Objednejte si bezplatné zasílání tištěné verze časopisuKONSTRUKCE Media, s. r. o.Com4In Group
ISSN 1803-8433
English - Google Translate Česky - Překladač Google French - Google Translate Italian - Google Translate German - Google Translate Polish - Google Translate Spanish - Google Translate Swedish - Google Translate   |   Přihlásit se   
Nacházíte se:  Úvod    Povrchová ochrana    Emisivita žárově zinkované oceli v EN 1993‑1‑2:2021

Emisivita žárově zinkované oceli v EN 1993‑1‑2:2021

Publikováno: 22.10.2018
Rubrika: Povrchová ochrana

Nechráněné ocelové konstrukce nejsou schopny kvůli vysoké tepelné vodivosti oceli a subtilnímu charakteru odolávat vyšším teplotám a dosahují požární odolnosti do 15 minut (R15). Pasivní požární ochrana konstrukcí je cenově nákladná a nemusí být vždy spolehlivá. Proti korozi ocelové prvky účinně chrání žárové zinkování. Jeho odrazivý povrch snižuje teplotu konstrukce vystavené požáru a příznivě ovlivňuje požární odolnost konstrukce. Odrazivost povrchu se vyjadřuje jeho emisivitou. Hodnoty jsou od jedné pro dokonale pohltivý povrch po nulu pro povrch dokonale odrazivý. V lázni se povrch zinkuje slitinou za teploty mírně nad 450 °C. Vrstva zinku při vyšších teplotách taje a odpařuje se. Odrazivost povrchu se pro teplotu prvku nad 450 °C ztrácí.

Emisivita plynu v požárním úseku se konzervativně uvažuje jako εf = 1,0. Návrhová hodnota emisivity povrchu prvku z uhlíkové oceli se v EN 1993‑1‑2:2006 [1] zavádí εm = 0,7. Hodnota odpovídá požárním experimentům ve vodorovných pecích [2]. Z řady experimentů v kalorimetru [3] až [6] ve vodorovné peci a na experimentální budově [4] byla analytickým modelem porovnáním teplot v černém a reflexním vzorku odvozena náhradní lineární hodnota emisivity žárově zinkovaného prvku pro požární odolnost do 15 min εm = 0,32. Předpokládá se, že žárové zinkování se použije v interiéru, ve kterém nebude podléhat v čase degradaci korozí.

Při ztrátě zinkové vrstvy nad 450 °C je ocelová konstrukce chladnější, než kdyby byla vystavena zahřívání bez žárového zinkování. Práce z TU Münich [7] doporučují využívat pro požární odolnost do 30 min hodnotu emisivity povrchu žárově zinkovaného prvku z uhlíkové oceli εm = 0,35. V práci je ukázán vliv hodnot emisivit žárově zinkované ochrany prvku ve srovnání s nechráněnou ocelovou konstrukcí a připraven mezní stupeň využití, při kterém lze emisivitu povrhu využít.

EXPERIMENTÁLNĚ ZMĚŘENÉ TEPLOTY

Vliv emisivity povrchu na teplotu prvku je ukázán na vzorku z uzavřeného kruhového průřezu průměru 114,3 mm s tloušťkou stěny 4 mm, viz obr. 1. Na obr. 2 je povrchová teplota vzorku TR6 vypočtená přírůstkovou metodou pro součinitel přestupu tepla prouděním αc = 25 W m–2 K–1 se třemi hodnotami emisivity povrchu εm = 0,32, 0,35 a 0,7 porovnána se změřenou teplotou vzorku ve zkušební peci [4]. Emisivita je ve výpočtu uvažována konstantní hodnotou nezávislou na čase.

Nejlepší shody do 15 min dosáhl průběh teplot prvku s hodnotou emisivity εm = 0,32. Po 15. min křivka vypočtená postupně přechází z bezpečné strany pod křivku změřenou a s nárůstem teploty se od ní vzdaluje. V tomto okamžiku ochranná zinková vrstva postupně ztrácí svou účinnou odrazivost. Dochází ke zvyšování hodnoty emisivity povrchu, která se postupně vyrovná hodnotě ocelového prvku εm = 0,7.

VÝZNAM SOUČINITELE EMISIVITY POVRCHU NA KONSTRUKCI

Na příkladu kloubově uloženého prostého ocelového nosníku je ukázán vliv emisivity na teplotu ocelového prvku a na požární odolnost, kterou ovlivňuje stupeň využití a kritická teplota prvku. Zatížení ocelového nosníku o rozpětí 7,4 m představuje charakteristická hodnota stálého zatížení gk a užitného zatížení qk. Jedná se o profil IPE 300 z oceli pevnostní třídy S 235. Statické schéma nosníku a vystavení požáru znázorňuje obr. 3.

Nosník je vystaven požáru ze tří stran podle nominální normové teplotní křivky. Horní pásnici průřezu chrání spřažená ocelobetonová deska s trapézovým plechem. Stupeň využití při požáru μ0 je dán vztahem: 

μ0 = Efi,d/Rfi,d,0 = Mfi,Sd/Mfi,t,Rd = 83,3/147,7 = 0,563      (1)

kde:

Efi,d je návrhová hodnota účinku zatížení za požáru nezávislého na čase
Rfi,d,0 znázorňuje návrhovou hodnotu únosnosti za požáru v čase t = 0

Stupni využití odpovídá kritická teplota:

Θa,cr = 39,19 ln [1/(0,9674 . μ03,833) – 1] + 482 = 39,19 ln[1/(0,9674 . 0,5633,833) – 1] = 565 °C     (2)

Přestup tepla do konstrukce byl stanoven analytickou přírůstkovou metodou dle EN 1993‑1‑2:2006. Graf na obr. 4 znázorňuje průběh teploty plynu Θg, teploty průřezů Θa,t s danými hodnotami emisivity a vypočítanou hodnotu kritické teploty nosníku Θa,cr.

Teplota plynu v 15. min požáru dosahuje hodnoty 739 °C. Povrchová teplota černého profilu IPE 300 je 616 °C (εm = 0,7). Žárově zinkovaný prvek má v této době teplotu 510 °C (εm = 0,35) a 497 °C (εm = 0,32). Čas k dosažení kritické teploty Θa,cr = 565 °C se v případě hodnot emisivity žárově zinkovaného povrchu profilu nachází za vyznačenou linií 15 min.

Tabulka 1 – Nejmenší součinitel průřezu pro požadovanou požární odolnost při stupni využití μ0

Stupeň
využití

Kritická
teplota

Emisivita

Součinitel průřezu Am/V [m–1]
pro požární odolnost

Příklady průřezů splňující nejmenší Am/V
pro požární odolnost

μ0 ϴa,cr εm R15 R30 R15 R30
0,65 540 °C 0,32 149 - HEB 160, HEA 340, IPN 260, IPE 450 -
0,35 141 46 HEB 160, HEA 400, IPN 280, IPE 500 TR s tl. stěny 2,2 mm
0,70 89 28 HEB 340, IPN 450 TR s tl. stěny 3,6 mm
0,5 585 °C 0,32 182 - HEB 100, HEA 260, IPN 220, IPE 330 -
0,35 173 54 HEB 120, HEA 280, IPN 220, IPE 360 TR s tl. stěny 1,9 mm
0,70 108 33 HEB 240, HEA 800, IPN 380 TR s tl. stěny 3,1 mm
0,4 620 °C 0,32 218 - HEA 200, IPN 180, IPE 240 -
0,35 207 61 HEA 220, IPN 180, IPE 240 TR s tl. stěny 1,7 mm
0,70 128 37 HEB 200, HEA 550, IPN 320, IPE 550 TR s tl. stěny 2,8 mm

ZÁVISLOST MEZI STUPNĚM VYUŽITÍ, KRITICKOU TEPLOTOU A SOUČINITELEM PRŮŘEZU

Norma EN 1993‑1‑2:2006 [1] uvádí pro ocelové konstrukce konzervativní stupeň využití μ0 = 0,65. Přesná hodnota se vypočte podle vztahu (1). Ze stupně využití lze z výrazu (2) určit kritickou teplotu prvku Θa,cr. Její logaritmický průběh spolu s teplotami prvku vlivem různých emisivit je doloženo na obr. 5.

V tabulce 1 jsou uvedeny hodnoty součinitele průřezu odpovídající stupni využití a kritické teplotě pro požární odolnosti R15 a R30 a příklady válcovaných průřezů, které dosahují dané hodnoty Am/V pro průřez exponovaný ze tří stran, uzavřené kruhové průřezy ze čtyř stran. Součinitel zastínění ksh ve výpočtu uvažován zjednodušeně hodnotou 1,0.

ZÁVĚR

Norma EN 1993‑1‑2:2006 [1] udává návrhovou emisivitu povrchu povrchově nechráněného prvku z uhlíkové oceli εm = 0,7. Pro žárově zinkované prvky experimentální a analytické studie doporučují do 15 min vystavení požáru uvažovat emisivitu εm = 0,32 a pro 30 min εm = 0,35. V normě EN 1993‑1‑2:2021 bude pro žárově zinkované prvky EN ISO 1461 [8] pro složení oceli třídy A nebo B podle EN ISO 14713‑2 [9], Tab. 1 nabídnuta projektantům hodnota emisivity εm = 0,35.

Pro zjednodušený stupeň využití μ0 = 0,65 se pro žárově pozinkovaný povrch v případě požadované požární odolnosti R15 zvýší nejmenší součinitel průřezu Am/V z 89 m–1 na 141 m–1.

LITERATURA:
[1] EN 1993‑1‑2 Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí – Část 1‑2: Obecná pravidla – Navrhování konstrukcí na účinky požáru, Brusel, 2006.
[2] WALD, František. Výpočet požární odolnosti stavebních konstrukcí. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2005. ISBN 80‑01‑03157‑8.
[3] Heinisuo, M. Effect of zinc coating to the resistance of WQ‑beam bottom flange in fire, TU Tampere, 2011.
[4] Jirků J., Požární odolnost žárově zinkovaných profilů, disertační práce, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, 2017.
[5] Jiří Jirků J., František Wald F., The temperature of zinc coated steel members in fire, Structures in Fire, Shanghai, 2014.
[6] Jirků, J.; Wald, F. Influence of Zinc Coating to a Temperature of Steel Members in Fire, Journal of Structural Fire Engineering, 2015, 6,141–146.
[7] Gaigl Ch., Mensinger M., Hot dip galvanized steel constructions under fire exposure, IFireSS 2017, Naples, 2017.
[8] ČSN EN ISO 1461, Zinkové povlaky nanášené žárově ponorem na ocelové a litinové výrobky – Specifikace a zkušební metody, ÚNM, Praha, 2010.
[9] ČSN EN ISO 14713‑2 Zinkové povlaky – Směrnice a doporučení pro ochranu ocelových a litinových konstrukcí proti korozi – Část 2: Žárové zinkování ponorem, ÚNM, Praha, 2010.

Bookmark
Ohodnoďte článek:

Fotogalerie
Obr. 1 – Vzorky po požárním experimentuObr. 2 – Porovnání vypočítané teploty ocelového vzorku TR6 se změřenouObr. 3 – Ocelový stropní nosník vystavený požáru ze tří stranObr. 4 – Průběh teplot ocelových profilů s hodnotami emisivityObr. 5 – Nejmenší součinitel průřezu Am/V pro stupeň využití μ0 = 0,65 a kritickou teplotu Θa,cr = 540 °C

NEJčtenější souvisejicí články (v posledních 30-ti dnech)

AČSZ – Aktuální ekologické otázky EU pro odvětví žárových zinkoven (1068x)
Ekologické a legislativní otázky představují velice důležitou součást práce evropského sdružení asociací žárových zinkov...
AČSZ – Navrhování součástí pro žárové zinkováníAČSZ – Navrhování součástí pro žárové zinkování (1033x)
Protikorozní ochrana je nedílnou a velmi důležitou součásti výrobního procesu jakékoliv ocelové konstrukce. Kromě dekora...
Emisivita žárově zinkované oceli v EN 1993‑1‑2:2021Emisivita žárově zinkované oceli v EN 1993‑1‑2:2021 (296x)
Nechráněné ocelové konstrukce nejsou schopny kvůli vysoké tepelné vodivosti oceli a subtilnímu charakteru odolávat vyšší...

NEJlépe hodnocené související články

Protikorozní ochrana ocelových konstrukcí duplexními povlaky (5 b.)
Ocelové konstrukce jsou součásti našeho života a ve velké míře nás obklopují. Setkáváme se s nimi jak při výrobě různých...
Tryskání a ekonomieTryskání a ekonomie (5 b.)
Snahou konstruktérů je vyvinout technologie, které překonávají vlastnosti technologií předešlých. Technologie, vznikajíc...
Hempel a Volkswagen AG: úspěšná spolupráce v ruském městě KalugaHempel a Volkswagen AG: úspěšná spolupráce v ruském městě Kaluga (5 b.)
Na pozvání Volkswagen Group Rus se společnost Hempel nedávno zúčastnila důležitého projektu zajištění protikorozní ochra...

NEJdiskutovanější související články

Ochranná maskovací páska do žárového zinkuOchranná maskovací páska do žárového zinku (3x)
Na základě poptávky našich zákazníků na maskování částí ocelových konstrukcí před žárovým pozinkováním jsme se začali za...
Povrchová úprava při výstavbě a rekonstrukcích fotbalových stadionů v JARPovrchová úprava při výstavbě a rekonstrukcích fotbalových stadionů v JAR (2x)
Přelom června a července letošního roku bude ve znamení Mistrovství světa ve fotbale 2010. Tuto sportovní událost poprvé...
Pasivní protipožární ochrana (1x)
Ocel je nehořlavý anorganický materiál používaný pro své fyzikální a mechanické vlastnosti ve stavebnictví a v dalších o...
Aktuální číslo časopisu
Katalog firem - registrace

Působíte v oboru
pozemních staveb?
Potom využijte možnosti registrace
za akční cenu 300,-/rok

do Katalogu firem.

Google

Časopis SILNICE ŽELEZNICE

KUHN‑BOHEMIA se spojila s Ammannem

KUHN‑BOHEMIA se spojila s Ammannem