Stiffness of reverse channel connections at room and elevated temperatures

Sammanfattning: En ramkonstruktion utsatt för brand påverkas på två olika sätt av temperaturhöjningen. För det första blir det en längdutvidgning av temperaturhöjningen och för det andra tappar materialet styrka och styvhet med ökande temperatur. Inledningsvis dominerar effekten av temperatur-utvidgningen. Denna leder till tryckande tvångskrafter i konstruktionen vilka kan leda till knäckning. Vid höga temperaturer sjunker materialets styvhet och styrka. Detta kan tillsammans med de höga tryckkrafterna leda till att flytleder bildas vid stöd. De stora tryckkrafterna kan också orsaka knäckning i balken och transversallasterna kan med den minskade styvheten på grund av temperaturhöjning ge upphov till mycket stora deformationer och balkens bärförmåga blir vid tillräckligt höga temperaturer otillräcklig. Vid tillräckligt stora deformationer övergår det statiska verkningssättet från böjning till linverkan. Under denna övergång spelar förbanden mellan balkar och pelare en central roll, och hur dessa klarar att hantera laster ochdeformationer avgör om hela konstruktionen kan klara belastningen. Hur en konstruktion klarar en brandbelastning beror i hög grad på hur förbanden mellan balkar och pelare klarar rotationer. En stor rotationskapacitet krävs vid höga temperaturer eftersom stålbalkar då har låg bärförmåga och deformationerna kan bli mycket stora även om lasterna är oförändrade. Stora deformationer i balkarna leder till stora rotationer i knutpunkterna vilket kan leda till att förbanden brister och hela konstruktionen kollapsar. Andra möjliga brottmoder kan vara kollaps av balkarna på grund av plasticering under drag. U-profilen har föreslagits som ett praktiskt alternativ för att ansluta balk till pelare. Rotationskapaciteten för ett sådant förband kan bedömas som försumbar, men forskningsinsatser görs för att bestämma den. En föreslagen utformning är att svetsa U-profilens flänsar till den betongfyllda pelaren med slutet tvärsnitt och livet fäst med skruvar i ändplåten på en balk. Rotationsstyvheten vid höga temperaturer kommer att bero på dimensioner på U-profilen. En U-profil har möjligheten att genomgå omvandlingen till linverkan i den dragna delen när den utsätts för ändrotation med den tryckta delen intakt. I allmänhet har ett förband med en U-profil möjlighet att klara stora rotationer under förutsättning att skruvförbandet är utformat på rätt sätt. Ett antal försök har genomförts för att studera hur föreliggande förband kan fungera i en byggnad, en del av en ram, enskilda förband och i tvärsnitt. Försöken har gjorts för att nå förståelse för hur förbandet fungerar tillsammans med andra konstruktionsdetaljer när de utsätts för brandbelastning. Denna avhandling fokuserar på försöken med delar ur förbandet och finit element modellering. En omfattande parameterstudie har gjorts för att förstå hur olika parametrar påverkar förbandets egenskaper vid förhöjd temperatur. Från FE-beräkningarna har analytiska modeller tagits fram som beskriver förbandets egenskaper vid medelhöga och höga temperaturer och dessa ger konstruktören möjlighet att uppskatta den ursprungliga styvheten hos förbandet med U-profil och förståelse för dess uppträdande.