Sztywność zginanych elementów żelbetowych poddanych działaniu temperatury pożarowej

Michał Jan Głowacki

Abstract

The aim of the thesis was to investigate possible stiffness changes of bent reinforced concrete elements exposed to load and high temperature simultaneously. The above issue plays a critical role in the advanced analysis of complex concrete structures subjected to fire. In order to examine this issue an experimental study of 24 reinforced concrete beams was performed. All beams were divided into 8 series according to 3 factors: (1) zone of crosssection exposed to high temperature (tension or compression zone), (2) reinforcement ratio – 0.44 or 1.13%, (3) load level in reference to ultimate load capacity in room temperature – 50 or 70%. The pure bending part of the beam was heated. Cross-section stiffness was calculated on the basis of beam deflection. This thesis also presents the review of the test results available in the literature. Based on analysis it has been determined that in beams with heated tension zone a decrease of cross-section stiffness from 60 to 80% in reinforcement temperature in the range of 200¸300°C is observed. When reinforcement temperature is about 500°C, the cross-section stiffness may be only 10¸15% of value in room temperature. It has also been found that the model recommended in Eurocode 2-1-2 characterizing mechanical properties of tensile steel in high temperature may be used for adequate prediction of decrease of cross-section stiffness with heated tension zone. This thesis presents a simple approach to estimate crosssection stiffness with heated reinforcement. The test results show that decrease of crosssection stiffness with heated tension zone, to some extent, depends on load level. It cannot be concluded that stiffness depends on the reinforcement ratio. In elements where the compression zone is exposed to high temperature, an apparent increase of cross-section stiffness at initial heating stage should be expected. The less concrete of compression zone is loaded, the bigger increase of cross-section stiffness. The decrease of cross-section stiffness occurs only at the later heating stage independent of concrete load level. This decrease happens when contraction of compressed concrete caused by reduction of its mechanical properties in high temperature begins to exceed its free thermal elongation. Cross-section ultimate load capacity with heated reinforcement decreases much faster than cross-section ultimate load capacity with heated compression zone.
Rodzaj dyplomuPraca doktorska
Autor Michał Jan Głowacki (WIL / IIB)
Michał Jan Głowacki
- Instytut Inżynierii Budowlanej
Językpl polski
Jednostka dyplomującaWydział Inżynierii Lądowej (WIL)
Dyscyplina naukibudownictwo / dziedzina nauk technicznych / obszar nauk technicznych
Data rozpoczęcia30-09-2016
Data obrony04-07-2017
Data zakończenia 12-07-2017
Promotor Robert Kowalski (WIL / IIB)
Robert Kowalski
- Instytut Inżynierii Budowlanej
Paginacja 164 + [ z1 - z3.4]
Słowa kluczowe w języku polskimelementy żelbetowe, temperatura pożaru
Słowa kluczowe w języku angielskimreinforced concrete, high temperature
Streszczenie w języku polskimCelem rozprawy było zbadanie, jak może zmieniać się sztywność zginanych elementów żelbetowych poddanych jednoczesnemu działaniu obciążenia i wysokiej temperatury. Zagadnienie to ma kluczowe znaczenie podczas prowadzenia zaawansowanych analiz złożonych konstrukcji żelbetowych narażonych na warunki pożarowe. W celu rozwiązania postawionego problemu, między innymi przeprowadzono badania eksperymentalne 24. belek żelbetowych, które podzielono na 8 serii zróżnicowanych z uwagi na 3 czynniki: (1) strefę przekroju, która była ogrzewana (strefa rozciągana lub ściskana), (2) stopień zbrojenia przekroju, wynoszący 0,44 lub 1,13% oraz (3) wytężenie przekroju, wynoszące 50 lub 70% nośności w zwykłych warunkach. Ogrzewaniu był poddany fragment belki, na którym występowało czyste zginanie. Sztywność przekroju obliczano wykorzystując wyniki pomiaru strzałki ugięcia belek. W rozprawie dokonano też przeglądu wyników badań dostępnych w literaturze. Na podstawie przeprowadzonych analiz, między innymi stwierdzono, iż w elementach z ogrzewaną strefą rozciąganą, już przy temperaturze zbrojenia zawierającej się w przedziale 200¸300°C należy spodziewać się zmniejszenia sztywności przekroju od 60 do 80%, a przy temperaturze wynoszącej około 500°C sztywność przekroju może wynosić zaledwie 10¸15% wartości występującej w zwykłych warunkach. Ustalono również, iż do adekwatnego prognozowania obniżenia sztywności przekroju z ogrzewaną strefą rozciąganą można wykorzystać, podany w Eurokodzie 2-1-2 model opisujący właściwości mechaniczne stali przy rozciąganiu w wysokiej temperaturze. W pracy zaproponowano przybliżony, ale za to bardzo prosty sposób do szacowania sztywności przekroju z ogrzewanym zbrojeniem. Wyniki badań wskazują, iż obniżenie sztywności przekroju z ogrzewaną strefą rozciąganą w pewnym stopniu zależy od wytężenia przekroju. Nie ma natomiast podstaw do wnioskowania, aby zmniejszenie sztywności przekroju mogło zależeć od jego stopnia zbrojenia. W elementach, w których na działanie wysokiej temperatury jest narażona strefa ściskana, w początkowej fazie ogrzewania należy się spodziewać pozornego wzrostu sztywności przekroju. Wzrost ten jest tym większy, im beton strefy ściskanej jest mniej wytężony. Dopiero w późniejszej fazie ogrzewania, gdy skrócenie ściskanego betonu spowodowane pogorszeniem jego właściwości mechanicznych pod wpływem wysokiej temperatury zaczyna przewyższać jego swobodną wydłużalność termiczną, niezależnie od wytężenia, występuje zmniejszenie sztywności przekroju. Nośność przekroju z ogrzewanym zbrojeniem obniża się znacznie szybciej, niż nośność podobnego przekroju, ogrzewanego od strony strefy ściskanej.
Plik pracy
rozprawa doktorska_mgr inż. Michał Głowacki.pdf 5.59 MB

Pobierz odnośnik do tego rekordu

Powrót