MAKALE
BETON PREFABRİKASYON
OCAK 2015
◆
SAYI : 113
11
Beton kesit içerisinde ısı iletimi
Yangın etkisindeki yapı elemanları-
nın kesitlerindeki sıcaklık dağılımı, ısı
iletimi bağıntıları ile teorik olarak he-
saplanabilmektedir. Bu çalışma kap-
samında sıcaklığın yapısal elemanlar
üzerindeki etkisini simüle etmek için
Belçika Liege Üniversitesi’nde öğretim
üyesi olan J.M.Franssen tarafından
geliştirilen SAFIR isimli bilgisayar yazı-
lımından faydalanılmıştır. Bu program
ısının malzeme içinde diğer bölümlere
iletimi ve belirli zamanlarda, belirli nok-
talarda oluşacak sıcaklık derecelerini
çift yönlü akım için “Fourier Isı İletim
Kanunu”nu aşağıdaki diferansiyel
denklem (Denklem 4) yardımı ile son-
lu elemanlar metodu ile çözmektedir.
İki ve üç boyutlu olarak ısıl ve yapısal
çözümleme yapabilen program, mal-
zemenin ısıl ve mekanik özelliklerdeki
malzeme yönünden doğrusal olmama
durumunu dikkate alabilmektedir. Bu
çalışma kapsamında program iki bo-
yutlu ısıl çözümleme amacı ile kullanıl-
mıştır.
(4)
Program içeriğinde betonun doğrusal
olmayan ısı değişimi k,
ρ
ve c’ye bağlı
olarak değişmektedir. Bu değişim ite-
rasyon yapılarak uygun bir yakınsama
değerine kadar tekrarlanmaktadır.
SAFIR paket programına kesit mode-
li tanımlanması hakkında
SAFIR paket programı, ısıl çözümleme
ve yapısal çözümleme olmak üzere
iki çözümleme yapabilmektedir. Isıl
çözümleme yapısal çözümlemeden
bağımsızdır. Bu çalışma kapsamın-
da ısıl çözümleme kullanılmıştır. Isıl
çözümlemede iki veya üç boyutlu
elemanlar modellenebilmektedir. Isıl
çözümlemeyi gerçekleştirmek için ilk
olarak elemanın en kesit özellikleri ve
malzeme özelikleri programa tanım-
lanmaktadır. Tanımlama işlemi metin
düzenleyici tarafından yapılmaktadır.
Düzlem kesitler üç ya da dört düğüm
noktalı elemanlarla sonlu elemanlara
ayrılmaktadır. Bu kesitteki malzemeler
elemandan elemana değişebilmekte ve
malzeme özelikleri de sıcaklığa bağlı
olmaktadır. Kesit, sonlu elamanlara
ayrıldıktan sonra seçilen bir sıcaklık-
zaman eğrisine maruz bırakılmakta
ve kesit üzerindeki sıcaklık dağılımı
elde edilmektedir. Isıl çözümlemenin
sonuçları bir çıktı olarak alınmakta ve
grafikler son işlemci (DIAMOND paket
programı) yardımıyla görüntülenebil-
mektedir. Isıl çözümlemede düzlem
kesit elemanındaki ısı geçişi ısı iletimi
yardımıyla olmaktadır. Malzeme için-
deki nemin buharlaşması, ısıl özelikle-
rin değiştirilmesiyle modellenebilmek-
tedir.
Bu çalışma kapsamında SAFIR ve DIA-
MOND paket programı 50 cm’e 50 cm
boyutlarındaki bir kolonun ve 40cm
genişliğinde, 50 cm derinliğindeki bir
kirişin yangına alttan maruz bırakıl-
ması ile 60 dakika, 120 dakika ve 180
dakika sonrasında betonarme kesitler
içerisindeki ısı dağılımını ve betonarme
katmanlarının ulaştıkları sıcaklıkları he-
saplayabilmek için kullanılmıştır.
Analizi yapılan yapı her iki doğrultuda
5 aksı olan düzenli, simetrik 5 katlı
çerçeve sistemli bir işyeri yapısıdır.
Mevcut yapının davranışı ve farklı yan-
gın sürelerine bağlı olarak toplamda
4 senaryo ile doğrusal olmayan itme
analizleri yapılmıştır. Bu senaryolar
Tablo-3’de detaylı olarak verilmiştir.
Şekil 10.
Donatı çeliğine ait dayanım birim şekil değiştirme eğrisi.
(
k + k
)
+ Q = pc
∂
2
T ∂
2
T ∂T
∂x
2
∂y
2
∂t
Tablo 3.
Analitik modelin analizinin yapıldığı yangın senaryoları tablosu.
SENARYO # SENARYO KAT # PAS PAYI PAS PAYI
YANGIN
ADI
KOLON KİRİŞ SÜRESİ (dk)
1
Z-2-2-60 Zemin Kat
2 cm 2 cm 60
2
Z-2-2-120 Zemin Kat
2 cm 2 cm 120
3
Z-2-2-180 Zemin Kat
2 cm 2 cm 180
4
Mevcut
Zemin Kat
2 cm 2 cm
-
