Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

Az extrém terhelések, például a tűzteher mérnöki szerkezetek viselkedésére gyakorolt hatása még nem teljes mértékben feltárt terület, és nem állnak rendelkezésre szabványosított eljárások, amelyek általánosan alkalmazhatóak bármely körülmények között. A tűzteher hatással van a szerkezet tönkremeneteli megbízhatóságára több szempontból. Azon kívül, hogy a teher extrém jellege nagyfokú bizonytalanságot jelent, a kifejtett hőhatás a szerkezeti anyagok mechanikai viselkedését is negatívan befolyásolja a tönkremenetelt megelőző szakaszban. A bizonytalanság nem csupán a teherben értelmezhető, hanem a szerkezet egyéb paramétereiben is, például a geometriai kialakításban, az anyagminőségben stb. A tönkremeneteli valószínűség megállapításához valamennyi, a szerkezet válaszát befolyásoló paraméter bizonytalanságát egyidejűleg figyelembe kell venni. A megbízhatósági analízis egy kidolgozott módszertan a tönkremeneteli valószínűség számítására a valószínűségi változókkal leírt paraméterek hatásának elemzésével. A megbízhatósági analízis különböző sztochasztikus módszereket foglal magában.

A kutatás célja a tűzteher időbeli lefolyása során fellépő jelenségek egyidejű vizsgálata a szerkezet mechanikai viselkedésének jobb megértése és a numerikus modellezés fejlesztése céljából. Ehhez szükséges a tűz terjedésének és annak környezetében a rendszert jellemző adatokban keltett hatásnak (pl. hőmérsékleteloszlás) időbeli leírása, amely függ a szerkezet geometriai és anyagi kialakításától. A szerkezeten belül a hőterjedés időbeli leírása részletes szerkezeti elemzést, például végeselemes modellezést igényel, amely lehetővé teszi a kidolgozandó eljárás általánosabb alkalmazhatóságát, csökkentve annak függését szerkezetspecifikus jellegét. A hőmérsékleti teher hatással van a szerkezeti anyagok teherbírására és állékonyságára is, mivel a magas hőmérséklet jellemzően rontja a szerkezet merevségét és szilárdságát, befolyásolja a képlékenyedést stb. A kutatás célja ezen jelenségek együttes hatásának vizsgálata, a tervezés számára alkalmas algoritmizált számítási módszertan kidolgozása, és összetevőinek implementálása numerikus számítások céljára. A kutatás hozzájárulhat a tönkremeneteli valószínűség pontosabb becsléséhez.

Az elvégzendő részfeladatok:
• Az érintett kutatási területek releváns irodalmának feldolgozása.
• A modellezést befolyásoló valószínűségi változók meghatározása a tűzterhelés és a vizsgált szerkezetek hőtechnikai és mechanikai viselkedésének vonatkozásában.
• A tűzterhelés leírása numerikus szimulációk számára a valószínűségi változókkal leírt bizonytalanságok figyelembevételével, szerkezetekre gyakorolt hőhatás megállapítása, szimulációk végrehajtása és értékelése, tervezési számára szolgáló módszerek megfogalmazása és algoritmizálása.
• A hőteher szerkezeti anyagokra gyakorolt hatásának leírása a tűzterhelés eredményeinek egyirányú kapcsolásával a valószínűségi változókkal leírt bizonytalanságok figyelembevételével, szimulációk végrehajtása és értékelése tipikus építőmérnöki szerkezeteken (acélszerkezetű csarnok, vasbeton épület stb.).
• A teljes rendszer megbízhatósági analízise a választott paraméterekkel, az eredmények értékelése és új méretezési módszerekre javaslat létrehozása.

***

The effect of extreme loads, such as fire load, on the behavior of engineering structures is not yet fully explored, and there are no standardized procedures available that can be generally applied in all circumstances. The fire load affects the failure reliability of the structure in several ways. In addition to the fact that the extreme nature of the load involves a high degree of uncertainty, the thermal action also negatively affects the mechanical behaviour of the structural materials in the stage before failure. Uncertainty can be interpreted not only in the load, but also in other parameters of the structure, for example, in the geometric design, material quality, etc. In order to determine the failure probability, the uncertainty of all parameters affecting the response of the structure must be taken into account simultaneously. Reliability analysis is a developed methodology for calculating the failure probability by analyzing the effect of parameters described by random variables. Reliability analysis involves various stochastic methods.

The aim of the research is to simultaneously investigate the phenomena that occur during the course of the fire load in order to better understand the mechanical behaviour of the structure and to develop numerical modeling. This requires a temporal description of the spread of the fire and the effect caused by the data characteristic of the system in its environment (e.g. temperature distribution), which depends on the geometric and material design of the structure. The temporal description of heat propagation within the structure requires a detailed structural analysis, for example finite element modeling, which enables the more general applicability of the procedure to be developed, reducing its dependence on the structure-specific characteristics. The temperature load also affects the load-bearing capacity and stability of the structural materials, since high temperature typically deteriorates the stiffness and strength of the structure, affects plasticity, etc. The aim of the research is to investigate the combined effect of these phenomena, to develop an algorithmic calculation methodology suitable for planning, and to implement its components for the purpose of numerical calculations. The research can contribute to a more accurate estimate of the failure probability.

The tasks to be performed:
• Sureveying the relevant literature of the research areas involved.
• Determination of the random variables influencing the modeling in relation to the fire load and the thermal and mechanical behavior of the examined structures.
• Description of the fire load for numerical simulations taking into account the uncertainties described with random variables, determination of thermal effects on structures, execution and evaluation of simulations, formulation and algorithmization of methods for design.
• Description of the effect of heat load on structural materials by one-way connection of fire load results taking into account the uncertainties described with random variables, execution and evaluation of simulations on typical civil engineering structures (steel structure hall, reinforced concrete building, etc.).
• Reliability analysis of the entire system with the chosen parameters, evaluation of the results and creation of proposals for new design methods.