Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

New static analysis methods for plates made of monolithic and laminated glass

Gwóźdź M., Woźniczka P.

Archives of Civil Engineering

|

2020

|

Vol. 66, nr 4

593--609

EN

The implementation of a new, high-performance float flat glass manufacturing technology in Europe, in conjunction with the growing interest in new glass functions expressed by the construction industry, has led to significant developments in the theory of glass structures. Long time research conducted in the EU countries has been concluded by the technical document CEN/TC 250 N 1060, drawn up as a part of the work of the European Committee for Standardization on the second edition of Eurocodes (EC). The recommendations pertaining to the design of glass structures have been foreseen in the second edition of the Eurocodes, in particular the development of a separate design standard containing modern procedures for static calculations and stability of glass building structures (cf. works M. Feldmann, R. Kasper, K. Langosch and other). In this paper new static analysis methods for glass plates made of monolithic and laminated glass, declared in the document CEN/TC 250 N 1060 (2014) and recommended in the national standarization document CNR-DT 210 (National Research Council of Italy, 2013) are presented. These static analysis methods are not commonly known in our national engineering environment, and thus require popularization and regional verification. Numerical and analytical simulations presented in this paper for rectangular plates made of monolithic and laminated glass and having various support conditions are of this character. The results of numerical calculations constitute a basis for the discussion of new static analysis methods for plates.

PL

Wdrożenie w Europie nowej, wysokowydajnej technologii produkcji szkła płaskiego float, w powiązaniu z rosnącymi wymaganiami budownictwa, dotyczącymi nowych funkcji szkła, doprowadziło do znaczącego rozwoju teorii konstrukcji szklanych. Wieloletnie badania naukowe prowadzone w krajach Unii Europejskiej zostały zwieńczone dokumentem technicznym CEN/TC 250 N 1060, zredagowanym w ramach prac Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego nad drugą edycją Eurokodów (EC). W drugiej edycji Eurokodów przewidziano rekomendacje w/z projektowania konstrukcji szklanych, a w szczególności opracowanie odrębnej normy projektowania, zawierającej nowoczesne procedury w zakresie obliczeń statycznych i stateczności konstrukcji budowlanych szklanych (por. prace M. Feldmann, R. Kasper, K. Langosch i inne). W artykule podano nowe metody analizy statycznej płyt ze szkła monolitycznego i laminowanego, zadeklarowane w dokumencie CEN/TC 250 N 1060 (2014) i rekomendowane w dokumencie normalizacyjnym krajowym CNR-DT 210 (Włoski Komitet Normalizacyjny, Włochy, 2013). Przywołane metody analizy statycznej płyt nie są w krajowym środowisku inżynierskim powszechnie znane dlatego wymagają popularyzacji i weryfikacji regionalnej. Taki charakter mają przeprowadzone w pracy symulacje analityczne i numeryczne dla płyt prostokątnych ze szkła monolitycznego i laminowanego, o różnych warunkach podparcia. Rezultaty obliczeń numerycznych stanowią podstawę przeprowadzonej dyskusji nowych metod analizy statycznej płyt.

2

Fire resistance assessment of the long-span steel truss girder

Woźniczka P.

Archives of Civil Engineering

|

2020

|

Vol. 66, nr 2

63--75

EN

The performance-based analysis of the large-space steel sports hall is presented. Load-bearing structure of the hall consists of spatial long-span truss girders that are made of modern square hollow sections. Both fire development analysis and mechanical response analysis are discussed in detail. Fire Dynamics Simulator and Safir programs are used. Main focus is put on the factors that could affect the final fire resistance of the structure. Uniform and non-uniform heating, different boundary conditions and local imperfections are taken into account. Structures with and without fireproof insulation are considered. Values of the critical temperature, failure modes and fire resistance estimated for various cases are presented. Computer simulations were carried out both for fire growth and decay phase. As a result it is clearly shown that some reductions of the required fireproof insulation are possible. Moreover, the structure without complete traditional fireproof insulation is able to survive not only the direct fire exposure but also the cooling phase.

PL

Aktualne normy europejskie EN 1991-1-2 i EN 1993-1-2 dopuszczają do stosowania różnorodne metody oceny odporności ogniowej, które mogą być wykorzystane zarówno w odniesieniu do pojedynczych elementów jak i całych ustrojów nośnych. Podejście obliczeniowe bazujące na właściwościach danej strefy pożarowej (tzw. performance-based approach) powinno uwzględniać zarówno analizę rozwoju pożaru jak i odpowiedzi mechanicznej konstrukcji. Wykorzystanie tego typu metody może być szczególnie istotne w przypadku obiektów o stosunkowo dużych kubaturach stref pożarowych, takich jak na przykład wielkogabarytowe hale o konstrukcji stalowej. Możliwy jest wówczas nie tylko lepszy wgląd w zachowanie się konstrukcji w warunkach pożaru ale istnieje także możliwość dostosowania izolacji ogniochronnej do rzeczywistego zapotrzebowania. Jednocześnie przeprowadzenie kompletnych symulacji typu "performance-based" jest niezwykle czasochłonne oraz wymaga połączenia wiedzy z zakresu inżynierii pożarowej oraz inżynierii lądowej. Dodatkowo wpływ niektórych czynników (takich jak przykładowo lokalne imperfekcje łukowe) na prognozowaną odporność ogniową nie został do tej pory w pełni rozpoznany. W tej sytuacji w artykule przedstawiono opartą na charakterystyce danej strefy pożarowej analizę odporności ogniowej wielkogabarytowej hali sportowej o konstrukcji stalowej. Rozpatrywana hala charakteryzuje się zarówno znacznymi wymiarami w rzucie (70m x 60m) jak i stosunkowo dużą wysokością (16.5m). Główny ustrój nośny składa się z trójpasowych dźwigarów kratowych o rozpiętości 60m, rozmieszczonych w rozstawie co 6m. Obliczenia rozwoju pożaru wykonano za pomocą programu Fire Dynamics Simulator. Do opracowania analizy odpowiedzi mechanicznej konstrukcji wykorzystano program Safir.

3

Performance-based analysis of older-type large-space hall in fire

Woźniczka P.

Archives of Civil Engineering

|

2019

|

Vol. 65, nr 1

17--29

EN

The paper presents the example of performance-based analysis for the existing large-space steel structure raised in 1980s. Hall is used as a paper products warehouse. Advanced mechanical simulations are performed using Safir software. Factors that impact the final fire resistance of the structure are discussed. Local and global imperfections and possible ways of structure modelling are taken into account. For selected cases advanced fire scenario that considers both localised fire and possibility of further ignition of stored goods is prepared using Fire Dynamics Simulation software. The results obtained indicate that added imperfections have little impact on the fire resistance of the structure and older-type steel hall roof without any fire protection could survive 30 minutes of fire. Main failure modes and values of structure's deflections are also presented. Finally, performed simulations show that even for large-space structure the flashover is possible in some special cases.

PL

Ocena odporności pożarowej wielkokubaturowych obiektów o konstrukcji stalowej jest przedmiotem bieżącego zainteresowania wielu badaczy. Jednocześnie zaawansowane metody obliczeniowe pozwalające na określenie nośności konstrukcji w warunkach pożaru charakteryzują się znacznym stopniem komplikacji i są ciągle na etapie rozwoju. W efekcie w analizie pożarowej obiektów wielkokubaturowych często przyjmowane są pewne założenia, które wymagają dalszego wyjaśnienia. Po pierwsze w typowych analizach nośności konstrukcji opartych na charakterystyce danej strefy pożarowej zakłada się zazwyczaj, że pożar lokalny jest ograniczony do pewnej maksymalnej mocy. Przyjmuje się przy tym, że zapłon zgromadzonego w okół początkowego źródła ognia paliwa nie jest możliwy. Po drugie zaawansowane metody oceny odporności pożarowej konstrukcji są zazwyczaj stosowane w odniesieniu do współczesnych obiektów wielkokubaturowych, podczas gdy nie uwzględnia się nadal użytkowanych obiektów starszego typu. Po trzecie w ostatnio publikowanych pracach, pomijając przypadki modelowania wydzielonych elementów, brak jest dostatecznych informacji o lokalnych i globalnych imperfekcjach uwzględnianych w analizach konstrukcji wykorzystujących metodę elementów skończonych. W tej sytuacji w artykule przedstawiono opartą na charakterystyce strefy pożarowej analizę nośności rzeczywistej konstrukcji stalowej wzniesionej w latach osiemdziesiątych XX wieku. Szczególną uwagę zwrócono na: - możliwe sposoby zamodelowania konstrukcji z uwzględnieniem różnych warunków brzegowych, - wpływ lokalnych i globalnych imperfekcji na nośność konstrukcji w warunkach pożaru. Jeżeli było to możliwe wskazano modele zniszczenia danej podkonstrukcji, - oszacowanie odporności pożarowej hali stalowej starszego typu, - zastosowanie modelu bazującego na obliczeniowej mechanice płynów, pozwalającego na jednoczesne uwzględnienie pożaru lokalnego i możliwości dalszego zapłonu zgromadzongo paliwa.

4

The fire resistance of steel plate girders with slender webs – a comparative study

Woźniczka P., Piekarczyk M.

Technical Transactions

|

2018

|

Vol. 115, iss. 11

97--104

EN

A comparative study of the load-bearing capacity of selected steel plate girders with slender webs under fire action is presented in this paper. Typical plate girders and girders with corrugated webs are considered. Stiffeners are only placed at the ends of cantilever beams so the shear buckling is a possibility. Fire resistance of the analysed members was estimated using two separate FEM software packages. Moreover, the computational approach applied for each case was different, thus validation of the software was possible. Failure modes, critical temperatures and deformations for steel plate girders subject to fire temperatures are also presented.

PL

W artykule przedstawiono studium porównawcze nośności wybranych blachownic stalowych ze smukłym środnikiem poddanych oddziaływaniom pożarowym. W analizie uwzględniono typowe blachownice oraz blachownice z falistym środnikiem. Żebra umieszczono tylko na końcach wspornika, w związku z czym możliwa była utrata stateczności przy ścinaniu. Odporność pożarową analizowanych elementów oszacowano za pomocą dwóch niezależnych pakietów oprogramowania bazujących na metodzie elementów skończonych. Co więcej, podejście obliczeniowe zastosowane w obu przypadkach było różne, w związku z czym możliwa była walidacja użytych pakietów oprogramowania. Zaprezentowano również modele zniszczenia, temperatury krytyczne oraz deformacje dla blachownic stalowych poddanych działaniu temperatury pożarowej.

5

Forecast of a fire spreading in a large-area shopping hall

Maślak M., Woźniczka P., Pazdanowski M.

Technical Transactions

|

2018

|

Vol. 115, iss. 12

61--75

EN

The specifics of a forecast fire development in a single fire compartment consisting of a shopping hall characterised by a large area and a relatively low height are analysed in this paper. The fire initiated locally, and after initiation, depending on the ventilation conditions in the zone, more or less intensively spread to the neighbouring areas with or without full development. The propagation of hot exhaust plume was simulated within the environment of the FDS computer code. Three formal models differing in zone size and stacking height have been subjected to analysis. The influence of automatically activated smoke vents has been accounted for.

PL

Przeanalizowano specyfikę rozwoju pożaru w pojedynczej strefie pożarowej, którą stanowi hala handlowa charakteryzująca się dużą powierzchnią przy stosunkowo małej wysokości. Modelowany pożar został zainicjowany lokalnie, a następnie, w zależności od warunków wentylacji strefy pożarowej, rozwijał się z mniejszą lub większą intensywnością w strefach sąsiadujących z pierwotnym źródłem ognia, aby w końcu ulec lub też ewentualnie nie ulec pełnemu rozgorzeniu. Przebieg propagacji gorących gazów spalinowych symulowano z użyciem programu FDS. Rozważono trzy scenariusze rozwoju pożaru, różniące się wzajemnie rozmiarem strefy pożarowej i wysokością składowania towarów stanowiących obciążenie ogniowe. Uwzględniono również wpływ, jaki na ten rozwój ma zastosowanie w rozpatrywanej hali automatycznie otwieranych klap dymowych.

6

O wiarygodności komputerowego modelowania rozwoju pożaru

Woźniczka P.

Inżynieria i Budownictwo

|

2018

|

R. 74, nr 2

104--107

PL

Omówiono wyniki symulacji komputerowych rozwoju pożaru w obiekcie biurowym. Do obliczeń wykorzystano dwa niezależne programy komputerowe. Uzyskane wykresy temperatura gazów spalinowych – czas trwania pożaru porównano z wynikami eksperymentu w skali naturalnej.

EN

In this paper are discussed the results of a fire development computer simulations performed for a typical office space. Two different software were applied for calculations. Obtained charts of the exhaust gas temperature – fire duration relationship were compared with the results of full-scale tests.

7

Temperature Distribution in a Steel Beam-to-Column Joint when Exposed to Fire. Part 2: Flange-Plates and Web-Cleats Joint

Maślak M., Suchodoła M., Woźniczka P.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2018

|

z. 65, nr 2

103--114

EN

In the second part of this paper the temperature distribution is analysed for a thermally uninsulated steel beam-to-column flange-plates and web-cleats joint after 15 minutes of its exposure to a fully developed fire. Two types of such a joint are considered separately, firstly the pure steel connection with a beam and a column evenly heated on all four sides and then the analogous one, but with a massive reinforced concrete floor slab lying on the upper beam flange. In the latter case the joint beam is heated only on three sides. In addition, in each of the analysed joint the beams of two sizes are analysed independently for comparative purposes. Those that are made of the bigger I-section have a more slender web, while the smaller ones are more stocky. However, the smaller I-section heats faster than the bigger one because the section factor calculated for it has a greater value. In general, it can be concluded that in all the joints considered by the authors the steel temperature turned out to be much lower than that measured outside these joints. Moreover, a significant difference is observed in the temperature values identified in the beam web and in the beam flanges. Finally, the temperature distribution obtained from a numerical simulation and identified in the selected cross-sections of the joint beam in the case of a joint with adjacent floor slab is referred to the analogous distribution recommended for use in such circumstances in the standard EN 1993-1-2.

8

Temperature Distribution in a Steel Beam-to-Column Joint when Exposed to Fire. Part 1: End-Plate Joint

Maślak M., Suchodoła M., Woźniczka P.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2018

|

z. 65, nr 2

25--34

EN

Temperature distribution usually observed in steel beam-to-column end-plate joint after 15 minutes of its standard fire exposure is presented and discussed in detail. Two types of joints are analysed for comparative purposes. The first one is a pure steel connection while the other is covered by a reinforced concrete slab. Numerical simulation of the considered joint heating scenario was performed using the 3D model in the ANSYS environment. Some results were additionally verified by simpler calculations carried out on 2D models using the SAFIR computer program. It is emphasized that due to the local accumulation of many massive steel plates the representative temperature values identified in particular joint components are significantly lower than those which at the same time are measured in beam and column outside the connection. This means that the classic assumption of even temperature over the entire length of all the structural elements of a frame load-bearing structure exposed to fire at any time during such fire, without distinguishing in the formal model any cooler nodal elements, is always safe but very conservative. In addition, as the fire develops the differentiation between the temperature values relating to the beam web and to the beam flanges becomes more visible. This effect is particularly significant in the presence of a massive floor slab adjacent the upper flange of a frame I-beam which effectively cools it.

9

Scenariusze rozwoju pożaru w wielkopowierzchniowej hali handlowej – cz. I

Maślak M., Woźniczka P.

Nowoczesne Hale

|

2017

|

Nr 1

27--31

PL

W prezentowanych rozważaniach pokazano, że w przypadku hal handlowych o dużej powierzchni użytkowej racjonalnym scenariuszem pożaru interpretowanym jako miarodajny do oceny i weryfikacji poziomu bezpieczeństwa gwarantowanego użytkownikom tych centrów w sytuacji pożaru nie zawsze musi być zakładany powszechnie pożar w pełni rozwinięty. W wielu praktycznie ważnych sytuacjach lepiej uzasadniony na tym polu okazuje się bowiem model pożaru lokalnego, o ograniczonej intensywności i zasięgu oddziaływania. W celu potwierdzenia tej tezy w pracy komentuje się wyniki przeprowadzonej przez autorów numerycznej symulacji rozwoju pożaru specyfikowanej dla dwóch rozmiarów hal handlowych z zastosowanymi klapami oddymiającymi. Odnosi się je do analogicznych rezultatów uzyskanych dla tych samych hal przy założeniu braku zastosowania w nich jakichkolwiek klap.

EN

In this paper the authors have demonstrated that in the case of a large-area shopping hall the rational fi re scenario, which may be interpreted as reliable in the assessment and verifi cation of the safety level ensured for the users of such a center when exposed to a fire, may not necessarily be the fully-developed fire, commonly assumed in the engineering practice. In many practically important situations, the model of a localized fire, with limited intensity and range of infl uence, proves to be better justifi ed in this fi eld. In order to confirm this thesis, the results of numerical simulations are discussed in detail. These simulations were performed by the authors and specifi ed for two sizes of commercial halls with the integrated smoke vents applied. The discussed results are also referred to the corresponding ones, obtained for the same halls but assuming no use of any smoke vents in them.

10

Modelowanie komputerowe pożaru stalowej hali magazynu surowców wtórnych

Woźniczka P.

Inżynieria i Budownictwo

|

2017

|

R. 73, nr 2

103--106

PL

Przedstawiono możliwości modelowania pożaru w budynkach halowych o konstrukcji stalowej. Do obliczeń zastosowano program Fire Dynamics Simulator, bazujący na obliczeniowej mechanice płynów. Jako przykład wykorzystano rzeczywisty przypadek pożaru hali magazynu surowców wtórnych.

EN

This paper presents capabilities of fire modelling for steel halls. Fire Dynamics Simulator software, founded on computational fluid dynamics, is applied for calculations. Actual case of fire of recyclable materials warehouse hall is used as an example.

11

Modelowanie komputerowe pożaru w halach wielkopowierzchniowych

Woźniczka P.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2017

|

z. 64, nr 3/I

7--16

PL

Norma PN-EN 1991-1-2 dopuszcza dwojakie podejście do kwestii modelowania pożaru w pomieszczeniach budynku. W ujęciu tradycyjnym wartości temperatury gazów spalinowych oddziaływujących na elementy konstrukcji w warunkach pożaru wyznacza się za pomocą krzywych standardowych lub alternatywnie krzywych parametrycznych o ograniczonym zakresie stosowania (ważne dla stref pożarowych o powierzchni użytkowej jedynie do 400m2 i wysokości pomieszczeń do 4m). Podejście zaawansowane opiera się na modelowaniu numerycznym, z uwzględnieniem realistycznych scenariuszy pożaru. W zależności od właściwości i obciążenia ogniowego danego pomieszczenia analizowany pożar może pozostać pożarem lokalnym lub przekształcić się w pożar w pełni rozwinięty. Dla obu typów pożaru można zbudować dwa niezależne modele numeryczne: model jednoi dwustrefowy lub model pól, który oparty jest na założeniach obliczeniowej mechaniki płynów (CFD – computational fluid dynamics). W literaturze specjalistycznej brak jest jednak szczegółowych wytycznych dotyczących schematu postępowania przy tworzeniu modeli CFD. W artykule przedstawiono własną propozycję takiego toku postępowania, który uwzględnia model pożaru lokalnego oraz pozwala na ocenę możliwości pełnego rozgorzenia ognia. Ponadto wyspecyfikowano dane liczbowe służące do określenia mocy i powierzchni początkowego źródła ognia. Odniesiono się także do umownych kryteriów zapłonu stosowanych w przypadku modeli jedno- i dwustrefowego. Według proponowanego schematu postępowania opracowano przykład modelowania, który jest reprezentatywny dla hal wielkopowierzchniowych. W przykładzie posłużono się zaawansowanym programem numerycznym Fire Dynamics Simulator.

EN

Current european standard PN-EN 1991-1-2 presents two possible ways of modeling a fire in a building’s compartment. In a traditional approach temperatures of the exhaust gases affecting structural elements during fire could be calculated by using standard or alternatively parametric curves with a limited range of use. For example parametric curve is only valid for fire zones with an area up to 400m2 and height up to 4m. An advanced approach is based on numerical modeling and takes into account realistic fire scenarios. Depending on properties and fire load density of the compartment the analysed fire can remain as a localised fire or it can change into a fully developed fire. For both types of fire it is possible to create two different and independent numerical models: zone model and field model, based on computational fluid dynamics (CFD) theory. However professional literature do not give us any guidelines on how to prepare CFD model. This paper presents the proposal of a fire modeling scheme that takes into account theoretical basis of localised fires and that allows to estimate the possibility of a fire flashover. Values that could be used to set the proper area and total power of a fire are specified in the article. Moreover, the relationship between ignition criterions in CFD models and in zone models is discussed. Finally, the example of application of proposed fire modeling scheme for typical warehouse hall building is presented. Calculations are performed with Fire Dynamics Simulator software.

12

Wpływ lokalizacji źródła ognia na rozwój pożaru w wielkopowierzchniowym halowym obiekcie handlowym

Maślak M., Woźniczka P.

Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza

|

2017

|

Vol. 45, iss. 1

154--169

PL

Cel: Celem prezentowanych rozważań jest pokazanie, że rozwój pożaru w wielkopowierzchniowym obiekcie handlowym może mieć różny przebieg, zależny od tego, w jakiej lokalizacji miała miejsce jego inicjacja. Hale tego typu charakteryzują się zwykle dużą powierzchnią przy stosunkowo małej wysokości, co utrudnia cyrkulację powietrza i odprowadzenie gazów spalinowych. Dodatkowym ograniczeniem tłumiącym swobodny rozwój pożaru jest w tym przypadku mały wskaźnik otworów. Wszystko to sprawia, że pożarem miarodajnym do oceny bezpieczeństwa takich obiektów powinien być raczej pożar zlokalizowany, dla którego nie doszło do rozgorzenia i wyrównania temperatury spalin w całej strefie pożarowej. Metody: W pracy rozważa się rozwój pożaru lokalnego zainicjowanego w trzech alternatywnych lokalizacjach różniących się położeniem źródła ognia i jego odległością od otworów bramowych wentylujących strefę pożarową. Do numerycznego modelowania pożaru wykorzystano program FDS specyfikujący zmieniające się w czasie przestrzenne mapy temperatury spalin na podstawie uogólnionych równań dynamiki płynów ze zmiennymi termodynamicznymi i aerodynamicznymi. Wyniki: Prezentowane wyniki, otrzymane w dotychczasowych badaniach, dotyczą przypadku hali handlowej, w której nie zastosowano wymaganych prawem klap dymowych, instalacji tryskaczowych ani żadnych innych środków czynnej ochrony przed ogniem. W dalszych pracach do modelowania planuje się wprowadzać kolejne elementy formalne, pozwalające na rozeznanie wpływu tego typu zabezpieczeń na rozwój pożaru. Uzyskane profile temperatury gazów spalinowych, skojarzone z kolejnymi rozpatrywanymi lokalizacjami pożaru, w celach porównawczych odniesiono do analogicznych wyników otrzymanych po zastosowaniu różnego typu modeli analitycznych zalecanych do stosowania w profesjonalnej literaturze. Wnioski: Uzyskane rezultaty wydają się potwierdzać konstatację, że modelowanie rozwoju pożaru lokalnego jedynie na podstawie dostępnych modeli analitycznych nie musi prowadzić do wystarczająco wiarygodnych oszacowań prognozowanego bezpieczeństwa zwłaszcza wtedy, gdy rozwój ten zależy od czynników nie branych pod uwagę przy formułowaniu tych modeli. Przykładem tego typu ograniczeń jest sytuacja rozpatrywana w niniejszym artykule, dla której intensywność przewidywanego pożaru zależy od lokalizacji źródła ognia, co w konsekwencji różnicuje realną dostępność tlenu podtrzymującego spalanie.

EN

Aim: The aim of this paper is to show that fire development in a large-space steel commercial building may have a different intensity depending on the location in which the fire originated. Buildings of this type are usually characterised by a large area with a relatively low height, which makes air circulation and fire-gas evacuation difficult. The low value of the opening factor in this case is an additional constraint preventing fire from developing freely. All this makes a localised fire which has not reached a flashover and for which the fire-plume-gas temperature has not become uniform throughout the fire compartment a representative pattern which should be considered to assess the fire safety of such buildings. Methods: This paper investigates the development of a localised fire which originates in three alternative locations differing in the position of the fire source and in the distance to the gate openings which ventilate the fire compartment. The FDS software is used for numerical fire modelling, specifying the time-varying spatial maps of the fire-plume-gas temperature on the basis of the equations taken from the fluid dynamics methodology with thermodynamic and aerodynamic variables. Results: The presented results, obtained hitherto, involve a steel commercial building which has no smoke vents, which are legally required, and sprinkler systems or any other active fire protection solutions. The plan for future works is to include additional formal components for modelling purposes to explore the impact of these safety measures on fire development. The fire-plume-gas temperature profiles associated with the individual fire locations investigated are linked for comparative purposes to the corresponding results yielded by the analytical models recommended by the professional literature. Conclusions: The obtained results seem to support the assertion that the modelling of a localised fire only on the basis of the existing analytical models does not necessarily lead to sufficiently reliable evaluations of the projected safety, particularly when this development depends on the factors which have not been accounted for in such models. An example of such a situation is the case investigated in this article, when the intensity of the anticipated fire depends on the location of the fire source, which involves varying oxygen availability necessary to sustain combustion.

13

Użyteczność modelu obliczeniowego pojedynczej ramy poprzecznej w szacowaniu odporności ogniowej hali stalowej

Maślak M., Tkaczyk A., Woźniczka P.

Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza

|

2017

|

Vol. 45, iss. 1

52--67

PL

Cel: Celem zaprezentowanych rozważań jest wypracowanie miarodajnej odpowiedzi na pytanie o wiarygodność stosowania modelu obliczeniowego pojedynczej ramy poprzecznej wyizolowanej ze złożonego ustroju nośnego hali stalowej w ocenie odporności ogniowej tej hali. Badanie zachowania się w pożarze pojedynczej ramy poprzecznej poprzez weryfikację kolejnych potencjalnie możliwych form jej zniszczenia umożliwia specyfikację poszukiwanej odporności interpretowanej jako określona dla tej ramy temperatura krytyczna, niezależna od przyjętego scenariusza rozwoju pożaru. Temperatura ta kojarzona jest jednoznacznie z osiągnięciem przez ustrój nośny analizowanej ramy stanu granicznego nośności ogniowej. Metody: Do specyfikacji temperatury krytycznej wybranej ramy proponuje się procedurę obliczeniową opartą na uogólnionej na przypadek pożaru formule Merchanta-Rankine’a. Kwantyfikuje ona miarodajną nośność badanej ramy poprzez interakcję odpowiednich nośności skojarzonych z czysto sprężystą i czysto plastyczną formą jej zniszczenia. Opisano ograniczenia wybranej przez autorów metody oceny wynikające z konieczności akceptacji wielu upraszczających założeń formalnych. Pokazano również, jak na otrzymane rezultaty wpływa stopień złożoności zastosowanego modelu obliczeniowego. Wyniki: Weryfikację i walidację proponowanej w artykule procedury obliczeniowej przeprowadzono porównując przemieszczenia wybranych węzłów ramy poprzecznej hali stalowej analizowanej dla warunków pożaru. Chodziło o sprawdzenie, jakiego typu i jak duże rozbieżności wynikają z zastosowania uproszczonego modelu dwuwymiarowego pojedynczej ramy w stosunku do wyników otrzymanych z analizy pełnego trójwymiarowego modelu ustroju nośnego całej hali. Wnioski: Wykazano, że uproszczony model obliczeniowy pojedynczej ramy poprzecznej hali stalowej jest wystarczająco wiarygodny w przypadku, gdy o odporności ogniowej tej ramy decyduje pierwsza faza pożaru, gdy nie ma jeszcze znaczącego przyrostu prędkości deformacji elementów nośnych. Jeżeli jednak badana rama zapewnia bezpieczne przenoszenie przyłożonych do niej obciążeń także wtedy, gdy mamy do czynienia z dużymi deformacjami i znacznym osłabieniem elementów decydujących o nośności ramy, to oszacowanie prognozowanej odporności na podstawie modelu ograniczonego do pojedynczej ramy poprzecznej może być nazbyt optymistyczne. Nie uwzględnia bowiem przyspieszania ugięcia rygla przez ogrzane w pożarze płatwie dachowe rozciągane osiowo wskutek tak zwanego efektu cięgna.

EN

Aim: The aim of these considerations is to achieve a reliable answer to the question about the credibility of the use of a simple computational model with a single transverse frame isolated from a complex load-bearing structure of an entire steel hall in the fire resistance-evaluation of such a hall. The study of the behaviour of a simple transverse frame under fire conditions through checking all its potential failure modes allows to specify the required fire resistance which can be interpreted as the critical temperature set especially for this frame and being independent of the fire scenario adopted for the analysis. This temperature is unequivocally associated with the reaching by the frame load-bearing structure of the fire-resistance limit state. Methods: The classical Rankine-Merchant formula generalised to the fire case is proposed to be used in the specification of the critical temperature for the transverse frame selected for the analysis. It quantifies the reliable bearing capacity of the tested frame through the interaction of the appropriate capacities associated with purely elastic and purely plastic failure modes. The limitations of the assessment method recommended by the authors are described in detail, resulting from the need for the acceptance of many formal assumptions simplifying the analysis. The impact of the complexity of the formal model adopted for the assessed frame fire-resistance evaluation on the obtained results is also verified. Results: Both the verification and the validation of the computational procedure proposed by the authors in this article were performed by comparing the displacements of the selected nodes in the transverse frame analysed for fire conditions. The idea was to check what type of differences are obtained through the use of a simplified two-dimensional computational model of a single frame in relation to the corresponding results obtained when a complex three-dimensional model of the entire hall is considered, and how big they are. Conclusions: It has been shown that the simplified computational model of a single transverse frame selected from the entire steel hall seems to be sufficiently reliable in the case in which fire resistance of such a frame is determined by the first phase of this fire, when the deformation rate of all bearing members is not yet significantly increased. However, if the tested frame also ensures the safe transfer of all loads applied to it when we are dealing with large deformations and large weakening of the members determining the real capacity of such a frame then the assessment of the predicted fire resistance obtained on the basis of the model limited to the analysis of only a single transverse frame might prove to be too optimistic. It does not account for the acceleration of the deflection of the frame beam due to the action of the heated purlins being in tension as a consequence of the so called catenary effect.

14

Odbudowa stalowych hal przemysłowych uszkodzonych w przebytym pożarze

Gwóźdź M., Woźniczka P., Tkaczyk A.

Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza

|

2016

|

Vol. 44, nr 4

51--66

PL

Cel: Opracowanie w ramach programu odnowy optymalnej strategii odbudowy uszkodzonych szkieletów nośnych stalowych hal przemysłowych po przebytym pożarze. Metoda: Analiza przypadków stalowych hal uszkodzonych w pożarze, różniących się konstrukcją, klasą konsekwencji zniszczenia, zasięgiem ekspozycji termicznej i skalą uszkodzeń pożarowych. Inwentaryzacja skutków pożarów w trzech analizowanych budynkach przemysłowych, należących do klas konsekwencji zniszczenia CC3 lub CC2, zdeterminowała koncepcje odbudowy hal w opracowanych projektach remontów. Wyniki: We wszystkich badanych przypadkach skutki pożaru uzewnętrzniły się w postaci mniej lub bardziej nasilonych imperfekcji geometrycznych: lokalnych i globalnych. Projekty wykonawcze remontów powypadkowych omawianych budynków opracowano na podstawie modelowania komputerowego układów prętowych płaskich lub przestrzennych, z uwzględnieniem udokumentowanych imperfekcji geometrycznych. Ocena niezawodności konstrukcji stalowej po pożarze jest wtedy możliwa według procedur zamieszczonych w Eurokodzie 3. W konsekwencji przyjętych strategii uzdatniania, budynki zostały przywrócone do eksploatacji niedługo po pożarze, a skutki finansowe przestojów awaryjnych zostały ograniczone do niezbędnego minimum. Wnioski: Na etapie projektowania nowych konstrukcji stalowych, o dużej kubaturze i stosunkowo niewielkim obciążeniu ogniowym, uzasadnione jest przeprowadzenie studium pogłębionej analizy oddziaływania pożaru na konstrukcję nośną, przy użyciu zaawansowanych modeli numerycznych MES. Drugą grupę budynków kubaturowych o konstrukcji stalowej stanowią istniejące hale stalowe, w których doszło do pożaru lokalnego lub rozwiniętego i uszkodzeń elementów konstrukcji. Strategia opracowania programu naprawczego obejmuje wtedy na ogół wymianę lub wzmocnienie elementów trwale zdeformowanych. Kwestią otwartą dla projektanta jest ustalenie zakresu koniecznych napraw i wzmocnień, który wynika z przyjętego modelu numerycznego w kontrolnych obliczeniach statycznych oraz akceptowanych przez użytkownika wartości imperfekcji geometrycznych konstrukcji. Dodatkowym ważnym czynnikiem, który należy uwzględnić w programie naprawczym, jest czas uzdatniania obiektu po pożarze, ponieważ każdy dzień przestoju awaryjnego oznacza zwykle dla użytkownika wymierne straty finansowe. Proponowane procedury obliczeniowe w zakresie modelowania i oceny niezawodności konstrukcji stalowych, wyprowadzone z rekomendacji Eurokodu 3, w wielu praktycznych przypadkach uszkodzeń pożarowych konstrukcji budynków halowych są wystarczające do oceny ich trwałości. Pracochłonne, całościowe specjalistyczne analizy konstrukcji MES, uwzględniające przepływy ciepła i wynikającej z tych przepływów przestrzennych deformacji stalowych elementów prętowych nie są w takich przypadkach konieczne.

EN

Objective: Development, within the renewal programme, of optimum reconstruction strategy for damaged bearing structures of fire-damaged steel industrial halls. Method: Case analysis of fire-damaged steel halls differing in structure, consequence class, thermal exposure range and scale of fire damage. Inventory of fire effects in three analysed industrial buildings belonging to consequence classes CC3 or CC2 determined the accepted hall reconstruction strategies in prepared renovation designs. Results: In all the cases examined, the impact of fire expressed itself in the form of more or less pronounced geometrical imperfections of local and global nature. Designs for post-accident repairs of these buildings were prepared based on the computer modelling of 2D or 3D bar structures including modelling of documented geometrical imperfections. The assessment of steel structure reliability after a fire was then possible in line with the procedures provided for in Eurocode 3. As a consequence of the adopted structural-improvement strategy, the buildings were returned to service soon after the fire, and the financial consequences of downtime were limited to the necessary minimum. Conclusions: During the designing of new steel structures, especially in the case of buildings characterised by a large volume and a relatively low fire load, an in-depth analysis of fire action on the bearing structure, using advanced FEM numerical models, is justified. The existing steel halls, in which a localised or fully developed fire occurred, resulting in structural damage, constitute the second group of buildings having steel-bearing structure. The strategy for preparing a recovery programme in such a case involves the replacement with new components or the strengthening of permanently deformed structural components. The scope of the required repairs and reinforcements, being a result of the numerical model assumed for control static calculations and user-accepted values of geometrical imperfections in the structure, remains an open issue for the designer. The proposed computational procedures in the field of modelling and evaluation of the reliability of steel structures, derived in accordance with the recommendation in Eurocode 3, in many real-life cases of fire-damaged hall buildings are sufficient to estimate their durability. The time consuming, comprehensive FEM analyses of the structures taking into account the heat flow during fire and the resultant 3D deformations of the steel bar components are not necessary in such cases.

15

Badania statystyczne losowej zmienności cech wytrzymałościowych stalowych wyrobów hutniczych

Gwóźdź M., Woźniczka P.

Przegląd Budowlany

|

2015

|

R. 86, nr 6

31--37

PL

W artykule podjęto tematykę oceny niezawodności konstrukcji stalowych w metodzie współczynników obciążenia i nośności przyjętej w normalizacji europejskiej CEN. Zakres badań i analiz został ograniczony do specyfikacji współczynników nośności przekrojów stalowych wykonanych z krajowych wyrobów hutniczych, wyprodukowanych w Polsce w latach 1976-1980 oraz współcześnie w latach 2005-2010. Wykazano zmiany jakościowe i ilościowe w ocenie niezawodności, jakie zaszły w obliczeniach konstrukcji stalowych, projektowanych wg Eurokodu 3.

EN

The article deals with the analysis of the structural reliability of the steel structures, with the use of the methodology utilizing the coefficients of load and capacity, in line with the CEN European normalization. Scope of the research and analysis was limited down to the specification of the capacity coefficients describing the steel-cross-sections, made out of the Polish steel-works products, manufactured in Poland in the periods between 1976 and 1980, along with additional analysis of the contemporary products manufactured between 2005 and 2010. Qualitative and quantitative changes in the reliability assessment, present in the calculation pertaining the steel structures designed in line with EUROCODE 3, have been indicated.

16

Właściwości gleb organicznych popożarowych obszarów leśnych na przykładzie obiektu Mikorzyce-Górowo

Bogacz A., Łabaz B., Woźniczka P.

Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie

|

2014

|

T. 14, z. 4

5--16

PL

Badania przeprowadzono na glebach leśnych, po pożarze, w pobliżu miejscowości Mikorzyce-Górowo w województwie dolnośląskim. Pożar na przesuszonych glebach organicznych obserwowano w 1986 r. na powierzchni kilkunastu hektarów. Próbki gleby zebrano z 4 wyznaczonych profili glebowych. Pożar zmniejszył miąższość poziomów organicznych i stworzył w glebie oraz na jej powierzchni poziomy z popiołem. Poziomy pożarowe miały kwaśny odczyn. Gleba była wzbogacona w wapń, magnez, sód i potas. Niektóre warstwy z domieszką popiołu miały ziarnistą strukturę. Na podstawie budowy morfologicznej oraz właściwości, gleby sklasyfikowano jako organiczne murszowe i organiczno-mineralne [PTG 2011]. Ze względu na zawartość materii organicznej, gleby klasyfikowano najczęściej jako Histic lub Humic Gleysols [FAO 2006].

EN

The study was conducted in burnt forest soils near Mikorzyce-Górowo. A fire over a few hectares of organic soil was observed in 1986. Soil samples were collected in 4 selected soil profiles which represented different intensity of fire effects. The fire decreased organic layer thickness and created soil layers with ash. Post fire soil horizons had strongly acidic and acidic reaction. The soil was enriched with calcium, magnesium, sodium and potassium. Layers with ash had grainy structured. Based on their morphology and properties, the soils were classified as muck and organicmineral soil [PTG 2011]. With regard to organic matter content, soils were most often classified as Histic, Humic Gleysols or Histosols with horizons enriched with ash [FAO 2006].

17

Metody zwiększania retencji wodnej na terenach zurbanizowanych

Bogacz A., Woźniczka P., Burszta-Adamiak E., Kolasińska K.

Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska

|

2013

|

Vol. 22, No. 1

27--35

PL

Wraz ze wzrostem uszczelnienia zlewni wzrasta ilość odpływających wód. Dla przeciwdziałania tym niekorzystnym zmianom konieczne staje się podejmowanie działań mających na celu zwiększenie retencji wodnej. Do tego celu służą rozwiązania techniczne, m.in. ogrody deszczowe oraz dachy zielone. W artykule przedstawiono charakterystyki wybranych systemów bioretencji oraz wyniki wstępnych badań dotyczących oceny możliwości zaspokojenia potrzeb wodnych roślin i panujących stosunków wodno-powietrznych w substratach stosowanych na dachach zielonych.

EN

With the tightening of catchment areas the amount of drained water increases. To counteract these changes, it is essential to take actions aiming at increasing water retention. Technical resolutions which serve this purpose include among others rain gardens and green roofs. The article presents the characteristics of the chosen systems of bioretention as well as the results of preliminary research concerning the capability of satisfying the water needs of plants and the water – surface relations in growing media used in green roofs.

18

Właściwości silnie przesuszonych organicznych gleb popożarowych obiektu Sobin-Jędrzychów

Bogacz A., Jędo M., Woźniczka P.

Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie

|

2011

|

T. 11, z. 4

43-56

PL

Badania prowadzono na glebach popożarowych, znajdujących się w obrębie zdegradowanej łąki pobagiennej, obiektu Sobin - Jędrzychów. Pożar silnie przesuszonych płytkich gleb murszowych MtIIc1 był obserwowany w okresach wiosennych 2004-2006 na powierzchni kilkunastu hektarów. Dwa lata po pożarze pobrano próbki glebowe z 5 profilów (32 próbki). Jedna z gleb, reprezentowana przez profil nr 1, była dotknięta przez pożar powierzchniowy, a pozostałe – przez pożar wgłębny. Powodował on zmniejszenie miąższości poziomów organicznych oraz wykształcenie się poziomów popiołowych o miąższości od 1 do 20 cm. Popożarowe poziomy miały odczyn alkaliczny lub zbliżony do obojętnego. Gleby były wzbogacone w wapń, magnez, sód i potas, wykazując niekiedy zwiększoną zawartość metali ciężkich. Poziomy popiołowe lub wymieszane z popiołem tworzyły struktury agregatowe - gruzełkowate bądź koksikowe. Struktury te wyraźnie ograniczały zdolności retencyjne poziomów przepalonych w porównaniu z poziomami torfowymi i murszowymi. Zmniejszyła się zatem objętość wody dostępnej - w tym łatwo dostępnej - dla roślin w poziomach objętych przez pożar. Świadczą o tym małe wartości potencjalnej (PRU) i efektywnej (ERU0 retencji użytecznej. Na podstawie budowy profilowej gleb popożarowych klasyfikowano je jako murszowe, murszowate lub murszaste (PTG 1989). Na podstawie zawartości materii organicznej oraz miąższości poziomów organicznych i popiołowych, były one klasyfikowane jako Histic lub Humic Gleysols, niekiedy Histosols (WRB 2006).

EN

The study was carried out in strongly desiccated pyrogenic meadow soil situated in the Sobin - Jędrzychów object. Fire in strongly dried, shallow muck-peat soil MtIIc1 was observed in spring seasons 2004-2006 on the surface of several hectares. Two years after the fire (2008) soil samples were collected in five selected profiles (25 soil samples). One of the soils represented by profile no. 1 faced surface fire; profiles no. 2-3 and no. 4-5 represented underground fire of medium and strong intensity, respectively. The fire decreased the thickness of organic layers and formed shallow 1-20 cm thick ash horizons. Post fire horizons had a neutral reaction. The soils were enriched with calcium, phosphorus, magnesium, sodium and potassium and sometimes with traces elements. Ash horizons and those mixed with ash formed aggregate lumpy or coke-like structures. These structures had reduced retention properties compared to muck or peat layers. The amount of water available for plants decreased in soil horizons affected by fire as evidenced by small values of potential (PRU) and effective (ERU) useful retention. Based on the composition of post fire horizons the soils were classified as muck, mucky or muck-like soils (PTG 1989). Based on the organic matter content and the thickness of organic and ash layers they were classified as Histic or Humic Gleysols, sometimes as Histosols (WRB 2006).

19

Ocena degradacji oraz możliwość zagospodarowania gleb obszaru ograniczonego użytkowania w otoczeniu składowiska odpadów poflotacyjnych "Żelazny Most"

Chodak T., Kaszubkiewicz J., Kabała C., Szerszeń L., Kotecki A., Mikołajczak Z., Jezierski P., Gałka B., Woźniczka P., Ochman D.

Zeszyty Naukowe. Górnictwo / Politechnika Śląska

|

2006

|

z. 272

21-29

PL

Przedstawiono metodykę oceny stopnia degradacji oraz zaproponowano zagospodarowanie gleb obszaru ograniczonego użytkowania składowiska "Żelazny Most". Badania (1995-2006) monitoringowe nad stanem środowiska glebowego i roślin uprawnych w rejonie oddziaływania zbiornika "Żelazny Most" wskazują na ograniczony wpływ składowiska na zawartość metali ciężkich w glebach i roślinach. Wykonano mapę cyfrową badanego terenu obejmującą m.in. mapy: glebową, bonitacyjną, glebowo-rolniczą i mapę obszarów użytkowanych rolniczo. Zlokalizowano na badanym terenie występowanie gleb słonych.

EN

The subject of investigation was to find the methodology to evaluate a degradation degree. The soil management in limited land use of flotation tailings impoundment "Żelazny Most" was proposed. It was ascertained, as result of monitoring (1995-2005), that the impact of limited land use of flotation tailings impoundment "Żelazny Most" on the concentration of heavy metals in soil and cultivated plants was limited. The numerical data base of investigated area was created as a base to generate thematic maps: soil map, classification map, soil-agricultural map and agricultural land use map. The salty soils were occurred in mentioned area.

20

Pomiar stabilności glebowych układów koloidalnych w glebach

Woźniczka P., Chodak T.

Problemy Inżynierii Rolniczej

|

2006

|

R. 14, nr 2

61-70

PL

W obiegu pierwiastków w powierzchniowej warstwie litosfery, w tym szczególnie w środowisku glebowym, istotną rolę odgrywają zjawiska koagulacji i peptyzacji koloidów glebowych. Zwłaszcza w warunkach klimatu umiarkowanie wilgotnego przy niewłaściwym nawożeniu gleb i ich użytkowaniu następuje wzrost stabilności glebowych układów dyspersyjnych, a tym samym rozpad ich struktury i w konsekwencji przemieszczenie koloidów z górnych do dolnych części profilu glebowego lub dalej do wód gruntowych. Zdyspergowane koloidy glebowe, ulegając przemieszczeniu przenoszą zasorbowane makro i mikroelementy, w tym szczególnie niebezpieczny dla środowiska fosfor. Sam fosfor może również wpływać na zwiększenie stopnia dyspersji koloidów glebowych. W związku z tym w niniejszej pracy zdecydowano się podjąć próbę opracowania systemu pomiaru stanu dyspersji glebowych układów koloidalnych. W tym celu opracowano i wykonano cyfrowy układ do pomiaru potencjału sedymentacyjnego. Koncepcja pomiaru opiera się na zmodyfikowanej metodzie potencjału sedymentacji, wykorzystując zjawisko powstawania różnic potencjałów elektrycznych w zawiesinie glebowej podczas sedymentacji cząstek fazy stałej (Efekt Dorna). Wstępne wyniki pomiarów wskazują na przydatność tego rodzaju urządzenia. Na ich podstawie można w sposób pośredni określić i porównać stabilność glebowych układów dyspersyjnych gleby o zbliżonych właściwościach fizyko-chemicznych.

EN

Soil colloidal coagulation and peptization phenomenon significantly affects elements cycle in the lithosphere surface layer. If soil is not properly fertilized and exploited, especially in temperate humid climate conditions, stability of its dispersal colloidal systems increases, and this results in displacement of colloids from upper to bottom parts of soil profile, or deeper - into ground water. When displacing, dispersed soil collides transport absorbed macro- and microelements including phosphorus, which is especially dangerous for environment. Phosphorus, itself, may also affect enhancement of soil colloids dispersion. Taking into account the above reasons we have decided to develop a control system for assessment of soil colloidal system dispersion. Within our research tasks we have worked out a digital system for sedimentation potential control. Measurement conception was based on the modified method of sedimentation potential control. In this method, electric potential difference in soil suspension during sedimentation process of solid phase particles (Dorn Effect). First measurement results proved practical usability of such model equipment. It enables definition and comparison of soil colloidal dispersion systems of similar physical and chemical parameters.