Αναλυτική διερεύνηση της συζευγμένης απόκρισης υποστυλώματος οπλισμένου σκυροδέματος εκτεθειμένου σε πυρκαγιά

Πουλής, Ανδρέας; Poulis, Andreas

dc.contributor.author	Πουλής, Ανδρέας	el
dc.contributor.author	Poulis, Andreas	en
dc.date.accessioned	2023-12-11T11:28:59Z
dc.date.available	2023-12-11T11:28:59Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58438
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26134
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Συζευγμένη ανάλυση	el
dc.subject	Αποφλοίωση σκυροδέματος	el
dc.subject	Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων	el
dc.subject	Μη – γραμμική ανάλυση μεταφοράς θερμότητας μη – μόνιμης κατάστασης	el
dc.subject	Δυναμική μη – γραμμική μηχανική ανάλυση	el
dc.subject	Coupled analysis	en
dc.subject	Spalling	en
dc.subject	Finite element method	en
dc.subject	Non – linear transient heat transfer analysis	en
dc.subject	Structural non – linear analysis	en
dc.title	Αναλυτική διερεύνηση της συζευγμένης απόκρισης υποστυλώματος οπλισμένου σκυροδέματος εκτεθειμένου σε πυρκαγιά	el
dc.title	Analytical investigation of the coupled response of fire-exposed reinforced concrete column	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Δομική μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-07-13
heal.abstract	Παγκοσμίως κάθε χρόνο ξεσπούν αστικές πυρκαγιές. Το μέγεθος των καταστρεπτικών συνεπειών τους ποικίλει και στη χειρότερη περίπτωση είναι υπεύθυνες για πολυάριθμα ανθρώπινα θύματα και σημαντικές οικονομικές επιπτώσεις. Αντικειμενικοί στόχοι του σχεδιασμού φορέων έναντι πυρκαγιάς είναι πρωτίστως η προστασία της ανθρώπινης ζωής, η προστασία της περιουσίας και η διασφάλιση ενός ορισμένου επιπέδου δομικής ακεραιότητας. Για την επίτευξη του τελευταίου στόχου η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην υιοθέτηση του σχεδιασμού με βάση την επιτελεστικότητα ως εναλλακτική προσέγγιση του ευρέως διαδεδομένου “prescriptive based” σχεδιασμού. Αφού επιλεχθούν τα κατάλληλα σενάρια πυρκαγιάς και παραχθούν οι αντίστοιχες καμπύλες θερμοκρασίας αερίων – χρόνου, ο σχεδιασμός με βάση την επιτελεστικότητα υλοποιείται με τη σύζευξη μεταξύ του προβλήματος μεταφοράς θερμότητας και του μηχανικού προβλήματος. Το πρώτο πρόβλημα, έχοντας ως δεδομένο εισαγωγής την καμπύλη θερμοκρασίας αερίων – χρόνου, κυβερνάται από τους μηχανισμούς μεταφοράς θερμότητας της αγωγής, της συναγωγής και της ακτινοβολίας. Για τη λύση του δεύτερου προβλήματος το οποίο έχει ως δεδομένο εισαγωγής τη λύση του πρώτου, δηλαδή το χρονοεξαρτώμενο θερμοκρασιακό πεδίο και τις χρονοεξαρτώμενες θερμικές δράσεις, πρέπει να επιλυθεί η εξίσωση ισορροπίας που θα οδηγήσει στον προσδιορισμό των χρονικά μεταβαλλόμενων πεδίων των τάσεων και των παραμορφώσεων. Ωστόσο, η έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες επιβάλλει στο σκυρόδεμα και στον χάλυβα οπλισμού μη – αναστρέψιμες φυσικοχημικές αλλαγές στη μικροδομή τους. Άμεσο αποτέλεσμα των παραπάνω αποτελεί η μεταβολή των τιμών των θερμικών ιδιοτήτων τους και η υποβάθμιση των μηχανικών χαρακτηριστικών τους, όπως η θλιπτική αντοχή, η εφελκυστική αντοχή και το μέτρο ελαστικότητας, με την άνοδο της θερμοκρασίας. Οι ισχύοντες τεχνικοί κανονισμοί παρέχουν πληροφορίες για τις εξαρτώμενες από τη θερμοκρασία θερμικές και μηχανικές ιδιότητες. Επιπρόσθετα, το φαινόμενο της εκρηκτικής αποφλοίωσης δύναται να εμφανισθεί στα φέροντα στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα, επηρεάζοντας δυσμενώς τη φέρουσα ικανότητά τους. Συμπερασματικά, τόσο το πρόβλημα μεταφοράς θερμότητας όσο και το μηχανικό πρόβλημα έχουν μη – γραμμική συμπεριφορά. Στο τέλος της εργασίας μελετάται ένα κεντρικά φορτισμένο υποστύλωμα από οπλισμένο σκυρόδεμα εκτεθειμένο στην πρότυπη καμπύλη θερμοκρασίας αερίων - χρόνου ASTM E 119. Το υποστύλωμα αποτελεί μέρος μιας σειράς πειραμάτων των T. T. Lie και J. L. Woollerton που διεξήχθησαν στον Καναδά. Με τη βοήθεια του λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων DIANA FEA εκτελούνται δύο συζευγμένες θερμοκρασιακές και μηχανικές αναλύσεις. Στην πρώτη τα υλικά προσομοιώνονται με ελαστοπλαστικά μοντέλα, ενώ στη δεύτερη προσομοιώνονται με ελαστικά μοντέλα. Ακολούθως τα προκύπτοντα αποτελέσματα συγκρίνονται αναλυτικά με τα πειραματικά δεδομένα και εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα για τις αναλύσεις.	el
heal.abstract	Annually, urban fires erupt worldwide. The magnitude of their destructive consequences varies, and in the worst - case scenario, they are responsible for numerous human casualties and significant economic repercussions. The objective of designing fire - resistant structures is primarily to protect human life, safeguard property, and ensure a certain level of structural integrity. To achieve the latter goal, this study focuses on adopting performance - based design as an alternative approach to the widely prevalent prescriptive-based design. After selecting the relevant fire scenarios and generating the corresponding temperature-time fire curves, the implementation of performance - based design involves the coupling of the heat transfer problem and the mechanical problem. The heat transfer problem, driven by conduction, convection, and radiation mechanisms, is governed by the temperature - time fire curve input. Solving the second problem relies on resolving the first problem, namely in calculating the time - dependent temperature field and time - dependent thermal actions. By solving the equilibrium equation, the time - varying fields of stresses and deformations can be determined. However, exposure to high temperatures imposes irreversible physico - chemical changes on both concrete’s and steel’s reinforcement microstructure. As a direct result, there is a modification in their thermal properties and a degradation of their mechanical characteristics, such as compressive strength, tensile strength, and elasticity, with increasing temperature. Existing technical regulations provide information on the temperature - dependent thermal and mechanical properties. Additionally, the phenomenon of explosive spalling can occur in reinforced concrete structural elements, adversely affecting their load - bearing capacity. In conclusion, both the heat transfer problem and the mechanical problem exhibit nonlinear behavior. At the end of this thesis, a centrally loaded reinforced concrete column exposed to the nominal temperature - time fire curve ASTM E 119 is examined. The column is part of a series of experiments conducted by T. T. Lie and J. L. Woollerton in Canada. Using the finite element software DIANA FEA, two coupled thermal and mechanical analyses are performed. In the first analysis, the materials are simulated using elasto - plastic models, while in the second analysis, they are simulated using elastic models. Subsequently, the resulting data is thoroughly compared with experimental data, and useful conclusions are drawn for the analyses.	en
heal.advisorName	Ζέρης, Χρήστος	el
heal.advisorName	Zeris, Christos	en
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Βησσαρίων	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκας, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Vougioukas, Emmanouil	en
heal.committeeMemberName	Papadopoulos, Vissarion	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Δομοστατικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	107 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false