Πειραματικός προσδιορισμός των χαρακτηριστικών πυραντίστασης φέρουσας δοκού από δομική ξυλεία με επικάλυψη θερμοδιογκούμενης βαφής
Loading...
Date
2025-12-02
Authors
Κατσούλου, Παναγιώτα
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας που εκπονήθηκε στα πλαίσια ολοκλήρωσης του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών του Τμήματος, σχετίζεται με τον πειραματικό έλεγχο μεταβολής των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων 1 ζεύγους φερουσών ξύλινων δοκών∙ που λήφθηκαν από υφιστάμενο έργο, κατά την επικράτηση υψηλών θερμοκρασιών σύμφωνα με τις προδιαγραφές που ορίζει η πρότυπη καμπύλη πυρκαγιάς (ISO 834 standard fire curve). Επομένως, έχοντας ως γνώμονα το θεωρητικό υπόβαθρο και τη μελέτη των δεδομένων που προέκυψαν κατά τη διενέργεια της δοκιμής, εφαρμόστηκε συγκεκριμένη μεθοδολογία, μέσω της οποίας προσδιορίστηκε ο χρόνος πυραντίστασης των δομικών ξύλινων δοκών που έφεραν επάλειψη ειδικής θερμοδιογκούμενης βαφής.
Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις βασικές αρχές που είναι απαραίτητο να ισχύουν κατά τον σχεδιασμό έναντι πυρκαγιάς, καθώς είναι ζήτημα υψίστης σημασίας ο περιορισμός κατά τον μέγιστο δυνατό βαθμό των κινδύνων ζωής, ζημιών και της απώλειας περιουσίας. Μέσω του Ευρωκώδικα 5 – Μέρος 1.2 («Σχεδιασμός έναντι πυρκαγιάς»), δίνονται αναλυτικές οδηγίες και προϋποθέσεις που αφορούν τόσο τη κατασκευή, όσο και τον σχεδιασμό αυτής∙ έτσι ώστε να επιτευχθούν τα αναμενόμενα όρια παθητικής πυροπροστασίας και να διασφαλίζονται οι απαιτήσεις επιτελεστικότητας μέσω των Κριτηρίων «R, E, I» (ανάλογα την εκάστοτε λειτουργία των μελών ή τμημάτων του έργου). Εισάγεται επίσης και η σύγκριση μεταξύ του ποσοστημορίου 20 % της αντοχής σε συνήθεις θερμοκρασίες που εισήχθη η χρήση της μέσω του Ευρωκώδικα 5 και του ποσοστημορίου 5 % της αντοχής υπό υψηλές θερμοκρασίες.
Ακόμα, μέσω των μονοδιάστατων β_0 και των θεωρητικών β_n ρυθμών καύσης είναι δυνατό με τη χρήση της απλοποιημένης μεθόδου της απομένουσας διατομής, να συμπεριληφθούν στον σχεδιασμό οι επιπτώσεις της πυρκαγιάς. Διότι, η συγκεκριμένη μέθοδος μελετά τις διαστάσεις της εναπομένουσας διατομής και την απομείωση της αντοχής∙ την προσομοιώνει θεωρητικά με την προσθήκη της στρώσης μηδενικής αντοχής μέσω τύπου (d_0=7 mm) στο ενεργό πλάτος b_ef (mm) και το ενεργό ύψος d_ef (mm) της διατομής αντίστοιχα.
Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η δομή και τα επίπεδα διαστρωμάτωσης που απαρτίζουν τη διατομή του ξύλινου μέλους, κατά την θερμική αποσύνθεση του σε αέρια προϊόντα πυρόλυσης, όταν ξεκινά η καύση του τυπικά στους 300 °C. Αναφέρεται ακόμα, πως είναι εφικτός ο προσδιορισμός της δισδιάστατης μεταφοράς θερμότητας q ̇ (W⁄m^2 ) διαμέσου του υλικού μέσω της διαφορικής εξίσωσης που περιγράφει ο νόμος Fourier. Επίσης, έμφαση δίνεται στις ιδιότητες της ανισοτροπίας και της υγροσκοπικότητας του ξύλου, οι οποίες επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τη μεταβολή των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων του, ανάλογα επιπροσθέτως και με τον άξονα μελέτης κάθε φορά (διαμήκης, εφαπτομενική και ακτινική).
Στο τρίτο κεφάλαιο εξετάζονται οι μηχανικές ιδιότητες (μέτρο ελαστικότητας και μέτρο θραύσεως) του ξύλου και το πως η ανισοτροπία του σε συνδυασμό με τη μεταβολή της συμπεριφοράς του ανάλογα το είδος της τάσης που επιβάλλεται, οδηγεί στο θεωρητικό διάγραμμα τάσεων – παραμορφώσεων του ξύλου, υπό ορθές τάσεις. Τονίζεται επίσης πως η εφελκυστική αντοχή του ξύλου παράλληλα στις ίνες είναι αρκετά μικρότερη (50 ÷160 MPa) από τη θεωρητική (200 ÷1300 MPa), εξαιτίας των ατελειών που διακόπτουν ή εναρμονίζονται με τη διεύθυνση των ινών του ξύλου.
Επιπρόσθετα, γίνεται αναφορά στη θερμοκρασία της υαλώδους μετάπτωσης Τ_g (°C), κατά την οποία το ξύλινο δομικό στοιχείο εμφανίζει πλάστιμη συμπεριφορά όταν η θερμοκρασία που επικρατεί είναι μικρότερη της Τ_g και επομένως, σε συνδυασμό της αύξησης της περιεχόμενης υγρασίας, η ενέργεια (chain mobility) μειώνεται και αδρανοποιούνται οι τμηματικές κινήσεις των αλυσίδων του άμορφου πολυμερούς, που το αποτελεί.
Στο τέταρτο κεφάλαιο παρατίθενται ο πειραματικός έλεγχος των φερουσών ξύλινων δοκών με βάσει τα πρότυπα ΕΝ 13381 – 7, ΕΝ 1363 – 1 και ΕΝ 1365 – 3 (με ελάχιστες επιμέρους αποκλίσεις κατά την εφαρμογή), που συνέβαλλαν μέσω των οδηγιών στην κατανόηση και τον προσδιορισμό μέσω υπολογισμών∙ της χρονικής διάρκειας της πυραντίστασης (δεδομένης της χρήσης θερμοδιογκούμενης βαφής). Εν τέλει, προέκυψε ότι ο σχεδιασμός αστοχεί, καθώς η μέγιστη καμπτική τάση σχεδιασμού σ_(d,fi) (Ν⁄(mm^2 )) είναι ποσοτικά μεγαλύτερη της θεωρητικής f_(m,d,fi) (Ν⁄(mm^2 )).
Τέλος, ολοκληρώνεται η μελέτη με τη παράθεση αναλυτικών συμπερασμάτων.
Description
Keywords
Πυραντίσταση, Ρυθμός καύσης, Ροή θερμότητας, Μέθοδος της απομένουσας διατομής, Πυρόλυση, Μηχανικές ιδιότητες, Ευρωκώδικας 5