analisi strutturale in caso di incendio modellazione con codici di calcolo e applicazioni

ANALISI STRUTTURALE IN CASO DI INCENDIO MODELLAZIONE CON CODICI DI

CALCOLO E APPLICAZIONI

[email protected]

Corso di

LA RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE:CRITERI DI CALCOLO E CASI APPLICATIVI

Ing. Chiara [email protected]

StartAnalisi

QualitativaAnalisi

Quantitativa

Verifiche

Presentazionedei risultati

end

SI NO

Verifiche dei risultati:

Tempo TemperaturaResistenza

• Modellazione dell’azione di incendio;• Modellazione del trasferimento di calore;• Modellazione strutturale.

• Definizione degli obiettivi;• Individuazione dei livelli di prestazione;• Scelta degli scenari di incendio;

[email protected]

L’AZIONE INCENDIO E LA SUA MODELLAZIONE

D.M. 9/05/2007: Direttive per l’attuazione dell’ ap proccio ingegneristico alla sicurezza antincendio

RFire > SFire

[email protected]

CODICI DI CALCOLO

3

Norme Tecniche per le Costruzioni 14/01/2008

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ANALISI STRUTTURALE IN CASO DI INCENDIO

[email protected]


Individuazione dell’incendio di progetto

Analisi dell’evoluzione della Temperatura negli elementi

Analisi del comportamento meccanico della struttura

Verifica di resistenza al fuoco

1°

2°

3°

4°

Analisi di resistenza al fuoco

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ELEMENTI ISOLATI

STRUTTURE INTELAIATE SEMPLICI

STRUTTURE COMPLESSE

1° ESEMPIO APPLICATIVO: TRAVE SEMPLICEMENTE APPOGGIATA

Sezione: 0.3x0.3 mMateriale: S235

MOD. E σy α NLG

1 Cost. Cost. Cost. no

2 E(T) Cost. Cost. no

3 E(T) σy (T) α(T) no

4 E(T) σy (T) α(T) SI

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ANALISI NON LINEARI NON STAZIONARIE

Non linearità di materiale Non linearità di geometria

Equilibrio scritto nella configurazione deformata

[email protected]

QUADRO NORMATIVO NAZIONALE

PROCEDIMENTO ITERATIVO DEI CODICI DI CALCOLO

t

T

t t1

t1 = t + Δt

−

−−−

−

−

−

−

=

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

TT

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

e

L

IE

L

IE

L

IE

L

IE

L

IE

L

IE

L

IE

L

IEL

AE

L

AEL

IE

L

IE

L

IE

L

IEL

IE

L

IE

L

IE

L

IEL

AE

L

AE

K

460

260

6120

6120

0000

260

460

6120

6120

0000

22

230

23

22

2323

−

−−−−

−

−−

=

1

12

1

1

1

12

1

0

21

13

1

12

1

13

1

1

1

1

1

1

1

12

1

1

1

12

1

1

21

13

1

12

1

13

1

1

1

1

1

1

460

260

6120

6120

0000

260

460

6120

6120

0000

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

e

L

IE

L

IE

L

IE

L

IEL

IE

L

IE

L

IE

L

IEL

AE

L

AEL

IE

L

IE

L

IE

L

IEL

IE

L

IE

L

IE

L

IEL

AE

L

AE

K

T

T1

[email protected]

QUADRO NORMATIVO NAZIONALE

[email protected]


Individuazione dell’incendio di progetto1°

Analisi dell’evoluzione della Temperatura negli elementi2°

[email protected]


Analisi del comportamento meccanico della struttura 3°

[email protected]


[email protected]


Bontempi, Arangio, Sgambi


[email protected]


-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

00 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Dy

(m)

t (sec)

Modellazione 1Modellazione 2Modellazione 3Modellazione 4

nlm+nlg

nlm

Variazione E=f(T)

MOD. E σy α NLG





I*E*48

L*P)6nodo(D

3

y =

1 2 3 4 5 7 8 9 10 11Elem.1 Elem.2 Elem.3 Elem.4 Elem.5 Elem.6 Elem.7 Elem.8 Elem.9 Elem.10

F Y

X6

Considerazioni sugli spostamenti verticali nodo n°6

[email protected]


-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000t (sec)

Dx

(m)

Modellazione 1

Modellazione 2

Modellazione 3

Modellazione 4

Variazione E=f(T)nlm

nlm+nlgnlm+nlg

nlm Variazione E=f(T)

MOD. E σy α NLG





1 2 3 4 5 7 8 9 10 11Elem.1 Elem.2 Elem.3 Elem.4 Elem.5 Elem.6 Elem.7 Elem.8 Elem.9 Elem.10

F Y

X6

Considerazioni sugli spostamenti orizzontale nodo n°11

ΔT*L*α(nodo11)Dx =

[email protected]


[email protected]


Initial configuration

Time 0.00

Time 2600.00

Time 4730.00

NLM configuration

NLM +NLG configuration

Bowing effect

NON LINEARITA’ DI MATERIALE E DI GEOMETRIA

[email protected]


RFire > SFire

Verifica di resistenza al fuoco4°

[email protected]


VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO

Risultati numerici delle analisi tf = 90 minCollassi convenzionali Dy = L/30

tf = 10 min

Dy = L/20

-2.7

-2.4

-2.1

-1.8

-1.5

-1.2

-0.9

-0.6

-0.3

0

0 1000 2000 3000 4000 5000

t(sec)

Dy

(m)

NLM+NLG

NLM

E(T)

ELASTICO

Dy = L/30

tf= 10 mintf= 10 mintf= 70 mintf= 90 min

[email protected]


TRAVE SEMPLICEMENTE APPOGGIATA

Sezione: UB 356x171x51Materiale: S355Incendio: ISO834 x

y

4 m

[email protected]


-4,00

-3,50

-3,00

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,000 250 500 750 1000 1250 1500

Spo

stam

enti

vert

ical

iN

odo

in m

eezz

eria

(m)

t (sec)

NLM

xy

4 m

[email protected]


-4,00

-3,50

-3,00

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,000 250 500 750 1000 1250 1500

Spo

stam

ento

vert

ical

iN

odo

in m

eezz

eria

(m)

t (sec)

NLM + NLG

NLM

Trave semplicemente appoggiata

ATTENZIONE NELLA LETTURA DEI RISULTATI!!

[email protected]


-4,00

-3,50

-3,00

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,000 250 500 750 1000 1250 1500

Spo

stam

enti

vert

ical

iN

odo

in m

eezz

eria

(m)

t (sec)

NLM + NLG

NLM

xy

4 m

[email protected]


-2,40

-1,90

-1,40

-0,90

-0,40

0,10

0 250 500 750 1000 1250 1500

Spo

stam

ento

oriz

zont

ale

(m)

t (sec)

NLM + NLGNLM

xy

4 m

[email protected]


-4,00

-3,50

-3,00

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,000 250 500 750 1000 1250 1500

Spo

stam

enti

vert

ical

iN

odo

in m

eezz

eria

(m)

t (sec)

NLM + NLG

Collasso convenzionali

Dy = L/30

Da analisi numeriche


Tcr= 795°CTcr= 560°C

[email protected]



[email protected]


L = 3 m

B = H Pimperfection

2° ESEMPIO APPLICATIVO: TRAVE INCERNIERATA

PE = π2 E(T) I / L2

PS = π2 Et(T) I / L2

Elastic buckling

Py = σy(T) A

Elastic-plastic bucklingMaterial crisis

Failure mode Critical load

0.1

0.1

0.2

0.2

PS (Shanley)PE (Euler) Py (yield)

EL. BUCKL.PL. BUCKL.

[email protected]


)(TPR yyx σσ ≥⇒≥

E

Etσy

σ

ε

The Elastic Buckling Load defined by Euler Formula:

Becomes Elastic-Plastic Buckling Load, defined by Shanley Formula:

2

2 )(

L

ITEP t

S

π=

2

2 )(

L

ITEPE

π=

Diagram Stress-Deformation

THERMAL BUCKLING

[email protected]


L = 3 m

B = H Pimperfection

2° ESEMPIO APPLICATIVO: TRAVE INCERNIERATA

PE = π2 E(T) I / L2

PS = π2 Et(T) I / L2

Elastic buckling

Py = σy(T) A

Elastic-plastic bucklingMaterial crisis

Failure mode Critical load

0.6

0.6

0.8

0.8

PS (Shanley)PE (Euler) Py (yield)

MAT. CRISIS

MAT. DEGR.

[email protected]


Trave incernierata all’estremita’

q

DT

Trazione � Effetto catenaria

compression e� II ord. moment

tempo

Tem

pera

tura

Heating phase Cooling phase

Trazione

Compressione

tempo

For

zaas

sial

etr

ave

flashover

ISO 834

t

T

[email protected]



q

DT

Trazione � Effetto catenaria

compressione� II ord. moment

tempo

Tem

pera

tura

Heating phase Cooling phase

Trazione

Compressione

tempo

For

zaas

sial

etr

ave

flashover

THERMAL BUCKLING

PROBLEMI NELLE CONNESSIONI

ISO 834

t

T

[email protected]


Trave semplicemente appoggiata Trave incernierata all’estremita’

q q

DT DT

Trazione � Effetto catenariabowing effect2

Espansione termica impeditaEspansione termica libera1

[email protected]



q q

DT DT

Trazione � Effetto catenariabowing effect2

Espansione termica libera1 Espansione termica impedita


[email protected]


CERNIERA CARRELLO

CERNIERA CERNIERA

356x171x51 UB

4 m

CASO A: Cerniera – Carrello

CASO B: Cerniera - Cerniera

-1,80

-1,60

-1,40

-1,20

-1,00

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,000 400 800 1200 1600

Dy (m)

t (sec)

CASO A

CASO B

[email protected]


[email protected]


ELEMENTI ISOLATI


STRUTTURE COMPLESSE

[email protected]


• Traverso: IPE 300

• Colonne: HEA 200

• Altezza: 6 m

• Lunghezza traverso: 10 m

• Curva d’incendio: ISO 834

(traverso)

• Vincoli base: Incastro

• Carico distribuito traverso

A. Montalban. Tesi di Laurea A.A. 2013/2014

[email protected]


-0,05

-0,04

-0,03

-0,02

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0 100 200 300 400 500

Spo

stam

ento

oriz

zont

ale

[m]

Time [s]

U1_corner_P=15kN/m

PORTALE_NLM

PORATLE_NLM+NLG

Portale_NLM;t=426 s; T= 628 °C

Portale_NLM+NLG;t=380,4 s; T=611,2 °C


t=426 s; T= 628 °C

t=380,4 s; T=611,2 °C

[email protected]


-0,05

-0,04

-0,03

-0,02

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0 100 200 300 400 500

Spo

stam

ento

oriz

zont

ale

[m]

Time [s]

PORTALE_NLM

PORATLE_NLM+NLG


[email protected]


• Traverso: IPE 300• Colonne: HEA 200• Altezza: 6 m• Lunghezza traverso: 10 m• Curva D’incendio: ISO 834 (traverso)• Vincoli base: Incastro• Carico distribuito traverso 15 kN/m

0

200

400

600

800

1000

1200

0 20 40 60 80 100 120 140

T[°C

]

t [min]

CURVE D'INCENDIO

ISO 834Riscaldamento Acciaio

Curva d’incendio nominale standard ISO 834 :

Curva di riscaldamento sezioni di acciaio non protette:

(Eurocodice EN 1993-1-2)


t cr

[email protected]


-1

-0,9

-0,8

-0,7

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Spo

stam

ento

ver

tical

e [m

]

Time (sec)

T_acciaioIso_834

t=380,4 s; T=611 °C t=874,2 s; T=611 °C


14, 4 min6,5 min

[email protected]


-0,05

-0,04

-0,03

-0,02

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0 200 400 600 800 1000

Spo

sam

enti

oriz

zont

ali [

m]

Time (sec)

T_acciaio

iso_834

Iso 834; t= 380.4 s; u1=-0.036 m

T_acc; t= 380.4 s; u1= 0.02 m


STRUTTURA REALE

MODELLAZIONE CON STRAUS7

[email protected]


[email protected]


GEOMETRIA DELLA STRUTTURA

[email protected]


[email protected]


Analisi dell’evoluzione della Temperatura negli elementi2°

Analisi di resistenza al fuoco

[email protected]


1° SCENARIO

[email protected]


2° SCENARIO

3° SCENARIO

[email protected]


Dy = L/30 =15/30= 0.50 mCollasso convenzionale:

4° SCENARIO

[email protected]


[email protected]


1° SCENARIO

3° SCENARIO 4° SCENARIO

2° SCENARIO

t CR= 670 sec TCR= 675 °C

t CR= 1110 sec TCR= 750 °C

t CR= 950 sec TCR= 725 °C

t CR= 4445 sec TCR= 975 °C

[email protected]


[email protected]


ELEMENTI ISOLATI


STRUTTURE COMPLESSE

Hangar per aeroporto

Ponte in acciaio a struttura reticolare

Edificio alto

ANALISI STRUTTURALE IN CASO DI INCENDIO: IMPOSTAZIONE E APPLICAZIONI

[email protected]


[email protected] - [email protected]


[email protected]


HANGAR PER AEROPORTO

[email protected]


• Determinare la resistenza al fuoco;• Valutare eventuali interventi di retrofitting;


[email protected]


CC

Vista B-B

32.82 m 32.82 m

Vista A-A

Sezione C-C

7.00 m

12.82 m9.02 m

16.425 mVista A-A

Vista B-B


[email protected]



[email protected]


Start

Analisi Qualitativa

Analisi Quantitativa

Verifiche


end

SI NO

Analisi Qualitativa

Safety Objective: Evitare il crollo della struttura;Performance Level: Evitare il collasso strutturale ;Fire Scenarios: Incendio localizzato in 3 zone.

APPROCCIO INGEGNERISTICO


[email protected]


Scenario B

Scenario C

Scenario A

APPROCCIO INGEGNERISTICO _ Scelta degli scenari


[email protected]



Fire Action Modeling: Nominal curve, ISO834;Heat Transfer Modeling: senza trasferimento del calore,la temperatura e’ applicata solo agli elementi investitidall’incendio localizzato;Structural Modeling: Analisi non lineari in materiale egeometria (ADINA).

Analisi Qualitativa


APPROCCIO INGEGNERISTICO Start

Analisi Qualitativa


Verifiche


end

SI NO


[email protected]


Used Material :

• Steel S235;

• Concrete Rck 35;

Finite Element: Nonlinear Isobeam

N° node : 1205

N° elements : 4422

N° sections: 27

Element mesh density : 2

T (°C) E (Pa) sY (Pa) EPl (Pa) αT (°C-1)

0 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.17E-05

20 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.17E-05

100 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.20E-05

200 1.89E+11 2.35E+08 9.45E+09 1.23E-05

300 1.68E+11 2.35E+08 8.40E+09 1.26E-05

400 1.47E+11 2.35E+08 7.35E+09 1.30E-05

500 1.26E+11 1.83E+08 6.30E+09 1.31E-05

600 6.51E+10 1.10E+08 3.26E+09 1.34E-05

700 2.73E+10 5.41E+07 1.37E+09 1.36E-05

800 1.89E+10 2.59E+07 9.45E+08 1.38E-05

900 1.42E+10 1.41E+07 7.08E+08 1.40E-05

Thermo-Plastic Material

5 ore di utilizzo di un normale computer

APPROCCIO INGEGNERISTICO _ Analisi Qualitativa


[email protected]


7,00 m

6,54 m

Scenario A:


[email protected]


Scenario A:


[email protected]


Trend of displacement X with time

Trend of displacement X with Temperature

t=240 secT=505°C

t=870secT=702°C

t=5936 secT=1000°C


[email protected]


7,00 m

6,54 m

Scenario B:


[email protected]


Scenario B:


[email protected]


7,00 m

6,54 m

Scenario C:


[email protected]


Scenario C:


[email protected]



[email protected]


Andamento dello spostamento Y in funzione della Temperatura

t=340 sec

T=575°C

t=1600 sec

T=804°C

t=5936 sec

T=1000°C


[email protected]


Il collasso di un singolo elemento della strutturareticolare e’ di certo un aspetto importante per lavalutazione della sicurezza della struttura ma chenon compromette il comportamento dellastruttura nella sua globalita’ .

Scenario B

Scenario C


[email protected]



Fire Action Modeling: curva naturale (FDS);Heat Transfer Modeling: SIStructural Modeling: Analisi non lineari in materiale egeometria(ADINA).

Analisi Qualitativa


APPROCCIO INGEGNERISTICO Start

Analisi Qualitativa


Verifiche


end

SI NO


[email protected]


FINITE ELEMENT MODELING

FINITE VOLUME MODELING

FIRE SIMULATION

STRUCTURAL PERFORMANCE

MODELLAZIONE DELL’AZIONE


[email protected]


REAL OBJECT

MODEL



[email protected]


1

2

2

3 3

4

1

2

2

3 3

4

Discretizzazione per il modello strutturale Discretizzazione per la modellazione dell’azione


[email protected]


B4 ambiente chiusoB4 ambiente aperto

B3

ISO834

Hydrocarbon

•Nominal Temperature-time curve :Standard temperature-time curve, ISO834;Hydrocarbon curve;•Natural Temperature-time curve :B4 ambiente chiuso;B3 porte che si aprono dopo 300 sec;B4 ambiente aperto;



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Modelling with ISO834Far external columnsNear external columnsCentral columns

Scenario B4, ambiente chiuso

Scenario BAPPROCCIO INGEGNERISTICO _ Analisi Qualitativa


[email protected]




[email protected]


Scenario 2, apertura delle portedopo 5 min (300 sec)

Anche se analisi dimodellazione avanzatacomportano un notevole

incremento di onerecomputazionale , solo

attraverso queste e’ possibile ottenere risultati

numerici che riproduconocosa accade realmente . Sono pertanto necessarie

per determinare la sicurezza della strutturain questione soggetta ad

incendio e di tutto cio’ chela circonda


[email protected]




Edificio alto


[email protected]


CASE STUDY: 40 floors, 160 m heigth, 35 m x 35 m fl oor, office building

RENDERING STRUCTURAL SYSTEM FEM MODEL

Gentili, Petrini, Bontempi, “Optimization of the tall building structural system for reliability against progressive collapse”, CTA 2013

EDIFICIO ALTO

[email protected]


Outrigger

Bracing System

Frame BFrame A

Frame B

Frame A

EDIFICIO ALTO


[email protected]


Frame A- Exposure to 180 minutes of ISO Curve

- 30 cases of fire changing initial fire location and number of

involved columns

Frame B

FIRE LOCATION 6th floor

0

200

400

600

800

1000

0 10 20 30 40 50 60

ISO 834θ ipe 270θ ipe 300θ hem 260θ hea 240θ hem280

EDIFICIO ALTO


Assumptions

[email protected]


Frame A Assumptions Frame B

EDIFICIO ALTO


- Exposure to 180 minutes of ISO Curve

- 30 cases of fire changing initial fire location and number of

involved columns

[email protected]


EDIFICIO ALTO: Frame A - Worst case scenarios

1 Heated Column

2 Heated Columns

3 Heated Columns

4 Heated Columns

5 Heated Columns

[email protected]


1 Heated Column

2 Heated Columns

3 Heated Columns

4 Heated Columns

5 Heated Columns

After 180 min After 180 min After 126 min After 144 min After 100 min

EDIFICIO ALTO: Frame A

[email protected]


Frame BFrame A

SWAY COLLAPSE NO-SWAY COLLAPSE

Frame A

Frame B

EDIFICIO ALTO

TEMPI DI RESISTENZA MEDIA PER TUTTE LE COMBINAZIONI CONSIDERATE

[email protected]


Configurations: position of the outrigger

CONFIGURATIONSG A B C

STEEL MASS [TON]

877 857 877 877

EDIFICIO ALTO

[email protected]


Configurations: vertical brace system

CONFIGURATIONSG D E F

STEEL MASS [TON]

877 817 994 939

EDIFICIO ALTO

[email protected]


OTTIMIZZAZIONE STRUTTURALE

Initial

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

D A C B G F E

tem

po d

i res

iste

nza

al fu

oco

(min

)

EDIFICIO ALTO

877 ton877 ton877 ton 939 ton 994 ton817 ton857 ton

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Edificio alto


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ANALISI DEL COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE STRUTTURE

PONTE IN ACCIAIO A STRUTTURA RETICOLARE

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CASE HISTORY

•on 1st February 2013 where an expressway bridge partially collapsed due to a truck explosion inMianchi County, Sanmenxia, central China's Henan Province ;


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CASE HISTORY

•on 14 December 2011, where a truck transporting 33800 l of gasoline caught fire on theeastbound 60 Freeway under the Paramount Boulevard Bridge , in Montebello, Los Angeles, CA,USA. The intense fire, which lasted several hours, severely damaged the reinforced concretestructure of the overpass;


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CASE HISTORY

•on 29 April 2007, where a truck transporting 32600 l of gasoline had an accident and burst intoflames the MacArthur Maze in California. The fire, which is believed to have reached very hightemperatures, heated the overpass above the incident, which served as connector between the I-80and the I-580.


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A highway bridge is expected to experience numerous extreme events during its lifetime.Therefore multiple hazards (e.g. earthquake, wind gust, flood, vessel collision, trafficoverload and accidents, and terrorist attacks etc.) must be properly considered inhighway bridge design in addition to the normal functionality requirement. The severity ofthese hazards can significantly increase the costs of construction and maintenance,especially if they are considered for rehabilitation of existing bridges.


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MULTI-HAZARD ANALYSES

EXPLOSION

Time

STRUCTURAL FAILURE

FIRE


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CASO IN ESAME: I-35W Bridge in Minneapolis, 1 Agost o 2007


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“The term “fracture critical ” indicates that if one main component of a bridge fails , the entirestructure could collapse. Therefore, a fracture critical bridge is a steel structure that is designedwith little or no load path redundancy . Load path redundancy is a characteristic of the design thatallows the bridge to redistribute load to other structural members on the bridge if any one memberloses capacity. “

FRACTURE CRITICAL SYSTEMS


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“The deck truss comprised in two parallel Warren trusses (eastand west) with verticals . Steel gusset plates were used on all the112 connections of the two main trusses. All nodes had two gussetplates on either side of the connection. The east and west maintrusses were spaced 22 m apart and were connected by 27transverse welded floor trusses spaced 11.6 m on centers and bytwo floor beams at the north and south ends.”

CASO IN ESAME: I-35W Bridge in Minneapolis, 1 Agost o 2007


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E = 199 GPa

Fy = 345 MPa

Fu = 610 MPa•Large displacement formulation,

• Elasto-plastic material

(National Transportation Safety Board (2008) “Collapse of I-35 W Highway Bridge, Minneapolis, Minnesota, August 1, 2007” Accident Report, NTSB/HAR 08/03 PB 2008-916213, Washington D.C. 20594)

Nodes: 1172Beam elements: 1849

FINITE ELEMENT MODEL

325 m

139 m


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1st HAZARD: EXPLOSION

It is assumed that a certain level ofdamage caused by an explosion(damage level= 1) can instantlyremove an element.

1. Distribution of loads on the structure intact (damage level = 0);

2. Nonlinear analyses are run ;

3. The damage level is increased (damage level= 1);

4. A structural element is cut off and


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DAMAGE LOCALIZATION (DAMAGE LEVEL= 1)

1st HAZARD: EXPLOSION

Scenario 2

Scenario 3

Scenario 1

Scenario 4


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West truss

East truss

(EC3- Part 1.2: Structural fire design)

2ND HAZARD: FIRE

0

200

400

600

800

1.000

1.200

0 20 40 60 80 100 120

Tem

pera

ture

( C

)

time (min)

Curva degli idrocarburi

Curva ISO834


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•Thermo-plastic material (EC3- Part 1.2: Structural fire design)

T (°C) E (Pa) sY (Pa) EPl (Pa) αT (°C-1)

0 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.17E-05

20 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.17E-05

100 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.20E-05

200 1.89E+11 2.35E+08 9.45E+09 1.23E-05

300 1.68E+11 2.35E+08 8.40E+09 1.26E-05

400 1.47E+11 2.35E+08 7.35E+09 1.30E-05

500 1.26E+11 1.83E+08 6.30E+09 1.31E-05

600 6.51E+10 1.10E+08 3.26E+09 1.34E-05

700 2.73E+10 5.41E+07 1.37E+09 1.36E-05

800 1.89E+10 2.59E+07 9.45E+08 1.38E-05

900 1.42E+10 1.41E+07 7.08E+08 1.40E-05

2ND HAZARD: FIRE


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-1,00

-0,90

-0,80

-0,70

-0,60

-0,50

-0,40

-0,30

-0,20

-0,10

0,000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Ver

tical

dis

plac

emen

t nod

e.40

(m

)

Time (sec)

Scenario 1

Max

ver

tical

dis

plac

emen

t(t

= 15

.3 s

ec)

Node n.40

Scenario 1EXPLOSION


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-1,2

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,21 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Ver

tical

dis

plac

emen

t (m

)

Node

Scenario 0Scenario 1Scenario 2Scenario 3Scenario 4

t= 15.3 sec

t= 0 secSCENARIO 1


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SCENARIO 1

SCENARIO 3


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Scenario 1

Scenario 3

SCENARIO 1

SCENARIO 3


[email protected]


-1,00

-0,90

-0,80

-0,70

-0,60

-0,50

-0,40

-0,30

-0,20

-0,10

0,000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Ver

tical

dis

plac

emen

t nod

e.40

(m

)Time (sec)

Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4

West truss

East truss


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SCENARIO 2

Longitudinal view

East

West

South

North

t= 58 sec; T= 760 C


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SCENARIO 3Plan view

Longitudinal view

East

West

South

North

t= 48 sec; T= 696 C


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SCENARIO 4Plan view

Longitudinal view

East

West

South

North

t= 50 sec; T= 706 C


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-1,20

-1,00

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,000,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

Dz

node

107

0 (m

)

t (sec)

Scenario 4

SCENARIO 4

Node 1070

t= 45 sec

Node 1070

t= 52 sec


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Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4t u (sec) t u (sec) t u (sec)

58 48 53T ( C ) T ( C ) T ( C )

760 696 715

Different scenarios lead to different load path and therefore to

different way to collapse.

2

3

4


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MULTI-HAZARD ANALYSES

-1,00

-0,90

-0,80

-0,70

-0,60

-0,50

-0,40

-0,30

-0,20

-0,10

0,000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Ver

tical

dis

plac

emen

t nod

e.40

(m

)

Time (sec)

Scen…

Scenario 1

Scenario 4 + FIRE


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Struttura strategica

Ponte in acciaio

Edificio alto

CONCLUSIONI

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RINGRAZIAMENTI

Si ringrazia:

•Il gruppo di ricerca www.francobontempi.org ,

•Metallurgy division of the National Institute of Standard and Technology (NIST) inGaithersburg (MD), in particolare Dr. Dat Duthinh ,

•gli Ingg. Mauro Caciolai, Claudio De Angelis del Corpo Nazionale dei Vigili delFuoco ,

•Ing. Piergiorgio Perin per l’utilizzo del codice di calcolo ad elementi finiti Straus7,www.hsh.info

CONCLUSIONI

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Robustezza strutturale e metodi di analisi - [email protected] EXPO – Forum della Tecnica delle Costruzioni - Milano 17 Ottobre 2012

analisi strutturale in caso di incendio modellazione con codici di calcolo e applicazioni

Engineering