Diseño de incendio estructural según DIN EN 1993-1-2 (Propiedades de materiales térmicos)

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Figura 01 - Thermal Expansion of Steel

Figura 02 - Specific Heat Capacity of Steel

Figura 03 - Thermal Conductivity of Steel

Artículo técnico

001496 5. diciembre 2017 Artículo técnico Stefan Frenzel Módulos adicionales RFEM RSTAB RF-/STEEL EC3 Estructuras de acero Eurocódigo 3

Al usar RF- / STEEL EC3, puede aplicar curvas de tiempo de temperatura nominales en RFEM o RSTAB. Para ello, se implementan en el programa la curva estándar de tiempo-temperatura (ETK), la curva de fuego externa y la curva de fuego de hidrocarburos. Basándose en estas curvas de temperatura, el módulo adicional puede calcular la temperatura en la sección transversal de acero y, por lo tanto, realizar el diseño de incendio utilizando las temperaturas determinadas. Este artículo explica el comportamiento térmico del acero estructural ya que esto tiene un impacto directo en el cálculo de las temperaturas de los componentes en RF- / STEEL EC3.

Las propiedades del material del acero estructural se describen en EN 1993‑1‑2 [2] mediante el uso de funciones con el fin de tener un valor preciso para cada propiedad en cada temperatura.

Expansión térmica

La expansión térmica Δl / l es un cambio en las dimensiones geométricas causado por el cambio de temperatura.

A 20 ° C ≤ Θ _a <750 ° C:

$$ \ frac {\ triangle \ mathrm l} {\ mathrm l} \; = \; 1.2 \; \ cdot \; 10 ^ {- 5} \; \ cdot \; {\ mathrm \ Theta} _ \ mathrm a \; + \; 0.4 \; \ cdot \; 10 ^ {- 8} \; \ cdot \; \ mathrm \ Theta_ \ mathrm a ^ 2 \; - \; 2.416 \; \ cdot \; 10 ^ {- 4 } $$

A 750 ° C ≤ Θ _a ≤ 860 ° C:

$$ \ frac {\ triangle \ mathrm l} {\ mathrm l} \; = \; 1.1 \; \ cdot \; 10 ^ {- 2} $$

A 860 ° C <Θ _a ≤ 1,200 ° C:

$$ \ frac {\ triangle \ mathrm l} {\ mathrm l} \; = \; 2 \; \ cdot \; 10 ^ {- 5} \; \ cdot \; {\ mathrm \ Theta} _ \ mathrm a \; - \; 6.2 \; \ cdot \; 10 ^ {- 3} $$

Figura 01 - Expansión térmica del acero

Capacidad calorífica específica

La capacidad calorífica específica c _a en J / (kgK) es la cantidad de calor requerida para calentar un kilogramo de material por un Kelvin.

A 20 ° C ≤ Θ _a <600 ° C:

$$ {\ mathrm c} _ \ mathrm a \; = \; 425 \; + \; 7.73 \; \ cdot \; 10 ^ {- 1} \; \ cdot \; {\ mathrm \ Theta} _ \ mathrm a \; - \; 1.69 \; \ cdot \; 10 ^ {- 3} \; \ cdot \; \ mathrm \ Theta_ \ mathrm a ^ 2 \; + \; 2.22 \; \ cdot \; 10 ^ {- 6} \; \ cdot \; \ mathrm \ Theta_ \ mathrm a ^ 3 $$

A 600 ° C ≤ Θ _a <735 ° C:

$$ {\ mathrm c} _ \ mathrm a \; = \; 666 \; + \; \ frac {13,002} {738 \; - \; {\ mathrm \ Theta} _ \ mathrm a} $$

A 735 ° C ≤ Θ _a <900 ° C:

$$ {\ mathrm c} _ \ mathrm a \; = \; 545 \; + \; \ frac {17,820} {{\ mathrm \ Theta} _ \ mathrm a \; - \; 731} $$

A 900 ° C ≤ Θ _a ≤ 1,200 ° C:

$$ {\ mathrm c} _ \ mathrm a \; = \; 650 $$

Figura 02 - Capacidad térmica específica del acero

Conductividad térmica

La conductividad térmica λ _a en W / (mK) describe la capacidad de transferir energía térmica mediante la transferencia de calor.

A 20 ° C ≤ Θ _a <800 ° C:

$$ {\ mathrm \ lambda} _ \ mathrm a \; = \; 54 \; - \; 3.3 \; \ cdot \; 10 ^ {- 2} \; \ cdot \; {\ mathrm \ Theta} _ \ matemáticas a $$

A 800 ° C ≤ Θ _a ≤ 1,200 ° C:

$$ {\ mathrm \ lambda} _ \ mathrm a \; = \; 27.3 $$

Figura 03 - Conductividad térmica del acero

Referencia

[1]	Eurocódigo 3: Diseño de estructuras de acero. Parte 1‑1: Reglas generales y reglas para edificios . EN 1993‑1‑1: 2005 + AC: 2009
[2]	Eurocódigo 3: Diseño de estructuras de acero. Parte 1‑2: Reglas generales. Diseño estructural contra incendios . EN 1993‑1‑2: 2005 + AC: 2009

Enlaces

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