LucSchueremans LincyPyl FR

Les profils minces forms froid : de la thorie la pratiquede la thorie la pratique

Rsistance au feu des profils minces forms froid R 15 ?minces forms froid R 15 ?

Journe Construction Acier: 18/11/2010 Louvain-La-Neuve

Luc Schueremans, Iveta Georgieva: K.U.Leuven

Lincy Pyl, Willem Dierckx: Lessius Mechelen, Campus De Nayer

www.TETRA-CFS.be

IntroductionIntroductionContenu : Contexte du projet TETRA-CFS Nouvelle lgislation annexe 6 Btiments Industriels (M.B. 15-07-2009) Elments Structurels de Type I II Elments Structurels de Type I-II Type II : pas de R dtermin calcul conseill afin de vrifier R 15 Tester lapplication de lannexe 6 Fire Safety Engineeringpp y g g 1. Modle simple du point de vue de la rsistance:

PoutreDouble trave Double trave

2. Possibilits du point de vue de la charge au feu: Feu paramtrique feu naturel Temps quivalent (te,d)

Validation (recherche future) test au feu chelle relle Conclusions

Journe Construction Acier: 18/11/2010 2Louvain-la-Neuve

Conclusions

www.TETRA-CFS.bewww.TETRA CFS.beRecherche exploratoireRsistance au feu FSE E l tiD i d EN 1993 1 3 200Rsistance au feu FSESlip aux boulons alternativeDesign/optimisation des connections exigences de calcul

ExplorationDesign daprs EN 1993-1-3 : 2007Etape 1 : collecter les donnes

TraductionDesign daprs EN 1993-1-3 :2007Etape 2: traduction sous forme de livreRapport dinnovation avec les pEtape 3: exemples pratiquesEtape 4: flow charts gnriques

rsultats de la recherche exploratoire

Diffusion

Journe dtude

Vers lenseignement et lindustrie

Site internet du projetModules de cours

Publications acadmiquesInteraction avec les membres du user committee

Journe Construction Acier: 18/11/2010 3Louvain-la-Neuve

Interaction avec les membres du user committee

jpv1

jpv1 A vrifierjeanphilippe.veriter; 10/11/2010

Elments structurelsElments structurelsElments Structurels de Type I/II distinction et impact

Etape 1: critre risque dun effondrement progressif

Distinction entre les lments de construction porteurs

Elments de constructions

de construction porteurs structurels et non structurels;

Etape 2: pour les lments de

Nonporteur porteur

Etape1

construction porteurs structurels UNIQUEMENT: consquences dun leffondrement progressif au-del des limites du compartiment

Elmentsnonstructurels Elments structurels

Etape2

del des limites du compartiment ou endommagement des paroisdu compartiment:

lments de type I;

TypeII TypeI

Rsistance au feu R t A : R 60pas de R dterminyp ;

Elments de type II. Rsistanceau feu Rte,d A :R60

B/C :R120

pasdeRdtermin

Pf : 103 105

4

Un seul compartiment : les lments structurels de type II par dfinitionLouvain-la-NeuveJourne Construction Acier: 18/11/2010

Elments structurelsElments structurelsElments Structurels de Type I/II distinction et impact

Compartiment1

froid

Compartiment3

froid

Compartiment2 compartimentaufeu

F

Compartiment1:Compartiment2et3:

Colonne intermdiaire fait partie de laColonne intermdiaire fait partie de la construction froideet: peut absorber les forces horizontales (F);

t t tibl l d l t ()

Colonne intermdiaire fait partie de la construction chaude donne lieu un effondrement progressif qui peut se propager au-del des limites du compartiment ou et: est compatible avec les dplacements ();

ElmentstructureldeTYPEII

pprovoque des dommages aux parois du compartiment.

ElmentstructureldeTYPEI

5Journe Construction Acier: 18/11/2010 Louvain-la-Neuve

Elments structurels : ImpactElments structurels : ImpactElments Structurels de Type I/II distinction et impact

Exigences minimales de rsistance au feu pour les lments structurelsType I R 60

R 120Pour un btiment ou une partie de classe A (qfi,d 350 MJ/m)Pour un btiment ou une partie de classe B ou C (qfi,d>350 MJ/m)

Type II R te,d Rgle gnralepas de R dtermin (implicitement R 15)

Seulement pour les solutions type en fonction de la surface du compartiment

R 30 (ou plus lev)Remarque R 30 Planchers intermdiaires et leur structure porteuse


Rsistance - NomogrammesRsistance NomogrammesPoint de dpart rgle de calcul simplifie mthodologie gnrale : ISO-834 courbe de feu ; temprature du gaz connu ; temprature de lacier calculable ; temprature de l acier calculable ; rsistance des profils dterminable ; comparaison entre rsistance et effet de sollicitation : tfidfid RE p tfidfid ,,,


Rsistance - NomogrammesRsistance NomogrammesPoint de dpart rgle de calcul simplifie mthodologie gnrale : ISO-834 courbe de feu ; temprature du gaz connu ; temprature de lacier calculable temprature de l acier calculable

1000

1200

600

800

a

t

u

u

r

[

C

]

400

600

T

e

m

p

e

r

a

0

200

0 20 40 60 80 100 120

8

Tijd [min]

Journe Construction Acier: 18/11/2010Louvain-la-Neuve

Rsistance - NomogrammesRsistance NomogrammesProfils froid de classe IV : Parois minces massivit limite par rapport aux profils chaud

HEB200 C360/2.0A/V [1/m] 211 403

1200

800

1000

u

r

[

C

]

g

400

600

T

e

m

p

e

r

a

t

u

u a

0

200

0 20 40 60 80 100 120

9

Tijd[min]

Journe Construction Acier: 18/11/2010 Louvain-la-Neuve

Rsistance - NomogrammesRsistance Nomogrammes Rsistance des profils dterminable ;

a [] ky,=fy,/fy kp,=fp,/fy kE,t=Ea,t/Ea kp,0.2,=fp,0.2,/fy20 1 1 1 1100 1 1 1 1200 1 0.807 0.9 0.89300 1 0.613 0.8 0.78400 1 0.42 0.7 0.65500 0.78 0.36 0.6 0.53600 0.47 0.18 0.31 0.3700 0.23 0.075 0.13 0.13800 0 11 0 05 0 09 0 07800 0.11 0.05 0.09 0.07900 0.06 0.0375 0.0675 0.051000 0.04 0.025 0.045 0.031100 0 02 0 0125 0 0225 0 021100 0.02 0.0125 0.0225 0.021200 0 0 0 0

10Journe Construction Acier: 18/11/2010Louvain-la-Neuve

Rsistance - Nomogrammes Rsistance des profils dterminable ;

Rsistance Nomogrammes

0,91

Facteurs de rduction pour les diagrammes contraintes-allongementdes sections de classe 4

ky,=fy,/fy

0 60,70,8

,

o

r

k

kE,=Ea,/Eakp 0 2 =fp 0 2 /fy

0,40,50,6

d

u

c

t

i

e

f

a

c

t

o

kp,=fp,/fy

p,0.2, p,0.2, y

0 10,20,3R e

d

00,1

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200Temp[C]


Rsistance - NomogrammesClasse IV : impact sur la rsistance. A calculer laide de :


AAeff ; Wpl,y of Wel,y Weff,y.Remeamrque: Les sections effectives (A W ) peuvent tre dtermines Remeamrque: Les sections effectives (Aeff, Weff) peuvent tre dtermines

temprature ambiante (20C): OK.! Principalement dtermin par la relation fp,0.2/E.p,

120000

130000

1150

1200

EffectievegeometrischekarakteristiekenvoorC360/2.0voorverhoogdetemperaturen

120000

130000

1150

1200

EffectievegeometrischekarakteristiekenC360/2.0alsfunctievanfp,0.2,/Ea,

110000

120000

1100

1150

W

e

f

f

[

m

m

]

e

f

f

[

m

m

] 110000

120000

1100

1150

e

f

f

,

y

[

m

m

]

f

f

[

m

m

]

90000

100000

1000

1050

W

A

e

90000

100000

1000

1050

W

e

A

e

f

12

80000950

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100Temperatuur[C]

80000950

0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10

fp,0.2,/Ea, [/]Journe Construction Acier: 18/11/2010 Louvain-la-Neuve

Rsistance - NomogrammesComparaison entre rsistance et effet de sollicitation.

Rsistance Nomogrammestfidfid RE ,,,

Via taux de travail:

Et taux dexploitation:

dfifid EE =, = k

wk

wkkwkkfi

GQ

QGQG,

,,12.01

2.0+

=+=+= Et taux d exploitation: fi 210 =k

wkwkkwkqkgfi

GQQGQG ,,, 50.135.150.135.1 +++

1100

1200

1100

1200

482196740

1ln19.39 833.3, +

= cra

800

900

1000

u

r

a

,

c

r

[

C

]

800

900

1000

9674.0 0

653

500

600

700

a

a

l

t

e

m

p

e

r

a

t

u

u

653

500

600

700

e

m

p

e

r

a

t

u

u

r

[

C

]

g

200

300

400

K

r

i

t

i

e

k

e

s

t

a

200

300

400

T

e

a

13Journe Construction Acier: 18/11/2010Louvain-la-Neuve0

100

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Benuttingsgraad0

0

100

0 5 10 15

Tijd[min]

Rsistance - NomogrammesExemple Calcul dune panne:


poutre continue sur plusieurs traves; porte L = 7 m; interdistance: 2 5 m interdistance: 2.5 m.

Lexemple se base sur les charges suivantes:p g poids propre du profil froid: gk = 0.68 kN/m; charge permanente (couverture lgre) gk=0.25kN/mx2.5 m= 0.63 kN/m; charge au vent: qw=0.2 kN/m x 2.5m = 0.5 kN/m; charge la neige: qs=0.4 kN/m x 2.5m = 1.0 kN/m


Rsistance - NomogrammesExemple Calcul dune panne : - temprature du gaz et de lacier courbe

ISO834


ISO834

727.3800

600

700

400

500

p

e

r

a

t

u

u

r

[

C

] g

200

300

T

e

m

p a

0

100

15

0 5 10 15Tijd[min]


Rsistance - NomogrammesExemple Calcul dune panne : - taux dexploitation


( ) mkNQQGj

/4.15.0*2.0625.0678.00.1"+")or(""1i

ik,i2,k,12,11,11

jk, =++=+ >

41+ QG 1378.071.34.1

,

,1 ==++=

wkqkg

wkkfi QG

QG

321037801850 ===

Ccra =+

= 6534821

9674.01ln19.39 833.3

0,

321.0378.0185.0210 === fi

900

1000

1100

1200

C

]

1000

1100

1200

La temprature critique estatteinte aprs 9,2 minutes. 653

600

700

800

900

m

p

e

r

a

t

u

u

r

a

,

c

r

[

653

600

700

800

900

r

a

t

u

u

r

[

C

]

200

300

400

500

K

r

i

t

i

e

k

e

s

t

a

a

l

t

e

200

300

400

500

T

e

m

p

e ga

16Journe Construction Acier: 18/11/2010 Louvain-la-Neuve0

100

200

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Benuttingsgraad0

0

100

200

0 5 10 15

Tijd[min]

Rsistance mthode CTICMMthode A: capacit portante maximale aprs t = 15 minutes.

Rsistance mthode CTICM

mkN

mmmMPa

L

Wfkq yeffypRdfi 443.07

56836280114.01222

,,2.0,, ===

[] k =f /f k =f /f k =E /E k =f /fa [] ky,=fy,/fy kp,=fp,/fy kE,t=Ea,t/Ea kp,0.2,=fp,0.2,/fy727 0.197 0.068 0.119 0.114700 0.23 0.075 0.13 0.13800 0 11 0 05 0 09 0 07800 0.11 0.05 0.09 0.07

mkNq

mkNq RdfiEdfi 443.040.1 ,, ==

727.3700

800

mm

400

500

600r

a

t

u

u

r

[

C

] g

215.4200

300

T

e

m

p

e

r

a

17Journe Construction Acier: 18/11/2010 Louvain-la-Neuve0

100

0 5 10 15Tijd[min]

Comportement au feuComportement au feuComportement au feu en gnral:

Fase1:Dilatatievanligger

Fase2:Vormingvankettinglijn

H H


Comportement au feu - chanette

Comportement au feu en gnral

KrachtswerkinginkettinglijnHHqLH

2

=q

vyyv

H8

L

Dterminer la force en traction:mqLH =


Rsistance mthode CTICMMthode B: formation dune chanette, capacit portante aprs t = 15 minutes

Rsistance mthode CTICM

mkN

mmmMPa

LAfk

q ypRdfi 2.3727.880280114.08.08.0 ,2.0,

, ==

kNkNmkNq

mkNq RdfiEdfi 20.340.1 ,, ==

Krachtswerking in kettinglijn

H H qLH

2

=

fi,EdH 1.25q LkN

= =q

vy yv8

kN1.25 1.40 7mm

12.25kN

= = L


Utilisation de modles avancs

Modles avancs proposition de formules de calcul simplifies: Type I/II distinction; CFS impact sur la rsistance au feu; Typologie dexemple double trave 2 compartiments portique en acier: Typologie d exemple double trave 2 compartiments portique en acier: Comparaison avec une structure en profils forms chaud.


Typologie dexempleTypologie d exempleTypologie dfinition (2 compartiments) dterminer: La force en traction F; Le dplacement Le dplacement Le mode deffondrement (effondrement vers le compartiment sinistr ?)Via un modle avanc (Safir)( )

Ensuite: Dduction des formules de calculs simplifies:

F mqL=Compartiment1

froide

Compartiment2compartimentaufeu

F

nqL = F

22

L


Typologie dfinitionTypologie dfinitionTypologie dfinition (2 compartiments):yp g ( p ) poutres: profils chaud I et/ou H CFS; hauteur/porte: H/L

Typologie dfinitionTypologie dfinitionTypologie dfinition (2 compartiments): profils-yp g ( p ) p


Typologie - analyseTypologie analyseTypologie cas calculs laide de modles avancs - Safir:Case Hoogte

[m]Lengte[m]

H/L kolom Ligger

10201 4 8 0.50 S250x70x4 S300x80x410202 4 10 0 40 S250x70x4 S350x90x410202 4 10 0.40 S250x70x4 S350x90x410203 4 12 0.33 S250x70x4 S400x100x410204 4 15 0.27 S250x70x4 S450x110x510205 4 20 0.20 S450x110x4 IS400x200x4102 06 6 8 0 75 S400 100 4 S300 80 410206 6 8 0.75 S400x100x4 S300x80x410207 6 10 0.60 S400x100x4 S300x80x510208 6 12 0.50 S400x100x4 S400x100x410209 6 15 0.40 S400x100x4 S450x110x410210 6 20 0.30 S450x110x4 IS450x220x410211 8 10 0.80 IS450x220x4 S350x90x510212 8 12 0.67 IS450x220x4 S400x100x410213 8 15 0.53 IS450x220x4 S450x110x5102 13 8 15 0.53 IS450x220x4 S450x110x510214 8 20 0.40 IS450x220x4 IS450x220x410215 10 12.5 0.80 IS450x220x5 IS450x220x510216 10 15 0.67 IS450x220x5 IS450x220x5102 17 10 20 0 50 IS450x220x5 IS450x220x510217 10 20 0.50 IS450x220x5 IS450x220x5


Typologie - rsultatsTypologie rsultatsTypologie Safir rsultats : F mqL= nqL =F mqL nqL

Case faalmode Tijd[s]

[m]

F[kN]

m[/]

n[/]

10201 Inwendigligger 1508 0.101 5.17 0.536 0.012610202 Inwendigligger 1178 0.126 9.08 0.738 0.012610203 Inwendigligger 832 0.137 13.53 0.898 0.011410204 Inwendigligger 784 0.178 16.25 0.813 0.011910205 Inwendigligger 764 0.288 5.70 0.188 0.0144g gg10206 Inwendigligger 1888 0.085 6.39 0.663 0.010610207 Inwendigligger 1303 0.114 8.62 0.701 0.011410208 Inwendigligger 1055 0.140 12.12 0.805 0.011710209 Inwendigligger 737 0 156 10 03 0 502 0 010410209 Inwendigligger 737 0.156 10.03 0.502 0.010410210 Inwendigligger 371 0.168 4.52 0.149 0.008410211 Inwendigligger 2310 0.122 4.96 0.403 0.012210212 Inwendigligger 1292 0.135 12.60 0.837 0.0113

d l10213 Inwendigligger 1210 0.165 13.36 0.668 0.011010214 Inwendigligger 1138 0.283 21.17 0.699 0.014210215 Nietbezwijkenop einde analyse10216 Inwendigligger 2982 0.226 17/21 0.861 0.0150


g gg10217 Inwendigligger 1353 0.283 23.10 0.762 0.0142

Typologie - rsultatsTypologie rsultats

T l i S fi lDIAMOND 2007 for SAFIR

FILE: 102-01-onderdruk

Typologie Safir rsultats:

F0F0

F0F0

F0F0

F0F0

NODES: 65BEAMS: 31TRUSSES: 0SHELLS: 0SOILS: 0

NODES PLOTBEAMS PLOT

F0F0

F0

F0

F0F0

F0F0

F0F0F0

F0F0

BEAMS PLOTIMPOSED DOF PLOTDISTRIBUTED LOADS PLOTDISPLACEMENT PLOT ( x 1)

TIME: 1506.875 sec

Beam Element000

F0F0

F0F0

111 11

11 111

111

11

11

11

11

11

11

111

1111111

11

11

11

1

11

11111

11 111

111

11

11

11

11

11

11

11 1

1111

11

11

11

11

11

DIAMOND 2007 for SAFIR

FILE: dubbel-sigma-350NODES: 200ELEMENTS: 104

NODES PLOTSOLIDS PLOTFRONTIERS PLOTCONTOUR PLOTTEMPERATURE PLOT

F0F0

F0

F0F0F0

11

11

11

11

11

11

11

11

TIME: 2350 sec879.90879.71879.53879.34879.15878.96878.78878.59878.40

F0F0F0

F0F0

Z

5 0 E+00 m

11

11

11

11

11

11

11

1

11

11

111

11

11

11

11Y

27

F0X Y 5.0 E+00 m

1111

11

11

11

11

11

11

11

11

11

111111 111

11

1111

111

11

11

11

11

11

11

11

11 11

11 111

11X Z


Typologie - conclusionsTypologie conclusions

Lamin chaud Form froid(F=mqL) m 0.550 0.265(=nqL) n 0 0140 0 0152

Formules simplifies pour les profils chaud - le lay-out reste applicable,une adaptation simple par une nouvelle valeur des paramtres est possible.

(=nqL) n 0.0140 0.0152

Mode deffondrement: reste comparable.


Charge au feu ISO834 ?Charge au feu ISO834 ?Possibilits du point de vue de la charge au feu: ISO834 courbe de feu standardis;Alternatives: Feu paramtrique; Feu paramtrique; Feu naturel p.ex. Ozone;

Application de la rgle gnrale: temps quivalent au feu (te,d) qui tient compte de la svrit de lincendie;

Exigences minimales de rsistance au feu pour les lments structurelsExigences minimales de rsistance au feu pour les lments structurelsType I R 60

R 120Pour un btiment ou une partie de classe A (qfi,d 350 MJ/m)Pour un btiment ou une partie de classe B ou C (qfi,d>350 MJ/m)

Type II R te d Rgle gnraleType II R te,d Rgle gnralepas de R dtermin (implicitement R 15)R 30 (ou plus lev)

Seulement pour les solutions type en fonction de la surface du compartiment


( p )Remarque R 30 Planchers intermdiaires et leur structure porteuse

Temps quivalent au feuTemps quivalent au feu Principe du temps quivalent au feu : te,d Ainsi : tfi,d > te,d.

FeuISO

g a

p

Feu naturelg ap

Feunaturel

teq


Temps quivalent au feuTemps quivalent au feu Remarque importante: si suite un facteur de surface ou de ventilation un

i l f ( ) i i i i f i 15 itemps quivalent au feu (te,d) peut tre atteint qui soit infrieur 15 minutes, ce temps sapplique.

Feuille de calcul (Excel): www.TETRA-CFS.be( )

1200

600

800

1000

t

u

u

r

[

C

]

200

400

600

T

e

m

p

e

r

a

t

310

0 5 10 15 20 25 30

Tijd[min]Journe Construction Acier: 18/11/2010 Louvain-la-Neuve

Validation recherche futureValidation recherche futureBut comportement structurel au feu: Capacit portante dun btiment industriel modle 2D ou 3D; Contrle de la rsistance au feu avec un modle avanc; Comparaison avec un logiciel de calcul commercial (SCIA/Buildsoft); Comparaison avec un logiciel de calcul commercial (SCIA/Buildsoft); Validation par un essai au feu chelle relle (sur le terrain de Joris Ide sa).

Questions de recherche: Donnes 2D formation en chanette peuvent tre extrapoles vers 3D ? (3D

t t i lifi 2D ?)peut tre simplifi en 2D ?) Quel est leffet des instabilits locales ? Comportement au feu prdit de faon fiable par les modles avancs -Comportement au feu prdit de faon fiable par les modles avancs

Safir? Dans quelle mesure le logiciel de calcul commercial peut-il tre appliqu

d ?

32

dans ce cas ?


Validation recherche futureValidation recherche futureDfinition de:

F0F0

F0F0

F0

F0F0

F0F0

F0

F0F0F0

F0

La gomtrie du btiment industriel; porte: L = 8 m

Distance entre traves: 5m F0F0

F0F0F0

F0F0

F0

F0F0

F0F0

F0

F0F0

F0F0

F0

F0F0

F0

F0

F0F0F0

Distance entre traves: 5m # traves: 5A=128 m (

Validation recherche futureValidation recherche futureDfinition de la charge calorifique.Les btiments industriels peuvent tre diviss en 3 classes sur base de la

charge calorifique caractristique qfi,d : Classe A: qfi d

ConclusionsConclusions CFS - Classe IV: complexit augmente pour le calcul offrir des outils de

l l l i i TETRA CFS bcalcul structurel conviviaux par www.TETRA-CFS.be; pas de R dtermin calcul: vrification R 15 recommande Application de lannexe 6 - FSEApplication de l annexe 6 FSE

Modles simplifis du point de vue de la rsistance: (comportement en chanette, pour typologie standard: rgles simples valides par des modles avancs);

Possibilits du point de vue de la charge au feu: feu paramtrique feu naturel applicationPossibilits du point de vue de la charge au feu: feu paramtrique, feu naturel, application de rgles gnrales te,d;

Validation (recherche future essai au feu chelle relle).Exigences minimales de rsistance au feu pour les lments structurelsExigences minimales de rsistance au feu pour les lments structurels

Type I R 60R 120

Pour un btiment ou une partie de classe A (qfi,d 350 MJ/m)Pour un btiment ou une partie de classe B ou C (qfi,d>350 MJ/m)

Type II R t d Rgle gnraleType II R te,d Rgle gnralepas de R dtermin (implicitement R 15)R 30 (ou plus lev)

Seulement pour les solutions type en fonction de la surface volume du compartiment


30 (ou p us e )Remarque R 30 Planchers intermdiaires et leur structure porteuse

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