Přípoj s krátkou čelní deskou se zvýšenou požární odolností

Abstract

Nárůst teploty ve styčníku je za požární situace zpožděn ve srovnání s teplotou v připojovaných prvcích. Důvodem zpoždění je koncentrace hmoty ve styčníku. Omezením přímého kontaktu přípojů s požárem je vliv požáru na styčník snížen a požadavky na únosnost nejsou tak velké. Teplota ve styčníku dosáhne nižších hodnot a také redukce únosnosti vlivem teploty je nižší. Cílem této disertační práce je navrhnout přípoj s čelní deskou se zvýšenou požární odolností. Podstatou konstrukčního řešení je prodloužení čelní desky nad úroveň horní pásnice připojovaného nosníku, čímž je horní řada šroubů zabetonovaná v desce. Tím jsou tyto šrouby chráněny před přímým kontaktem s požárem a jejich teploty dosahují nižších hodnot ve srovnání se šrouby plně vystavenými požáru. Pro kontrolu vhodnosti řešení byly provedeny experimenty za běžné i za zvýšené teploty. Byly zkoušeny dva typy přípojů: přípoj se smykovou výztuhou a přípoj bez smykové výztuhy. První typ přípoje obsahoval výztuhu přivařenou na horní pásnici připojovaného nosníku. Výztuha byla také zabetonovaná v desce a zvyšovala smykovou únosnost celého přípoje. U druhého typu přípoje byla zvýšena deformační kapacita přípoje tím, že byla vynechána smyková výztuha. Dostatečná smyková únosnost byla dosažena prodloužením čelní desky směrem k dolní pásnici připojovaného nosníku. V rámci práce byl vyvinut analytický model pro určení teploty v zabetonované části přípoje. Nedílnou součástí je také numerický model přípoje, který sloužil mimo jiné k rozšíření souboru hodnot získaného z experimentů. Přestup tepla byl v modelu řešen pomocí programu SAFIR. Vytvořený model byl zkalibrován na základě výsledků z laboratorních testů i ze zkoušky na skutečné konstrukci. Pomocí numerického modelu byla zkoumána přesnost analytického modelu na dvou extrémních požárních scénářích: pomalém požáru a rychlém požáru. Vhodnost navrhovaného modelu byla prokázána pro jakýkoliv požární scénář do 60. min požáru. Po tuto dobu model udává spolehlivé hodnoty teplot pro všechny části přípoje.

The temperature growth in a joint during a fire situation is slower in comparison to adjacent members. The reason of this delay is mass concentration in the joint. By avoiding the direct contact between connection and fire the temperature impact of fire on the whole joint as well as the requirements on the resistance are lowered. The temperature in the connection reaches lower values and by that the strength reduction isn't so high. The aim of this thesis is to propose a header plate connection with higher fire safety. The essence of the structural arrangement was extending the header plate into the concrete slab and imbedding the upper row of bolts in the concrete. This way the upper row of bolts is protected from the direct contact with the fire and the temperature reached in the upper bolts is lower compared to fully exposed lower bolts. For verification of the suitability of the structural arrangement several experiments were performed in room and elevated temperatures. Two different types of connections were tested: connection with a shear stiffener and connection without shear stiffener. The former type contains a shear stiffener welded to upper flange of connected beam. The stiffener was also imbedded in the concrete slab and increased the shear resistance of the connection. In the latter type the deformation capacity of the connection was improved by leaving out the shear stiffener. The sufficient shear resistance was guaranteed by lengthening the header plate towards the lower flange of the beam.In the frame of this work an analytical model for determination of temperature in the imbedded part of the connection was developed. An integral part of the thesis is development of a numerical model of a connection, which served for expansion of data set. A programme SAFIR was chosen to simulate the heat transfer in the connection. The developed model was calibrated based on results from laboratory experiments and results from fire experiment on a full-scale structure. By the use of numerical model the accuracy of the analytical model on two extreme fire scenarios was examined: slow fire and fast fire. The suitability of the proposed analytical model was proved for any fire scenario to 60. min of fire. For this time the model assesses the temperature of all components in the connection conservatively.