Parametrická studie okrajových podmínek rychlosti zuhelnatění dřeva a vývoje trhlin v zuhelnatělé vrstvě

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá vlivem trhlin na požární odolnost dřevěných konstrukcí a jejich zanesení do výpočtu. Rostoucí zájem o využívání dřeva jako udržitelného stavebního materiálu klade důraz na nutnost podrobného zkoumání jeho chování při požáru a zahrnutí proměnných vlastností materiálu do výpočtů. V práci byly analyzovány současné metody výpočtu požární odolnosti, které často využívají konzervativní hodnoty rychlosti zuhelnatění při normovém požáru, a bylo poukázáno na potřebu přizpůsobení těchto metod reálným podmínkám přirozeného požáru. Numerický model vytvořený v této práci zahrnoval rovnice rychlosti zuhelnatění využívající pravděpodobnostní přístup a vzdáleností trhlin. Model umožnil zahrnutí vlivu anizotropních vlastností dřeva, vlhkosti, hustoty a obsahu kyslíku, což vedlo k lepšímu popisu chování dřevěných konstrukcí při požáru. Práce ukázala významný vliv trhlin na urychlení prostupu tepla a snížení únosnosti prvku. Byla formulována doporučení pro další práci, včetně potřeby rozsáhlejších experimentálních měření, zahrnutí vlivu odpadnutí zuhelnatělé vrstvy a opětovného rozhoření a vývoje koeficientu pro zpřesnění výpočtu tepelného toku. Práce zdůrazňuje potenciál pravděpodobnostních přístupů pro zahrnutí variability vstupních parametrů, což přispívá k rozvoji přesnějších a bezpečnějších postupů a ekonomicky výhodných návrhů dřevěných konstrukcí za požáru. Získané poznatky mohou sloužit jako základ pro navazující výzkum a aplikace v oblasti požární bezpečnosti.

This diploma thesis focuses on the influence of cracks on the fire resistance of wooden structures and their inclusion in numerical calculations. The increasing interest in using wood as a sustainable construction material emphasizes the necessity of a detailed investigation of its behavior during fire exposure and the incorporation of variable material properties into calculations. The study analyzed existing methods for calculating fire resistance, which often rely on conservative charring rates under standard fire conditions, and highlighted the need to adapt these methods to real conditions of natural fires. The numerical model developed in this thesis incorporated equations for charring rates based on probabilistic approach and crack distances. The model allowed the inclusion of the effect of anisotropic wood properties, moisture, density, and oxygen content, which led to a better description of wooden structure's behavior during fire exposure. The results demonstrated the significant impact of cracks on accelerating heat transfer and reducing the load-bearing capacity of structural elements. Recommendations for future research were formulated, including the need for extensive experimental measurements, consideration of the effects of charred layer detachment and reignition, and the development of a coefficient to refine heat flux calculations. The thesis emphasizes the potential of probabilistic methods for accounting for variability in input parameters, contributing to the advancement of more accurate, safer, and economically efficient fireresistant wooden structure design. The findings provide a basis for further research and practical applications in fire safety engineering.