Požarna analiza dvoslojnih kompozitnih linijskih konstrukcij

Jerneja Kolšek (2013) Požarna analiza dvoslojnih kompozitnih linijskih konstrukcij. Doktorska disertacija.

Predogled

PDF Prenos (9Mb)

Povzetek

V disertaciji je predstavljen nov numerični model za geometrijsko in materialno nelinearno požarno analizo dvoslojnih kompozitnih linijskih konstrukcij iz jekla in betona z upoštevanjem vzdolžne in prečne podajnosti stika. Predlagani numerični postopek združuje tri matematično nepovezane faze. Časovni razvoj temperatur v požarnem prostoru se določi v prvi fazi s pomočjo požarnih krivulj. V drugi (toplotno-vlažnostni) fazi se analizira povezano prevajanje toplote in vlage po obravnavani konstrukciji. Razvoj temperatur v jeklenem sloju se pri tem opiše s Fourierjevo enačbo prevajanja toplote po trdni homogeni snovi. Razvoj temperatur, pornih tlakov in količine proste vode v armiranobetonskem sloju pa se opiše s sistemom enačb za ohranitev mase snovi in ohranitev energije, ki upoštevajo tudi vplive izparevanja proste vode, utekočinjanja vodne pare, dehidratacije kemijsko vezane vode, kapilarnih tlakov in difuzije adsorbirane vode. Za primere konstrukcij, izpostavljenih nevarnosti eksplozivnega luščenja betona, se pri določanju prepustnosti betona upošteva vpliv napetostno-deformacijskega stanja v nosilcu pri sobni temperaturi. V tretji (mehanski) fazi analize se končno določi časovni razvoj napetostnega in deformacijskega stanja nosilca. To fazo analize zaznamuje nekaj bistvenih novosti: (i) vsak sloj kompozitnega nosilca je ločeno modeliran z geometrijsko nelinearnim modelom Reissnerjevega nosilca, konstitucijski zakon stika pa je zapisan v odvisnosti od vzdolžnih in prečnih zamikov oziroma razmikov med slojema; (ii) poljubna, v splošnem nelinearna, konstitutivna zveza stika med sloji se zapiše v povprečni bazi med tangentnimi in normalnimi baznimi vektorji slojev na stiku; (iii) materialno nelinearen in temperaturno odvisen odziv jeklenega in betonskega sloja nosilca je opisan s pomočjo aditivnega razcepa geometrijske deformacije, kjer so eksplicitno obravnavane deformacije viskoznega lezenja jekla ter deformacije lezenja in prehodne deformacije betona. Vpliv utrjevanja materiala je na mestih cikličnega obremenjevanja in razbremenjevanja konstrukcije upoštevan z modelom kinematičnega utrjevanja. V drugem delu disertacije s primerjavo numeričnih in eksperimentalnih rezultatov pokažemo, da je predlagani numerični model za požarne analize togosti, nosilnosti in duktilnosti kompozitnih nosilcev ustrezen, zanesljiv in natančen. Numerične izračune primerov izvedemo z računalniškima programoma MoistureHeat2 in CompositeBeam, pripravljenima v programskem jeziku Matlab. Pri tem je pomembna ugotovitev, da je vpliv napetosti zaradi zunanje mehanske obtežbe nosilca ali oviranih temperaturnih deformacij v toplotno-vlažnostnem delu analize pomemben, kadar se poleg razvoja temperatur analizira tudi razvoj pornih tlakov (na primer pri analizi eksplozivnega luščenja betona). S parametričnimi študijami v zadnjem delu disertacije pa je ugotovljeno še: (i) da je lahko prispevek tankih jeklenih slojev pri kompozitnih nosilcih iz betona in jekla k njihovi požarni odpor

Akcije (potrebna je prijava)