Abstrakt
Cel: Głównym celem artykułu jest przedstawienie modelu obliczeniowego elementów strunobetonowych poddanych oddziaływaniu obciążeń mechanicznych oraz temperatury pożarowej. W pracy skupiono się na porównaniu wyników obliczeń przeprowadzonych z zastosowaniem różnych podejść do modelowania efektów reologicznych wywołanych oddziaływaniem wysokiej temperatury. Przeanalizowano dwie metody opisu pełzania betonu w niestacjonarnym polu termicznym oraz pełzania stali zbrojeniowej zwykłej i sprężającej: bezpośrednią oraz pośrednią. Zaproponowano prosty sposób wyodrębnienia odkształcenia pełzania ze związków konstytutywnych stali sprężającej rekomendowanych w Eurokodzie 2. Przeprowadzono symulacje obliczeniowe dwóch typów konstrukcji: strunobetonowych płyt stropowych ogrzewanych od spodu oraz strunobetonowych belek ogrzewanych z trzech stron.
Metodologia: W analizie konstrukcji wykorzystano podejście obliczeniowe obejmujące jedno- lub dwuwymiarową analizę termiczną na poziomie przekroju poprzecznego oraz jednowymiarową analizę mechaniczną (element belkowy) na poziomie konstrukcji – model 2Dθ+1DM. Symulacje obliczeniowe uwzględniały zmiany sztywności konstrukcji w wyniku degradacji termicznej parametrów materiałowych oraz rozwoju odkształceń reologicznych z wykorzystaniem podejścia opartego na siecznych sztywnościach. Pola temperatury oraz pola sił mechanicznych obliczono metodą elementów skończonych.
Wyniki: Uzyskane wyniki obliczeń porównano z dostępnymi w literaturze rezultatami badań eksperymentalnych. Zaobserwowano, że modele materiału opisujące pełzanie stali w sposób bezpośredni prowadzą do wyników bardziej zgodnych z eksperymentem niż modele typu pośredniego. Analiza wykresów maksymalne ugięcie przęsła – czas trwania pożaru pokazuje, że model stali typu pośredniego prowadzi do bardziej sztywnej odpowiedzi konstrukcji w porównaniu z modelami typu bezpośredniego.
Wnioski: Przedstawiona analiza obliczeniowa oparta na siecznej sztywności dobrze odtwarza zachowanie się elementów strunobetonowych w sytuacji jednoczesnego obciążenia mechanicznego i obciążenia wysoką temperaturą. W zakresie deformacji modele pełzania stali zbrojeniowej i sprężającej typu bezpośredniego prowadzą do rezultatów bardziej zgodnych z eksperymentem niż modele opisujące to zjawisko w sposób pośredni. Model pełzania stali typu pośredniego prowadzi do niekonserwatywnego oszacowania odporności ogniowej, jednakże uzyskane przeszacowanie odporności ogniowej nie jest istotne z praktycznego punktu widzenia.
Słowa kluczowe: niestacjonarne pełzanie betonu, pełzanie stali, odporność ogniowa, strunobeton
Typ artykułu: oryginalny artykuł naukowy