikus terhelések erősen túlbecsülik ezen közvetett hatások valós értékét. Ennek a problémának a helyes megoldásához olyan korszerű termo-mechanikai szimulációra lenne szükségünk, melyben a beton anyagmodellje követi a hőmérséklet emelkedését és a repedés folyamatát.
101
102 == Tervezés ==
103
104 (% style="text-align: justify;" %)
105 A tűzhatásra ellenőrzés és automatikus tervezés elérhető //Teherkombinációkra //és //Tehercsoportokra //egyaránt. //Teherkombinációk //esetén, az ellenőrzést/tervezést olyan //rendkívüli teherbírási határállapotú //kombinációkra végezjetjük el, amelyek "+Tűz" típusú //Terhelési esetet// tartalmaznak. //Tehercsoportok //esetén - az acél- és farudak tervezéséhez hasonlóan - egy "Rendkívüli" //Tehercsoportba //kell sorolnunk a "+Tűz" típusú //Terhelési esetet//. A //Számítási paramétereknél// (lásd korábban) a //Vasalás tervezés tűzállóságra// opcióval vezérelhetjük, hogy ezen tűzkombinációkat a tervezésben is vagy csak az ellenőrzésben (a szükséges vasalás számítását követően) vegyük figyelembe.
106
107 (% style="text-align: justify;" %)
108 [[image:1615921738191-502.png]]
109
110 == Eredmények ==
111
112 (% style="text-align: justify;" %)
113 A modelltérben, a kihasználtság eredmények tűz-típusú //Teherkombinációkra //az// Eredmények //> //Vb. rúd// > //Kihasználtság //(//Vasbeton tervezés//) alatt érhetőek el.
114
115 (% style="text-align: justify;" %)
116 A vasbeton rudak részletes eredményei kiegészültek a "Hőmérséklet-eloszlás" szakasszal tűz-típusú //Teherkombinációkra //és azon a //Teherkombinációk maximumára//, ahol a tűzhatás a mértékadó.
117
118 [[image:1615922661726-723.png]]
119
120
121 (% style="text-align: justify;" %)
122 A részletes eredmény további szakaszai az aktuálisan megjelenített eredmény tűz relevanciájától függően további információkat tartalmazhat. A "Keresztmetszet" szakaszban megjelenik a csökkentett keresztmetszet méreteivel és adataival.
123
124 [[image:1615922770531-437.png]]
125
126
127 (% style="text-align: justify;" %)
128 A "Betonanyagok" szakaszban mind az eredeti (szobahőmérséklet), mind a csökkentett számítási és szilárdsági paraméterek listázódnak a teherbírás-alakváltozás függvények ábrázolásával.
129
130 [[image:1615922854809-524.png]]
131
132
133 (% style="text-align: justify;" %)
134 A betonacél anyagok bonyolultabbak, mivel minden betonacél tetszőleges hőmérséklet-eloszlása eltérő tulajdonságokkal bírhat, annak ellenére is, hogy ugyanabból az acélból készülnek. Ezenkívül a kengyelek referencia-hőmérsékletének meghatározása a D. melléklet szerint kissé zavaros, ezért külön táblázatban szerepelnek a hosszirányú acélbetétektől. A hosszirányú acélbetét anyagok csökkentett tulajdonságai az acélbetét helyzet, referenciahőmérséklet (T) és sorszám (Ssz.) szerint listázódnak.
135
136 [[image:1615922911653-945.png]]
137
138
139 (% style="text-align: justify;" %)
140 Kengyel esetén a referenciahőmérsékletet az effektív húzott területekenistázzuk, így tehát kombinációfüggő (szakaszonként eltérő lehet). A referenciahőmérséklet eltérő lehet egy kengyel szakaszain is az 'a-a' vonal alapján (D.2 ábra; ha az „a-a” egyenesnek nincs metszéspontja a kengyelszakasszal, akkor a kengyelszakasz középső pontjában számoljuk).
141
142 [[image:1615923578238-447.png]]
143
144 (% style="text-align: justify;" %)
145 A részletes eredmény további szakaszaiban a változók releváns értékeit ("eredeti" vagy "tűz") listázzuk a //Teherkombináció //típusától függően.
146
147 ----
148
149 **Gyűjtőfejezet**: [[Vasbeton tervezés>>https://wiki.fem-design.strusoft.com/xwiki/wiki/wiki.fem-design.strusoft.com/view/Manuals/User%20Manual/RC%20Design/]]
Copyright 2020 StruSoft AB
FEM-Design Wiki