Redystrybucja siły podłużnej w stalowym ryglu o narastającej w pożarze zdolności do wydłużenia

• Autorzy: Maślak M. , Snela M.

Warianty tytułu

EN

Axial force redistribution in steel beam with thermal elongation capability increasing in fire

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy dokonano oceny wpływu, jaki na zachowanie się w pożarze rozwiniętym stalowego rygla ramowego ustroju nośnego ma narastająca ze wzrostem temperatury podatność więzów. Celem analizy jest opis redystrybucji termicznie indukowanej siły podłużnej, zatem do badania wybrano rygiel przegubowo połączony ze słupami. W ten sposób węzły zachowują pełną swobodę obrotu przez cały czas pożaru i nie następuje przekazywanie na belkę momentów zginających słupy. W początkowej fazie pożaru w ryglu generowana jest siła ściskająca, rozpychająca węzły. Jeżeli nie ma nałożonego niezależnego ograniczenia na ugięcia, to ich gwałtowny przyrost wraz z rozwojem pożaru powoduje przeciwstawny efekt ściągania podpór. W wyniku takiej interakcji oddziaływań, przy zredukowanej sztywności giętnej, rygiel pracuje jak poprzecznie obciążone wiotkie cięgno, a zatem miarodajnym w ocenie bezpieczeństwa staje się warunek nośności na rozciąganie. Malejąca w pożarze sztywność słupów ograniczających rygiel zwiększa jego zdolność do efektywnego wydłużenia, przez co generowana termicznie siła osiowa jest wyraźnie mniejsza. Jest to równoznaczne z odpowiednio większą odpornością ogniową. Prezentowany przykład pokazuje, że zaniedbywanie w tradycyjnych obliczeniach statycznych, odniesionych do wyjątkowej sytuacji pożaru, faktu zmieniającej się wraz ze wzrostem temperatury elementów podatności więzów prowadzi do niemiarodajnych oszacowań realnego poziomu bezpieczeństwa konstrukcji i jej użytkowników. Obserwowany efekt cięgna będzie jednak możliwy do realizacji jedynie w konstrukcji z odpowiednio skonstruowanymi węzłami, zwłaszcza tymi, które łączą rygle ze słupami. Muszą one bezpiecznie przenosić obciążenia przy relatywnie dużych deformacjach, a przez to zapewniać wystarczającą zdolność do odkształceń całej ramy.

EN

In the article the evaluation is made of the influence of beam thermal elongation capability, increasing with rising temperature of adjoining members, on behaviour of steel framed loadbearing structure under fire conditions. The internal axial force is induced in considered beam as a result of thermal strains constrainment, since the limit state condition specified typically for beam-column case becomes conclusive in structural fire resistance assessment. Such compressive force is greater for higher steel temperature; however, this conclusion is usually accurate only for the initial phase of fully developed fire. Having reached the maximum value it starts decrease because of the rapid beam deformation growth, and finally only the tensile force is generated when the beam flexural stiffness becomes insufficient to carry any bending moment. As a result of such redistribution of internal forces the considered beam behaves like transversel loaded flaccid tie and the conclusive limit state is connected with the pure tension. The stiffness of the columns adjoining the examined beam decreases under fire conditions, so the capability of beam thermal elongation in such circumstances is monotonically increasing with the growth of the temperature of structural members. Conclusively, the thermally generated axial force is reduced, then the fire resistance of the whole frame becomes higher. Such catenary effect, discussed in the article, gives the loadbearing structure additional reserve related to its resistance. However, this reserve is possible to be available only when the analysed frame is sufficiently ductile, which means that the significant plastic deformations, induced in the loadbearing structure, can be safely carried.

Słowa kluczowe

PL

rygiel; słup; rama; pożar; temperatura; siła osiowa; odporność ogniowa; podatność

EN

beam; column; frame; fire; temperature; axial force; fire resistance; flexibility

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2013
• Tom: z. 60, nr 2
• Strony: 189--202
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., il.

Twórcy

autor

Maślak M.

• Politechnika Krakowska

autor

Snela M.

• Politechnika Lubelska

Bibliografia

• [1] Yin Y.Z., Wang Y.C.: Analysis of catenary action in steel beams using a simplified hand calculation method. Part 1: Theory and validation for uniform temperature distribution. Journal of Constructional Steel Research, 61, 2005.
• [2] Dondera A., Giuliani L.: Fire-induced collapse of steel structures. Basic mechanisms and countermeasures, Proceedings of International Conference “Application of Structural fire Engineering”, April 19-20, 2013, Prague, Czech Republic, s. 265-271,
• [3] Maślak M.: Odporność ogniowa stalowych belek stropowych z węzłami o skończonej podatności na przesuw poziomy, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Nr 256, 2008, seria „Budownictwo i Inżynieria Środowiska”, zeszyt 50, s. 201-210,
• [4] Maślak M.: On behaviour of steel beams with restrained ability of thermal elongation during fire, Archives of Civil Engineering, LIV, 4, 2008, s. 769-792,
• [5] Maślak M.: Siła osiowa w belce z ograniczoną możliwością termicznego wydłużenia w wyjątkowej sytuacji pożaru, Inżynieria i Budownictwo, 7/2009, s. 406-408,
• [6] PN-EN 1993-1-2, Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-2: Reguły ogólne – Obliczanie konstrukcji na wypadek pożaru.