Layer model for reinforced concrete members under fire

Abstract

Behaviour of reinforced concrete structures at elevated temperatures is considered in the dissertation. Flexural layered model was applied to perform stress and strain state analysis of flexural RC members subjected to high temperature, taking into account non-linear physical and thermo-mechanical materials properties. The following main tasks had to be solved in dissertation: 1) to develop stress-strain analysis algorithm based on flexural layered model for reinforced concrete members subjected to high temperatures and mechanical loadings; 2) to perform models analysis which characterize material physical and mechanical parameters (tensile and compressive strength of concrete and reinforcement, modulus of elasticity, thermal strain, stress-strain diagram and concrete short-term thermal creep strain and ultimate strain); 3) to compare theoretically (calculated using FE package ATENA and Flexural layered model) and experimentally obtained de-flections and failure time of RC slabs reported in literature. Dissertation consists of introduction, four Chapters in the end of the work presented general results and a conclusion is given. Also ensloced eight annexes. Topicality of the problem, aims and tasks of the work, scientific novelty, list of publications by the author and scope of the scientific work are considering in the introduction. The first Chapter presents literature review on different fire scenarios, temperature propagation in structure. Also reviewed design code and numerical methods for determining fire resistance of reinforced concrete members. Conclusions are formulated at the end of the Chapter. The second Chapter presents analysis of concrete models in high and normal temperatures. The third Chapter describes Flexural model for reinforced concrete ele-ments under high temperature. Application of numerical example base on Flexural model was given. Conclusions are formulated at the end of the Chapter. The fourth Chapter presents comparison of theoretically (calculated using FE package ATENA and Flexural layered model) and experimentally obtained deflections and failure time of RC slabs reported in literature. Conclusions are formulated at the end of the Chapter. 7 scientific articles was published on the topic of the dissertation: 2 – in reviewed scientific journals, included in international databases, 2 – in THOMSON ISI Proceedings and 3 – in national conference materials. The author has made 5 presentations in scientific conferences (2 international and 3 republican).

Disertacijoje nagrinėjama gelžbetoninių konstrukcijų elgsena gaisro metu. Darbe integralinis sluoksnių modelis pritaikytas aukšta temperatūra ir mechanine apkrova veikiamų gelžbetoninių elementų įtempių deformacijų būsenos analizei atlikti. Darbe sprendžiami keli pagrindiniai uždaviniai: gelžbetoninių elementų, veikiamų aukštos temperatūros ir mechaninės apkrovos, įtempių deformacijų skaičiavimo sluoksnių metodu algoritmo sukūrimas; modelių, apibūdinančių medžiagų fizikines mechanines charakteristikas (betono ir armatūros tempiamasis ir gniuždomasis stipris, tamprumo modulis, temperatūrinė deformacija, įtempių deformacijų diagrama ir betono trumpalaikė temperatūrinė valkšnumo bei ribinė deformacija), analizės atlikimas; literatūroje paskelbtų lenkiamųjų gelžbetoninių plokščių įlinkių apskaičiuotų sluoksnių modeliu ir baigtinių elementų metodu palyginimas su eksperimentiniais įlinkiais. Disertaciją sudaro įvadas, keturi skyriai, darbo pabaigoje pateikiami pagrindiniai darbo rezultatai ir išvados, literatūros sąrašas ir autoriaus publikacijos disertacijos tema. Taip pat yra aštuoni priedai. Įvadiniame skyriuje nagrinėjamas problemos aktualumas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašomas mokslinis darbo naujumas, pristatomi autoriaus pranešimai ir publikacijos, disertacijos struktūra. Pirmasis skyrius skirtas literatūros apžvalgai. Jame pateikta gaisrų scenarijų, temperatūros sklidimo konstrukcijoje, gelžbetoninių konstrukcijų atsparumo ugniai įvertinimo metodų ir skaitinio modeliavimo ypatumai. Skyriaus pabaigoje formuluojamos išvados. Antrajame skyriuje pateikta medžiagų modelių analizė. Trečiajame skyriuje aprašytas pasiūlytas aukšta temperatūra veikiamų gelžbetoninių elementų sluoksnių modelis. Pateiktas skaitinis modelio taikymo pavyzdys. Skyriaus pabaigoje formuluojamos išvados. Ketvirtajame skyriuje pateikta eksperimentinių bei sluoksnių ir baigtinių elementų metodais apskaičiuotų gelžbetoninių plokščių įlinkių ir suirimo laiko palyginimas. Skyriaus pabaigoje formuluojamos išvados. Disertacijos tema išspausdinti 7 moksliniai straipsniai: 2 mokslo žurna-luose, referuojamuose tarptautinėse duomenų bazėse, kurių sąrašą sudarė Lietuvos mokslo taryba; 2 straipsniai, konferencijos pranešimų rinkiniuose, referuojamuose THOMSON ISI Proceedings duomenų bazėje; 3 straipsniai respublikinių mokslinių konferencijų medžiagoje. Disertacijoje atliktų tyrimų rezultatai paskelbti 5 konferencijose (2 tarptautinėse ir 3 respublikinėse).