Performance of space steel structure under fire

Abstract

Yangına dayanıklılık ve tasarımda, yüksek sıcaklığın çeliğin fiziksel ve mekanik özellikleri üzerinde bariz bir etkisi vardır. Ateş altındaki yapı elemanlarının sıcaklıkları arttığında kritik seviyeye ulaşana kadar dirençleri önemli ölçüde azalır. Ayrıca yapı elemalarındaki başlangıç kusurları yapının performansını etkiler. Bu çalışmanın amacı, uzay kafes sistemlerin yangın altında davranışlarına ilişkin modellerini oluşturmaktır. Spesifik olarak, bu çalışma ayrıca, yangın koşulları altında basınç elemanlarındaki başlangıç eğrilik kusurun olması halinde ve yangın altında performanslarını incelemektir. ABAQUS/Explicit sonlu elemanlar programı, yapısal analizleri ve tüm hesaplama simülasyonları yürütmek için kullanılmıştır. Kiriş elemanları malzeme ve geometrik doğrusal olmayan davranış dikkate alınarak kullanılmıştır. Hem ortam hem de artan sıcaklıklarda, başlangıç kusurlu ve kusursuz dış yüklere maruz kalan yapı elemanları, kafes kirişler ve uzay kafes sistemi üzerinde bir dizi incelemenin çözümleri gerçekleştirilmiştir. Mümkün olduğunda, ABAQUS çözümleri teorik çözümlerle karşılaştırılmıştır. Bu çalışma boyunca yapılan analizlere göre, yapısal eleman, termal genleşme kısıtlaması nedeniyle yüksek sıcaklıklarda çok önemli kuvvetler oluşturabilmektedir. Termal olarak üretilen bu kuvvetler, kolonun dış yüke dayanma kapasitesini azaltır ve ayrıca ilk kusurlar yapı kapasitesini de azaltır. Bu nedenle, yangına maruz kalan kolonların performansı, termal olarak oluşturulan kuvvetlerden önemli ölçüde etkilenebilir.

In the fire resistance and design, high temperature has an obvious effect on the physical and mechanical properties of steel. When the temperature of structural members which are under fire increases, their resistance reduces significantly until they reach the critical level. And also, the structural defects affect its capacity. The aim of this study is to provide analysis of models on the behaviours of steel structural members in fire as single elements, in truss and in space steel frame. Specifically, this study also, emphases the effect of initial geometric imperfection on structural compression members under fire conditions. The ABAQUS/Explicit finite element program is used to conduct all computational simulations for all structural analyses. The beam elements are used with considerable material and geometric nonlinearity. The solutions of a number of investigations on individual structural element, on truss members and the space frame subjected to the external loads at both ambient and increased temperatures, with and without initial imperfection are conducted. For single members, ABAQUS solutions is compared to theoretical solutions. According to the analyses throughout this study, the structural member can create very significant forces at high temperatures due to thermal expansion constraint. These thermally generated forces diminish the column's capacity to withstand external load and also the initial imperfections reduce the structure capacity as well. Therefore, the performance of columns exposed to fire might be significantly impacted by thermally generated forces.