Abstrakt
Cel: Celem artykułu jest wskazanie możliwości wykorzystania dostępnych, zaawansowanych narzędzi numerycznych do wirtualnego testowania konstrukcji poddanych oddziaływaniom symulowanego pożaru. Przy poprawnie skalibrowanym modelu obliczeniowym, testy przeniesione na platformę wirtualną mogą stanowić wiarygodną alternatywę dla tradycyjnych, kosztownych metod badawczych, w szczególności badań doświadczalnych konstrukcji w skali naturalnej.
Wprowadzenie: Modelowanie słupów stalowych w warunkach pożaru napotyka poważne trudności z uwagi na problemy z dopasowaniem i właściwą kalibracją modelu numerycznego w sposób zapewniający jak najlepsze odwzorowanie warunków pracy, zbliżonych do tych, w jakich znajduje się rzeczywista konstrukcja. W trakcie pożaru, w elementach nośnych (słupach, ryglach) rzeczywistej konstrukcji, przesztywnionej w sposób naturalny elementami doń dochodzącymi generują się dodatkowe siły wewnętrzne, trudne do przewidzenia i których wielkość zależy od sztywności elementów zbiegających się w węzłach, sposobu ich deformacji, rozkładu pól temperatury itp. Ograniczenie zarówno przemieszczeniowych, jak i obrotowych stopni swobody wywołuje dodatkowe obciążenie, które w połączeniu ze zmniejszoną (na skutek działania podwyższonej temperatury) sztywnością elementu może powodować jego wcześniejsze wyboczenie i tym samym – zmniejszenie jego odporności pożarowej, często poniżej poziomu wymaganego odpowiednimi przepisami techniczno-budowlanymi.
Metodologia: W niniejszym opracowaniu zaprezentowano wyniki analiz i symulacji numerycznych przeprowadzonych z uwzględnieniem nieliniowego charakteru zjawisk. W pracy położono nacisk na doskonalenie przyjętego modelu obliczeniowego, jego weryfikację i wielokryterialną walidację. W analizach uwzględniono kilka wariantów warunków brzegowych – zarówno termicznych, jak i mechanicznych. Wyniki analiz porównano z wynikami autentycznych badań laboratoryjnych przeprowadzonych w Uniwersytecie Ulster we współpracy z Uniwersytetem w Sheffield (Wielka Brytania), które wykorzystano do walidacji modelu numerycznego.
Wnioski: Ciągły rozwój technik obliczeniowych stwarza możliwości wykorzystania w analizie konstrukcji budowlanych nowoczesnych metod i narzędzi komputerowych, pozwalających na prowadzenie zaawansowanych analiz termo-mechanicznych. Dostępne narzędzia numeryczne umożliwiają dokładną ocenę przyrostu temperatury elementów konstrukcyjnych z równoczesną analizą wpływu warunków środowiska na mechaniczną odpowiedź konstrukcji. Na obecnym etapie stosowanie tego typu technik obliczeniowych wymaga, poza umiejętnościami obsługi skomplikowanych, komercyjnych narzędzi komputerowych, także zaawansowanej, gruntownej wiedzy teoretycznej. Przeprowadzone analizy wykazały, jak pozornie nieistotne i trudne do uchwycenia błędy modelowe mogą wpływać na jakość uzyskanych wyników.
Słowa kluczowe: pożar, słup stalowy, model numeryczny, weryfikacja, walidacja, kalibracja, sprzężone analizy termo-mechaniczne
Typ artykułu: oryginalny artykuł naukowy