 |
Utjecaj deformacija od puzanja na nosivost čeličnih i aluminijskih stupova pri djelovanju požara |
 |
Ovaj projekt je financirala Hrvatska zaklada za znanost pod brojem UIP-2014-09-5711.
Članovi istraživačke grupe zahvalni su na potpori. |
Sažetak projekta
Deformacija od puzanja pri visokim temperaturama predstavlja jedan od značajnih čimbenika u odgovoru čeličnih i aluminijskih konstrukcija u ekstremnim uvjetima pri djelovanju požara. Utjecaj puzanja najčešće je izražen kao dodatno povećanje pomaka u statički određenim sustavima, te kroz povećanje unutarnjih sila u statički neodređenim sustavima. U oba slučaja, puzanje čelika i aluminija pri visokim temperaturama ima utjecaja na smanjenje nosivosti elementa ili konstrukcije u cjelini. Nadalje, ponašanje čeličnih i aluminijskih stupova uslijed djelovanja deformacija od puzanja pri visokim temperaturama predstavlja aktualno područje istraživanja u znanstvenoj zajednici iz razloga što dosad nisu provedeni adekvatni eksperimenti na stupovima u kojima bi se, primjenom specifičnog zakona zagrijavanja, inducirao razvoj deformacija od puzanja kao i pripadajući modovi otkazivanja nosivosti. Dodatna motivacija za istraživanje utjecaja puzanja jest činjenica da se u suvremenim građevinskim normama (Eurocode) deformacije od puzanja uzimaju u obzir implicitno korištenjem modificiranog modela ponašanja materijala, koji se prema nedavnim istraživanjima pokazao nepreciznim za moguće scenarije zagrijavanja koji se mogu javiti slučaju djelovanja požara.
Svrha ovog projekta jest iznalaženje novih modela puzanja koji su primjenjivi za aktualno korištene slitine čelika i aluminija, kao i analiza utjecaja puzanja na čelične i aluminijske stupove koji predstavljaju najosjetljiviji dio nosive konstrukcije s aspekta kolapsa. Projekt u početnom stadiju obuhvaća eksperimentalno određivanje stacionarnih krivulja puzanja čelika i aluminija, koje su određene na nizu nivoa temperature i naprezanja, u svrhu određivanja adekvatnih analitičkih/reoloških modela puzanja. Potom se planira implementacija dobivenih modela puzanja u istraživačke kodove razvijene na ustanovi voditelja projekta kao i na ustanovi vanjskog suradnika, kojima bi se numerički opisalo ponašanje čeličnih i aluminijskih stupova uslijed djelovanja puzanja. Sljedeći stadij projekta odnosi se na provođenje eksperimentalnog istraživanja koje uključuje ispitivanje čeličnih i aluminijskih stupova izloženih različitim nivoima opterećenja kao i specifičnim temperaturnim krivuljama koje bi inducirale razvoj deformacija od puzanja u stupovima. U posljednjem stadiju projekta izvršila bi se verifikacija dobivenih modela puzanja nad dobivenim rezultatima ispitivanja stupova. Ispitivanjem čeličnih i aluminijskih stupova dobio bi se uvid u ponašanje stupova uslijed razvoja deformacija od puzanja, kao i uvid koji temperaturni scenario uzrokuje značajan razvoj navedenih deformacija. Zaključci dobiveni na temelju opisanih eksperimenata koristili bi se i za unaprjeđenje pravila projektiranja čeličnih i aluminijskih konstrukcija u požaru.
Sudionici na projektu
Projektni tim sačinjavaju:
- doc.dr.sc. Neno Torić
- prof.dr.sc. Ian Burgess (Sveučilište u Sheffieldu)
- prof.dr.sc. Alen Harapin
- prof.dr.sc. Ivica Boko
- Izv.prof.dr.sc. Mirela Galić
- doc.dr.sc. Vladimir Divić
- dr.sc. Ivana Uzelac
- Marko Goreta, mag.ing.aedif.
- Jelena Lovrić Vranković, mag.ing.aedif.
Doc.dr.sc. Neno Torić, voditelj projekta, stručnjak je u području analize nosivosti čeličnih i betonskih konstrukcija pri djelovanju požara. Njegove ekspertize uključuju razvoj novih numeričkih modela ponašanja konstrukcija u požaru, te projektiranje i provođenje eksperimentalnih istraživanja vezanih za navedenu problematiku.
Prof.dr.sc. Ian Burgess vodeći je stručnjak u razvoju numeričkih tehnika za modeliranje ponašanja čeličnih i spregnutih elemenata u požaru, te je voditelj istraživačke grupe koja se bavi razvojem numeričkih modela na Sveučilištu u Sheffieldu. Žarište istraživanja skupine i dalje ostaje na numeričkom modeliranju, iako su proveli i uspješna eksperimentalna istraživanja vezana za razvoj metode komponenti za modeliranje ponašanja spojeva u požarnim uvjetima. Istraživački program grupe u Sheffieldu je dosad iznjedrio 28 doktorskih radova i 3 magistarska rada, te više od 250 publikacija.
Ciljevi projekta
Znanstveni ciljevi u okviru predloženog projekta mogu se podijeliti u dva dijela. Prvi cilj obuhvaća razvoj pouzdanih modela puzanja za čelik i aluminij, određenih analitičkim putem te reološkim modelom. Razvojem takvih modela, koji su verificirani ispitivanjem slitina čelika i aluminija koji se trenutačno koriste u građevinarstvu, dobio bi se model kojim je moguće numerički analizirati nosivost stupova ispitivanih u okviru ovog projekta. Primjenom reološkog modela puzanja dobili bi se fleksibilniji modeli puzanja, aplikabilni u širem spektru analize puzanja pri visokim temperaturama, koji nisu dani prethodno razvijenim polu-empirijskim ili empirijskim modelima puzanja.
Drugi cilj je uspješno testiranje čeličnih i aluminijskih stupova kojima bi se, osim testiranja razvijenih modela puzanja, dobio i kvantitativni odgovor o utjecaju deformacija od puzanja na smanjenje nosivosti stupova. Ovim ciljem dobio bi se pouzdani odgovor na pitanje veličine utjecaja deformacija od puzanja na nosivost, te pitanje pri kojim uvjetima zagrijavanja i nivou opterećenja dolazi do značajnijeg razvoja istoimenih deformacija koje u konačnici utječu na nosivost stupova.
Naposljetku, rezultati i zaključci dobiveni u okviru ovog projekta koristili bi se za definiranje novih smjernica za projektiranje i analizu čeličnih i aluminijskih konstrukcija u slučaju djelovanja požara sa povećanim rizikom razvoja deformacija od puzanja. Takav pristup nije definiran u trenutno važećim građevinskim normama u Republici Hrvatskoj te je, s obzirom na dosadašnja istraživanja, veoma bitan segment projektiranja čeličnih i aluminijskih konstrukcija.
Aktivnosti
- Obrada postojećih modela puzanja i donošenje odluke na kojoj vrsti slitina čelika i aluminija fokusirati daljnja ispitivanja
- Kompletiranje rezultata ispitivanja karakteristika puzanja čelika i aluminija, i ostvarivanje uvjeta za izradu novog analitičkog i reološkog modela puzanja
- Definiranje analitičkog i reološkog modela puzanja materijala čelika i aluminija na visokim temperaturama
- Programiranje razvijenih analitičkih/reoloških modela puzanja u odabrane istraživačke kodove, te njihovo uključivanje u numeričku analizu koja koristi metodu konačnih elemenata
- Uspostava laboratorija za ispitivanje nosivih elemenata na djelovanje visokih temperatura
- Eksperimentalno ispitivanje čeličnih stupova opterećenih centričnim tlakom s primjenom stacionarne metode ispitivanja na različitim temperaturama u rasponu od 100°C do 800°C, te primjenom nestacionarne metode ispitivanja na 20% - 80% nosivosti čeličnih stupova na atmosferskoj temperaturi.
- Eksperimentalno ispitivanje predgotovljenih aluminijskih stupova opterećenih centričnim tlakom s primjenom stacionarne metode ispitivanja na različitim temperaturama u rasponu od 100°C do 500°C, te primjenom nestacionarne metode ispitivanja na 20% - 80% nosivosti aluminijskih stupova na atmosferskoj temperaturi.
- Verifikacija softvera s ugrađenim analitičkim/reološkim modelom puzanja čeličnih materijala na visokim temperaturama
- Verifikacija softvera s ugrađenim analitičkim/reološkim modelom puzanja aluminijskih materijala na visokim temperaturama
Publikacije
A unified rheological model for modelling steel behaviour in fire conditions. Torić N., Burgess I. W. Journal of Constructional Steel Research, Vol. 127 (2016), str. 221–230.
A Unified Rhelogical Model for Analysis of Steel Behaviour at High Temperature. Torić N., Burgess I. W., Brnić J., Boko I., Turkalj G., Čanadija M., Harapin A., Divić V., Uzelac I. Structures in Fire 2016, Proceedings of the Ninth International Conference, str. 1008-1015, Princeton, USA.
Creep Properties of Grade S275JR Steel at High Temperature. Torić N., Brnić J., Boko I., Čanadija M., Turkalj G., Lanc D., Brčić M., Burgess I. W., Harapin A., Divić V., Uzelac I. EUROSTEEL 2017, September 13–15, 2017, Copenhagen, Denmark.
High-temperature Properties of Aluminium Alloy EN6082AW T6. Torić N., Brnić J., Boko I., Čanađija M., Turkalj G., Lanc D., Brčić M., Uzelac I., Burgess I.W., Harapin A., Divić V., Galić M. ASFE 2017, Applications of Structural Fire Engineering, September 7-8, 2017, Manchester, United Kingdom.
Sustainibility of Aluminium in Construction Practice - Recent Fire Related Research. Torić N., Glavinić Uzelac I., Boko I. 1st International Conference on Construction Materials for Sustainable Future, Book of Abstracts of the 1st International Conference CoMS_2017, April 19-21, 2017, Zadar, Croatia.
Experimental Analysis of the Behaviour of Aluminium Alloy EN6082AW T6 at High Temperature. Torić N., Brnić J., Boko I., Brčić M., Burgess I. W., Uzelac I. Metals 7 (4). 126. ISSN 2075-4701.
Development of a high temperature material model for grade s275jr steel. Torić N., Brnić J., Boko I., Brčić M., Burgess I. W., Uzelac Glavinić I. Journal of Constructional Steel Research, Vol. 137 (2017), str. 161-168.
Torić, N., Uzelac Glavinić, I., Burgess, I. W., Development of a rheological model for creep strain evolution in steel and aluminium at high temperature, Fire and Materials, 2018. (DOI:10.1002/fam.2643)
Goreta, M., Torić, N., Divić, V., Boko, I., Lovrić Vranković J., Testing the influence of creep on fire-exposed aluminium columns, Proceedings of 9th International Congress of Croatian Society of Mechanics, 2018, Split, Croatia.
Torić, N., Boko, I., Divić, V., Burgess, I., Goreta, M., Experimental analysis of the influence of creep of fire-exposed steel and aluminium columns, Structures in Fire 2018, Proceedings of the 10th International Conference, pages 619-624, Belfast, UK.
Torić, N., Boko I., Divić, V., Burgess, Ian W., Behaviour of Steel Grade S275JR Columns under the Influence of High-Temperature Creep, Metals (2018): Vol. 8 (11), 874. (DOI:10.3390/met8110874)
Novosti
Od početka 2. mjeseca 2017. godine u laboratoriju se provode intenzivna ispitivanja nosivosti čeličnih stupova na atmosferskoj temperaturi. Ispitivanja koja se provode uključuju mjerenja deformacija i pomaka uz pomoć mjernih trakica i LVDT uređaja, te fotogrametrijska mjerenja pomaka stupa pri izlaganju vanjskom opterećenju.
Foto-video galerija
23.05.2018. Posljednji projektni sastanak na Fakultetu građevinarstva, arhitekture i geodezije u Splitu.
21.05.2018. Profesor Ian Burgess sa Sveučilišta u Sheffield-u stigao je u posjet Sveučilištu u Splitu. U sklopu posjeta održao je predavanje studentima Fakulteta građevinarstva, arhitekture i geodezije. Tema predavanja: Zahtjevi za duktilnost okvirnih čeličnih konstrukcija u slučaju požara.
17.11.2017. Kratki video testiranja stupa na visokim temperaturama.
Kratki video-klip predstavlja testiranje stupa na visokim temperaturama koji se sastoji od dvije faze: faza zagrijavanja gdje se stup postepeno zagrijava na ciljanu temperaturu i faza opterećenje gdje je stup izložen vanjskom opterećenju.
01.09.2017. Testiranje čeličnih stupova na visokim temperaturama. Testiranje stupova na visokim temperaturama zaopčeto je sredinom kolovoza.
22.05.2017. Profesor Ian Burgess sa Sveučilišta u Sheffield-u stigao je u posjet Sveučilištu u Splitu. U sklopu posjeta održao je predavanje studentima Fakulteta građevinarstva, arhitekture i geodezije.
21.04.2017. Izlaganje na međunarodnoj konferenciji CoMS_2017 u Zadru.
14.04.2017. Preliminarni testovi nosivosti čeličnih stupova na atmosferskoj temperaturi.
30.09.2016. Postavka okvira za testiranje čeličnih i aluminijskih stupova na Fakultetu građevinarstva, arhitekture i geodezije u Splitu.
16.05.2016. Sastanak na Fakultetu građevinarstva, arhitekture i geodezije u Splitu. Profesor Ian Burgess sa Sveučilišta u Sheffield-u stigao je u posjet Sveučilištu u Splitu.
Testiranje epruveta na Tehničkom fakultetu Sveučilišta u Rijeci
Epruvete testirane na 20°C
Čelični stupovi predviđeni za testiranje
Aluminijski stupovi predviđeni za testiranje