Brandverhalten von Stahl und Verbunddeckensystemen. Neue experimentelle Beweise

Transkript

1 Brandverhalten von Stahl und Verbunddeckensystemen

2 Inhalt der Präsentation der neuen Brandtests Brandgroßversuche innerhalb der Projekte FRACOF (Test 1 ISO Feuer) COSSFIRE (Test 2 ISO Feuer) FICEB (Test 3 natürliches Feuer & Cellformträger) Ergebnisse Temperatur Verschiebung und Analyse 2

3 Warum noch mehr Brandtests? Hintergrund Cardington Brandtests Exzellentes Brandverhalten unter natürlichen Brandbedingungen Max von Stahl 1150 C, Branddauer 60 min (> 800 C) UK Konstruktionsdetails Das gleiche gute Verhalten unter langer Brandauer zu bestätigen (mindestens 90 Minuten ISO Feuer) Den Einfluss von verschiedenen Konstruktionsdetails zu untersuchen, wie Stahlbewehrungsmatten und Brandschutz von Randträgern Verschiedene Brandsicherheit Engineering Tools zu validieren 3

4 Design von Probekörpern Test 1 (FRACOF) E C K E HEB260 IPE400 IPE300 IPE300 IPE400 Strukturgitter eines realen Gebäudes Angenommene Stahlrahmen für Feuertest 1 4

5 Design von Probekörpern Test 2 (COSSFIRE) IPE270 HEB200 E C K E N IPE270 IPE270 T E I L Pin joint Strukturgitter Angenommene eines realen Stahlrahmen für Gebäudes Feuertest 2 5

6 Design von Probekörpern Finales Verbunddeckensystem Test 1 Test 2 6

7 Design von Bauteilen Stahlrahmen Stahl und Betonverbundträger Nach Eurocode 4 Part 1-1 (EN ) Kurze Stahlpfeiler Verbundplatte Totale Tiefe Nach Eurocode 4 Part 1-2 (EN ) Bewehrungsstahlmatte Basierend auf Regeln Stahlgelenk Gewöhnlich verwendete Gelenke: Doppelwinkel und Endplatte Nach Eurocode 3 Part 1.8 (EN ) 7

8 Design von Bauteilen Anordnung von Kopfschrauben über Stahlträgern mm 207 mm 300 mm Test mm Test mm 125 mm Nebenträger Hauptträger Typ der Stahlschrauben TRW Nelson KB 3/4" 125 (Φ = 19mm; h = 125 mm; f y = 350 N/mm²; f u = 450 N/mm²) 8

9 Stahlgelenke Nebenträger Doppelwinkel Stegklemmen Träger zu Pfeiler Hauptträger Flexible Endplatte Träger zu Träger Doppelwinkel Stegklemmen Grad Stahlbolzen: 8.8 Durchmesser Stahlbolzen: 20 mm 9

10 Größen von Bauteilen 58 mm Verbundplatte 101 mm 107 mm 62 mm 155 mm Test mm Test 2 Stahl-Deck: COFRAPLUS mm Betonqualität: C30/37 Stahlbewehrungsmatte Mattengröße: 150x150 Durchmesser: 7 mm Stahlsorte: S500 1Achsenabstand von der Oberfläche der Platte: 50 mm Test 1 35 mm Test 2 10

11 Mechanische Belastungskondition T e s t 1 15 Sandsäcke 1512 kg Equivalente gleichmäßige Belastung: 390 kg/m² Test 2 20 Sandsäcke 1098 kg Equivalente gleichmäßige Belastung: 393 kg/m² 11

12 Vorbereitung für Brandtest

13 Verhalten der Decke während einem Brand Vor dem Test Nach dem Test Ungeschützte Nebenträger Verbundplatte 13

14 Struktur von Test 3 (FICEB) Träger-3 Träger-4 Träger- solide Pfeiler GL-D Beam-1 Träger-5 Pfeiler GL-A 14

15 Struktur von Test 3 15

16 Struktur von Test 3 Träger Träger Verbindungen 16

17 Struktur von Test 3 Träger Pfeiler Verbindungen 17

18 Struktur von Test 3 A393 Mattenbewehrung, dia 10mm Vll Vollständige ädi Interaktion : zwischen Platte & Tä Trägern, erreicht durch Schubverbindungen, dia 19, h=95mm U-Faktoren Bewehrung wurde um die Platte herum addiert um korrekte Bewehrung zu versichern. Detailanforderung für Ambient Temp. 18

19 Struktur von Test 3 BLICK AUF OBERSEITE DER PLATTE 19

20 Struktur von Test 3 Die Dichte Brandlastenergie betrug 700MJ/m 2 Die Brandlast kann durch Verwendung von 45 standard Holzkästen (1m x 1m x 0.5 m hoch), gleichmäßig über den Raum (9.0m x 15.0m) verteilt, erreicht werden. POSITIONEN HOLZKÄSTEN WOODEN CRIBS LOCATION 20

21 Ergebnisse Feuertemperatur Erhitzung der ungeschützten Stahlträger Erhitzung von geschützten Stahlteilen Erhitzung Verbundplatte Biegung der Decke en über das Verhalten von Verbunddeckensystemen Betonrisse und Betonbrüche Versagen von Stahlbewehrungsmatten während des Tests Zusammenbrechen von Eckträgern 21

22 Ergebnisse Feuertemperatur Tem mperatur re ( C) ISO834 Test 1 FRACOF Test 2 COSSFIRE Time (min) 22

23 Ergebnisse Test 3 Feuertemperatur Temperatur in der Mitte des Raumes Raumtemperatur 23

24 Ergebnisse Erhitzung der ungeschützten Stahlträger Te emperat ture ( C) Test FRACOF 1 COSSFIRE Test Time (min) A B C A B C 24

25 Ergebnisse Test 3 Erhitzung von ungeschützten Stahlträgern 1200 Beam 4 Zone 3 Centre A B C D E F Tem perature ( C C ) Time (min) 25

26 Ergebnisse Erhitzung von geschützten Stahlträgern ( C) Te emperature A B C FRACOF Test 1 COSSFIRE Test Time (min) ( C) Te emperature A B C Time (min) Viel heißere Träger in Test C und ein Ecknebenträger erhitze sich bis zu > 600 C 26

27 Ergebnisse Erhitzung der Verbundplatte Temperatu ure ( C) d Dand E: reinforcing steel A' C E ture ( C) Tempera D Time (min) F 0 A B C D E F D and E: reinforcing steel Time (min) Test 1 Test 2 27

28 Ergebnisse Test 3 Erhitzung der Verbundplatte 28

29 Ergebnisse Wegmesssysteme für Biegung D3 800 mm 1300 mm D3 D6 D7 D4 D2 D mm D5 D8 D2 D mm 1660 mm D4 Test 1 Test 2 29

30 Ergebnisse Biegung der Decken Ver rtical displac cement (mm m) D1 D2 D3 D Time (min) Ve ertical displa acement (mm m) Extrapolated results D1 D3 D2 D4 D5 D7 D8 D Time (min) Test 1 Test 2 30

31 Ergebnisse Test 3 Wegmesssysteme für Biegung 31

32 Ergebnisse Test 3 Biegung der Decken 32

33 Ergebnisse Reißen von Beton (Test 1) Betonriss Exzellente umfassende Stabilität der Decke trotz Versagen der Stahlbewehrungsmatte 33

34 Ergebnisse Reißen von Beton (Test 3) Betonriss Exzellente umfassende Stabilität der Decke trotz Auftreten des Risses 34

35 Ergebnisse Steginstiblität des Trägers (Test 3) 35

36 Ergebnisse Brechen von Beton (Test 2) Concrete crushing Umfassende Stabilität der Decke blieb angemessen trotz des Versagens eines Eckträgers 36

37 Regeln Brandbemessung (min) Test Test 1 Test 2 Test > > Biegung (mm) (*) (*) Ergebnisse : Brandbemessung > 120 Minuten 37

38 Allgemeine Schlussfolgerungen relativ zu neuen Feuertests Exzellente Performance der Verbunddeckensysteme unter membraner Wirkung für lange ISO Brandeinwirkung (>120 minutes) Hoher Grad an Robustheit des Verbunddeckensystems trotz bestimmten lokalen Fehlern Spezielle Aufmerksamkeit gilt den Konstruktionsdetails in Bezug auf Stahlmattenbewehrung um eine gute Performance von Intergritätskriterien zu gewähren Die Methode ist auf der sicheren Seite im den Testergebnissen Keine Anzeichen von Versagen während der Abkühlungsphase des Verbunddeckensystems 38