Influence of geometrical imperfection on critical temperature evaluation for steel corrugated arch sheets exposed to fire

The critical temperature for an arched corrugated steel sheet exposed to fully developed fire is determined in this paper. The analysis is performed on 3D numerical model developed within the ANSYS computational environment with parameters calibrated experimentally on an experiment performed for persistent design scenario. During the simulations performed the self-supporting steel sheet with an assumed initial shape imperfection is at first loaded with static load, up to a predetermined level of material effort, and subsequently evenly heated until the capability to safely resist the applied load is completely exhausted. Because of the nonlinearity of the analysis having several sources, the location of the limit point on the equilibrium path determined during calculations represents the temperature sought. Three imperfection patterns, denoted as A, B and C are considered. In the case A the imperfection has the shape and magnitude measured in situ, selected as representative for a set of 10 steel sheets of the same type. In the case B the imperfection is a substitute one with size analogous to that assumed in the case A, but with a different shape, corresponding to the first antisymmetric buckling mode identified in conventional Local Buckling Analysis (LBA). In the case C the shape of imperfection B has been kept, but the positive and negative deviation from the perfect circular shape have been increased twofold

Influence of geometrical imperfection on critical temperature evaluation for steel corrugated arch sheets exposed to fire

The critical temperature for an arched corrugated steel sheet exposed to fully developed fire is determined in this paper. The analysis is performed on 3D numerical model developed within the ANSYS computational environment with parameters calibrated experimentally on an experiment performed for persistent design scenario. During the simulations performed the self-supporting steel sheet with an assumed initial shape imperfection is at first loaded with static load, up to a predetermined level of material effort, and subsequently evenly heated until the capability to safely resist the applied load is completely exhausted. Because of the nonlinearity of the analysis having several sources, the location of the limit point on the equilibrium path determined during calculations represents the temperature sought. Three imperfection patterns, denoted as A, B and C are considered. In the case A the imperfection has the shape and magnitude measured in situ, selected as representative for a set of 10 steel sheets of the same type. In the case B the imperfection is a substitute one with size analogous to that assumed in the case A, but with a different shape, corresponding to the first antisymmetric buckling mode identified in conventional Local Buckling Analysis (LBA). In the case C the shape of imperfection B has been kept, but the positive and negative deviation from the perfect circular shape have been increased twofold

Ocena odporności ogniowej ramy poprzecznej hali stalowej w zależności od stopnia uproszczenia zastosowanego modelu obliczeniowego

It is presented in detail how the selection of a structural model describing the behaviour of a steel hall transverse frame when subject to fire exposure in a more or less complex way may affect the fire resistance evaluation for such a frame. In the examples compiled in this paper the same typical one-aisle and single-story steel hall is subjected to simulated fire action, each time following the same fire development scenario. A resultant fire resistance is identified individually in each case, using various computational models, on an appropriate static equilibrium path obtained numerically. The resulting estimates vary, not only in the quantitative sense, but also in terms of their qualitative interpretation. It is shown that the greater the simplification of the model used, the more overstated the estimated fire resistance is in relation to its real value. Such an overestimation seems to be dangerous to the user, as it gives him an illusory but formally unjustified sense of the guaranteed safety level.Pokazano jak dobór schematu statycznego pojedynczej ramy poprzecznej typowego ustroju nośnego hali stalowej determinuje uzyskaną z obliczeń dla tej ramy wartość poszukiwanej odporności ogniowej. Odporność tę interpretuje się z reguły jako czas przez który badana rama w warunkach ekspozycji pożarowej zachowuje zdolność do bezpiecznego przenoszenia przyłożonych do niej obciążeń. W celach porównawczych, dla tego samego scenariusza rozwoju pożaru, odpowiadającego standardowym warunkom nagrzewania, i dla tej samej ramy, rozpatrzono odpowiadające sobie rozmaite modele obliczeniowe o różnym stopniu złożoności. Reprezentatywną miarą odporności na oddziaływanie monotonicznie narastającej w czasie pożaru temperatury elementów stalowych było w każdym z rozpatrywanych przypadków wyczerpanie możliwości efektywnego przenoszenia obciążeń, identyfikowane na ścieżce równowagi statycznej. Zestawienie i porównanie uzyskanych wyników doprowadziło do konstatacji, że im większy stopień uproszczenia zastosowanego modelu obliczeniowego tym bardziej zawyżone otrzymane na jego podstawie oszacowanie poszukiwanej odporności, przeszacowujące realnie gwarantowany użytkownikowi poziom bezpieczeństwa. Wykazano, że znaczący wpływ na finalny wynik analizy może mieć formalne uwzględnienie w zastosowanym modelu obliczeniowym mimośrodów wynikających ze sposobu oparcia płatwi na ryglu, co na ogół nie jest dostrzegane. Generują one bowiem dodatkowy moment skręcający, który w sytuacji zmniejszonej wskutek oddziaływania temperatury pożarowej sztywności rygla może przyspieszać jego utratę stateczności. Szczególne znaczenie dla wynikowej odporności ogniowej analizowanej ramy ma również zachowanie się w pożarze płatwi dachowych usztywniających rygiel. Płatwie te, z uwagi na mniejszy przekrój, nagrzewają się bowiem znacznie szybciej niż rygiel i słupy ramy poprzecznej. Stosunkowo wcześnie zatem, przy monotonicznym wzroście temperatury, przestają efektywnie podtrzymywać ten rygiel, w efekcie czego narastanie jego ugięcia, często decydujące o nośności ramy, nie jest już w żaden sposób hamowane. W rozważanych modelach formalnych pominięto wpływ potencjalnie możliwych imperfekcji geometrycznych, zarówno tych o charakterze globalnym jak i tych lokalnych. W prowadzonej przez autorów analizie nie wydaje się on bowiem mieć istotnego znaczenia. Nie uwzględniono również faktu narastania wraz z rozwojem pożaru podatności węzłów