Obliczanie konstrukcji na wypadek pożaru zgodnie z EN 1993-1-2 (termiczne właściwości materiału)

Artykuł o tematyce technicznej

W module dodatkowym RF-/STEEL EC3 dla RFEM lub RSTAB, można zastosować nominalne krzywe temperatura-czas. W tym celu do programu zaimplementowano standardową krzywą temperaturę-czas (ETK), krzywą pożaru zewnętrznego oraz krzywą węglowodorową. W oparciu o wymienione krzywe temperatury, w module dodatkowym można obliczyć temperaturę w przekroju elementu stalowego i tym samym przeprowadzić analizę jego zachowania się w warunkach pożaru, wykorzystując określone wcześniej wartości temperatury. Niniejszy artykuł przybliża zachowanie się stali konstrukcyjnej pod wpływem oddziaływania temperatury, gdyż ma ono bezpośredni związek ze sposobem wyznaczania wartości temperatury w module RF-/STEEL EC3.

Właściwości materiałowe stali konstrukcyjnej są opisane w normie EN 1993‑1‑2 [2] za pomocą funkcji, w celu określenia dokładnej wartości każdej właściwości, dla każdego poziomu temperatury.

Rozszerzalność termiczna

Termiczna rozszerzalność Δl/l jest zmianą wymiarów geometrycznych, wywołaną zmianą temperatury.

Gdy 20 °C ≤ Θa < 750 °C:

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

Gdy 750 °C ≤ Θa ≤ 860 °C:

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

Gdy 860 °C < Θa ≤ 1,200 °C:

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

Rysunek 01 - Termiczna rozszerzalność stali

Ciepło właściwe

Ciepło właściwe ca wyrażone w J/(kgK) jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednego kilograma materiału o 1 K.

Gdy 20 °C ≤ Θa < 600 °C:

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

Gdy 600 °C ≤ Θa < 735 °C:

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

Gdy 735 °C ≤ Θa < 900 °C:

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

Gdy 900 °C ≤ Θa ≤ 1,200 °C:

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

Rysunek 02 - Ciepło właściwe stali

Przewodność cieplna

Przewodność cieplna λa wyrażona w W/(mK) opisuje zdolność przenoszenia energii cieplnej za pomocą przepływu ciepła.

Gdy 20 °C ≤ Θa < 800 °C:

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

Gdy 800 °C ≤ Θa ≤ 1,200 °C:

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

Rysunek 03 - Przewodność cieplna stali

Referencje

[1]   Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 1‑1: Reguły ogólne i reguły dla budynków; EN 1993‑1‑1:2005 + AC:2009
[2]   Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 1‑2: Reguły ogólne - Obliczanie konstrukcji z uwagi na warunki pożarowe; EN 1993‑1‑2:2005 + AC:2009

Linki

RFEM Program główny
RFEM 5.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych, obejmujących płyty, ściany, powłoki, pręty (belki), bryły i elementy kontaktowe, z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES)

Cena pierwszej licencji
3 540,00 USD
RSTAB Program główny
RSTAB 8.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczania konstrukcji ramowych, belkowych i szkieletowych, wykonujące obliczenia liniowe i nieliniowe sił wewnętrznych, odkształceń i reakcji podporowych

Cena pierwszej licencji
2 550,00 USD
RFEM Konstrukcje stalowe i aluminiowe
RF-STEEL EC3 5.xx

Moduł dodatkowy

Wymiarowanie prętów stalowych wg EC 3

Cena pierwszej licencji
1 480,00 USD
RSTAB Konstrukcje stalowe i aluminiowe
STEEL EC3 8.xx

Moduł dodatkowy

Wymiarowanie prętów stalowych wg EC 3

Cena pierwszej licencji
1 480,00 USD