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

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.

Pełny tekst (pdf)

[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.