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BCOBCO
www.TETRA-Brandveiligheid.be
Conception & dimensionnement au feu des structures en acier
Prise en compte des effets indirects dans l’évaluation
de la stabilité au feu de bâtiments industriels en acier
Leuven, 28/10/2010
2
Q1: que sont les effets indirects?
EN 1993-1-2, 2.4.3 (4)
Actions indirectes du feu:
les effets des déformations et dilatations thermiques
EN 1991-1-2, 1.5.1.7
Actions indirectes du feu:
forces internes et moments causés par la dilatation thermique
3
Pour évaluer les actions indirectes, il convient de tenir compte de ce qui suit :
de la dilatation empêchée des éléments eux-mêmes, par exemple des poteaux dans des ossatures à plusieurs étages comportant des murs rigides;
d’une différence de dilatation à l’intérieur d’éléments hyperstatiques, par exemple des dalles de plancher continues ; des gradients thermiques dans les sections droites donnant des contraintes internes ;
de la dilatation des éléments voisins due aux effets thermiques, par exemple le déplacement du sommet d’un poteau dû à la dilatation d’une dalle du plancher, ou la dilatation de câbles suspendus ; de la dilatation thermique d’éléments affectant des éléments se trouvant à l’extérieur du compartiment.
EN 1991-1-2, 4.1 (2)
4
X
Y
Z 5.0 E-01 m
Diamond 2009.a.5 for SAFIR
FILE: Frame_dynamic
NODES: 61
BEAMS: 30
TRUSSES: 0
SHELLS: 0
SOILS: 0
BEAMS PLOT
DISPLACEMENT PLOT ( x 5)
TIME: 21.3824 sec
Beam Element
X
Y
Z 5.0 E+04 N
Diamond 2009.a.5 for SAFIR
FILE: Frame_dynamic
NODES: 61
BEAMS: 30
TRUSSES: 0
SHELLS: 0
SOILS: 0
BEAMS PLOT
AXIAL FORCE PLOT
TIME: 21.3824 sec
N < 0
N > 0
X
Y
Z 1.0 E+05 Nm
Diamond 2009.a.5 for SAFIR
FILE: Frame_dynamic
NODES: 61
BEAMS: 30
TRUSSES: 0
SHELLS: 0
SOILS: 0
BEAMS PLOT
BENDING MOMENT PLOT
TIME: 21.3824 sec
X
Y
Z 5.0 E-01 m
Diamond 2009.a.5 for SAFIR
FILE: Frame_dynamic
NODES: 61
BEAMS: 30
TRUSSES: 0
SHELLS: 0
SOILS: 0
BEAMS PLOT
DISPLACEMENT PLOT ( x 5)
TIME: 751.6736 sec
Beam Element
X
Y
Z 1.0 E+05 N
Diamond 2009.a.5 for SAFIR
FILE: Frame_dynamic
NODES: 61
BEAMS: 30
TRUSSES: 0
SHELLS: 0
SOILS: 0
BEAMS PLOT
AXIAL FORCE PLOT
TIME: 751.6736 sec
N < 0
N > 0
X
Y
Z 1.0 E+05 Nm
Diamond 2009.a.5 for SAFIR
FILE: Frame_dynamic
NODES: 61
BEAMS: 30
TRUSSES: 0
SHELLS: 0
SOILS: 0
BEAMS PLOT
BENDING MOMENT PLOT
TIME: 751.6736 sec
Déplacement du sommet d’un poteau dû à la dilatation d’une dalle du plancher
t = 0
t = 750
Déplacements Efforts normaux Moments de flexion
5
Q2: Faut-il tenir compte des effets indirects
6
EN 1991-1-2: 4.1 (4)Il n’est pas nécessaire de prendre en compte les actions indirectes dues à des éléments voisins lorsque les exigences de sécurité concernent les éléments soumis aux conditions de l’incendie normalisé.
R1. Eurocodes: NON si feu ISO
EN 1993-1-2: 2.4.1 (3), Note 2Pour la vérification des exigences de résistance au feu normalisé, une analyse par élément est suffisante.2.4.2 (4) Seuls les effets de déformations thermiques provoquées par les gradients thermiques en section transversale sont à prendre en compte. Les effets des dilatations axiales ou dans le plan peuvent être négligés.
Acier
7
R2. J-M Franssen: NON si feu ISO
Pourquoi? Un calcul élément par élément, sous feu ISO, n’est pas censé nous dire ce qui se passera dans la structure réelle lors d’un feu réel. Il est censé nous dire ce qu’on obtiendrait si on faisait un essai de laboratoire sur chacun des éléments séparés, sous feu ISO. Cela n’a pas de sens d’essayer de mieux prédire le comportement mécanique de l’ensemble de la structure, dès lors qu’on conserve la sollicitation arbitraire qu’est le feu ISO. Faire des calculs de structures entières avec prise en compte des effets indirects mais sous feu ISO n’a de sens qu’en recherche, pas lors d’application à des bâtiments concrets. Il n’y a de sens à faire des calculs de structures entières réelles avec prise en compte des effets indirects que si on utilise des scénarios d’incendie naturels.
8
Feu conventionnel
Feu naturel
classification
Ingénierie du comportement au feu
Ingénierie du comportement au
feu
Ingénierie du
comportement au feu
OUI
OUI
NON
NON
9
Feu conventionnel
Feu naturel
classification
Ingénierie du comportement au feu
Ingénierie du comportement au
feu
Ingénierie du
comportement au feu
OUI
OUI
RECHERCHE
OUI
RECHERCHE
OUI
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R3. Normes de base
Annexe 1
La classification dans le domaine de résistance au feu … peut être basé(e)…
Soit sur un essai…
Soit par une méthode de calcul, agréée par le Ministre de l’Intérieur selon la procédure et les conditions qu’il détermine.
11
Une méthode de calcul, agréée par le Ministre de l’Intérieur selon la procédure et les conditions qu’il détermine.
Actuellement,
28 octobre 2010,
pas de méthode de calcul agréée.
Anticipons et supposons: Méthode agréée = Eurocodes
=> De par la réponse 2, pas d’effets indirects pris en compte si calculs sous feu ISO
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Normes de base: pas d’effets indirect sous feu ISO ?
OK pour annexe 2 (bâtiments bas),
annexe 3 (bâtiments moyens) et annexe 4 (bâtiments élevés).
Pas pour annexe 6, bâtiments industriels.
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Annexe 6, bâtiments industriels.
Si l’effondrement vers l’intérieur est garanti par la conception (quel que soit l’incendie et le comportement de la structure), il n’y a pas de problème.
Si l’effondrement vers l’intérieur dépend des déplacements des façades, il faut évaluer ces déplacements => effets indirects
Solution: LUCA
LabeinUniversité de LiègeCTICMArcelorMittal
1)
14
Annexe 6, bâtiments industriels.
Si l’effondrement vers l’intérieur dépend des déplacements des façades, il faut évaluer ces déplacements => effets indirects
Solution: LUCA va donner les déplacements maximum en sommet des façades.
15
2)
Solutions:
1) Typologies types reprises dans le projet TETRA.
Pour donner une représentation simple des différentes typologies, des symboles clairs ont été utilisés.
Compartment wall
Diaphragm: Type I
Diaphragm: Type II
Bracing : Type I
Bracing : Type II
Columns-beam : Type IColumns-beam : Type II
Fixed connection
Hinged connection
Rolled connection
Spring connection
17
Représentation schématique en 3D de deux typologies
18
1.1.1
IWT-TETRA-project (): Brandveilig Constructief Ontwerp
Typologie 001 Enkelvoudig compartiment
Voorstelling grafisch Dwars Langs
Beschrijving structuur en gebruikte materialen
Liggers en kolommen: toepasbaar voor alle materialen Randvoorwaarden: Toepasbaar voor alle types verbinding met fundering (ingeklemd, veerstijfheid, scharnierend,); Toepasbaar voor alle types verbinding ligger-kolom (continu, semi-continu, eenvoudig).
Indeling Type I II van de verschillende onderdelen
Daar het om één enkel compartiment gaat, zijn alle onderdelen per definitie van Type II
afwerking Type II
Secundaire onderdelen
Type II
Primaire onderdelen
Type II
Dwarse stabiliteit
Langse stabiliteit
Verwijzing naar achtergrond §6.3
Verwijzing naar literatuur
T
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BCO
Template
19
1.1.1 Typologie 002 – dubbele beuk – 2 compartimenten – stalen portiek
IWT-TETRA-project (): Brandveilig Constructief Ontwerp
Typologie 002 Dubbele beuk – 2 compartimenten – stalen portiek
Voorstelling grafisch Dwars Langs
Beschrijving structuur en gebruikte materialen
Liggers en kolommen: staal Randvoorwaarden: Verbinding met fundering: scharnierend; verbinding ligger-kolom: continu.
Indeling Type I II van de verschillende onderdelen
Afwerking Type II, wanneer voldaan aan: dakbedekking voldoende beschermd zodat deze bij brand geen aanleiding geeft tot schade aan brandwand.
Secundaire onderdelen
Type II – gordingen en wandregels kruisen de brandmuur niet en behoeven geen bijkomende bescherming.
Primaire onderdelen
Type II – kolommen en liggers (dwarse stabiliteit) - Windverbanden (langse stabiliteit)
Dwarse stabiliteit
Door de compartimenteringswand behoort de middenkolom tot het koude gedeelte van de structuur bij brand in één van beide compartimenten de middenkolom is voldoende brandwerend beschermd. De koude structuur is stabiel bij bezwijken van de warme structuur (compatibel met optredende krachten en verplaatsingen).
Langse stabiliteit
Windverbanden in koude gedeelte blijven in staat om de langse stabiliteit te garanderen voor de accidentele belastingcombinatie in laterale richting die aangrijpt op het koude gedeelte.
Verwijzing naar achtergrond §6.3
Verwijzing naar literatuur RFS2-CR-2007-00032 [2007]
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Solutions:
1) Typologies types reprises dans le projet TETRA
2) LUCA va donner les efforts maximum exercés sur la partie non affectée par l’incendie.
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Qu’est ce que LUCA ?
Recherches R.F.C.S. coordonnées par ArceloMittal1. Etude paramétrique par éléments finis sur portiques en acier.2. Définition de règles simples donnant des résultats sécuritaires.3. Programmation de ces règles dans un petit logiciel avec
interface graphique pour un usage facile => LUCA
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27
28
29
3)
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Donc, pour calculer la durée de résistance au feu R, il faut tenir compte des effets indirects dans les bâtiments industriels (mais pas dans les bâtiments élevés!).
Ich frage mich: warum
Camillo Felgen, 1960
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Donc, pour calculer la durée de résistance au feu R, il faut tenir compte des effets indirects dans les bâtiments industriels.
Q3: Comment ?
Idée 1: calcul thermo-élastique s( E(T) ; eth) < fy(T)
Ca ne marche pas (bridage très surévalué)
Idée 2: calcul thermo-élastique partiel s( E(T) ; keth) < fy(T)
Ca ne marche pas (pas possible de trouver un k unique, certains effets indirects favorables pas pris en compte)
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Seule solution: modèle de calcul général
Eléments finis matériellement et géométriquement non linéaires (+ prise en compte des termes dynamiques dans l’équation d’équilibre)
Programmes commerciaux: ANSYS, ABAQUS…Programmes spécialisés: SAFIR (Ulg), VULCAN (Sheffield)
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Détermination de R
Pour tout nouveau bâtiment industriel
Annexe 6
Utilisation de méthode avancée
Anticipons (groupe de travail « Eurocode ») Utilisation de méthode avancée
=> Commission de dérogation.
Thank you