Požární ochrana žárovým zinkováním

Abstract

Diplomová práce navazuje na tuzemský a mezinárodní výzkum zabývající se vlivem žárového zinkování na teplotní chování ocelových konstrukcí a jejich požární odolnost. Úvodní část práce shrnuje současný stav poznání problematiky nechráněných ocelových konstrukcí při požáru. Výsledky výzkumné činnosti dokládají účinnost ochrany žárovým zinkováním ocelových konstrukcí vystavených požáru. Práce definuje emisivitu žárově zinkového povrchu jako klíčový faktor přispívající ke snížení jeho povrchové teploty. Lesklost zinkové vrstvy, vzniklé při žárovém zinkování ocelových konstrukcí ponorem, práce prezentuje jako přímo úměrnou odrazivosti, vyjádřenou hodnotou emisivity povrchu. Stěžejní část práce představuje využití stávajícího numerického modelu virtuální pece pro ověření hodnoty emisivity žárově zinkovaného prvku. Jedná se o první aplikaci CFD modelu pro zkoumání a ověření hodnoty emisivity žárově zinkovaného prvku. Nabídnutá metodika popisuje způsob, jakým lze hodnotu emisivity ověřit. Příspěvek k vlivu chemického složení oceli na emisivitu povrchu popisuje princip malo-rozměrové zkoušky na Technické univerzitě Mnichov (TUM). Využití malé pece s topnou spirálou pro nepřímý výpočet emisivity povrchu v závislosti na třídách oceli je doloženo experimentálním měřením v rámci studijního pobytu na TUM. Využitím analytického řešení výpočtu povrchové teploty prvku pomocí přírůstkové metody v závěru práce byla ověřena návrhová hodnota emisivity na experimentech z Francie. V normě EN 1993‑1‑2:2021 bude pro žárově zinkované prvky složení oceli třídy A nebo B nabídnuta projektantům hodnota emisivity εm = 0,35. Pro žárově zinkované i nechráněné ocelové povrchy je na konci práce připraven mezní stupeň využití μ0 spolu s mezním součinitelem průřezu Am/V pro požární odolnost 15 a 30 min (R15 a R30). V příloze práce je také přiložen publikovaný článek autorky této diplomové práce, který vyšel v časopise Konstrukce a pojednává o souvisejících návaznostech. Cílem diplomové práce je ověření využití žárového zinkování k požární ochraně ocelových stavebních nosných konstrukcí.

The diploma thesis follows on from the domestic and international research dealing with the effect of hot dip galvanizing on the thermal behaviour of steel structures and their fire resistance. The introductory part of the thesis summarizes the current state of art of the problem of unprotected steel structures in a fire. The results of the research activities demonstrate the efficiency of protection by hot-dip galvanizing of steel structures exposed to fire. The thesis defines the emissivity of the hot-zinc surface as a key factor contributing to lowering its surface temperature. The gloss of the zinc layer, resulting from the hot-dip galvanizing of the steel structures by the submergence, presents the thesis as being directly proportional to the reflectance, expressed as the surface emissivity value. The main part of the thesis is the use of the existing numerical model of the virtual furnace for verifying the emissivity value of the hot galvanized element. This is the first application of a CFD model for examining and verifying the emissivity value of a hot dip galvanized element. The proposed methodology describes the way in which the emissivity can be verified. Contribution to the influence of chemical composition of steel on surface emissivity describes the principle of small-dimensional test at Technical University of Munich (TUM). The use of a small furnace with a helix for indirect calculation of surface emissivity depending on the steel classes is documented by experimental measurements during the study stay at TUM. Using the analytical solution of element surface temperature calculation by the incremental method at the end of the thesis, the design value of the emissivity in the experiments from France was verified. In EN 1993-1-2: 2021, for hot-dip galvanized steel elements of Class A or B, the emissivity value m = 0,35 will be offered to designers. For hot-dip galvanized and unprotected steel surfaces at the end of the thesis a limit utilization factor 0 with a limit section factor Am/V for fire resistance of 15 and 30 min (R15 and R30) is prepared. In the appendix of the thesis is also attached a published article of the author of this diploma thesis, which appeared in the journal Konstrukce and deals with the related links. The aim of the diploma thesis is to verify the use of hot dip galvanizing for fire protection of steel building structures.