Probability-based critical temperature assessment for simple steel beam exposed to fire

• Autorzy: Maslak M.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.134420

Warianty tytułu

PL

Probabilistyczna ocena temperatury prostej belki stalowej eksponowanej na oddziaływanie pożaru

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An advanced evaluation technique, helpful in the fire resistance assessment of a simple steel structure exposed to fire is presented and discussed in detail on the example of an unrestrained and uniformly heated steel beam. The proposed design methodology deals with the generalised probability-based approach in which the most probable failure point is formally identified. The random nature of all variables considered in the detailed analysis is taken into account. The critical temperature of the steel from which the considered beam is made of is accepted here as the authoritative safety measure. This temperature value is associated with the fire resistance limit state defined for the maximum acceptable value of failure probability. When forecasting the failure probability, not only the risk of a potential fire being initiated but also not being effectively extinguished is included in the calculation. Various levels of the target failure probability may be assumed in such the analysis, depending on the selected reliability class. They are specified in general by setting an appropriate value of the required reliability index β fire req. In the presented design algorithm no representative values of the considered random variables are specified. The critical temperature estimates obtained from these calculations are always less restrictive in comparison with the corresponding solutions computed after applying the conventional standard procedure.

PL

Zaproponowano i szczegółowo przedyskutowano nowe podejście do szacowania temperatury krytycznej eksponowanej na warunki pożarowe stalowej konstrukcji nośnej. Opiera się ono na rozważaniach w pełni probabilistycznych i może stanowić alternatywę w stosunku do tradycyjnych obliczeń normowych. W opinii autora rezultaty uzyskane dzięki zastosowaniu prezentowanej metodyki można uznać za bardziej wiarygodne i lepiej uzasadnione w zestawieniu z odpowiadającymi im wynikami otrzymanymi metodami konwencjonalnymi. Taki wniosek można uzasadnić faktem uwzględnienia w analizie losowego charakteru zarówno przyłożonych do konstrukcji obciążeń zewnętrznych jak i miarodajnej nośności przekroju poprzecznego, redukowanej wskutek oddziaływania na elementy konstrukcyjne wysokiej temperatury pożarowej. Ponadto wymagania co do gwarantowanego poziomu bezpieczeństwa ustalono w sposób bardziej racjonalny, przez specyfikację granicznej wartości prawdopodobieństwa zniszczenia, maksymalnej możliwej do zaakceptowania w warunkach wyjątkowej sytuacji projektowej kojarzonej z pożarem rozwiniętym potencjalnie zainicjowanym w rozważanej strefie pożarowej. Oszacowana w ten sposób temperatura krytyczna stalowej konstrukcji nośnej, kojarzona z osiągnięciem przez tę konstrukcję stanu granicznego nośności ogniowej, jest zawsze wyższa niż odpowiadająca jej temperatura wyliczona przy zastosowaniu konwencjonalnej procedury normowej. Wynika stąd wniosek, że tradycyjny algorytm normowy, opierający się najpierw na specyfikacji a następnie na porównywaniu ze sobą reprezentatywnych, obliczeniowych wartości miarodajnego efektu obciążenia i odpowiadającej temu efektowi nośności elementu, daje oszacowania wprawdzie bezpieczne ale niepotrzebnie nazbyt konserwatywne.

Słowa kluczowe

EN

fire; critical temperature; safety requirements; failure probability; reliability index

PL

pożar; temperatura krytyczna; wymagania bezpieczeństwa; prawdopodobieństwo uszkodzenia; wskaźnik niezawodności

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 3
• Strony: 675--692
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Maslak M.

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Cracow, Poland

Bibliografia

• 1. T.T. Lie, „Optimum fire resistance of Structures”, Journal of the Structural Division, 98, No. ST1, 215-232, 1972.
• 2. M. Maślak, “Selected aspects of failure probability assessment for fire situation”, Archives of Civil Engineering, LVII, 3, 2011, 297-311.
• 3. R.W. Fitzgerald, Building Fire Performance Analysis, John Wiley & Sons Ltd., Chichester, England, 2004.
• 4. M. Maślak, “Failure probability assessment for fire situation with a certain type of the network diagram. Example of application, Proceedings of 2nd International Conference “Application of Structural Fire Engineering” (ASFE), Prague, Czech Republic, April 29, 2011, 423-428.
• 5. M. Maślak, The risk of fire occurring in building compartment – what are the consequences if it is assumed to be time-independent, Technical Transactions, 3-B (9), 2013, 43-51.
• 6. M. Fontana, J.P. Favre, C. Fetz , “A survey of 40000 building fires in Switzerland”, Fire Safety Journal, 32, 137-158, 1999.
• 7. M. Fontana, C. Fetz., “Natural fire safety concept. Part 4 – Statistics”, ECSC Research 7210-SA/522, 9.9.1998.
• 8. EN 1990, Eurocode – Basis of structural design.
• 9. C. Albrecht, D. Hosser, “Risk-informed framework for performance-based structural fire protection according to the eurocode fire parts”, Proceedings of the 12th Interflam Conference, July 5-7, 2010, Nottingham, Great Britain, 1031-1042, 2010.
• 10. A. Weilert, C. Albrecht, „Ubergreifendes Sicherhetiskonzept für Branschutznachweise mit Ingenieurmethode”, Proceedings of the Braunschweiger Brandschutz-Tage ’09, Braunschweig, September 29-30, 2009, 89-110.
• 11. DIN - EN 1991-1-2/NA Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 1 – Einwerkungen auf Tragwerke – Teil 1-2/NA: Allgemeine Einwirkungen – Brandeinwirkungen auf Tragwerke, 2010.
• 12. EN 1993-1-1, Eurocode 3: Design of steel structures, Part 1-1: General rules and rules for buildings.
• 13. M. Maślak, “Fire resistance assessment of steel structure exposed to fire for differentiated safety requirements”. in: A. Zingoni [Ed.], Proceedings of the 5th International Conference “Research and Applications in Structural Engineering, Mechanics and Computation (SEMC 2013)”, Cape Town, South Africa, September 2-4, 2013, CRC Press, Taylor & Francis Group, London, Great Britain, 2013, abstract 723-724, paper 2015-2020, 2013.
• 14. EN 1993-1-2, Eurocode 3: Design of steel structures, Part 1-2: General rules - structural fire design.
• 15. R. Van Coile, E. Annerel, R. Caspeele, L. Taerwe, “Probabilistic analysis of concrete beams during fire”, in: F. Wald, K. Horová, J. Jirků (Eds.), Proceedings of International Conference “Application of Structural Fire Engineering (ASFE 2011)”, April 29, 2011, Prague, Czech Republic, 127-132, 2011.
• 16. R. Van Coile, “Reliability-based decision making for concrete elements exposed to fire”, Ghent University, Department of Structural Engineering, Ghent, Belgium, 2015.
• 17. M. Maślak, “Critical temperature evaluation for steel loadbearing structure exposed to fire by means of probability-based approach”, in: K. Jármai and L. Kota (Eds.), Proceedings of the 5th International Conference “Design, Fabrication and Economy of Metal Structures (DFE 2013)”, Miskolc, Hungary, April 24-26, 2013, Springer Verlag, 2013.
• 18. R. Van Coile, D. Hopkin, L. Bisby, R. Caspeele. “The meaning of Beta: background and applicability of the target reliability index for normal conditions to structural fire engineering”, Procedia Engineering, 210, 528-536, 2017.
• 19. M. Maślak, “Probability-based approach to critical temperature evaluation for steel load-bearing structure exposed to fire”, in: Śliwiński J. (Ed.), “Recent advances in civil engineering: building structures”, Monograph 478, Cracow University of Technology, Cracow, Poland, 113-132, 2015.