Progettazione di incendi strutturali secondo DIN EN 1993-1-2 (Proprietà materiali termici)

Articolo tecnico

Utilizzando RF- / STEEL EC3, è possibile applicare le curve nominali temperatura-tempo in RFEM o RSTAB. Per questo, la curva standard tempo-temperatura (ETK), la curva di fuoco esterna e la curva di fuoco degli idrocarburi sono implementate nel programma. Sulla base di queste curve di temperatura, il modulo aggiuntivo può calcolare la temperatura nella sezione trasversale dell'acciaio e quindi eseguire la progettazione del fuoco utilizzando le temperature determinate. Questo articolo spiega il comportamento termico dell'acciaio strutturale in quanto si tratta di un impatto diretto sul calcolo delle temperature dei componenti in RF- / STEEL EC3.

Le proprietà del materiale dell'acciaio strutturale sono descritte nella EN 1993-1-2 [2] utilizzando le funzioni per avere un valore preciso per ogni proprietà a ciascuna temperatura.

Dilatazione termica

L'espansione termica Δl / l è una variazione delle dimensioni geometriche causata dal cambiamento di 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 - Espansione termica dell'acciaio

Capacità termica specifica

La capacità termica specifica c a in J / (kgK) è la quantità di calore richiesta per riscaldare un chilogrammo di materiale di 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 - Capacità termica specifica dell'acciaio

Conduttività termica

La conduttività termica λ a in W / (mK) descrive la capacità di trasferire energia termica mediante trasferimento di calore.

A 20 ° C ≤ Θ a <800 ° C:

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

A 800 ° C ≤ Θ a ≤ 1.200 ° C:

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

Figura 03 - Conduttività termica dell'acciaio

Riferimento

[1] Eurocodice 3: Progettazione di strutture in acciaio - Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifici ; EN 1993-1-1: 2005 + AC: 2009
[2] Eurocodice 3: Progettazione di strutture in acciaio - Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale degli incendi ; EN 1993-1-2: 2005 + AC: 2009

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