Πειραματικός προσδιορισμός των χαρακτηριστικών πυραντίστασης φέρουσας δοκού από δομική ξυλεία με επικάλυψη θερμοδιογκούμενης βαφής
| datacite.contributor.RelatedPerson | Τριανταφύλλου, Αθανάσιος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Παπανικολάου, Αικατερίνη | |
| datacite.contributor.Supervisor | Κωτσοβίνος, Παναγιώτης | |
| dc.contributor.author | Κατσούλου, Παναγιώτα | |
| dc.contributor.other | Katsoulou, Panagiota | |
| dc.date.accessioned | 2026-02-02T10:30:01Z | |
| dc.date.available | 2026-02-02T10:30:01Z | |
| dc.date.issued | 2025-12-02 | |
| dc.degree | masterThesis | |
| dc.description.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. | |
| dc.description.translatedabstract | Purpose of the present thesis, which was carried out in the context of completing the Master’s Degree Program of the Department, is related to the experimental control of the variation of the physical and mechanical properties of 1 pair of load-bearing timber beams; which were taken from an existing construction, under the dominance of high temperatures according to the specifications defined by the standard fire curve (ISO 834 standard fire curve). Therefore, having as a guideline the theoretical background and the study of the data that resulted during the execution of the test, a specific methodology was applied, through which the fire resistance time of the structural timber beams that had a coating of special intumescent paint was determined. In the first chapter, reference is made to the basic principles that are necessary to apply in fire design, as it is of utmost importance to limit as much as possible the risks to life, damage, and loss of property. Through Eurocode 5 – Part 1.2 (“Structural Fire Design”), analytical instructions and prerequisites are given that concern both the construction and its design; so that the expected limits of passive fire protection are achieved and the performance requirements are ensured through the “R, E, I” Criteria (depending on the function of each member or part of the structure). The comparison is also introduced between the 20th percentile strength value at normal temperatures, whose use was introduced through Eurocode 5, and the 5th percentile strength value under elevated temperatures. Furthermore, through the one-dimensional β₀ and theoretical βₙ charring rates, it is possible, with the use of the simplified method of the residual cross-section, to include in the design the effects of fire. Because this method studies the dimensions of the remaining cross-section and the reduction of strength; it theoretically simulates it by adding the zero-strength layer d_0=7 mm to the effective width b_ef (mm) and the effective height d_ef (mm) of the cross-section respectively. In the second chapter, the structure and the layers that make up the cross-section of the timber member are analyzed, during its thermal decomposition into pyrolysis gases, when its combustion typically begins at 300 °C. It is also mentioned how it is possible to determine the two-dimensional heat transfer q ̇ (W⁄m^2 ) through the material by means of the differential equation described by Fourier’s law. Emphasis is also given to the properties of anisotropy and hygroscopicity of wood, which greatly affect the variation of its physical and mechanical properties, depending also on the axis of study each time (longitudinal, tangential, and radial). In the third chapter, the mechanical properties (modulus of elasticity and modulus of rupture) of wood are examined and how its anisotropy, in combination with the change of its behavior depending on the type of stress that is applied, leads to the theoretical stress–strain diagram of wood under normal stresses. It is also emphasized that the tensile strength of wood parallel to the fibers is significantly smaller (50 ÷160 MPa) than the theoretical (200 ÷ 1300 MPa), due to imperfections that interrupt or align with the direction of the wood fibers. Additionally, reference is made to the glass transition temperature Τ_g (°C), during which the wooden structural element exhibits ductile behavior when the prevailing temperature is lower than Τ_g, and therefore, in combination with the increase of the contained moisture, the energy (chain mobility) is reduced and the segmental movements of the chains of the amorphous polymer that composes it are deactivated. In the fourth chapter, the experimental testing of the load-bearing timber beams is presented, based on the standards EN 13381-7, EN 1363-1 and EN 1365-3 (with minimal partial deviations during application), which contributed through their guidelines to the understanding and determination through calculations of the duration of the fire resistance (given the use of intumescent paint). Ultimately, it resulted that the design fails, as the maximum design bending stress σ_(d,fi) (Ν⁄(mm^2 )) is quantitatively greater than the theoretical f_(m,d,fi) (Ν⁄(mm^2 )). Finally, the study is completed with the presentation of detailed conclusions. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/31153 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ | |
| dc.subject | Πυραντίσταση | |
| dc.subject | Ρυθμός καύσης | |
| dc.subject | Ροή θερμότητας | |
| dc.subject | Μέθοδος της απομένουσας διατομής | |
| dc.subject | Πυρόλυση | |
| dc.subject | Μηχανικές ιδιότητες | |
| dc.subject | Ευρωκώδικας 5 | |
| dc.subject.alternative | Fire resistance | |
| dc.subject.alternative | Charring rate | |
| dc.subject.alternative | Heat flux | |
| dc.subject.alternative | Reduced cross-section method | |
| dc.subject.alternative | Pyrolysis | |
| dc.subject.alternative | Mechanical properties | |
| dc.subject.alternative | Eurocode 5 | |
| dc.title | Πειραματικός προσδιορισμός των χαρακτηριστικών πυραντίστασης φέρουσας δοκού από δομική ξυλεία με επικάλυψη θερμοδιογκούμενης βαφής | |
| dc.title.alternative | Experimental investigation of the fire resistance performance of a load-bearing timber beam protected with an intumescent coating |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- _ΚΑΤΣΟΥΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ-ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ -.pdf
- Size:
- 6.48 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
License bundle
1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
- Name:
- license.txt
- Size:
- 5.02 KB
- Format:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Description: