بررسی اثر اتش سوزی بر سازه اسکلت فولادی بدون پوشش ضد حریق

تغییر شکل سازه در اثر آتش سوزی و نبود پوشش ضد حریق

اثر بارگذاری حرارتی در سازه فولادی

و عدم استفاده از پوشش ضد حریق

1. پارامترهای موثر بر فولاد

حساسیت فولاد به دما یکی از ضعف های سازه های فولادی است. از آنجائیکه خواص مکانیکی فولاد در دماهای بالا به طور چشمگیر تضعیف می شود، ظرفیت باربری سازه های فولادی در آتش سوزی شدیدا کاهش می یابد. این نکته لزوم بررسی رفتار سازه تحت اتش را به خوبی نمایان می سازد . در ارزیابی مقاومت عملکرد اعضای فولادی در معرض حریق، یکی از عوامل مهم مورد نظر تأثیر حرارت برمصالح است به خصوص در مصالح فولادی که مقاومت تسلیم، شکل پذیری عضو و خواص الاستیک آن از قبیل مدول الاستیته، مدول پواسون و حد تناسب تنش، شدیداً تحت تأثیر افزایش دما قرار میگیرد. بنابراین برای تعیین دقیق مقاومت سازه در برابر حریق باید این خصوصیات مورد استفاده قرار گیرد.در این مقاله، مصالح به کار رفته، ترموپلاستیک می باشد. پارامترهای مکانیکی موثر در سازه های در معرض حریق به قرار زیر است:

  • مدول یانگ E0 .
  • تنش تسلیم موثر، Sy ،که نشان دهنده ظرفیت ماکزیمم مصالح است.
  • ضریب انبساط حرارتیαt

در جدول 1 تغییرات این پارامترها با افزایش دما نشان داده شده است. اثرات ناشی از غیر خطی هندسی نیز در مطالعه سازه های در معرض حریق بسیار مهم است. یکی از مهمترین موارد پدیده کمانش است که در این تحلیل مورد توجه قرار گرفته است . در این مقاله بار آتش سوزی به صورت منحنی حرارت به اعضاء وارد می شود، منحنی حرارت مورد نظر منحنی اتش استاندارد iso834 می باشد

از انجاییکه در این تحقیق از نرم افزار ABAQUS برای مدل سازی و تحلیل استفاده شده است در ادامه به منظور نشان دادن توانایی نرم افزار نتایج حاصله از ان در مورد یک عضو سازه ای با نتایج تئوری مقایسه و صحت سنجی شده است .

پارامتر های مولر

2. صحت سنجی :

به منظور صحت سنجی نرم افزار یک تیر سه متری با تکیه گاه ساده و مقطع مستطیلی به ابعاد 0.3×0.3 در نظر گرفته شده است. این تیر تحت نیروی قائم ثابت 1410KN دروسط دهانه (شکل 1) قرار گرفته است . از انجاییکه در مرجع2 تاریخچه زمانی تغییرمکان قائم نقطه 2 موجود بوده نتایج حاصله برای این نقطه با هم مقایسه شده اند . (شکل 2)

مشخصات تیر

تغییر مکان-زمان

مقایسه نتایج به خوبی توانایی نرم افزار ABAQUS را در مدل سازی وتحلیل رفتار سازه های فولادی تحت اتش سوزی نشان می دهد .

3. تحلیل سازه ای فولادی در معرض حریق

در این قسمت رفتار یک سازه فولادی مورد بررسی قرار میگیرد. هدف از این تحلیل، در ابتدا، تاکید بر بعضی از اثرات خاص ناشی از بارگذاری حریق و ثانیاً ارزیابی تأثیر نوع سناریوی حریق بر نحوه فرو ریزش سازه است. در این بخش از انالیز کوپله تغییر مکان – حرارت استفاده شده است . در عین حال کلیه اثرات غیرهندسی نیزمورد توجه قرار گرفته است .

1-3. شرح سازه و ملاحظات اولیه

سازه مورد تحقیق، یک پارکینگ یک طبقه با عرشه باز به طول 32 متر و عرض 15 متر و ارتفاع ماکزیمم 3 متر است. عرشه از سه ردیف تیرهای اصلی که 7 ردیف تیرهای فرعی را نگه می دارد تشکیل شده است . جزییات سازه در شکل 3 نشان داده شده است .

شمای سازه

همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است 4 سناریوی مختلف برای وقوع حریق در سازه بر اساس تحلیل زیسک اولیه مورد توجه قرار گرفته است .

همانطور که در بالا ذکر شد، بار حریق با استفاده از منحنی اتش استاندارد و مستقیما به اعضا وارد شده است . بنابراین، به عنوان، مثال، در سناریوی 1 این منحنی در بعضی از تیرهای اصلی و فرعی و دو ستون قاب مرکزی مورد استفاده قرار گرفته است . با انجام آنالیز غیرخطی، می توان ملاحظات مربوط به مقاومت سازه در برابر حریق را در نظر گرفت و همچنین می توان دریافت که چگونه بعضی از اعضاء از قبیل ستونها برای پایداری کل سازه مهم و اساسی هستند.

2-3. نتایج آنالیز غیرخطی

نتایج تحلیل در شکل 5 روند تغییرمکان گره نوک ستون درگیر در حریق سناریوی1 را نشان می دهد به طور واضح دو فاز قابل تعریف است. در فاز اول انبساط حرارتی موجب به وجود امدن تغییر مکان مثبت در این گره می شود. و سپس بعد از 600 ثانیه فاز دوم رخ می دهد. که در آن روند تغییر مکان بر عکس می شود که از یک مقدار مثبت به مقدار منفی می رسد که علت آن افت مقاومت و سختی ستون است، که به طور جانبی شکم میدهد .

تغییر مکان ستون

اعمال حریق به ستونها به دلیل بروز کمانش در انها موجب بروز یک حالت بحرانی در سازه می شود . در حقیقت، از لحظه ای که ستون ظرفیت باربری خود را از دست می دهد، دیگر قادر به تحمل بار وارده نیست و در جهت ضعیف آن شکم میدهد. ولیکن موقعیت بحرانی در سناریوی 4 متفاوت است. در این سناریو حریق فقط به بعضی از تیرهای فرعی اعمال می شود و هیچ ستونی را در بر نمی گیرد؛ در شکل 6 ، ناحیه تحت تأثیر حریق نشان داده شده است.

تغییر شکل

از این سناریو همچنین می توان دریافت که این سازه چگونه حتی درصورت بوجودآمدن تغییر مکانهای بزرگی در تیرهای فرعی ظرفیت باربری خود را به خوبی حفظ مینماید. علت این است که این خرابی متمرکز نشده و پایداری کل سازه را بخطر نمیاندازد. با توجه به این نکته می توان نتیجه گرفت که در آنالیز حریق، رفتار کلی سازه مهمتر از رفتار انفرادی اعضای تشکیل دهنده سازه است. در واقع وقتی یک سازه نامعین است، مسیرهای مختلف بار وجود دارد، تغییر شکل های بزرگ بدون از دست دادن ظرفیت باربری ممکن است بوجود ایند و گسیختگی سازه ای باید به صورت متفاوت بررسی شود. این پدیده موجب به وجود آمدن ظرفیت ذخیره کافی می شود به طوری که اکثر چنین سازه هایی با یک میزان خرابی سازه ای معقول از حریق نجات می یابند. در شکل 7 تغییر شکل یافته نهایی مربوط به سه سناریوی اول نشان داده شده است که در آن ستونها در حریق درگیر هستند.

تغییر شکل سازه

4. نتیجه گیری

در این مقاله رفتار یک سازه فولادی تحت حرارت توسط نرم افزار ABAQUS مورد بررسی قرار گرفته است . صحت سنجی نرم افزار در مقایسه نتایج حاصله با نتایج تئوری انجام شده است . رفتار غیر خطی مصالح ( رفتار ترموپلاستیک ) و همچنین رفتار غیر خطی هندسی از جمله کمانش ناشی از حرارت مورد توجه قرار گرفته است . نتایج حاصل از این بررسی نشان می دهد , به منظور به دست اوردن دید مناسب از رفتار سازه تحت حریق بررسی رفتار همزمان اعضا باهم و در تقابل با یکدیگر بسیار مهمتر از رفتا اعضای تک است . معمولا مقاومت سازه در برابر اتش بیش از مقاومت تک تک اعضا در برابراتش می باشد .

به اشتراک بگذارید:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert