Comportamiento ante el fuego de sistemas de forjado colaborante de acero Antecedentes del método de cálculo simplificado

Transcripción

1 ante el fueg de sistemas de frjad clabrante de acer Olivier VASSART - Bin ZHAO

2 ntenid de la presentación mecánic de en situacines de incendi de lsas de hrmigón armad a 20 Mdel de lsa de frjad Mds de fall de a altas Resistencia de la lsa de hrmigón cn líneas de fluencia plástica Efect de membrana a altas Mejra cn la presencia de vigas de sprte de acer 2

3 diseñ tradicinal Vigas prtegidas de lsas de hrmigón armad a 20 de a altas lumna Viga Suel Ls métds de diseñ existentes dan pr supuest que ls elements aislads tienen un cmprtamient similar en edificis reales Sectr de incendi 3

4 real en el cas de suels cn malla de acer de armadura en interir de lsa de hrmigón Increment de T durante el incendi a 20 a altas (a) (b) (c) (d) Flexión simple efect membrana 4

5 de lsas de hrmigón armad a 20 Mdel de lsa de frjad cn 4 lads encastrads verticalmente (Líneas de fluencia plástica) a 20 Líneas de fluencia Apy simple sbre 4 extrems a altas 5

6 de lsas de hrmigón armad a 20 a 20 Mdel de lsa de frjad Efect de membrana que mejra la resistencia de las líneas de fluencia Región de tensión Líneas de fluencia Sprte sencill sbre 4 extrems a altas mpresión en la línea de fluencia Tensión en la línea de fluencia 6

7 de lsas de hrmigón armad a 20 a 20 a altas Fuerzas de membrana a l larg de las líneas de fluencia (1) k b K T 0 D S T 2 b K T 0 L E A Element 1 F B S T 2 T 1 Element 1 Element 2 Element 2 φ nl l 7

8 de lsas de hrmigón armad a 20 Fuerzas de membrana a l larg de las líneas de fluencia (2) a 20 a altas k, b sn parámetrs que definen la magnitud de las fuerzas de membrana n K T 0 T 1, T 2,, S es un factr que se deduce de la tería de las líneas de fluencia, es la relación de la armadura en su luz menr cn respect al armad en la luz mayr, es la armadura pr unidad de anchura en la luz mayr, sn las fuerzas de membrana resultantes en las líneas de fluencia. 8

9 de lsas de hrmigón armad a 20 ntribución de la acción de la membrana (1) Element 1 a 20 a altas Vista en plan de las fuerzas de membrana resultantes Vista lateral de las fuerzas de membrana resultantes cn una flecha igual w 9

10 de lsas de hrmigón armad a 20 ntribución de la acción de la membrana (2) Element 2 a 20 a altas Vista en plan de las fuerzas de membrana resultantes Vista lateral de las fuerzas de membrana resultantes cn una flecha igual a w 10

11 de lsas de hrmigón armad a 20 a 20 a altas ntribución de la acción de la membrana (3) Factr de mejra para cada element e i, i=1,2 = Mejra glbal dnde: μ a e im : resistencia al mment del element i en trn al sprte + e im : resistencia al mment de las líneas de fluencia del element i e = e 1 1 e 1 + e 2 2 μ a 2 es el ceficiente de rttrpía de la armadura es la relación de aspect de la lsa = L/l 11

12 de lsas de hrmigón armad a 20 a 20 a altas ntribución de la acción de la membrana (4) Acción de membrana basada en la capacidad de sprte de carga Factr de mejra debid a las fuerzas de membrana en un desplazamient determinad (w 1 ) apacidad de carga basada en la tería de líneas de fluencia w 1 Desplazamient (w) 12

13 de lsas de hrmigón armad a 20 Mds de fall (fall de tracción de la armadura) Grieta de gran prfundidad Fall pr cmpresión del hrmigón Armadura en fracturas de luz más larga a 20 a altas Patrón de la línea de fluencia El extrem de la lsa se desplaza hacia el centr de la lsa y "alivia" las defrmacines de la armadura en la luz crta 13

14 de lsas de hrmigón armad a 20 Mds de fall (fall de cmpresión de la armadura) Es más prbable que se prduzca en el cas de una malla fuerte de armadura Aplastamient del hrmigón debid a las tensines en plan a 20 a altas Patrón de la línea de fluencia 14

15 de lsas de hrmigón armad a 20 Mds de fall (pruebas experimentales) a 20 a altas Fall de tracción de la armadura Fall pr cmpresión del hrmigón 15

16 a altas Mdel de lsa de frjad a altas (1) Basad en el mism mdel a temperatura ambiente Justifica la curvatura térmica de la lsa debid al gradiente de temperatura en prfundidad, que es igual a: a 20 w θ ( = α T2 T1 ) λ 19.2 h 2 a altas dnde: h es la altura ttal de la lsa clabrante λ es la luz más crta de la lsa 16

17 a altas Mdel de lsa de frjad a altas (2) a 20 y: α es el ceficiente de expansión térmica del hrmigón Para el hrmigón LW, se tma el valr de la EN 02/01/1994 α LW = K -1 Para el hrmigón NW, se tma un valr cnservadr α NW = K -1 < K -1 (valr de EN ) a altas T 2 T 1 es la temperatura de la parte inferir de la lsa (lad expuest al fueg) es la temperatura de la parte superir de la lsa (lad n expuest al fueg) 17

18 a altas Mdel de lsa de frjad a altas (3) a 20 a altas Presupne una defrmación mecánica media a una tensión igual a la mitad de la tensión de fluencia a temperatura ambiente Flecha de la lsa basada en una frma parabólica de la lsa debid a una carga transversal: w ε = 0.5 f Es 3L 8 λ 30 dnde: E s es el módul elástic de la armadura a 20 f sy es el límite elástic de la armadura a 20 L es la luz más larga de la lsa sy 2 18

19 a altas Mdel de lsa de frjad a altas (4) a 20 a altas Pr l tant, la flecha máxima de la lsa del frjad es: w = α ( T2 T1 ) λ 19.2 h f Es 3L 8 Sin embarg, la flecha máxima de la lsa del frjad está limitada a: w L + λ 30 sy 2 19

20 a altas a 20 a altas Ajuste cnservadr del mdel de la lsa de frjad a altas Ls desplazamients verticales estimads debids a la curvatura térmica están infravalrads si se cmparan cn ls valres teórics La curvatura térmica se calcula en base a la luz menr de la lsa Se ignra cualquier desplazamient vertical adicinal inducid pr la dilatación térmica limitada cuand la lsa se encuentra en situación de pst-pande Se ignra cualquier cntribución de la cubierta de acer Se ignra el increment de la ductilidad de la malla cn la temperatura 20

21 a altas a 20 a altas apacidad de sprte de carga del mdel de lsa de frjad mejrad en presencia de vigas de acer desprtegidas (1) Se mite la acción catenaria de las vigas desprtegidas Se cnsidera la resistencia del mment de flexión de las vigas desprtegidas en ls siguientes supuests: Sprte simple en ambs extrems alentamient de la sección transversal del acer según la EN , cnsiderand el efect de smbra Prpiedades térmicas y mecánicas para acer y hrmigón según EN

22 a altas a 20 apacidad de sprte de carga del mdel de lsa de frjad mejrad en presencia de vigas de acer desprtegidas (2) 8 M Rd, fi n 8M ub Rd, fi 1 + n = 2 2 L B L λ ub La mejra de la capacidad de sprte de carga de vigas desprtegidas es: ub ub λ B ub a altas L ub dnde: n ub es el númer de vigas desprtegidas M Rd,fi es la resistencia de mment de cada viga mixta desprtegida 22

23 a altas álcul de temperatura de la lsa mixta a 20 a altas Según mdels de avanzads h2 diferencias finitas en 2D Prpiedades térmicas de materiales según EN para acer y hrmigón Se tiene en cuenta el efect de smbra en las lsas mixtas φ =1.0 p φsuperi r φlateral Element i b1 y x Li Element i 23

24 a altas apacidad de sprte de carga de vigas perimetrales prtegidas Nivel de carga η fi,t arga adicinal en vigas secundarias temperatura crítica Vigas mixtas (EN ) R30 a 20 a altas Otras características de resistencia al fueg fay, θcr Vigas de acer (EN ) 0.9 η fi,t = = f η η fi,t fi,t = = f f ay ay, θcr f ay ay, θcr f ay = = M M M M M M Rd, fi,b,i Rd,b,i Rd, fi,b,i Rd,b,i Rd, fi,b,i Rd,b,i i= 1, 2 i= 1, 2 i= 1, 2 24

25 a altas a 20 a altas apacidad de sprte de carga de las vigas perimetrales desprtegidas basándse en un mecanism plástic glbal Las vigas primarias y las vigas secundarias se diseñan independientemente Tant en vigas primarias cm secundarias Se cnsidera un únic patrón de línea de fluencia de unión entre bisagras plásticas La resistencia de mment requerida M Rd,fi,b es la misma en tdas las vigas perimetrales paralelas, independientemente de su sección transversal real Se estudian 2 cass 2 vigas extremas al mens 1 viga interna Se aplica el principi de trabaj virtual 25

26 a altas a 20 apacidad de sprte de carga de las vigas primarias (1) Extrem de la lsa 2 vigas extremas 1 viga interna M Rd,fi,b,1 M Rd,fi M Rd,fi Eje de rtación Extrem de la lsa Líneas de fluencia M Rd,fi,b,1 l M Rd,fi,b,1 Zna de diseñ de frjad L M Rd,fi M Rd,fi M Rd,fi,b,1 L M Rd,fi M Rd,fi M Rd,fi,b,1 Líneas de fluencia a Eje de rtación l Eje de rtación altas 26

27 a altas apacidad de sprte de carga de las vigas primarias (2) 2 vigas extremas M Rd, fi,b,1 = pl 2 λ 8μM 16 0 L eff a 20 a altas Al mens una viga interna M dnde: Rd, fi,b,1 = pl 2 λ 8μM 12 p es el valr máxim de la carga aplicada y de la capacidad de sprte de carga del frjad 0 L eff 27

28 a altas a 20 a altas apacidad de sprte de carga de las vigas primarias (3) y: L eff es la lngitud efectiva de la línea de fluencia 2 vigas extremas de acer sól 1 viga mixta 2 vigas mixtas L eff L eff L eff = L = L min L 2 = L 2 min λ ; 8 L 2 λ ; 8 28

29 a altas apacidad de sprte de carga de las vigas secundarias prtegidas (1) a 20 a altas Eje de rtació n 2 vigas extremas 1 viga interna M Rd,fi,b,2 M Rd,fi M Rd,fi M Rd,fi,b,2 Líneas de fluencia Eje de rtación Desplazamient vertical nul l l M Rd,fi,b,2 Zna de diseñ del frjad L M Rd,fi M Rd,fi M Rd,fi,b,2 M Rd,fi M Rd,fi M Rd,fi,b,2 L 29

30 a altas a 20 a altas apacidad de sprte de carga de las vigas secundarias prtegidas (2) 2 vigas extremas M Rd, fi,b,2 Al mens una viga interna M Rd, fi,b,2 dnde: = = plλ plλ ( M λ + n M ) 0 eff 16 Rd, fi p es el valr máxim de la carga aplicada y de la capacidad de sprte de carga del frjad ub ( M λ + n M ) 0 eff 12 ub Rd, fi 30

31 a altas a 20 a altas apacidad de sprte de carga de las vigas secundarias prtegidas (3) y: λεφφ es la lngitud efectiva de la línea de fluencia 2 vigas extremas de acer λ λeff = λ nub min 1+ n sól 1 viga mixta λeff = λ n 2 vigas mixtas λ = λ eff ub min ub λ 1+ n ub L ; 4 L ( nub + 1) min ; 1+ nub 4 L ; 4 λ 31

32 Bibligrafía Jhansen, K.W. Yield-line frmulae fr slabs. ement and ncrete Assciatin. Lndres: Taylr & Francis, Bailey,.G. Membrane actin f slab/beam cmpsite flr systems in fire. Engineering Structures, Octubre 2004, Vl. 26, Nº 12, pp EN : Eurcde 4 : Diseñ de estructuras de hrmigón y acer Parte 1-2: Nrmas generales - diseñ de fueg estructural, EN. Fire Resistance Assessment Of Partially Prtected mpsite Flrs (FRAOF) - Evaluación de la resistencia al fueg en de chapa clabrante cn prtección parcial Dcument técnic teóric Infrme técnic, TIM, SI,