Development and application of corotational finite elements for the analysis of steel structures in fire
Creators: name: Possidente, Luca
Publisher: name: Universit� degli studi di Trento
Year: 2021

description: Utbredningen av en brand inuti en byggnad kan leda till global eller lokal strukturell kollaps, s�rskilt i st�lramkonstruktioner. Faktum �r att st�lkonstruktioner �r s�rskilt utsatta f�r termiska angrepp p� grund av ett h�gt v�rde av st�lkonduktivitet och tv�rsnitten med sm� tjockleken. Som en viktig aspekt av konstruktionen b�r brands�kerhetskrav uppn�s antingen enligt f�reskrivande regler eller enligt antagande av prestationsbaserad brandteknik. Trots m�jligheten att anv�nda enkla metoder som involverar membersanalys kombinerat med nominella brandkurvor, �r en mer exakt analys av det termomekaniska beteendet hos en st�lkonstruktion ett tilltalande alternativ eftersom det kan leda till mer ekonomiska och effektiva l�sningar genom att ta h�nsyn till m�jliga gynnsamma mekanismer.
Denna analys kr�ver vanligtvis utredning av delar av strukturen eller till och med av hela strukturen. F�r detta �ndam�l och f�r att f� en djupare kunskap om strukturelementens beteende vid f�rh�jd temperatur b�r numerisk simulering anv�ndas. I denna avhandling utvecklades och anv�ndes termomekaniska finita element som �r l�mpliga f�r analys av st�lkonstruktioner uts�tta f�r brand. Relevanta fallstudier utf�rdes.
Utvecklingen av b�de ett termomekaniskt skal- och 3D balkelement baserade p� en korotationsformulering presenteras. De flesta relevanta strukturfall kan unders�kas p� ett adekvat s�tt genom att antingen anv�nda n�got av dessa element eller kombinera dem. Korotationsformuleringen �r v�l l�mpad f�r analyser av strukturer d�r stora f�rskjutningar, men sm� t�jningar f�rekommer, som i fallet med st�lkonstruktioner i brand. Elementens huvuddrag beskrivs, liksom deras karakterisering i termomekaniskt sammanhang. I detta avseende �verv�gdes materialnedbrytningen p� grund av temperatur�kningen och den termiska expansionen av st�l vid h�rledningen av elementen. Dessutom presenteras en grenv�xlingsprocedur f�r att utf�ra prelimin�ra instabilitetsanalyser och f� viktig
inblick i efterkn�ckningsbeteendet hos st�lkonstruktioner som uts�tts f�r brand.
Till�mpningen av de utvecklade numeriska verktygen ges i den del av avhandlingen som �gnas �t det publicerade forskningsarbetet. Flera aspekter av kn�ckningen av st�lkonstruktionselement vid f�rh�jd temperatur diskuteras. I Artikel I tillhandah�lls �verv�ganden om p�verkan av geometriska imperfektioner p� beteendet hos komprimerade st�lplattor och kolonner vid f�rh�jda temperaturer, liksom implikationer och resultat av anv�ndningen av grenv�xlingsprocedur. I Artikel II valideras det f�reslagna 3D-balkelementet genom meningsfulla fallstudier d�r torsionsdeformationer �r signifikanta. De utvecklade balk- och skalelementen anv�nds i en unders�kning av kn�ckningsmotst�nd hos komprimerade vinkel-, Tee- och korsformade st�lprofiler vid f�rh�jd temperatur som presenteras i Artikel III. En f�rb�ttrad kn�ckningskurva f�r design presenteras i detta arbete. Som ett exempel p� till�mpningen av principerna f�r brands�kerhetsteknik presenteras en omfattande analys i Artikel IV. Tv� relevanta brandscenarier identifieras f�r den unders�kta byggnaden, som modelleras och
analyseras i programmet SAFIR.