Dinamična analiza prostorskih jeklenih okvirjev v požaru : doktorska disertacija
Dynamical analysis of three-dimensional steel frames in fire : doctoral thesis

slovenski

doktorska dela

2017

dinamika    Disertacije   Gradbene konstrukcije   gradbeništvo    intumescentni premaz   matematični modeli   materialni modeli   mehanska analiza   požar    Požarna analiza   prostorski jekleni okvirji   točne kinematične enačbe nosilcev   toplotna analiza

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo

V doktorski disertaciji obravnavamo toplotno in mehansko fazo požarne analize prostorskih jeklenih linijskih konstrukcij. Pri jeklenih prerezih, zaščitenih s protipožarnimi oblogami, vpeljemo iterativni postopek za določitev temperature zraka v zaprtem prostoru med oblogo in tankostenskim jeklenim prerezom, v katerem upoštevamo prenos toplote med oblogo, prerezom in notranjim zrakom tako s konvekcijo kot s sevanjem. Predstavljamo nov matematični model ravninskega prenosa toplote po intumescentnem premazu, ki služi kot požarna zaščita jeklenega prereza. V modelu so upoštevane bistvene značilnosti intumescentnih premazov, kot so postopno ekspandiranje ter temperaturno in časovno odvisne termične lastnosti. Te so določene po pravilu mešanice na osnovi deležev temperaturno odvisnih lastnosti posameznih materialnih faz. Upoštevamo intaktno, ekspandirano in zoglenelo materialno fazo premaza. Deleže posameznih faz izračunamo iz trenutnega stanja kemijske reakcije pirolize. Potek reakcije opišemo z Arrheniusovo enačbo. Za račun mehanskega odziva prostorskih jeklenih okvirjev v požaru uporabimo nedavno izpeljani matematični model za dinamično analizo prostorskih linijskih elementov, ki upošteva Reissnerjevo geometrijsko točno teorijo nosilcev, multiplikativno naravo prostorskih rotacij in za osnovne neznanke sistema vodilnih enačb končnega elementa uporabi krajevne odvode hitrosti in kotnih hitrosti. Ta model razširimo tako, da je omogočeno upoštevanje vpliva temperature. Tako razširjen model lahko upošteva temperaturno odvisne mehanske lastnosti jekla, temperaturne deformacije jekla, Harmathyjev eksplicitni model viskoznega lezenja jekla, plastično utrjevanje materiala in različne nelinearne napetostno-deformacijske materialne zveze. Izpeljane matematične modele za vsako od obeh faz požarne analize preskusimo z numeričnimi primeri in validiramo z eksperimentalnimi in numeričnimi rezultati iz literature. Vpliv nekaterih bistvenih parametrov numeričnih modelov preverimo tudi s konvergenčnimi študijami. Rezultati predstavljenih matematičnih modelov kažejo, da z njimi mehanski odziv prostorskih jeklenih okvirjev v požaru opišemo realistično in natančno.

09.09.2019