On behaviour of steel beams with restrained ability of thermal elongation during fire

Fire resistance of structural element strongly depends on the degree of its constrainment, because under the influence of high temperature additional internal forces and moments are generated. The approach, presented in this paper, allows a designer to assess this value when beam with restrained ability of thermal elongation is taken into account. It is subject to bending in persistent design analysis: whereas, in accidental fire situation, additional axial force occurs. However, large deflection which is the result of reduction of beam flexural stiffness gives significant compensation of thermally induced compression stresses.

---

Pod pojęciem odporności ogniowej elementu konstrukcyjnego rozumie się zwykle okres czasu liczony od chwili rozgorzenia pożaru, przez który poddany działaniu wysokiej temperatury jest w stanie przenosić przyłożone do niego obciążenia sumowane według reguł wyjątkowej sytuacji projektowej. Jej wiarygodne oszacowanie jest konieczne dla odpowiedniego doboru potrzebnych środków ochrony. Jedynym sposobem pozwalającym na uzyskanie realnych wartości poszukiwanej odporności jest przeprowadzenie odrębnej analizy statycznej. Takie postępowanie jest szczególnie ważne w odniesieniu do tych części ustroju nośnego, które nie mają możliwości swobodnych odkształceń termicznych. W sytuacji pożaru generują się w nich bowiem dodatkowe, na ogół niekorzystne z punktu widzenia bezpieczeństwa, siły wewnętrzne. Badanie zachowania się tego typu elementów w warunkach pożaru rozwiniętego musi uwzględniać duże odkształcenia będące wynikiem redukcji sztywności na skutek wzrostu temperatury. W pracy zaproponowano przykładową metodykę postępowania odniesioną do swobodnie podpartej belki stalowej, której podpory mają ograniczoną możliwość poziomego przemieszczenia. Wartość termicznie indukowanej siły ściskającej jest w znacznym stopniu kompensowana dzięki równoczesnemu przyrostowi ugięcia belki. Z tego względu przy monotonicznym wzroście temperatury elementu może ona rosnąć jedynie do określonej wartości maksymalnej. Po jej osiągnięciu wartość siły maleje, pomimo że temperatura stali nadal rośnie. Jeżeli duże ugięcia belki są akceptowalne przez użytkownika budowli, to w końcu parametrem decydującym o odporności staje się termicznie indukowana, osiowa siła rozciągająca.