การตรวจสอบอุณหภูมิไฟของแผ่นเสริมความแข็ง
บทนำ
การวิเคราะห์ไฟไม่ใช่งานประจำสำหรับวิศวกรโครงสร้าง บทความนี้นำเสนอแนวทางการแก้ปัญหาเบื้องหลัง IDEA StatiCa ซึ่งคำนวณอุณหภูมิของแผ่นเหล็กในแบบจำลองการเชื่อมต่อภายใต้การสัมผัสไฟโดยอัตโนมัติ
ส่วนประกอบรอยเชื่อมและสลักเกลียวจะรับอุณหภูมิของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อซึ่งมีอุณหภูมิสูงสุด ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อสมมติฐาน: https://www.ideastatica.com/support-center/general-theoretical-background#Fire-design
แบบจำลองและข้อสมมติฐาน
จะทำการตรวจสอบอุณหภูมิของแผ่นเสริมความแข็งที่จุดการเชื่อมต่อนี้ การเชื่อมต่อจะถูกสัมผัสกับไฟและต้องทนทานได้อย่างน้อย 15 นาที R15 เส้นโค้งไฟที่ใช้ในการจำลองคือ "เส้นโค้งไฟภายนอก (EN 1993-1-2)" มีข้อสังเกตสำคัญว่าไม่ได้ใช้การป้องกันไฟ
สูตรตามมาตรฐาน
ข้อสมมติฐานอ้างอิงตาม EN 1993-1-2 สำหรับวัสดุเหล็กที่ไม่มีการป้องกัน เนื่องจากไม่มีฉนวนป้องกัน วัสดุจึงสัมผัสกับความร้อนโดยตรงจากการพาความร้อนและการแผ่รังสีจากเปลวไฟ ทำให้ร้อนขึ้นเร็วกว่ามาก
Eurocode กำหนดเส้นโค้งอุณหภูมิ-เวลาไฟแบบนามกำหนดหลายแบบที่ใช้ในการออกแบบโครงสร้างต้านไฟ:
- เส้นโค้งไฟมาตรฐาน (ISO 834 / EN 1991-1-2, สมการ 3.1)
- แสดงถึงไฟในห้องที่รุนแรงตามแบบแผน
- การใช้งาน: สำหรับการจำแนกความต้านทานไฟมาตรฐาน (R30, R60, R90, …) โดยทั่วไปใช้ในการออกแบบแบบกำหนดและการทดสอบในห้องปฏิบัติการ
- เส้นโค้งไฟไฮโดรคาร์บอน
- อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ถึง ~1100 °C ภายใน 5 นาที
- การใช้งาน: สำหรับไฟที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรคาร์บอน (น้ำมัน ก๊าซ การเก็บเชื้อเพลิง อุตสาหกรรมปิโตรเคมี อุโมงค์ที่มีการจราจรหนาแน่น)
- เส้นโค้งไฟภายนอก
- อุณหภูมิเพิ่มขึ้นต่ำกว่าเส้นโค้งมาตรฐาน สูงสุด ~680 °C
- การใช้งาน: สำหรับการสัมผัสไฟที่ผนังด้านหน้าและผนังภายนอก
- เส้นโค้งไฟพาราเมตริก (ไม่รวมอยู่ใน IDEA StatiCa)
- อ้างอิงจากขนาดห้อง การระบายอากาศ และความหนาแน่นของภาระไฟ
- แสดงทั้งช่วงการให้ความร้อนและการระบายความร้อน
- การใช้งาน: สำหรับการออกแบบตามสมรรถนะของห้องในอาคารจริงที่ทราบภาระไฟและการระบายอากาศ
วิธีที่วิศวกรควรเลือกเส้นโค้งไฟ
ต้องการการปฏิบัติตามมาตรฐาน/ระดับความต้านทาน: → ใช้เส้นโค้งไฟมาตรฐาน
ปิโตรเคมี อุโมงค์ การเก็บของเหลวไวไฟ: → ใช้เส้นโค้งไฟไฮโดรคาร์บอน
ผนังด้านหน้า ชิ้นส่วนภายนอกที่สัมผัสกับไฟกลางแจ้ง: → ใช้เส้นโค้งไฟภายนอก
สถานการณ์ไฟจริง (การออกแบบตามสมรรถนะ): → ใช้เส้นโค้งไฟพาราเมตริก (หากมีข้อมูลนำเข้าเพียงพอ)
ตัวประกอบหน้าตัด Am/V
ความไวทั่วไป
ตัวประกอบหน้าตัด (Am/V) เป็นค่าคงที่สำคัญสำหรับแต่ละแผ่นเหล็ก ในสมการหลัก ค่านี้ปรากฏเป็นตัวเศษ ซึ่งบ่งชี้ว่าการเพิ่มขึ้นของส่วนเพิ่มอุณหภูมิมีผลต่ออุณหภูมิ ณ สิ้นสุดการจำลอง มาสังเกตความไวของตัวประกอบในช่วง [50,300] หลังจากเพิ่มทีละ 25
วิธีคำนวณค่าสำหรับแผ่นเสริมความแข็ง
การคำนวณตัวประกอบหน้าตัดสำหรับแผ่นเสริมความแข็งที่อ้างอิงควรชี้แจงวิธีการคำนวณแผ่นเสริมความแข็ง หากพื้นผิวที่ไม่ได้อยู่แนวเดียวกับขอบของแผ่นเหล็กถูกปิดทับด้วยแผ่นเหล็กอื่น พื้นที่ที่ถูกปิดทับต้องถูกยกเว้นออกจากการคำนวณตัวประกอบหน้าตัด การละเลยด้านนี้อาจส่งผลให้ได้ผลลัพธ์ที่คลาดเคลื่อนเมื่อเปรียบเทียบกับการตรวจสอบด้วยมือ
ขั้นตอนการคำนวณทีละขั้น
ขั้นตอนที่ระบุอธิบายกระบวนการเพิ่มอุณหภูมิตามเวลาสำหรับเส้นโค้งไฟภายนอก
การเปรียบเทียบ IDEA StatiCa กับการคำนวณด้วยมือ
อุณหภูมิที่คำนวณโดย IDEA StatiCa ถึง 608 องศาเซลเซียส
โดยใช้ขั้นตอนทีละขั้นด้วยมือ อุณหภูมิถึง 609 องศาเซลเซียส
บทสรุป
วัตถุประสงค์คือการเพิ่มความโปร่งใสในกระบวนการออกแบบต้านไฟ และส่งเสริมให้วิศวกรโครงสร้างใช้ IDEA StatiCa อย่างมั่นใจสำหรับการออกแบบต้านไฟและการตรวจสอบตามมาตรฐานของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กและชิ้นส่วน เมื่อเปรียบเทียบกับการคำนวณด้วยมือ
ในการออกแบบต้านไฟ อุณหภูมิกลายเป็นตัวแปรสถานะวิกฤต ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความแข็งและความแข็งแรงของวัสดุ ผ่านคุณสมบัติที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่กำหนดใน EN 1993-1-2