شبیه سازی اثرات آتش بر سازه ها و انجام تحلیل خرابی پیش رونده

چکیده با افزایش جمعیت نیاز به ساخت ساختمان های بلند مرتبه بالاخص ساختمان های فولادی به سرعت رو به افزایش است. با توجه به افزایش ساختمان های فولادی از یک سو و ضعف فولاد در برابر آتش از سوی دیگر طراحی ساختمان های فولادی مقاوم در برابر آتش یکی از دغدغه های اصلی جامعه مهندسین طراح می باشد. آیین نامه های طراحی آتش فعلی برخی از اثرات مهم حرارتی از جمله خم شدگی حرارتی و توزیع غیر یکنواخت حرارت در ارتفاع مقطع را در نظر نمی گیرند و علاوه بر این رفتار اعضای سازه ای را به صورت منفرد و بدون در نظر گرفتن تاثیرات اندرکنشی اعضا در یک سازه ارائه می دهند. وجود این کمبود ها در آیین نامه های فعلی موجب می شود طراحی بر اساس آنها محافظه کارانه و دست بالا باشد. به منظور حل این مشکل مناسب ترین روش استفاده از نرم افزار هایی می باشد که با استفاده از فرمولاسیون های مناسب اثرات آتش بر یک سازه را به طور کامل و با در نظر گرفتن کلیه اثرات حرارتی و اندرکنشی تحلیل نمایند. با توجه به ضعف ها و کاستی های روش های تحلیلی موجود هدف اصلی در این تحقیق ارائه فرمولاسیونی قدرتمند و مناسب جهت تحلیل آتش می باشد. به دلیل پیچیدگی های متعددی که در رفتار اعضای فولادی در طول آتش سوزی وجود دارد برای ارائه چنین فرمولاسیونی لازم است که با انجام آزمایشات مربوطه داده های اولیه مورد نیاز در این فرمولاسیون از قبیل تاثیرات حرارت بر مشخصه های رفتاری فولاد, رفتار دورانی اتصالات در حرارت های بالا, نحوه توزیع غیریکنواخت حرارت در اعضای سازه در طول آتش سوزی واقعی و ... مشخص شوند. بدین منظور در این تحقیق ابتدا با انجام 8 آزمایش مقیاس کامل رفتار اتصالات نبشی جوشی به عنوان یکی از اتصالات نیمه صلب متداول مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر حرارت بر رفتار ممان-دورانی و همچنین سختی این اتصالات مطالعه شده است. سپس بر اساس داده های حاصل از این آزمایشات و داده های تجربی دیگر فرمولاسیون ارائه شده که مبتنی بر روش مفاصل پلاستیک بوده و کلیه اثرات حرارتی نظیر انبساط طولی, خم شدگی حرارتی, اثرات پلاستیک شدگی, اثر اتصالات, اثر غیر خطی شدگی هندسی, تنش های پسماند بعد از پلاستیک شدگی و همچنین فاز گرم شدگی و سرد شدگی را در نظر می گیرد. نرخ همگرایی در این روش بسیار بالا بوده و مشکلات همگرایی که به طور معمول در شرایط به شدت غیر خطی ناشی از حرارت بالا بوجود می آید در این فرمولاسیون حل شده است. علاوه بر این سرعت انجام تحلیل ها بسیار بالا و حجم محاسبات عددی در این فرمولاسیون نسبت به روش های مشابه پایین تر می باشد. مقایسه نتایج حاصل از این روش با نتایج تحلیل های عددی و تست های ازمایشگاهی مشخص نموده که نه تنها این فرمولاسیون رفتار سازه فولادی را در حرارت های بالا به خوبی تعیین می نماید بلکه دقت ان هم از روش های تحلیلی مشابه بالاتر می باشد.