Titelaufnahme

Titel
Finite element analysis of concrete structures subjected to fire load considering different element types and material models / Thomas Ring
VerfasserRing, Thomas
Begutachter / BegutachterinLackner, Roman ; Zeiml, Matthias
Erschienen2008
Umfang5, 47 Bl. : Ill., zahlr. graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2008
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Finite Elemente / Äquivalente Temperatur / Materialmodelle / Temperatur / Brand / Beton / Tragverhalten
Schlagwörter (EN)Finite elements / equivalent temperature / material models / temperature / fire / concrete / structural behavior
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-21835 Persistent Identifier (URN)
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Finite element analysis of concrete structures subjected to fire load considering different element types and material models [1.64 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Tunnel structures are an important part of public transport facilities. During recent years, large tunnel fires happened, having caused loss of human life and damage of tunnel support structures. Keeping this in mind, determination of the safety of these structures in case of fire loading is necessary in order to adopt the chosen design and, hence, to increase the safety in/of tunnels in case of fire.

The temperature distribution within support structures originating from fire loading is nonlinear with the highest temperature at the fire-exposed surface.

Since this nonlinear temperature loading is difficult to be considered in numerical analysis tools, the nonlinear temperature distribution is converted into an equivalent (linear) temperature distribution. Most commercial design tools are able to take into account this equivalent temperature as input. Usually, the analysis is conducted assuming linear-elastic material behavior.

In this work, analyses are performed using both the equivalent and the nonlinear temperature distribution.

The analyses are performed with two finite element (FE) programs:

The FE program MARC: Hereby, user-defined subroutines developed at the Institute for Mechanics of Materials and Structures at Vienna University of Technology (TU Wien) are employed. This program allows consideration of nonlinearities as regards the material behavior and the temperature loading. The FE program SOFISTIK: This program is restricted to linear temperature distributions and linear-elastic material behavior.

In this work, different structural systems are investigated (clamped beam, frame corner, and circular tunnel cross-section) and different boundary conditions are applied (either allowing or restraining longitudinal expansion / rotation).

Zusammenfassung (Englisch)

Die wichtige Rolle von Hohlraumbauten für den öffentlichen Infrastruktursektor wirft die Frage der Sicherheit solcher Strukturen im Brandfall auf. Nicht zuletzt aufgrund von Bränden in Tunnels in den letzten Jahren, die viele Todesopfer forderten und erheblichen Schaden an den Tragkonstruktionen verursachten, ist es wichtig das Tragverhalten einer Stuktur unter Feuerlast beurteilen zu können.

Die reale Temperaturverteilung innerhalb einer Struktur aufgrund einer Brandbelastung ist nichtlinear. Stand der Technik ist es, diese nichtlineare Temperatur in eine sogenannte äquivalente (lineare) Temperaturverteilung umzurechnen und damit die Bemessung durchzuführen. Vorteil dieser Vorgangsweise ist die mögliche Berücksichtigung der linearen Temperaturbelastung in vielen kommerziellen Bemessungsprogrammen. Neben der äquivalenten Temperaturverteilung wird die Bemessung unter Zugrundelegung von linear-elastischem Materialverhalten durchgeführt.

In dieser Arbeit werden Berechnungen unter Zugrundelegung sowohl der äquivalenten als auch der nichtlinearen Temperaturverteilung unter Berücksichtigung von In dieser Arbeit werden Berechnungen unter Zugrundelegung sowohl der äquivalenten als auch der nichtlinearen Temperaturverteilung unter Berücksichtigung von linear-elastischem und linear-elastisch / ideal-plastischem Materialverhalten durchgeführt. Für die Berechnungen werden zwei Finite-Elemente (FE) Programme eingesetzt:

Das Finite-Elemente Programm MARC: In diesem Programm werden am Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen an der Technischen Universität Wien entwickelte "User-Subroutines" verwendet. Mit Hilfe dieses Programmes kann das nichtlineare Materialverhalten und die nichtlineare Temperaturverteilungen berücksichtigt werden.

Das Finite-Elemente Programm SOFISTIK: SOFISTIK erlaubt lediglich die Berücksichtigung der äquivalenten Temperaturverteilungen. Weiters wird ein linear-elastisches Materialverhalten zugrunde gelegt.

Im Weiteren werden in dieser Arbeit unterschiedliche statische Systeme untersucht (eingespannter Balken, eingespannte Rahmenecke und Tunnelquerschnitt). Diese statischen Systeme werden mit verschiedenen Randbedingungen berechnet (entweder freie oder behinderte Ausdehnung in Längsrichtung / Rotation).