cap. 4-comportarea o+óelului la temperaturi ridicate
DESCRIPTION
METALTRANSCRIPT
-
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
Rezistenele mecanice ale oelului sunt diminuate datorit creteriitemperaturii care provoac o difuzie a atomilor de carbon. Au loctransformri ale reelei cristaline; astfel spre 700C, oelul cuconinut redus n elemente de aliere, trece din (ferit) cu sistem decristalinizare cubic centrat n (austenit) cu sistem de cristalinizarecubic cu fee centrate.
n jurul temperaturii de 1500C, oelul nu este dect o soluie lichidde carbon n fier.
Aceste transformri structurale atrag modificri ale proprietilormecanice:
creterea temperaturii are ca efect reducerea rezistenei laforfecare care antreneaz o majorare a alungirii i striciunii larupere.
n acelai timp, are loc o reducere a rezistenei la ntindere i alimitei de elasticitate.
-
tgE a,
Curba a oelului la
temperaturi ridicate considernd
ecruisarea
Curba a oelului la temperaturi ridicate fr ecruisare.
Modulul de elasticitate longitudinal n
domeniul elastic-liniar:
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
Coeficienii de reducere raportai la mrimilecaracteristice la 20C, pentru relaia la temperaturi ridicate sunt:
Coeficientul de reducere al limitei de curgere, ca fiind raportulntre limita de curgere efectiv i limita de curgere la 20C:
Coeficientul de reducere al limitei de proporionalitate, cafiind raportul ntre limita de proporionalitate i limita de curgerela 20C:
Coeficientul de reducere al modulului de elasticitatelongitudinal, ca fiind raportul ntre modulul de elasticitatelongitudinal i modulul de elasticitate la 20C:
E,p,y, k,k,k
y,
y,
y
fk =
f
p,
p,
y
fk =
f
a,
E,
a
Ek =
E
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
Factorii de reducere ai caracteristicilor mecanice ale oelului
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
Oelul este un material incombustibil, dar bun conductor de cldur.
-
Alungirea relativ termic a
oelului funcie de temperatur
Cldura specific a oelului
funcie de temperatur
Conductivitatea termic a
oelului funcie de
temperatur
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
TEMPERATURA CRITIC
TEMPERATURA CRITIC, numit i temperatur de cedare,corespunde momentului n care capacitatea portant a structuriimetalice corespunztoare acestei temperaturi devine egal cuncrcarea aplicat structurii.
Temperatura critic este cuprins ntre 450C i 700-800C.
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
FACTORII CARE INFLUENEAZ
TEMPERATURA CRITIC
tipul de oel gradul de solicitare condiii de rezemare (sistem izostatic sau hiperstatic) forma profilului condiii de ncrcare
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
Temperatura critic a elementului din oel, la timpul , pentru un efort capabil , se calculeaz cu relaia:
unde:
este gradul de utilizare, cu valori la timpul cuprinse ntre 0.01 i 1.0, determinatcu relaia:
n care:
este efortul de calcul produs de aciuni, la starea limit de incendiu, inclusiv efectele dilatrii i deformaiei termice,
este efortul capabil al seciunii, la starea limit de incendiu la timpul
a,cr t = 0
fi,d,t fi,dR = E
a,cr 3.833
0
1 = 39.19ln - 1 + 482
0.9674
0
fi,d
0
fi,d,0
E =
R
fi,dE
fi,d,0R
t = 0
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
Creterea temperaturii ntr-un element structural neprotejat la foc dintr-o
structur interioar, n intervalul de timp se determin cu relaia:
unde:
este cldura specific a oelului [J/kgK],
este densitatea oelului [kg/m3],
este factorul de corecie pentru efectul de umbr, care are urmtoarele
expresii de calcul:
pentru: profile dublu te; pentru celelalte
cazuri, pentru profile nchise rectangulare sau circulare.
t
hma,t sh net,d
a a
A1 = k t
c V
ac
a
shk
m bsh
m
(A / V)k = 0.9
A V
m bsh
m
(A / V)k =
A V
1ksh
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
este factorul de seciune neprotejat [m-1] , n care: este
suprafaa expus la foc a elementului pe unitatea de lungime [m2/m],
este volumul elementului pe unitatea de lungime [m3/m],
este valoarea de contur convex a factorului de seciune i
reprezint raportul dintre suprafaa expus la foc a unui contur convex
care circumscrie seciunea i volumul elementului metalic, raportate la
unitatea de lungime,
este intervalul de timp [sec],
este valoarea de calcul a fluxului termic net pe unitatea de
suprafa [W/m2], determinat prin considerarea radiaiei termice ct i a
conveciei de la i spre focul din imediata vecintate a elementului
mA V mA
V
m b(A V )
t
net,dh
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
Factorul de seciune pentru elemente de oel neprotejate, exemple:
Seciune deschis expus la foc pe toate feelemA V = perimetru / arie seciune
Seciune deschis expus la foc pe trei feelemA V =
suprafaa expus la foc / arie
seciune transversal
Platband expus la foc pe toate feele
Dac
VAm mA V = 2(b+ t) / (bt)bt
mA V 2 t
:
eav circular expus la foc pe toate feelemA V = 1 t
evi profilate fr sudur expuse la foc pe toate feele: mA V 1 t
mA V
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
Creterea temperaturii ntr-un element structural protejat, n intervalul de timp
n care:
unde:
este factorul de seciune pentru elementul de oel izolat prin materialul de
protecie: este aria suprafeei interioare a materialului de protecie pe
unitatea de lungime a elementului structural, este volumul elementului pe
unitatea de lungime,
t
p p p 10
a,t g,t a,t g,t
a a
d A 1 = - t - e - 1 0
c V 1+ 3
p p p
p
a a
c A = d
c V
pA V
pA
V
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
sunt cldura specific i respectiv densitatea oelului, n [J/kgK] i
respectiv [kg/m3],
sunt cldura specific i respectiv densitatea materialului de protecie, n
[J/kgK] i respectiv [kg/m3],
este grosimea materialului de protecie [m],
este conductivitatea termic a materialului de protecie la foc corespunztoare
temperaturii medii de protecie i grosimii izolaiei [W/mK],
este temperatura gazelor fierbini la timpul [C],
este creterea temperaturii gazelor fierbini n intervalul de timp [K],
este temperatura oelului la timpul [C],
este intervalul de timp [sec]: .
a ac ,
p pc ,
pd
p
g,t t
g,t t
a,tt
t 30sect
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
Factorul de seciune pentru elemente de oel protejate:pA V
Protecie pe contur de grosime uniform, expus la foc pe toate feele
= Perimetrul profilului /Aria seciunii de oel
Protecie n carcas de grosime uniform, expus la foc pe toate feele
pA V
= 2(b+h) /Aria seciunii de oelpA V
Protecie pe contur de grosime uniform, expus la foc pe trei fee
= Perimetrul profilului b/Aria seciunii de oelpA V
Protecie n carcas de grosime uniform, expus la foc pe trei fee
= 2h+b /Aria seciunii de oelpA V
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
A = mareV = redusnclzire rapid
A = redusV = marenclzire lent
Exemplu: profil IPE 100 expus pe 4 fee A/V = 389profil IPE 500 expus pe 4 fee A/V = 150.
INFLUENA FACTORULUI DE SECIUNE ASUPRA NCLZIRII OELULUI
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
Creterea temperaturii pe
seciune funcie de timp
pentru seciuni
neprotejate
Creterea temperaturii pe
seciune funcie de timp
pentru seciuni protejate
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
Sistemele de protecie termic pot fi aplicate pe suprafaa exterioar aprofilelor sau, n cazul profilelor nchise, se utilizeaz apa care poate circula ninteriorul acestora, rcindu-le (structuri irigate).
Soluii de protecie termic aplicat la exterior:
Produse care se aplic n straturi, prin imersie, prin pulverizare: vermiculit, fibreminerale aglomerate cu un liant, zgur, ipsos etc.
Produse sub form de plci care formeaz o cutie n jurul profilului metalic: plci din ipsos, din vermiculit, din fibre minerale sau compui silico-calcaroi. Acestea sunt fixate fie mecanic (agrafe, uruburi etc.), fie prin lipire.
Vopsele intumescente care se aplic sub form de pelicul, de la 0,5 la 4 mm grosime. nclzite la temperaturi cuprinse ntre 100C i 200C, acestea se umfl, transformndu-se ntr-o spum cu grosimi ce ating 3040 mm. Rezult astfel o izolaie termic care ntrzie nclzirea elementului metalic. Aceast soluie de protecie este apreciat deoarece conserv estetica i greutatea profilului.
Structurile mixte oel beton (profile deschise nglobate n beton, profile nchiseumplute cu beton sau planee cu table profilate) au un comportament favorabilla temperaturi ridicate.
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
Majoritatea sistemelor de protecie sunt caracterizate de temperatura atins de profilul
metalic n funcie de masivitatea sa i de grosimea stratului protector
Temperatura profilului metalic protejat cu un anumit material, dup 60 min de incendiu convenional
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
MaterialDensitatea
[kg/m3]
Umiditatea
[%]
Conductivitatea
termic [W/mK]
Cldura specific
[J/KgK]
Spray-uri (materiale torcretate)
- fibre minerale 300 1 0.12 1200
- vermiculit 350 15 0.12 1200
- perlit 350 15 0.12 1200
Spray-uri grele (mortare speciale)
- vermiculit (sau perlit) i ciment 550 15 0.12 1100
- vermiculit (sau perlit) i ipsos 650 15 0.12 1100
Plci
- vermiculit (sau perlit) i ciment 800 15 0.20 1100
- fibre-siliciu
sau fibre-calciu-siliciu600 3 0.15 1200
- fibre-ciment 800 5 0.15 1200
- plci de ipsos 800 20 0.20 1700
Plci comprimate
- fibre silicate, vat mineral, vat
de sticl150 2 0.20 1200
Materiale grele
- beton 2300 4 1.6 1000
- beton uor 1600 5 0.80 840
- crmid de beton 2200 8 1.00 1200
- crmid cu goluri 1000 - 0.40 1200
- crmid plin 2000 - 1.20 1200
Proprietile termice ale materialelor de protecie
COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE
-
Protecie la foc cu produse aplicate prin vopsire, pulverizare
PROTECIA TERMIC A OELULUI
Se utilizeaz dou tipuri de produse: produse cu densitate redus (< 250 kg/m3) alctuite din fibreminerale, sau produse past cu densitate ridicat (> 450 kg/m3) alctuite din vermiculit, ciment, ipsosetc. Grosimea stratului aplicat prin pulverizare depinde de factorul de seciune, de rezistena la focprevzut i de temperatura critic. Se aplic cu ajutorul unei maini pneumatice speciale,torcretndu- se direct pe suportul ce trebuie protejat. Stabilitate la foc - 4 ore.
-
VOPSEA TERMOSPUMANT de protecie la foc este o protecie pasiv care aplicat pesuprafaa structurilor metalice , mrete rezistena la foc a acestora prin formarea unui stratde spum izolatoare. Se aplic cu pensula sau trafaletul pe suprafee din oel protejateanticorozov cu grund alchidic. Se utlizeaz att n interiorul ct i exteriorul cldirilor , pentruelemente de oel cu factorul de masivitate de pn la max 300 m-1 i rezistena la foc demaxim 60 de minute.
PROTECIA TERMIC A OELULUI
-
Stlp metalic
Grinzi metalice
Protecie la foc prin placare
PROTECIE CU PLCI DIN SILICAT DE MAGNEZIU
(TECBOR)
PROTECIA TERMIC A OELULUI
-
Elemente structurale protejate la foc
prin placare
PROTECIA TERMIC A OELULUI
-
Protecie la foc prin ecranare
Stlpi integrai Tavane suspendate Stlpi integrai n zidrii Stlpi protejain structura peretelui rezistente la foc parial de zidrie
PROTECIA TERMIC A OELULUI
-
Structurile mixte oel beton (profile deschise nglobate n beton, profile
nchise umplute cu beton)
Stlpi i grinzi metalice: profile deschise sau nchise din oel, nglobate total sau parial n beton
nglobare
parial
nglobare
total
PROTECIA TERMIC A OELULUI
-
Structurile mixte oel-beton (planee)
Planeu din grinzi cu seciune mixt oel-beton
Planeu din dal mixte oel-beton cu armtur suplimentar la foc
Planeu cu grinzi integrate n placa de beton
Structur de planeu uscat protejat prin placare
Planeu din dale mixte oel-beton cu protecie la foc prin placare
PROTECIA TERMIC A OELULUI
-
Soluii constructive pentru elemente de nchidere
Acoperi: 1.-nvelitoare de tabl cutat, 2.-pan, 3.-termoizolaie, 4.-
tavan de protecie la foc
Perei: 1.-nvelitoare de tabl cutat, 2.-termoizolaie, 3.-rigle perei, 4.- placaj
interior din panouri gips-carton
Compartimentri interioare anti-foc
PROTECIA TERMIC A OELULUI