The fire resistance of steel plate girders with slender webs – a comparative study

Piotr Woźniczka,

Marek Piekarczyk

Abstrakt

W artykule przedstawiono studium porównawcze nośności wybranych blachownic stalowych ze smukłym środnikiem poddanych oddziaływaniom pożarowym. W analizie uwzględniono typowe blachownice oraz blachownice z falistym środnikiem. Żebra umieszczono tylko na końcach wspornika, w związku z czym możliwa była utrata stateczności przy ścinaniu. Odporność pożarową analizowanych elementów oszacowano za pomocą dwóch niezależnych pakietów  oprogramowania bazujących na metodzie elementów skończonych. Co więcej, podejście obliczeniowe zastosowane w obu przypadkach było różne, w związku z czym możliwa była walidacja użytych pakietów oprogramowania. Zaprezentowano również modele zniszczenia, temperatury krytyczne oraz deformacje dla blachownic stalowych poddanych działaniu temperatury pożarowej.  

A comparative study of the load-bearing capacity of selected steel plate girders with slender webs under fire action is presented in this paper. Typical plate girders and girders with corrugated webs are considered. Stiffeners are only placed at the ends of cantilever beams so the shear buckling is a possibility. Fire resistance of the analysed members was estimated using two separate FEM software packages. Moreover, the computational approach applied for each case was different, thus validation of the software was possible. Failure modes, critical temperatures and deformations for steel plate girders subject to fire temperatures are also presented.

Słowa kluczowe: odporność pożarowa, blachownica stalowa, środniki z blachy profilowanej, utrata stateczności miejscowej , fire resistance, steel plate girder, corrugated webs, local buckling
References

1.       Arbocz J., Post-buckling behaviour of structures. Numerical techniques for more complicated structures, Buckling and Post-Buckling. Lecture Notes in Physics, Vol. 288. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1987, 83–142.

2.       Couto C., Vila Real P., Lopes N., Zhao B.,Numerical investigation of the lateral-torsional buckling of beams with slender cross sections for the case of fire, Engineering Structures,  Vol. 106,  2015,410–421.

3.       European Committee for Standarization, EN 1991-1-2: Eurocode 1: Actions on structures. Part 1–2: General actions - Actions on structures exposed to fire, Brussels, Belgium 2002.

4.       European Committee for Standarization, EN 1993-1-2: Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1–2: Structural fire design, Brussels, Belgium 2005.

5.       Franssen J-M., Fohn T., FIDSEC4: Fire behaviour of steel members with class 4 cross sections under axial compression and axial compression with eccentricity, Report of the experimental tests performed at the University of Liege, 2013.

6.       Franssen J.-M., Gernay T., Modelling structures in fire with SAFIR: Theoretical background and capabilities, Journal of Structural fire Engineering, Vol. 8 issue 3, 2017, 300–323.

7.       Franssen J.-M., Vila Real P., Fire design of steel structures 2nd edition, ECCS Press and Ernst & Sohn Wiley Company, 2015.

8.       Gwóźdź M., Woźniczka P., Tkaczyk A., The reconstruction of fire-damaged industrial steel halls, Safety&Fire Technique, Vol. 44, Issue 4, 2016, 51–66.

9.       Hibbit, Karlsson & Sorensen Inc., Abaqus: Analysis user's manual, Volumes I-IV, version 6.10, 2010.

10.    Kuchta K., Nośność i sztywność blachownic o falistych środnikach,  Politechnika Krakowska, 2004. Rozprawa doktorska.

11.    Maia E., Couto C., Vila Real P., Critical temperatures of class 4 cross-sections, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 121, 2016,  370–382.

12.    Maślak  M., Łukacz M., Interactive shear resistance of corrugated web in steel beam exposed to fire, Journal of Structural Fire Engineering, Vol. 7, Issue 1, 69–78.

13.    Prachar M., Hricak J., Jandera M, Wald F., Zhao B., Experiments of class 4 open section beams at elevated temperature, Thin-Walled Structures, Vol. 98, 2016,  2–18.

14.    Reis A., Lopes N., Vila Real P. Shear-bending interaction in steel plate girders subjected to elevated temperatures, Thin-Walled Structures , Vol. 104,  2016, 34–43.

15.    Tatara Z., Design of workshop hall (24x42m) with crane transportation. The influence of thermal load on carrying-capacity of chosen steel members. Brandenburg Technical University Cottbus, Cracow University of Technology, Diploma Work, 2006.