DEPENDENCE OF THE INFLUENCE OF PARAMETRIC FIRE ON THE TEMPERATURE DISTRIBUTION ACROSS A STEEL BEAM
ЗАЛЕЖНІСТЬ ВПЛИВУ ПАРАМЕТРИЧНОЇ ПОЖЕЖІ НА РОЗПОДІЛ ТЕМПЕРАТУРИ ПО СТАЛЕВІЙ БАЛЦІ
DOI:
https://doi.org/10.33269/nvcz.2025.2(20).40-46Keywords:
thermal engineering problem, parametric fire, steel beam, finite element method, fire resistanceAbstract
The article investigates the impact of a parametric fire on the temperature distribution in a steel beam, which is a critical factor in assessing its fire resistance. Numerical modeling of thermal processes was conducted using the Transient Thermal computational module in ANSYS WB, employing the finite element method. In solving the heat transfer problem, the properties of steel were adopted in accordance with the recommendations of Eurocode 3. The boundary conditions were applied based on a three-sided heating scenario, taking into account convective and radiative heat transfer. This approach enabled the determination of temperature fields in the beam under various fire exposure scenarios.
A comparative analysis of the structural behavior under both standard and parametric fire conditions revealed significant differences in the heating dynamics. The study showed that the maximum temperature in the standard fire scenario reaches 943.09°C, which is 18.3% higher than the corresponding value for the parametric fire (770°C). This indicates that under the standard fire regime, the beam undergoes more intense heating, potentially leading to a faster loss of load-bearing capacity.
Based on the obtained results, a polynomial dependency for temperature variations in the steel beam was formulated, demonstrating a high level of accuracy (R² = 0.9978) compared to the calculated data. These dependencies can be utilized to enhance methods for assessing the fire resistance of steel structures and for calculating their thermal state under fire conditions.
The findings of this study are particularly relevant for the development of modern regulatory guidelines and the improvement of design strategies for steel structures, considering the impact of parametric fires. This research highlights the importance of accounting for realistic fire scenarios in structural fire engineering to ensure more accurate predictions of thermal performance and fire resistance of load-bearing steel elements in building design.
Keywords:thermal engineering problem, parametric fire, steel beam, finite element method, fire resistance.References
Добростан, О., Новак, С., & Дрідж, В. Вплив параметрів системи вогнезахисту на вогнестійкість сталевих конструкцій. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека. №1(11) (2021). С. 64–74.
Новак С., Новак М. Валідація методів розрахунку мінімальної товщини вогнезахисних матеріалів для сталевих конструкцій. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека. № 2(10) (2020): С. 83–90.
Новак С., Добростан О., Пустовий М. Вплив температурного режиму пожежі на необхідну мінімальну товщину вогнезахисних покриттів для сталевих конструкцій. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека. № 2(14) (2022). С. 5–20.
Sadkovyi, V., Andronov, V., Semkiv, O., Kovalov, A., Rybka, E., Otrosh, Y., ... & Otrosh, Y. (2021). Fire resistance of reinforced concrete and steel structures. Kharkiv: РС ТЕСHNOLOGY СЕNTЕR, 180.
Guzii, S., Otrosh, Y., Guzii, O., Kovalov, A., & Sotiriadis, K. (2021). Determination of the fire-retardant efficiency of magnesite thermal insulating materials to protect metal structures from fire. Materials Science Forum, 1038, 524-530.
Нуянзін О. М. Дослідження нагрівання вогнезахищених сталевих двотаврових стержнів при випробуваннях за стандартним температурним режимом пожежі. Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація. Черкаси, 2021. № 5 (2). С. 67–74.
Alina Perehin, Oleksandr Nuianzin, Taras Shnal, Stanislav Shchipets, Oleh Myroshnyk; Improvement of means for assessing fire resistance of fragments of reinforced concrete structures. AIP Conf. Proc. 31 May 2023; 2684 (1): 030032. https://doi.org/10.1063/5.0120061
Nuianzin O. Pozdieiev S., Sidnei S., Kostenko T., Borysova A., Samchenko T. Increasing the Efficiency and Environmental Friendliness of Fire Resistance Assessment Tools for Load-Bearing Reinforced Concrete Building Structures. Ecological Engineering & Environmental Technology. 2023. №4. Р.138–146.
Заїка Н. П. Закономірності розподілу температури сталевої балки з вогнезахистом з гіпсокартону від часу впливу пожежі. Збірник наукових праць:«Проблеми надзвичайних ситуацій». Харків: НУЦЗУ. 2024. Том 40 № 2. С. 17–29.
Hvozd, V., Tishchenko, E., Berezovskyi, A., & Sidnei, S. (2021). Research of fire resistance of elements of steel frames of industrial buildings. Materials Science Forum, 1038, 506–513. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.1038.506
ДСТУ-Н Б В.2.6-211:2016. Настанова з проектування сталевих конструкцій на вогнестійкість: наказ Міністерства регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України від 14.06.2016 р. № 155.
Шналь Т. М. Розвиток наукових основ розрахункової оцінки вогнестійкості будівельних конструкцій за умов впливу параметричних температурних режимів пожеж: дис. ... докт. техн. наук: 21.06.02 «Пожежна безпека»/ Національний університет «Львівська політехніка». Львів, 2019. 294 арк.
ДСТУ-Н Б EN 1993-1-2:2010 Єврокод 3. Проектування сталевих конструкцій. Частина 1-2. Загальні положення. Розрахунок конструкцій на вогнестійкість (EN 1993-1-2:2005, IDT). [Чинний від 2014-01-01.]– Міністерство регіонального розвитку та будівництва, 2013. – 98 с – (Національний стандарт України).
Гвоздь В., Некора О., Сідней С., Неділько І., Федченко С., Тищенко Є. Дослідження вогнестійкості елементів сталевих каркасів промислових будівель з урахуванням рівня механічного навантаження. Збірник наукових праць:«Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація». Черкаси: ЧІПБ ім. Героїв Чорнобиля НУЦЗУ. 2021. Том 5 № 1. С. 40–49.
Zhongcheng Ma, Pentti Mäkeläinen, Parametric temperature–time curves of medium compartment fires for structural design, Fire Safety Journal, Volume 34, Issue 4,2000, Pages 361-375.
ДБН В.1.1-7:2016 Пожежна безпека об`єктів будівництва. Загальні вимоги.
