Den framtagna beräkningsmetoden för skjuvhållfasthet vid brand hos en anslutning med inslitsad plåt och dymlingar resulterade i följande:
Efter att det effektiva tvärsnittet beräknats och dimension på skivorna bestämts med hänsyn till detta beräknas avståndet fram till stålplåten (t1) och dymlingarnas diameter (d)enligt:
&@ =$9B+ [9.1]
! = *#
C [9.2]
Därefter beräknas bäddhållfasthet (fh) och flytmoment hos dymlingen (My,Rk) enligt: D$,8,DEF =).)A@(@9),)@H5)J$#.#&
@.@ ,1('KL#0,'K [9.3]
36 Vidare beräknas karakteristisk skjuvhållfasthet för en dymling enligt:
26,78 = 6IJ ⎩ ⎪ ⎨ ⎪ ⎧ D$,8,DEF&@! D$,8,DEF&@! OP2 + CM(,*$
"+,$,,-.5*#'− 1Q 2.3RH=,78D$,8,DEF!
[9.5]
För att ta hänsyn till brandlastfallet reduceras det karakteristiskt värdet med h för att beräkna det dimensionerande värdet på den last en dymling klarar vid brand.
A = B98*!" [9.6]
25,*,"1 = A26,78 [9.7]
9.2.1 Applicering av ny beräkningsmetod
I bilaga 2 appliceras den nya metoden på en anslutning uppbyggd med skivor enligt alternativ (1) ovan. Nödvändig diameter på dymlingarna beräknades till 22mm. För att jämföra skillnaden mellan den nya metoden och metoden för limträ görs liknande beräkningar i bilaga 3. Resultatet av ny metod respektive limträmetod presenteras i tabell 6.3
Tabell 9.3 - Jämförelse mellan ny metod och limträ metod.
Faktorer Ny metod [Bilaga 2] Metod för limträ [Bilaga 3]
rk 400 kg/m3 400 kg/m3 * fu 400 N/mm2 400 N/mm2 * t1 85 mm 85 mm * d 22 mm 22 mm * fh 21.7N/mm2 25,5 N/mm2 My,Rk 567 893 Nmm 371 091 Nmm Fv,Rk 25 560 N 25 732 N h 0.067 0.067
Fd,t,fi 1718 N per dymling 1724 N per dymling
a1 110 (154)
a2 66 (88)
Fd,t,fi per meter 34 456 N/m
* Förenklat används samma värde för t1 och d (framräknat i bilaga 2) även vid jämförelsen med limträmetoden.
37
10 Analys
Tabell 9.1 och 9.2 visar att förkolningsskiktet förblir detsamma för samtliga alternativ då det endast beror på förkolningshastigheten och tiden för brandexponering. Då alla skivorna är uppbyggda med ett yttersta skikt på 40 mm och förkolningsskiktet efter 60 minuter är 39 mm är risken liten att fler skikt förkolnar. Det gör även att risken för delaminering är låg, oavsett limtyp. Detta är dock antaganden som bygger på teori och en försäkran att minimera risken för delaminering sker genom att, som i studien, välja lim som inte försvagas vid brand.
Antal skikt som bidrar till bärförmågan är tre stycken eftersom gränsen för def hamnar i skikt 2 (räknat inifrån), men då skikt 2 är ett icke bärande lager, bidrar det inte till bärförmågan. Alltså kan inte hela hef (effektivt tvärsnitt)tillgodoräknas för bärförmågan vid 60 minuters brandbelastning. Den beräknade bärförmågan hos en dymling blev i den nya beräkningsmetoden snarlik den beräkningsmetoden för limträ när samma ingångsvärden valdes (densitet, diameter och avstånd till stålplåt). Sannolikt kan detta påvisa att de ändrade faktorerna gör att bärförmågan hamnar inom rimliga värden. Detta är dock ett antagande som kräver djupare studie och brandtester. När bärförmågan sedan beräknas per meter blir det svårt att avgöra om just den anslutningen passar i en byggnad med byggnadsklass Br1 (3 eller fler våningar (Boverket, 2020)) då det inte presenteras någon lastnedräkning som representerar en sådan byggnad.
Gällande de inslitsade ståldelarna visade litteraturstudien två alternativ där detta tas hänsyn till. För det första via faktorn kco(faktor som tar hänsyn till ökad förkolning till träets mitt p.g.a. metalldelar) i tabell 5.1 som för de allra flesta fall skulle sättas till 1.0 och därmed inte medföra en ökning av förkolningshastigheten. För det andra via faktorn kflux (faktor för ökad förkolning p.g.a metalldelar) i formeln för afi (tilläggsavstånd till dymlingar, se ekv 6.1) som användes i limträmetoden för att öka avståndet från en kant in till dymlingarna genom att ta hänsyn till ökat värmeflöde på grund av dymlingarna. Då KL-trä konstruktioner saknar sådana ”kanter” ansågs dymlingarnas inverkan på ökad förkolning tillräckligt liten för att kunna försummas. I limträmetoden skulle även t1 (avstånd in till stålplåt) öka beroende på fästdonstyp och brandexponeringstid. I den nya metoden finns inget sådant krav utan istället beräknas först ett lämpligt effektivt tvärsnitt, som i sin tur bestämmer t1. Det effektiva tvärsnittet beskriver hur mycket opåverkat trä som återstår och trätjockleken som ”skyddar” stålplåten kan beräknas och utvärderas utifrån stålplåtens inverkan på ökade temperaturer.
Den nya formeln för flytmoment hos en dymling visade i resultatet en ökning på 53 % jämfört med limträmetoden. Huruvida denna formel kan tillämpas för alla förband med inslitsade delar anses därför ovisst och möjligtvis krävs det en tydlig gräns på vilka diametrar respektive formel berör. Vidare gjordes ingen skillnad för faktorerna; Fv,Rk,1, Fv,Rk,2, Fv,Rk,3 (karakteristisk skjuvhållfasthet) i resultatet och parametern k (faktor för brandlastfallet) förblev densamma.
38
11 Diskussion
I det följande diskuteras resultatet av studien utifrån frågeställningarna.
I vilken utsträckning påverkar inslitsade ståldelar i KL-trä brandmotståndet?
Att stål leder värme är väl känt och att kflux och därmed inverkan av dymlingarna försummas i den nya metoden bör studeras vidare. Genom att välja en längd på dymlingarna som är mindre än skivans tjocklek och försluta hålen på vardera sida med träplugg skulle eventuellt värmeledningen ståldelarna emellan minska, vilket i sin tur kan eliminera att stålet leder vidare värmen till skivans mitt. Detta skulle kunna påverka anslutningen positivt i den bemärkelsen att hållfastheten möjligtvis kan upprätthållas längre vid brandexponering, genom försäkran om att stålplåten inte påverkas av värmeledning från andra ståldelar. Inverkan av inslitsade ståldelar i en oskyddad anslutning behöver studeras vidare.
Vad säger forskningen om avsvalningsfasen i KL-trä? Tas det i beaktning? Borde det ingå i beräkningar?
För att kunna ta hänsyn till avsvalningsfasen på ett korrekt sätt krävs det att branddimensionering görs med hänsyn till en parametrisk brandkurva. Ekvationerna i denna studie är anpassade efter standardbrand på grund av den komplexitet den parametriska brandkurvan medför. Utveckling av nya beräkningsmetoder för att kunna göra mer generella antaganden av brandmotståndet med avsvalningsfasen i beaktning vore därför av stort intresse. Möjligen visar det sig att beräkningsmetod enligt standardbrand är för konservativ och att fler skikt kan beräknas bidra till bärförmågan. Detta med hänsyn till att temperaturen sänks i det träet som ingick i def och möjligtvis återfår en del eller hela sin bärförmåga.
Hur påverkar delaminering brandmotståndet och hur undviks det på bästa sätt?
Om delaminering helt kan uteslutas på grund av att limmet i fogarna är av den kvaliteten att hållfastheten inte reduceras vid förhöjda temperaturer, är det sannolikt det allra bästa alternativet. Det krävs mer utveckling av lim och brandtester för att säkerställa detta och för att på så sätt främja användandet av oskyddade KL-element. Att delaminering motverkas är även positivt i förhållande till brandutvecklingen där risken för en ”andra våg” av brand inte påbörjas. Detta skulle i vår mening underlätta för räddningstjänstens arbete samt ge möjlighet att kunna uppnå en bättre branddimensionering generellt.
Är det rimligt att anta att likheter mellan limträ och KL-trä gör det möjligt att implementera den nya metoden?
Limträ och KL-trä visar utöver likheter i uppbyggnad liknande brandegenskaper och det verkar återspegla sig i faktorerna då de, förutom Myrk, inte skiljer sig åt allt för mycket enligt resultatet. Genom att göra skillnad på lastfördelningen på dymlingarna (last/bärförmåga per meter i KL-trä) och stålets inverkan enligt ovan tar studien hänsyn till materialens olika uppbyggnad. Båda hållfasthetsorteras, vilket gör att faktorer kring hållfasthet förmodligen inte skiljer sig åt allt för mycket (t.ex. bäddhållfasthet). Faktorerna för KL-trä har tagits fram via tester av professorer inom trä och brandteknik och därför finns det förmodligen någon form av validitet i resultatet när det
39 visade sig att dymlingarnas bärförmåga var nästintill identisk i den nya metoden och i limträmetoden. För att verifiera det behövs vidare studier och brandtester.