Notice: Undefined index: linkPowrot in C:\wwwroot\wwwroot\publikacje\publikacje.php on line 1275
Publikacje
Pomoc (F2)
[88650] Artykuł:

Influence of the Thermal Insulation Type and Thickness on the Structure Mechanical Response Under Fire Conditions

(Wpływ rodzaju izolacji termicznej i grubości na odpowiedź mechaniczną konstrukcji w warunkach pożaru)
Czasopismo: Applied Sciences   Tom: 9, Zeszyt: 13, Strony: 1-20
ISSN:  2076-3417
Opublikowano: Czerwiec 2019
Liczba arkuszy wydawniczych:  2.00
 
  Autorzy / Redaktorzy / Twórcy
Imię i nazwisko Wydział Katedra Do oświadczenia
nr 3
Grupa
przynależności
Dyscyplina
naukowa
Procent
udziału
Liczba
punktów
do oceny pracownika
Liczba
punktów wg
kryteriów ewaluacji
Katarzyna Kubicka WBiAKatedra Mechaniki, Konstrukcji Metalowych i Metod Komputerowych *Niespoza "N" jednostkiInżynieria lądowa, geodezja i transport3333.33.00  
Urszula Pawlak orcid logo WBiAKatedra Mechaniki, Konstrukcji Metalowych i Metod Komputerowych *Niespoza "N" jednostkiInżynieria lądowa, geodezja i transport3333.33.00  
Urszula Radoń orcid logo WBiAKatedra Mechaniki, Konstrukcji Metalowych i Metod Komputerowych *Takzaliczony do "N"Inżynieria lądowa, geodezja i transport3333.33100.00  

Grupa MNiSW:  Publikacja w czasopismach wymienionych w wykazie ministra MNiSzW (część A)
Punkty MNiSW: 100


Pełny tekstPełny tekst     DOI LogoDOI    
Słowa kluczowe:

izolacja przeciwpożarowa  analiza ognia  konstrukcje stalowe  natryskiwana izolacja  płyty ognioodporne 


Keywords:

fire insulation  fire analysis  steel structures  sprayed-on insulation  fire-proofing boards 



Streszczenie:

Koncepcja bezpieczeństwa pożarowego obejmuje niezwykle szeroki zakres zagadnień. Aby zapewnić odpowiedni poziom bezpieczeństwa pożarowego, konieczne jest łączenie badań i działań w kilku dziedzinach, takich jak matematyczne, fizyczne lub numeryczne modelowanie zjawiska pożaru. Innym problemem jest projektowanie różnych rodzajów ochrony przeciwpożarowej, w tym systemów alarmowych, systemów tryskaczowych, a także dróg i systemów ewakuacyjnych, w sposób zapewniający maksymalne bezpieczeństwo użytkownikom budynku. Istotną kwestią jest analiza reakcji wytrzymałości statycznej konstrukcji w warunkach pożaru. Badanie to, dotyczące takich analiz, ogranicza się do stalowych konstrukcji kratownicowych. W aprobatach technicznych producenci materiałów ognioodpornych nie uwzględniają charakteru działania poszczególnych elementów konstrukcyjnych. Kompresowane elementy wymagają grubszej izolacji niż te w napięciu. Zjawisko to związane jest z faktem, że w warunkach pożaru współczynnik wyboczenia giętnego w elementach ściskanych jest gwałtownie zmniejszany wraz ze wzrostem temperatury. Z kolei ten wzrost temperatury prowadzi do szybkiego zmniejszenia oporu. Ponadto elementy naprężone mają znacznie większą odporność niż elementy ściskane w podstawowej sytuacji projektowej, tj. W chwili t = 0 min. W konsekwencji, nawet znaczny spadek oporu cięgien nie jest tak niebezpieczny jak w przypadku elementów ściskających. Dlatego też, ze względu na charakter działania poszczególnych elementów, izolacja ognioodporna każdej konstrukcji stalowej powinna zostać zweryfikowana obliczeniowo. Dodatkowo w tym artykule zbadano wpływ rodzaju izolacji ogniowej na mechaniczną odpowiedź konstrukcji. Obliczenia przeprowadzono dla różnych rodzajów natryskiwanej izolacji, a także dla paneli izolacyjnych konturowych i skrzynkowych. Wykresy przedstawiają zachowanie modułu sprężystości, granicy plastyczności i odporności elementów w kolejnych minutach pożaru dla różnych stosowanych metod ochrony przeciwpożarowej. Najlepsze wyniki uzyskano dla wermikulitu i sprayu gipsowego.




Abstract:

The concept of fire safety covers an extremely vast scope of issues. To ensure an adequate fire safety level, it is necessary to combine research and actions in several fields, such as the mathematical, physical, or numerical modelling of a fire phenomenon. Another problem is to design different types of fire protection, including alarm systems, sprinkler systems, and also roads and evacuation systems, in a manner that ensures maximum safety for the building’s users. A vital issue is the analysis of the static-strength response of the structure under fire conditions. This study, concerned with such analyses, is limited to steel truss structures. In technical approvals, manufacturers of fire-proofing materials do not account for the character of the performance of individual structural members. The components in compression need thicker insulation than those in tension. This phenomenon is related to the fact that under fire conditions, the flexural buckling coefficient in compressed members is abruptly reduced with an increase in temperature. In turn, this increase in temperature leads to a fast reduction in resistance. In addition, members in tension have much higher resistance than those in compression in the basic design situation, i.e., at the instant of t = 0 min. Consequently, even a considerable decrease in the resistance of tension members is not as dangerous as that of compression members. Therefore, due to the nature of the performance of individual elements, fire-proofing insulation of every steel structure should be computationally verified. Additionally, in this paper, the influence of the type of fire insulation on the mechanical response of the structure was investigated. Calculations were carried out for different types of sprayed-on insulation, and also for contour and box insulation panels. The graphs show the behaviour of the elastic modulus, the yield point, and the resistance of the elements in the successive minutes of the fire for the different methods of fire protection used. The best results were obtained for vermiculite and gypsum spray



B   I   B   L   I   O   G   R   A   F   I   A
Bilotta, A.
da Silva, D.
Nigro, E. Tests on intumescent paints for fire protection of existing steel structures.
Constr. Build. Mater. 2016, 121, 410–422. [CrossRef]
2. Biegus, A. Designing of Steel Structures According to Eurocode 3. Fire Safety of Steel Structures
Lectures: Wrocław,
Poland, 2013. (In Polish)
3. Note, E.T. Fire Resistance of Steel Structures
European Convention for Constructional Steelwork:
Brussels, Belgium, 1995.
4. Rakowski, G. Why did the WTC towers collapse in New York? Eng. Constr. 2003, 1, 9–13.
5. Simensen, C. A theory for the collapse of the World Trade Centre. Eng. Fail. Anal. 2014, 41, 39–47. [CrossRef]
6. Skowro ´nski, W. Collapse of the World Trade Center—Fire engineering aspects. Delta (Sci. Expert J.) 2007, 1, 9–11.
7. Usmani, A.
Chung, Y.
Torero, J. How did the WTC towers collapse: A new theory. Fire Saf. J. 2003, 38, 501–533.
[CrossRef]
8. Lane, B.A. Suggested cause of fire-induced collapse of World Trade Towers. Fire Saf. J. 2003, 38, 589–591.
[CrossRef]
9. NCSTAR1, N. Final Rep. of the World Trade Centre Tower. 2005. Available online: https://nvlpubs.nist.gov/
nistpubs/Legacy/NCSTAR/ncstar1.pdf (accessed on 10 May 2017).
10. Gierczak, J.
Kmita, A.
Wróblewski, R.
Smardz, P. Steel structure catastrophe as a result of a fire in the
production facilities in Luba ´n. In Proceedings of the XXVI Scientific and Technical Conference “Construction
Failures 2013”, Mi ˛edzyzdroje, Poland, 21–24 May 2013
pp. 485–489.
11. Ozyurt, E.
Wang, Y. Effects of Non-Uniform Temperature Distribution on Critical Member Temperature of
Steel Tubular Truss. Eng. Struct. 2016, 116, 95–106. [CrossRef]
12. Maraveas, C. Local buckling of steel members under fire conditions: A review. Fire Technol. 2019, 55, 51–80.
[CrossRef]
Appl. Sci. 2019, 9, 2606 19 of 20
13. Franssen, J.M.
Kodur, V.
Zaharia, R. Designing Steel Structures for Fire Safety
CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2009.
14. Available online: www.ppoz.pl/ratownictwo-i-ochrona-ludnosci/738-pierwszy-pozar-mostu,
(accessed on 12 December 2016).
15. Zobel, H.
Karwowski, W.A.
Wróbel, M.
Mossakowski, P. Łazienkowski bridge fire in Warsaw-structural
damage and restoration method. Arch. Civ. Eng. 2016, 62, 171–186. [CrossRef]
16. Ibañez, C.
Bisby, L.
Rush, D.
Romero, M.L.
Hospitaler, A. Post-heating response of concrete-filled steel
tubular columns under sustained loads. Structures 2019. [CrossRef]
17. Ekmekyapar, T.
Alhatmey, I.A.H. Post-fire resistance of internally ring stiffened high performance concrete
filled steel tube columns. Eng. Struct. 2019, 183, 375–388. [CrossRef]
18. Zhou, K.
Han, L.-H. Modelling the behaviour of concrete-encased concrete-filled steel tube (CFST) columns
subjected to full-range fire. Eng. Struct. 2019, 183, 265–280. [CrossRef]
19. Maluk, C.
Bisby, L.
Terrasi, G.P. Effects of polypropylene fibre type and dose on the propensity for
heat-induced concrete spalling. Eng. Struct. 2017, 141, 584–595. [CrossRef]
20. Meng, W.
Valipour, M.
Khayat, K.H. Optimization and performance of cost-effective ultra-high performance
concrete. Mater. Struct. 2017, 50, 29. [CrossRef]
21. Meng, W.
Khayat, K.H. Effects of saturated lightweight sand content on key characteristics of
ultra-high-performance concrete. Cem. Concr. Res. 2017, 101, 46–54. [CrossRef]
22. Li, X.L.
Xu, Z.B.
Bao, Y.
Cong, Z.G. Post-fire seismic behaviour of two-bay two-story frames with
high-performance fiber-reinforced cementitious composite joints. Eng. Struct. 2019, 183, 150–159. [CrossRef]
23. Xu, Q.
Jin, C.
Griffin, G.
Jiang, Y. Fire safety evaluation of expanded polystyrene foam by multi-scale
methods. J. Therm. Anal. Calorim. 2014, 115, 1651–1660. [CrossRef]
24. Wang, S.P.
Chen, H.X.
Liu, N. Ignition of expandable polystyrene foam by a hot particle: An experimental
and numerical study. J. Hazard. Mater. 2015, 283, 536–543. [CrossRef]
25. Okunrounmu, O.
Lhotsky, P.
Hadjisophocleous, G. Discharge Characteristics of a Portable Compressed Air
Foam System. IOP Conf. Ser. J. Phys. Conf. Ser. 2018, 1107, 062007. [CrossRef]
26. Bedon, C.
Fragiacomo, M. Fire Resistance of Thermally Insulated Log-House Timber Walls. Fire Technol.
2019, 55, 307–341. [CrossRef]
27. Arablouei, A.
Kodur, V. Cohesive zone model properties for evaluating delamination of spray-applied
fire-resistive materials from steel structures. Eng. Fract. Mech. 2015, 143, 138–157. [CrossRef]
28. Kodur, V.
Arablouei, A. Effective properties of spray-applied fire-resistive material for resistance to cracking
and delamination fram steel structures. Constr. Build. Mater. 2015, 84, 367–376. [CrossRef]
29. PN-EN1991-1-2. Eurocode 1 Actions on Structures. Part 1–2: General Actions: Action on Structures Exposed to
Fire
The European Union Per Regulation: Brussels, Belgium, 2002.
30. PN-EN1993-1-2. Eurocode 3 Designing Steel Structures. Part 1–2: General Rules—Calculation of Structure Due to
Fire Conditions
The European Union Per Regulation: Brussels, Belgium, 2005.
31. Available online: www2.um.bydgoszcz.pl/miasto/aktualnosci/aktualnosci-2015marzec/Centrum_targowe_
_S_upy_gotowe__Raport_nr_3.aspx?option=print (accessed on 11 June 2019).
32. Kubicka, K.
Obara, P.
Rado ´n, U.
Szaniec, W. Assessment of steel truss fire safety in terms of the system
reliability analysis. Arch. Civ. Mech. Eng. 2019, 19, 417–427. [CrossRef]
33. Kubicka, K.
Pawlak, U.
Rado ´n, U.
Szaniec, W. Comparative analysis of the reliability of steel structure with
pinned and rigid nodes subjected to fire. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2017, 245. [CrossRef]
34. Kubicka, K.
Rado ´n, U.
Szaniec, W. The influence of description of fire curves on the thermal and reliability
response of steel structure. MATEC Web Conf. 2017, 117, 00095. [CrossRef]
35. Turkowski, P.
Sulik, P. Design of Steel Structures Due to Fire Conditions According to Eurocode 3
ITB:
Warszawa, Poland, 2015.
36. Biegus, A. Active and passive fire protection of steel constructions. Insulation 2013, 3, 38–48.