Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Brandpåverkan på samverkanskonstruktion: En utvärdering av betongfylld stålprofil
Mälardalen University, School of Business, Society and Engineering.
Mälardalen University, School of Business, Society and Engineering.
2014 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (One Year)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [sv]

En samverkanspelare drar nytta av interaktionen mellan det omslutande stålröret och profilens betongkärna för att därav erhålla en ökad lastkapacitet. För att förstå beteendet och effekterna av interaktionen mellan stål och betong är det viktigt att förstå de enskilda materialens beteende. Betongens huvudsakliga uppgift i en samverkanspelare är att ta upp tryckkrafter medan stålets främsta uppgift är att motverka momentpåkänning och uppta dragkrafter. I normal rumstemperatur samverkar stål och betong för att bära den aktuella lasten.

Samverkanspelaren har stor potential med avseende på lastkapacitet. Nedan tas några av de förväntade positiva effekterna av interaktionen mellan stål och betong upp:

  • Förekomsten av buckling för stålet försenas samtidigt som den försämrade bärförmågan efter lokal buckling uppstått dämpas, beroende på betongkärnans återhållande effekt.
  • Förhindrar spjälkning och hållfasthetsnedsättningen för betongen blir inte lika drastisk.
  • Ökad tryckhållfasthet och deformations kapacitet, speciellt för grövre tvärsnitt.

Vid ett brandscenario utsätts pelaren för en temperaturhöjning. Värmeöverföringen från brandgaserna till pelaren sker främst genom strålnings- och konvektionsvärme. Lastkapaciteten för pelarens ingående material kommer att reduceras till följd av denna värmeökning. Storleken för reduceringen beror på hur hög temperatur materialen utsätts för, där en högre temperatur medför en kraftigare reducering. För den betongfyllda stålprofilen kommer således det omkringliggande stålet att fort bli mycket varmt medan betongkärnan erhåller en trögare temperaturökning. I brandfallets initialskede expanderar stålet hastigare än betongen, vilket medför att stålet då i princip bär hela den aktuella lasten. Efter en tid förmår inte stålet längre att vara lastbärare och betongkärnan bär då istället lasten. Pelarens slutliga kollaps sker först då betongkärnan slutligen inte förmår belastningen.

En jämförande teoretisk undersökning av samverkans-, betong- och stålpelare under termisk påverkan genomfördes i detta arbete. Beräkningsgången följer de dimensioneringsregler som finns för respektive material i Eurocodes. Kapacitetsberäkningar är gjorda för både normal rumstemperatur likväl som för brandutsatthet.

För analys och bestämning av pelartvärsnittens temperaturprofil vid de olika tidsstegen 30, 60 och 90 minuter användes ett nominellt brandförlopp. Tvärsnittens temperaturhistoria användes sedan för att reducera de mekaniska egenskaperna som funktion av temperaturen.Undersökningen konstaterade att samverkans- och betongpelarens kapacitet vid 60 minuters brandpåverkan var tillräcklig. Hand- och datorberäkningar påvisade nästintill likvärdig lastkapacitet vid termisk påverkan och normaltemperatur.

Abstract [en]

A concrete-filled steel column is taking advantage of the interaction between the enclosing steel profile and the concrete core to obtain an increased load capacity. In order to understand the behavior and effects of the interaction between steel and concrete, it is important to first understand the individual material behavior. The main task of the concrete in a composite column is to absorb pressure forces while the steel's main task is to counteract stress and the tensile forces.

At normal room temperature both steel and concrete interact to carry the current load. Concrete-filled steel column has a great potential according to load capacity. Some of the expected positive effects of the interaction between steel and concrete are:

  • The occurrence of buckling for the steel is delayed and the strength deterioration after the local buckling is moderate, both due to the restraining effect of concrete.
  • Prevents the concrete spalling and strength reduction of concrete core will not be as drastic.
  • Increased compressive strength and deformation capacity, especially for large-diameter cross-section.

In a fire scenario the column is exposed to a temperature increase. Heat transfer from the combustion gases to the column occurs mainly through radiation and convection heat. The load carrying capacity of the included materials will be reduced as a result of this heat transfer. The size of the reduction depends on how high temperature the materials are exposed to, where a higher temperature leads to a greater reduction. For the concrete-filled steel column, the surrounding steel profile will quickly become very hot while the concrete core obtains a slower rise in temperature. In the initial stage of the fire case the steel expands faster than the concrete, causing the steel to then basically carry the entire load of the column. After some time the steel will be incapable of carrying the load, then instead the concrete core will be the main load carrier. The final collapse of the column occurs only when the concrete core finally will be incapable to carry the load.

A comparative theoretical study of concrete-filled steel column, concrete- and steel columns under thermal effects was carried out in this work. The calculation method followed the design rules that exist for each material in the Eurocode. Column capacity calculations are made for both normal room temperatures as well as for fire exposure.

The ISO-standard fire curve was used for analysis and determination of each column cross-section temperature profile at the different time stages 30, 60 and 90 minutes. The mechanical properties were then reduced as a function of the temperature.

The survey found that the composite and concrete column load capacity exposed to 60 minutes of the ISO-standard fire curve was adequate. Calculations made by hand and with computer showed almost equivalent load capacity by thermal effects and normal temperature.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 100 p.
Keyword [en]
SAFIR, PRESSURE FORCE, ISO-STANDARD FIRE CURVE, CONCRETE, STEEL, THERMAL EFFECT, EUROCODE
Keyword [sv]
SAFIR, TRYCKKAPACITET, NOMINELLT BRANDFÖRLOPP, BETONG, STÅL, TERMISKA EGENSKAPER, EUROCODE
National Category
Building Technologies
Identifiers
URN: urn:nbn:se:mdh:diva-24631OAI: oai:DiVA.org:mdh-24631DiVA: diva2:704754
External cooperation
Structor AB och Brandskyddslaget
Subject / course
Building Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-07-04 Created: 2014-03-13 Last updated: 2014-07-04Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Brandpåverkan på samverkanskonstruktion: En utvärdering av betongfylld stålprofil(2723 kB)451 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2723 kBChecksum SHA-512
22cfdd829cdfe2be8c721178129547b7b09344acd82d82fadbd3ff6fa8dc4dd80dbfbd85f10df3a1f7b72d2c68d7bb3f14bf16e353d989e880caff78f628f5b0
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Andersson, MarcusLundberg, Michael
By organisation
School of Business, Society and Engineering
Building Technologies

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 451 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 311 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf