Advanced

Finita elementanalys av en brandutsatt fackverksbalk i stål

Hägg, Andreas and Lindqvist, Andreas (2007) VSM820
Civil Engineering (M.Sc.Eng.)
Structural Mechanics
Abstract (Swedish)
Det har blivit allt vanligare med direkthandel i stora enplansvaruhus, där kunder plockar sina varor direkt från pallställ. Dessa pallställ går ofta från golv till tak och är lastade med varor ända upp till taket. I taket förekommer ofta fackverksbalkar i stål som bär upp stomsystemet. Vid en eventuell brand i ett pallställ kan det bli stor lokal flampåverkan med snabb upphettning i delar av fackverksbalkarna i stål. Tester utförda av SP visar att en brand i en chipshylla ger en temperatur på nästan 1000 ◦C redan efter tre minuter och med en slutlig maxeffekt på 6 MW. Vid sådan lokal flampåverkan på fackverksbalken har inte brandgasventilationen någon effekt till följd av en snabb upphättning av balken. Vid lokal flampåverkan kan därför en... (More)
Det har blivit allt vanligare med direkthandel i stora enplansvaruhus, där kunder plockar sina varor direkt från pallställ. Dessa pallställ går ofta från golv till tak och är lastade med varor ända upp till taket. I taket förekommer ofta fackverksbalkar i stål som bär upp stomsystemet. Vid en eventuell brand i ett pallställ kan det bli stor lokal flampåverkan med snabb upphettning i delar av fackverksbalkarna i stål. Tester utförda av SP visar att en brand i en chipshylla ger en temperatur på nästan 1000 ◦C redan efter tre minuter och med en slutlig maxeffekt på 6 MW. Vid sådan lokal flampåverkan på fackverksbalken har inte brandgasventilationen någon effekt till följd av en snabb upphättning av balken. Vid lokal flampåverkan kan därför en kollaps inträffa långt innan de 30 minuter som lagstiftningen har som krav på den bärande stommen.

För att simulera ett fiktivt brandscenario undersöktes en fackverksbalk m.h.a. FE-programmet ABAQUS. Balken exponerades av en 8 meter bred flamma vid balkens stöd. Denna flamma skulle simulera en brand i ett stallage som brinner, för att 10 minuter senare sprida sig till nästa stallage längs med balken. Det medförde således tre stycken bränder i lika många stallage under sammanlagt 30 minuter. Balken analyserades för två olika brandkurvor där balkens temperatur uppgick till 950 respektive 650 ◦C. Den första av dessa kurvur skulle motsvara branden i en chipshylla medan den andra motsvarade en mildare brand. Till modelleringen av fackverks-
balken anv¨andes indata i form av temperaturberoende termiska och mekaniska materialparameterar. Balken utsattes för en last på 46 kPa enligt lastkombination 7 som gäller vid brand enligt Boverkets Konstruktionsregler samt en termisk last i form av en brandkurva.

En bucklingsanalys genomfördes på balken för att kontrollera dess benägenhet att vippa. Det visades att en balk av detta slag är mycket instabil och måste stabiliseras utmed hela sin längd för att inte vippa till följd av kollaps.

Deformationerna hos strukturen beror på temperaturfältets fördelning som funktion av tiden men temperaturen beror inte på deformationerna. På grund av det genomfördes först en transient värmeanalys på balken där utdatan i form av temperaturen som funktion av tiden i nodpunkterna användes som indata till deformationsanalysen som beräknade spänningar och töjningar i balken under hela brandförloppet.

För en balk som ej stabiliserades skedde buckling till följd av en direkt kollaps redan vid 0.33 gånger den pålagda lasten. Om däremot balken var fullt stabiliserad utmed hela sin längd skedde inte buckling förrän lasten uppgick till 7 gånger den pålagda lasten. En balk som exponerades av en kraftig brand klarade inte av att behålla sin lastbärande förmåga utan kollapsade plötsligt redan efter 3 minuter vid en temperatur av 560◦C. För att förhindra kollaps krävdes det att hela balken brandskyddsmålades. Om däremot brandkurvan var något mildare gick det att påvisa att endast de mest belastade strukturdelarna var nödvändiga att brandskydda. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Hägg, Andreas and Lindqvist, Andreas
supervisor
organization
course
VSM820
year
type
H3 - Professional qualifications (4 Years - )
subject
keywords
lokal flamma, brand, finita elementanalys, Fackverksbalk, FEM, pallställ, samlingslokal
report number
TVSM-5147
ISSN
0281-6679
language
Swedish
id
3566846
date added to LUP
2013-08-05 11:36:11
date last changed
2013-10-07 12:06:52
@misc{3566846,
  abstract     = {Det har blivit allt vanligare med direkthandel i stora enplansvaruhus, där kunder plockar sina varor direkt från pallställ. Dessa pallställ går ofta från golv till tak och är lastade med varor ända upp till taket. I taket förekommer ofta fackverksbalkar i stål som bär upp stomsystemet. Vid en eventuell brand i ett pallställ kan det bli stor lokal flampåverkan med snabb upphettning i delar av fackverksbalkarna i stål. Tester utförda av SP visar att en brand i en chipshylla ger en temperatur på nästan 1000 ◦C redan efter tre minuter och med en slutlig maxeffekt på 6 MW. Vid sådan lokal flampåverkan på fackverksbalken har inte brandgasventilationen någon effekt till följd av en snabb upphättning av balken. Vid lokal flampåverkan kan därför en kollaps inträffa långt innan de 30 minuter som lagstiftningen har som krav på den bärande stommen.

För att simulera ett fiktivt brandscenario undersöktes en fackverksbalk m.h.a. FE-programmet ABAQUS. Balken exponerades av en 8 meter bred flamma vid balkens stöd. Denna flamma skulle simulera en brand i ett stallage som brinner, för att 10 minuter senare sprida sig till nästa stallage längs med balken. Det medförde således tre stycken bränder i lika många stallage under sammanlagt 30 minuter. Balken analyserades för två olika brandkurvor där balkens temperatur uppgick till 950 respektive 650 ◦C. Den första av dessa kurvur skulle motsvara branden i en chipshylla medan den andra motsvarade en mildare brand. Till modelleringen av fackverks-
balken anv¨andes indata i form av temperaturberoende termiska och mekaniska materialparameterar. Balken utsattes för en last på 46 kPa enligt lastkombination 7 som gäller vid brand enligt Boverkets Konstruktionsregler samt en termisk last i form av en brandkurva.

En bucklingsanalys genomfördes på balken för att kontrollera dess benägenhet att vippa. Det visades att en balk av detta slag är mycket instabil och måste stabiliseras utmed hela sin längd för att inte vippa till följd av kollaps.

Deformationerna hos strukturen beror på temperaturfältets fördelning som funktion av tiden men temperaturen beror inte på deformationerna. På grund av det genomfördes först en transient värmeanalys på balken där utdatan i form av temperaturen som funktion av tiden i nodpunkterna användes som indata till deformationsanalysen som beräknade spänningar och töjningar i balken under hela brandförloppet.

För en balk som ej stabiliserades skedde buckling till följd av en direkt kollaps redan vid 0.33 gånger den pålagda lasten. Om däremot balken var fullt stabiliserad utmed hela sin längd skedde inte buckling förrän lasten uppgick till 7 gånger den pålagda lasten. En balk som exponerades av en kraftig brand klarade inte av att behålla sin lastbärande förmåga utan kollapsade plötsligt redan efter 3 minuter vid en temperatur av 560◦C. För att förhindra kollaps krävdes det att hela balken brandskyddsmålades. Om däremot brandkurvan var något mildare gick det att påvisa att endast de mest belastade strukturdelarna var nödvändiga att brandskydda.},
  author       = {Hägg, Andreas and Lindqvist, Andreas},
  issn         = {0281-6679},
  keyword      = {lokal flamma,brand,finita elementanalys,Fackverksbalk,FEM,pallställ,samlingslokal},
  language     = {swe},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Finita elementanalys av en brandutsatt fackverksbalk i stål},
  year         = {2007},
}