автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Допустимые тепловые нагрузки для изгибаемых железобетонных конструкций в условиях пожара

МИНИСТЕРСВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ ГФ ВЫСШАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ПОЖАРНО-ТЕХ31ЧЧЕСКАЯ ШКОЛА

На правах рукописи

.даУЛФАЛЛКЯН АШОТ ВАДОЧКАЕВИЧ

ДОПУСТИМЫЕ ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ ДЛЯ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Б УСЛОВИЯХ ПОЖАРА

специальность 05.26.01 Охрана труда и пожарная безопасность

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА -1992

«У

/ . - * ¡о

Работа выполнена ОысМй инженерной пожарно-техничес-кой шкале МВД РФ

Научный руководитель- кандидат технических наук,

доцент Измаилов А.-Х.С.

Официальные оппоненты -доктор технических наук,

профессор Кошмаров Ю.А.

кандидат технических наук, с.н.с. Голованов В.И.

Ведущая организация - ЦНШСК им. Кучеренко Минстроя России

о { н32

Защита состоится "сентября 1992 г. в 1т часов на

заседании специализированного Совета Д 052.03.01 в .

Высшей инженерной пожарно-технической школе МВД РФ по

адресу: 129366, г. Москва ул. Бориса Галушкина, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ВИПТШ МВД Р».

Автореферат разослан «иимЛ-^г г., исх. 11: ^/М*/ Отзыв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направить в ВШТТШ МВД РФ по указанному адресу. Телефоны для справок: 283-19-05

Ученый секретарь специализированного совета Д 052.03.01

к.т.н., с.н.с. Т.Г.Меркушкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Статистические данные о частичном и полном разрушении зданий при пожарах указывают на необходимость принятия эффективных мер по дальнейшему развитию теории и совершенствованию принципов нормирования огнестойкости, здания и сооружений.

Однако в существующей методике нормирования огнестойкости зданий пока еще преобладает идея, предложенная Ингбергом С.Н. в начале нынешнего столетия (Ingberg S.N.Of the Severity of Blldlng Fires Quarterly of the 4 NFPA 1928, VII, V 28), суть которой характеризуется зависимостью "температура-время", показывая, что "сила" пожара связана с пожарной нагрузкой и оценивается площадью под кривой "температура-время".

Большая часть нормативных ведомств признала такой подход правильным и соотнесла свои требования по огнестойкости с принятым уровнем пожарной нагрузки в зданиях различного назначения. Согласно атому предположению получается, что чем больше указанная под кривой площадь, тем большее количество тепла воспринимают конструкции, и тем больше относительная "сила" пожаре с точки зрения его воздействия на строительные конструкции.

Таким образом, зарубежные исследователи предложили метод в котором учитываюся и температурный режим вероятного пожаре в проектируемом здании и возможная тепловая нагрузка на строительные конструкции от температурного режима "стандартного" пожара.

Актуальность теш исследования состоит в том, что числовые значения фактических пределов огнестойкости железобетонных конструкций, заложенные в СНиПе, в также в правилах большинства зарубежных стран,полученные при

испытаниях по "стандартному" температурному режиму,не всегда объективно отражают поведение данных конструкций в условиях реальных пожаров. Температурные режимы реальных пожаров существенно отличаются от "стандартного" не только по продолжительности, но и по интенсивности теп-плового воздействия, а также наличием стадии затухания пожара.

Кроме этого известно, что в условиях пожара при определенной величине тепловой нагрузки на конструкцию наступает ее предельное состояние по огнестойкости. Однако до настоящего времени связь между величиной тепловой нагрузки и несущей способностью конструкций в условиях пожара не .установлена.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей диссср- ' тационной работы заключается в разработке инженерных методов оценки предела огнестойкости изгибаемых железобетонных конструкций с учетом допустимых тепловых нагрузок и эквивалентной продолжительности пожара.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи: ■

1.Разработать, и реализовать методику экспериментального исследования нагрева сплошных железобетонных плит при различных интенсивностях и продолжительности теплового воздействия, включая и режим "стандартного" пожара.

' 2.Получить обобщенные экспериментальные данные плотностей тепловых потоков на обогреваемой и необогревае-мой поверхностях, распределения температурных полей в сечении железобетонных плит при нагреве и остывании.

З.На основе использования численных методов разработать алгоритм расчета на ЭВМ прогрева железобетонных конструкций с применением полученных экспериментальных данных.

4.Разработать инженерную методику оценки допустимой тепловой нагрузки для изгиба'емых железобетонных конструкций в условиях реальных пожаров!

5.Разработать инженерную методику определения эквивалентной продолжительности пожара с учетом допустимых тепловых нагрузок для изгибаемых железобетонных конструкций.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1.Получены экспериментальные данные о тепловых режимах, нагрузках и температурных полях в железобетонных плитах сплошного сечения при различных интенсивностях и продолжительности теплового воздействия.

2.Разработана инженерная методика оценки допустимых тепловых нагрузок и режимов для железобетонных изгибаемых конструкций в условиях реального пожара.

3.Проведены исследования деформативно-прочностных и теплофизических характеристик бетона на стадии нагрева и остывания.

4.Разработана инженерная методика определения эквивалентной продолкительности пожара для изгибаемых железобетонных конструкций с учетом допустимых тепловых нагрузок.

Практическая ценность работы в том,что:

и Разработанная методика оценки допустимых тепловых нагрузок и режимов позволяет прогнозировать поведение изгибаемых железобетонных конструкций в условиях реального пожара.

2.Разработанная методика оценки эквивалентной продолжительности покара с учетом допустимых тепловых нагрузок могут быть использованы при дифференцированной оценке пределов огнестойкости изгибаемых железобетонных кон-

струкций.

Реализация результатов работы: - Полученные экспериментальные данные и разработанная методика оценки допустимых тепловых нагрузок и режимов для изгибаемых железобетонных конструкций и методика оценки эквивалентной продолжительности пожара, реализо-. ванн в учебном процессе ВШ1ТШ МВД в подразделениях управления пожарной охраны МВД РА.Результаты экспериментально-теоретических исследований допустимых тепловых нагрузок для изгибаемых железобетонных конструкций будут использованы в новой редакции СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции" в части расчете огнестойкости железобетонных конструкций.

Апробация работы:

Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на научно-технической конференции " Пожарная безопасность объектов народного хозяйства " (Москва, ВИПТШ 1991), а также на объединенном заседании кафедр "Пожарная безопасность в строительстве", "Инженерной теплофизики и гидравлики", и "Высшей математики" ВУШТШ МВД РФ.

Публикации.

По материалам и результатам исследований опубликовано 3 научных статьи.

Объем работы:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, изложена на 206 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 20 таблиц, список литературы на ЮТ наименования и .4 приложения.

На защиту выносятся:

- количественные значения допустимых тепловых нагрузок и режимов для изгибаемых железобетонных конструкций;

- методика определения эквивалентной продолжительности пожара с учетом допустимых тепловых нагрузок;

- методика определения требуемого предела огнестойкости изгибаемых железобетонных конструкций в условиях реального пожара:

- экспериментальные результаты падающих суммарных тепловых потоков на обогреваемой поверхности, а также тепловых потоков на обогреваемой и необогреваемой поверхностях железобетонной плиты при различных интен-сивностях и продолжительности теплового воздействия, включая и режим "стандартного" пожара;"

- расчетные зависимости, полученные в результате обобщения экспериментальных данных падающих тепловых потоков, тепловых потоков на обогреваемой поверхности железобетонной плиты при различных интенсивностях и продолжительности теплового воздействия, кэк функции от среднеобъемной температуры газа;

- деформативно-прочностные. и теплофизические характеристики бетона при нагреве и остывании;

- экспериментально-расчетные данные распределения темпертурного поля внутри железобетонной плиты различной толщины, при заданных режимах нагрева;

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность исследуемой проблемы, сформулированы цели и задачи, научная новизна,_ практическая ценность работы, а также результаты, которые, выносятся на защиту.

В первой главе приведен анализ основных источников • информации, посвященных развитию теории и совершенствованию принципов нормирования огнестойкости зданий и сооружений, экспериментально-теоретическому исследованию огнестойкости железобетонных конструкций при "стандартном" температурном режиме и отличному от него, а также экспериментально-теоретическому исследованию процесса теплового взаимодействия реального пожара с железобетонными конструкциями.

Анализ позволил сделать вывод, что существующая методика нормирования огнестойкости железобетонных конструкций перестает удовлетворять современным, требова- • ниям».у а числовые значения,заложенные в нормах, а также в правилах,в большинстве зарубежных странах не достаточно научно обоснованы.

Поэтому обеспечение огнестойкости строительных конструкций с учетом особенности их поведения в условиях реального пожара представляет актуальную научно-техническую задачу.

В конце главы обоснованы и сформулированы цель и , задачи исследования.

Во второй главе описана методика и приведены результаты экспериментального исследования процесса теплового взаимодействия пожара с горизонтальными железобетонными конструкциями, а также представлены результаты экспериментального исследования деформативно-прочностных и теплофизических характеристик бетона на стадии нагрева и остывания.

Экспериментальные исследования прогрева железобетонных плит осуществлялись на огневой установке,находящейся в ВИПТШ МВД РФ и представляющей собой горизонтальную огневую камеру. Режим нагрева опытных образцов осуществлялся с помощью автоматизированной электронной сис-

темы программного регулирования и контроля температуры огневой камеры. Опытные образцы были изготовлены из тяжелого бетона на гранитном заполнителе и представляли собой плиты размерами 1.1*1.1 м и толщиной 0.1,0.15 м. Во время изготовления опытных образцов на обогреваемой поверхности и в сечении (на расстоянии 0.01 м. друг от друга) были установлены термоэлектрические преобразователи (ТП) типа ТХА.

Для измерения плотности падакдах суммарных тепловых потоков были использованы тепломеры типа ФОЛ-013, разработанные в НПО "Измерительная техника". Тепломеры устанавливались в рубашку охлаждения с целью . предохранения перегрева корпуса приемного элемента, что существенно повышает точность и расширяет диапазон измерений тепловых потоков. Для измерения плотности тепловых потоков на обогреваемой поверхности были использованы тепломеры типа ОДТП (одиночный датчик теплового потока), разработанные и изготовленные в НПО "Измерительная техника ". ОДТП представляет собой своеобразную сплющенную дифференциальную термопару, промежуточный элемент (электрод) которой служит вспомогательной стенкой.Указанные тепломеры ' были градуированы на образцовой установке "ФОТОН -2" в НПО "Измерительная техника", а результаты градуирования зарегистрированы в свидетельствах об аттестации указанных тепломеров. Для измерения тепловых потоков на необогреваемой поверхности железобетонных плит были использованы батарейные тепломеры с пределом измерений до 5*103 Вт/м2.Указанные тепломеры изготовлены и метрологически аттестованы в институте Проблем энергосбережения Академии наук Украины.

Температура в огневой камере, а также опытных образцов фиксировалась (с интервалом 60 с)с помощью электронного измерительного комплекса "АГАТ", разработанного

автором совместно с НИИ вычислительных комплексов и п/о "УТЕС". Погрешность измерений температур измерительного комплекса по данным метрологической аттестации не превышала 0.5 Опрос ТП и регистрация температур осуществлялись с помощью специально "разработанной программы "АЦП" на языке "БЕЙСИК".

Условия проведения огневых экспериментов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Условия проведения огневых экспериментов.

номер коэфф. время дос- средняя толщина количество

опыта режима тижения скорость испыту- испытанных

нагрева максималь- спада емого образцов.

огневой ной темпе- темпера- образца шт

камеры ратуры наг- туры в мм

<Р рева в ог- огневой

невой каме-Р9 . гПах,МИН камере V , 0 гр./мин

1 1.2 80 7 100 1

2 1.1 110 7 100 2

3 1.1 110 7 150 • 1

4 1.0 200 без спада 100 2

5 1.0 130 7 100 2

6 1.0 130 7 150 1

7 0.9 95 7 100 1

8 0.9 95 7 150 1

9 0.8 125 7 100 1

10 0.8 125 7 150 1

11 О.Т 145 7 100 1

12 0.7 145 1 150 1

13 0.6 200 без спада 150 1

14 0.6 230 без спада 100 1

Результаты обобщения экспериментальных данных плотности падающих суммарных тепловых потоков на обогреваемой поверхности железобетонной плиты при температурных режимах нагрева в соответствии с условием проведения экспериментов (табл.1) позволили установить эмпирическую

зависимость плотности суммарного падающего теплового потока от среднеоОъемной температуры газа.

4вл = }

а. 706

Г Т )

—=-- 1 | ПЗ

где: Т^-среднеобъемная температура газа,К; То-иачальная температура,273 К; ц = 3.458 кВт/м2, (размерный коэффициент) .

Анализируя полученные данные, характеризующие зависимости плотности падающего суммарного теплового потока от среднеоОъемной температуры можно сделать вывод, что интенсивность теплового воздействия практически на указанное значение не влияет.

Обработка и обобщение экспериментальных данных плотности тепловых потоков на обогреваемой поверхности железобетонной плиты на стадии нагрева позволили установить эмпирическую зависимость

где:плотность теплового потока при "стандартном" температурном рехиме, Вт/ма;^-плотность теплового пото-тока на обогреваемой поверхности (на стадии нагрева), Вт/м2.

Значения плотности теплового потока на обогреваемой поверхности с учетом проведенной аппроксимации при "стандартном" температурном режиме на стадии нагрева может быть представлена эмпирической зависимостью

( а*Тд+ Ь«гд+с«гу+(1»гн + К) (3)

где: плотность теплового потока на обогреваемой поверхности железобетонной ' плиты Вт/м3; а, Ь, с, й, К-змпирические коэффициенты равные -0.000204, 0.0726846, -8.89393, 348.908, 1777.9 соответственно; гн-время теплового воздействия до достижения максимального значения среднеобъемной температуры газа, мин.

Значение справедливо при г >1 мин. Интервал времени г <1 мин. автором не исследовался. При расчете на ЭВМ рекомендуется использовать следующую зависимость для интервала времени 0<х<1 мин

к * ш

где: К-эмпирический размерный коэффициент, Вт/м2шш (см. ф. 3), гн- время теплового воздействия (см.ф.З).

Данные по изменению среднеоОъзмной тешературы газа и плотности тепловых потоков на обогреваемой поверхности позволили формулу [2] представить виде

ti ta

Ja* 1/8| 10 V _ i] + b* +

i { ) { )

■ъ г í

Г m л / ^ ^ 1

+ с» 1/8| 10 ^^-lii d# 1/8 |10T4Ü V -1|+ К [5)

l J l )

где: t^-среднеобъемная температура,°C.

Обработка экспериментальных данных позволили полу- ' чить обобщенную зависимость скорости снижения среднеобъемной температуры после достижения максимальной средне-объемной тешературы

t =6.76665 т - 11.4487 [63

- г - 11.4487

где: х = -=(т - г ); т -время достиже-

° б.76665 яах иа* л

ния максимальной температуры среды, мин; ^ -среднеобъ-

емная температура на стадии спада,"с.

Полученная зависимость хорошо коррелируется с опытными данными, так как в опытах скорость снижения температуры среды задавалась постоянной и равной 7*С/мин.

Экспериментальные данные также позволили установить зависимость теплового потока на обогреваемой поверхности от времени спада среднеобъемной температуры.

Аппроксимация данных по методу наименьших квадратов позволила представить зависимость теплового потока на стадии спада (после достижения максимума среднеобъемной температуры среды) как функцию времени следующим образом

Ц) т О С

А

где:^а- значение плотности теплового потока,соответствующее времени достижения максимальной температуры среды при "стандартном" температурном режиме нагрева.

Формула [7] в безразмерном виде может быуь представлена выражением

• ■¿Т. » . А 2 • . А •

4 = —га ш ( а * г + Ь * г + с ) [81

Ш С со

О ' - г - т

где:а =а( хг ); Ъ = ь г + 2 а г2 ; х --;

пах пах тах а у

тах

с *с + а та + и г ; а=0.000103,Ъ=-0.01996,с=0.9943

тах тах

Расчетные значения тепловых потоков на необогре^ае-мой поверхности оценивались конвективной составляющей

передачи тепла, так как доля лучистой составляющей суммарного теплового потока мала. Доля лучистого теплового потока определялась с помощью формулы, традиционно используемой в расчетах огнестойкости. Критериальное уравнение конвективного теплообмена имеет вид

Ми х

а" - -2-[91

где:ак -коэффициент теплообмена,Вт/(м2.К)¡^-критерий Нуссельта;Х -коэффициент теплопроводности, Вт/(м.К);Ь -

го тп

-характерный размер,м.

Расчет плотности конвективного теплового потока на необогреваемой поверхности осуществляется по уравнению

<*ш»-*ср> 1103

где: гпш,ССр-темяературы поверхности и среды соответственно," С.

Полученные обобщенные эмпирические зависимости тепловых потоков на обогреваемой поверхности железобетонной плиты характеризуют теплообмен не только на стадии нагрева, но и на стадии спада температуры среды, что характерно при реальных пожарах.

Экспериментальные исследования деформативно-проч-ностных характеристик бетона при нагреве и остывании в нагруженном состоянии выполнены по методике ВНМЖЮ МВД РФ. Образцы представляли собой полые цилиндры, изготовленные из тяжелого бетона на гранитном заполнителе. Полученные экспериментальные данные позволили сделать вывод: после нагрева нагруженных ( (7=0.4 ) образцов до 400'с и 60и°С на'стадии остывания практически не происходит дополнительного снижения прочности исследуе-

мого бетона и возрастания деформаций на момент разрушения от дополнительно приложенной нагрузки (по сравнению с аналогичными величинами при отмеченных ранее температурах нагрева).

Результаты экспериментальных исследований коэффициента теплопроводности бетона при высоких температурах с помощью бесконтактного подвижного источника тепла (разработанного на кафедре физики в Московском геологоразведочном институте) показали, что у тяжелых бетонов -с увеличением температуры коэффициент теплопроводности уменьшается. Приводится сравнение результатов экспериментов по определению коэффициента теплопроводности, с данными известными в литературе, полученными другими методами.

Третья глава посвящена теплотехническому и статическому расчету огнестойкости железобетонных конструкций. Решение .теплотехнической задачи расчета огнестойкости железобетонных конструкций осуществлялось численным методом конечных элементов с помощью ЭВМ при граничных условиях второго рода с использованием экспериментально полученных данных. В результате численных расчетов получено распределение температурного поля в сечении железобетонной плиты, а также сравнены результаты расчетов с экспериментальными данными.Численные расчеты позволили также получить зависимость скорости прогрева арматурных стержней при различной толщине защитного слоя от интенсивности теплового воздействия (ф).

В статической задаче расчета огнестойкости изгибаемых железобетонных конструкций, как известно, традиционно используется величина критической температуры стали с учетом деформации равной е=0.02 в нагруженном образце арматуры, находящейся на расстоянии 3 см от обогреваемой поверхности бетона при испытаниях по "стандартному" тем-

пературному режиму. Однако на основании многочисленных исследования проведенных многими авторами (в частности д.т.н. В.М.Ройтманом) о образцами арматурных и строительных сталей приращение деформации ползучести предлагается определять следующей формулой

ГТ2 . r U - ] и ,

АС = I с ехр--2--dï [11]

J ° L R Т (Т) J

12 -1 _ где: с » 10 с : R= 8.314 Ю" ,КДж /моль град.-универ-

о

сальная газовая постоянная: U ,/-характеристики данной стали ("кинетические константы"), КДж / (моль.МПа): (т-постоянная напряжения в стали, МПа; Т -температура,К.

С учетом произвольных режимов пожара (ф). к.т.н.Се-галовым А.Е. предлагается зависимость, полученная путем вычисления интеграла формулы [ill

д£ - е -.- еХр Г----1 112)

Ар Т

где:A =(U - ïo)/R ;Т -максимально достигаемое значение

о m

температуры; р -скорость изменения температуры. К/с. Формула (121 применима для расчета с в диапазоне монотонного изменения температуры (как возрастания так и убывания). Величина ползучести при постоянной температуре (T=const) вычисляется по формуле

дс - t rexpf-A/т]

° V. }

[ 13)

где: г -время поддерживания постоянной температуры, с; Формулы [12,13) позволяют определять максимальные

деформации ползучести во всех этих случаях. Используя формулу 1123, можно получить оценку влияния скорости подъема температуры до ее критического значения, определяемую из условия е = 0.02.

Таким образом, используя экспериментально-теоретический подход оценки критических температур арматурных и строительных сталей с учетом режимов их нагрева, можно с достаточной для практики точностью провести корректировку величин критических температур арматуры при различных интенсивностях и продолжительности теплового воздействия.

Результаты расчета- критической температуры арматуры по данной методике с учетом полученных значений скорости прогрева арматурных стержней в железобетонных плитах при различных режимах теплового воздействия будут использованы при определении количественных значений допустимой тепловой нагрузки и режимов для изгибаемых железобетонных конструкций в следующей главе.

Четвертая глава диссертации посвцщена обоснованию критерия оценки допустимой тепловой нагрузки и режимов для изгибаемых железобетонных конструкций; представлены количественные значения допустимых тепловых нагрузок и режимов, а также предложена методика определения эквивалентной продолжительности пожара с учетом допустимых тепловых нагрузок.

Термин "допустимая тепловая нагрузка" и допустимый тепловой режим был принят для того, чтобы количественно оценить разрушительный потенциал аккумулированной теплоты конструкцией, а также оценить количество теплоты, воздействующее на обогреваемую поверхность железобетонной плиты (допустимый тепловой режим) в условиях пожара или при огневых испытаниях, в результате чего наступает предельное состояние конструкций по огнестойкости.

За критерий оценки предельно тепловой нагрузки для изгибаемых железобетонных конструкций принято предельное состояние конструкций по потере несущей способности (то есть по достижению критической температуры арматуры, находящейся в растянутой зоне).

Интегральное количество допустимых тепловых нагрузок и режимов для изгибаемых железобетонных конструкций определяется по выражению

доп г кр

а - I • а (т) йх [ М1

.1 **

аГп = | "Р (т) ат П5]

Тц»

где: 0ЛШ - допустимая тепловая нагрузка, Дж; алоя- допустимое количество теплоты, воздействующее на обогреваемую поверхность при реальных пожарах, Дж; гк - время достижения критической температуры арматуры, мин; <?ии)~ плотность теплового потока на обогреваемой поверхности, Вт/мя; г)-плотность падающего теплового потока на обогреваемой поверхности, Вт/м2.

В результате обобщения количественных значений допустимых тепловых нагрузок и режимов были получены рас-, расчетные формулы

• адоп ~ а * 5 + 0 1163

где: а,Ь - размерные эмпирические коэффициенты, 51499.7, Дж/мм; 1002560,Дж-соответственно (для расчета допустимых тепловых нагрузок); 8- толщина защитного слоя, км.

Д0П п т

С = а * \р * б р

где: а = 2.2 # Ю°-размбршй коэфйщивнт.Дж/м; г. =1.066; т= 0.778; ф - интенсивность теплового воздействия; 5 -толщина защитного слоя, м.

На основе экспериментальных исследований и полученных значений допустимых тепловых нагрузок сформулировано условие безопасности

г *

I 4„ (г) ах < адоп [18]

о ^

Для правильной оценки поведения строительных конструкций в условиях реальных пожаров, прогнозирования их устойчивости и решения нормативных вопросов необходимо иметь научно-обоснованный метод перехода от условий и результатов испытаний по стандартной температурно--временной" кривой к условиям реальных пожаров. Под реальными пожарами в данном случае понимаются пожары, отличные от "стандартного", а также имеющую затухающую стадию.

Поскольку вопрос перехода от реальных пожаров к "стандартному" вызван проблемой оценки поведения строительных конструкций, то приведение пожаров необходимо проводить через анализ теплового воздействия этих пожаров на конструкцию.

Продолжительность "стандартного" пожара будет эквивалентна продолжительности реального пожара, если последствия теплового воздействия "стандартного" и реального пожаров на строительную конструкцию будут одинаковы. Таким образом, параметром, определяющим соот-

ветствие "стандартного" и реального пожаров,является эквивалентная продолжительность пожара иэкв>. выражающая продолжительность "стандартного" пожара, воздействие которого на конструкцию аналогично воздействию на нее реального пожара, при котором наступает предельное состояние по огнестойкости.

Существующий метод перехода от реальных пожаров к "стандартному" температурному режиму по равенству пло-. щадей под кривыми "температура-время", является некорректным и не имеет физического смысла. Предлагаемая методика определения тэкв основана на интегральной оценке тепловых нагрузок реального и "стандартного" пожаров по достижению конструкцией предельного состояния по огнестойкости.

В данном случае имеется в виду время достижения критической температуры арматуры, находящейся в растянутой зоне изгибаемой конструкций. Для сравнения двух тепловых нагрузок предлогается определять интеграл от плотности теплового потока на обогреваемой поверхности "стандартного и реального пожаров

[ 19) С 20)

где: Ор®11 - допустимая тепловая нагрузка "стандартного" пожара, Дж; 0 - тепловая нагрузка в условиях реального пожара, Дж: -плотность теплового потока на обогре-

ваемой поверхности. Вт/м2; х - время достижения предельного состояния конструкции по огнестойкости, мин."

Следовательно, время достижения предельного состоя-

доп •'ст

кр

= I «ц (Г) ЙГ и

о = I <1,. (г) йх р 3

X

ния по огнестойкости железобетонных изгибаемых конструкций при тепловом рехиме "стандартного" пожара будет эквивалентно времени достижения предельного состояния яри реальном тепловом режиме, если будет соблюдается условие

дол

«ст * 0Р 1213

Правомерность такого подхода была проверена экспериментально, путем испытания одинаковых железобетонных плит на прогрев по "стандартному" тепловому режиму, а также отличному от него на коэффициент у.

Экспериментально полученные результаты показывают, что несмотря на различие температурных кривых и плотностей падащих суммарных тепловых потоков "стандартного" и реального пожаров допустимые величины тепловых нагрузок в обоих случаях одинаковы.

Следовательно, время достижения предельного состояния по огнестойкости железобетонной изгибаемой конструкции реального пожара и время достижения предельного состояния изгибаемой железобетонной конструкций в условиях "стандартного" пожара отличаются на коэффициент К (коэффициент эквивалентности). Результаты расчета коэффициента Кэкв,показаны в табл.2.

В качестве критерия эквивалентности данная концепция позволяет использовать любую из характеристик, отражающую уровень израсходованного ресурса долговечности материала (огнестойкости конструкций) при пожаре, в частности: величину деформации ползучести, изменение объективной прочности, степень разрушения материала, величину прогиба, несущую способность конструкций, претерпевших воздействие пожара.

ХАРАКТЕРИС-ТШ Ж/Б ПЛИТ ПОПРАВОЧНЫЙ КОЭФШ ЦИЕН'Г Кэкв>* ИНТЕНСИВНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ V

1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6

ПЛИТА ТОЛЩИНОЙ 100 мм. З.С. 10 мм. К1 0.81 0.88 1.0 1.12 1.31 1.5 1.97

ПЛИТА толщиной 150 щ. З.С. 10 мм. К2 0.84 0.91 1.0 1.17 1.36 1.56 2.39

ПЛИТА ТОЛЩИНОЙ 220 т. З.С. 10 мм. КЗ 0.77 0.88 1.0 1.12 1.38 1.56 —

МИТА ТОЛЩИНОЙ 220 ММ. З.С. 20 мм. К4 0.82 0.89 1.0 1.14 1.4 - -

среднее значение 0.81 0.89 1.0 1.13 1.35 1.56 2.18

Примечание: * К,)кв определялось отношением предела огнестойкости реального пожара к "стандартному" (Пр/

На основе экспериментально-теоретических исследований и полученных данных допустимых тепловых нагрузок и режимов предложена следующая практическая реализация результатов для определения требуемых пределов огнестойкости изгибаемых железобетонных конструкций:

1.Уточняется конструктивные характеристики рассматриваемой железобетонной изгибаемой конструкции (толщина плиты, толщина защитного слоя, класс арматуры т.д.) и статическая схема ее работы (статически определимые или статически неопределимые).

Для статически определимых плит, используя формулы [14,15], определяем допустимую тепловую нагрузку или допустимое количество теплоты, воздействующее на конструкцию.

2.Используя существующие модели расчета температурных режимов пожара(в частности интегральный метод моделирования пожаров в помещениях) проводится расчет температурного режима пожара.

3.Используя формулы [1 и 4 ],проводится расчет плотности падающего теплового потока или плотности теплового потока на обогреваемой поверхности железобетонной плиты.

4.Используя формулы [14,15,16,1?,18,19,20,211,проводится расчет тепловой нагрузки или.допустимого количества теплоты, воздействующей на конструкцию в условиях рояльного пожара до тех пор, пока не будет нарушено условие безопасности (формула 18). Время нарушени5* условий безопасности и является пределом огнестойкости рассматриваемой конструкций.

5'.Полученные результаты анализируются, при необходимости корректируются исходные данные и расчет повторяется.

ВЫВОДЫ

1.Проведенный анализ состояния противопожарного нормирования в области огнестойкости строительных конструкций показал, что существующая методика перестает отвечать современными требованиями, числовые значения, заложенные в нормах и правилах (в том числа и зарубежом) недостаточно научно обоснованы.

2.Показана возможность получения экспериментальным путем комплексной информации о теплообмене на обогреваемой и необогреваомой поверхностях, распределении температуры внутри железобетонной плиты при различных интен-сиьностях и продолжительностях теплового воздействия.

3.Разработаны и реализованы методики экспериментального исследования:

а) теплового взаимодействия пожара с горизонтальными железобетонными конструкциями;

б) изменения деформативно-прочностных и теплофизи-ческих характеристик бетона в условиях нагрева и остывания.

4.Проведенные экспериментальные исследования позволили установить эмпирические зависимости плотности падающих тепловых потоков, а также плотности тепловых потоков на обогреваемой и необогреваемой поверхностях железобетонной плиты как функций от среднеобъемной температуры среды.

5.В результате обобщения полученных данных установлено, что:

а) плотность падающего теплового потока не зависит от интенсивности теплового воздействия (у>),а зависит в основном от среднеобъемной температуры газа.

б) плотность теплового потока на обогреваемой поверхности железобетонной плиты в основном зависит от интенсивности теплового воздействия (у>) и среднеоб'Ьймной температуры газа.

6.Разработана методика расчета прогрева железобетонных изгибаемых конструкций яри граничных условиях второго рода с использованием полученных экспериментальных данных.

Т.На основании полученных обобщенных экспериментальных данных предложен метод расчета допустимых тепловых нагрузок и режимов для изгибаемых железобетонных конструкций (плит).

8.Получены количественные значения допустимых тепловых нагрузок и режимов в зависимости от толщины плиты и от толщины защитного слоя.

2А

9.Разработана методика определения эквивалентной продолжительности пожара с учетом допустимых тепловых нагрузок и режимов.

Ю.Результаты экспериментально-теоретических исследований могут быть использованы для оценки поведения изгибаемых железобетонных конструкций (плит) в условиях реальных пожаров.

Основною содержание диссертации опубликовано в работах:

1.Демехин В.Н.. Джулфалакян А.В.,Малаев М.Д..Мосалков -И.Л. Результаты экспериментальной оценки прочностных и деформативных характеристик бетона в условиях температурного воздействия, приближенного к реальному пожару // Пожарная безопасность и противопожарная защита материалов, зданий. сооружений и городов.-М.:ВИПТШ МВД СССР, 1977, - 89 с.

2.Измаилов А.-X.С..Джулфалакян A.B. Экспериментальные исследования процесса теплового взаимодействия пожара с горизонтальными железобетонными конструкциями // "Указатель депонированных рукописей" N:12, ГИЦ МВД России, -N:575 Д,-М.:-1992 г.

3.Измаилов А.-Х.С., Мосалков И.Л., Джулфалакян A.B. Рет зультаты исследования теплофизических характеристик бе-тонй при высоких температурах бесконтактным методом с помощью подвижного источника тепла // "Указатель депонированных рукописей" N:12, ГИЦ МВД России. N:574 Д, -М.:- 1992 г.

Соискатель

випта МВД Р4> . Тир^О экз. Зак. Н?%