автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Прогнозирование огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой

На правах рукописи

ГОЛОВАНОВ ВЛАДИМИР ИЛЬИЧ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ОГНЕЗАЩИТОЙ

Специальность 05 26 03 "Пожарная и промышленная безопасность" (технические науки, отрасль - строительство)

Автореферат диссертации на соискание уч-доктора технических наук

Москва 2008

На правах рукописи

ГОЛОВАНОВ ВЛАДИМИР ИЛЬИЧ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ОГНЕЗАЩИТОЙ

Специальность 05 26 03 "Пожарная и промышленная безопасность" (технические науки, отрасль - строительство)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении "Всероссийский ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны" Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийный бедствий (ФГУ ВНИИПО МЧС России)

Научный консультант доктор технических наук,

профессор И С Молчадский

Официальные оппоненты доктор технических наук,

профессор В И Присадков доктор технических наук, профессор В М Ройтман доктор технических наук, профессор ПД Одесский

Ведущая организация Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений "ЦНИИПромзданий"

Защига состоится 22 мая 2008 г в 10 00 часов на заседании диссертационного совета ДС 205 003 01 при ФГУ ВНИИПО МЧС России по адресу 143903, Московская обл , г Балашиха, мкр ВНИИПО, д 12, зал Совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУ ВНИИПО МЧС России

Авторефераг разослан Р ^ 2008 г Исх

Огзыв на автореферат с заверенными подписями и печатью просим выслать в ФГУ ВНИИПО МЧС России по указанному адресу Телефон для справок 521-29-00

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

ЕЮ Сушкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Обеспечение пожарной безопасности зданий и сооружений из стальных конструкций является важной государственной задачей Для современного строительного производства характерно изготовление строительных конструкций и изделий индустриальными методами Стальные конструкции находят широкое применение при возведении высотных зданий в качестве колонн, несущих элементов покрытий, каркасов Эти конструкции отвечают задачам технического прогресса они надежны, обладают высокими прочностными качествами, обеспечивают высокие темпы изготовления и возведения, благодаря высокой прочности они экономичны по затрате материала, транспортабельны и долговечны С ростом строительства значительно увеличивается потребление металла в этой сфере

В то же время элементы стальных конструкций должны отвечать требованиям противопожарной безопасности Под действием высокой температуры во время пожара несущая способность стальных конструкций резко снижается, а иногда происходит их разрушение Применение стальных конструкций, выполненных без учета требований огнестойкости, может привести к человеческим жертвам и значительным убыткам

В связи с современными тенденциями в промышленном строительстве возводить объекты на больших площадях проблема предотвращения ущерба от крупных пожаров приобретает большое значение Поэтому одной из главных задач при эксплуатации зданий является обеспечение нормативных прочностных свойств несущих стальных элементов не только в обычных условиях, но и при воздействии высоких температур, связанных с пожаром

Таким образом, обеспечение работоспособности стальных конструкций при пожарах является весьма важной задачей

Р

В настоящее время большое внимание уделяется строительству нефтегазового комплекса, автодорожных тоннелей большой протяженности, где режимы огневого воздействия на строительные конструкции более интенсивны и значительно отличаются от "стандартного" Влияние более интенсивного температурного режима на прочностные характеристики металла и в конечном счете на огнестойкость стальных конструкций требует изучения

Проблема огнестойкости решается усилиями многих научно-исследовательских, проектных организаций разных стран

Расчет сжатых стальных элементов до потери ими несущей способности под действием огня и постоянной рабочей нагрузки производится как у нас в стране, так и за рубежом по обычным формулам строительной механики с заменой значения прочностных характеристик стали при нормальной температуре на их величины при повышенных температурах

При огневом воздействии в стальных строительных конструкциях под действием постоянной нагрузки возникает деформация температурной ползучести, накопление которой приводит к потере несущей способности этих конструкций Однако в настоящее время деформация ползучести не принимается во внимание при расчете критической температуры сжатых и изгибаемых стальных элементов как в отечественных, так и в зарубежных методиках

Экспериментально-аналитических исследований по проблеме устойчивости сжатых стальных элементов конструкций в условиях воздействия высоких температур не проводилось Данных по испытаниям на ползучесть при растяжении и сжатии стали и нестационарном режиме нагрева, необходимых для расчета устойчивости сжатых стальных элементов и расчета деформирования сжатых и изгибаемых элементов конструкций, также нет Поэтому решение проблемы устойчивости и расчета деформации сжатых и изгибаемых стальных конструкций в условиях воздействия высоких температур является весьма важной практической задачей.

Проведенные за рубежом исследования деформаций ползучести при расчете на огнестойкость изгибаемых стальных элементов могут быть использованы частично, поскольку характеристики отечественных сталей отличаются от зарубежных

Увеличение пределов огнестойкости стальных конструкций возможно благодаря использованию различных огнезащитных материалов и применению вновь разрабатываемых марок сталей с повышенными показателями термостойкости

Целью работы является разработка метода расчета огнестойкости стальных сжатых и изгибаемых конструкций по критическим деформациям на основе изучения прочностных и деформативяых свойств строительных сталей в условиях различных режимов огневого воздействия, в том числе отличных от "стандартного", и определения огнезащитной эффективности материалов для стальных конструкций

Для достижения данной цели в работе ставятся и решаются следующие задачи

- разработать математическую модель процесса деформирования стальных конструкций при пожаре с учетом температурной ползучести материала,

- исследовать механизм изменения прочностных и деформативных свойств применяемых в строительстве сталей малоуглеродистой ВСтЗпс, низколегированной 09Г2С и новых марок 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями термостойкости,

- установить особенности процесса кратковременной температурной ползучести исследованных марок стали при нестационарных режимах нагрева и получить параметры и аналитические зависимости для расчета этих деформаций,

- исследовать влияние интенсивности нагревания на величину критической температуры сжатых стальных стержней,

- разработать метод оценки несущей способности изгибаемых и сжатых стальных конструкций из наиболее типичных марок стали ВСтЗпс и 09Г2С, рекомендованных для строительных конструкций, и новых марок 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями термостойкости в условиях огневого воздействия,

- исследовать закономерности огнезащитных свойств новых материалов для стальных конструкций и определить теплофизические характеристики этих материалов, необходимые для расчетов прогрева конструкций,

- установить критерии выбора систем пассивной защиты стальных конструкций от огневого воздействия

Научная новизна работы заключается в следующем- выявлены основные закономерности термосялового деформирования сжатых и изгибаемых стальных элементов с учетом деформации температурной ползучести и различных режимов огневого воздействия,

- предложена математическая модель расчета деформирования стальных балок в условиях огневого воздействия с учетом температурной ползучести стали, позволяющая определять влияние скорости нагрева на процесс деформировании балки Модель апробирована с использованием экспериментальных данных, полученных автором и опубликованных в литературе, для стальных балок в условиях огневого воздействия Результаты расчетов и экспериментальные данные удовлетворительно согласуются,

- разработан новый метод определения устойчивости сжатых стальных стержней для оценки влияния гибкости, величины статической нагрузки, скорости нагрева, марки стали на критическую температуру и деформацию этих стержней при нестационарных режимах нагрева,

- выявлены особенности напряженно-деформированного состояния сжатых стальных стержней, получен новый метод определения критической температуры сжатых стальных стержней различной гибкости X с учетом деформации кратковременной температурной ползучести,

- разработан новый метод определения кратковременной температурной ползучести стали при растягивающем и сжимающем напряжении и стационарном и нестационарном режиме нагрева для оценки деформатив-ной способности строительных сталей,

- выявлены основные закономерности и взаимосвязь меясду прочностными и деформативными свойствами исследованных марок стали при повышенных температурах,

- получены новые экспериментальные данные, характеризующие влияние и вид напряженного состояния, скорости нагрева и марки стали на деформацию температурной ползучести исследованных марок стали,

- впервые установлена взаимосвязь между прочностными и деформативными свойствами исследованных марок стали и температурными режимами в условиях огневого воздействия, показана возможность оценки необратимых температурных деформаций стали,

- предложена методика определения огнезащитных свойств покрытий и облицовок для стальных конструкций, позволяющая выбрать наиболее эффективный вариант огнезащиты Получены зависимости изменения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости облицовок при их нагреве до высоких температур Построены номограммы прогрева стальных пластин с различными видами огнезащитных материалов

Практическая значимость работы Решена научно-техническая проблема оценки предела огнестойкости, в том числе огнестойкости стальных несущих конструкций из традиционно применяемых марок стали и новых, с повышенными показателями термостойкости, с учетом условий их эксплуатации, различных условий огневого воздействия Разработаны научно-методические основы выбора наиболее эффективного огнезащитного покрытия для стальных конструкций.

Разработаны расчетные и экспериментальные методы оценки несущей способности изгибаемых стальных конструкций из наиболее применяемых марок стали ВСтЗпс и 09Г2С, рекомендованных для строительных

конструкций, и новых марок 06БФ и ОбМБФ с повышенными показателями термостойкости с учетом деформации ползучести и различных режимов огневого воздействия для прогнозирования в условиях эксплуатации, противопожарного нормирования огнестойкости несущих стальных конструкций с учетом критических деформаций,

Разработаны инженерные методы оценки предела огнестойкости стальных конструкций по критическим деформациям, определения прочностных и деформативных параметров различных марок стали для задач математического моделирования процесса деформирования стальных балок в условиях различных режимов огневого воздействия

Результаты работы позволяют сформулировать требования по выбору огнезащитных материалов для стальных конструкций с нормируемым пределом огнестойкости и учетом критериев необратимых деформаций, в том числе на стадии проектирования, снижению материального и социального ущерба

Диссертация обобщает результаты исследований, которые проводились под руководством или при непосредственном участии автора в Федеральном государственном учреждении "Всероссийский ордена "Знак почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны" (ФГУ ВНИИПО) МЧС России с 1976 года при выполнении ряда Государственных программ (в том числе МВД, Госстроя России), плана НИР ФГУ ВНИИПО МЧС России

Результаты диссертационной работы использованы при разработке НПБ 236-97 Огнезащитные составы для стальных конструкций Общие требования Метод определения огнезащитной эффективности,

НПБ 231-96 Потолки подвесные Метод испытания на огнестойкость, СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений, ГОСТ 30247 0-94 Конструкции строительные Метод испытания на огнестойкость Общие требования,

ГОСТ 30247 1-94 Конструкции строительные Метод испытания на огнестойкость Несущие и ограждающие конструкции,

МГСН 4 19-2005 Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий-комплексов в городе Москве,

МГСН 5 03-02 Нормы проектирования городских автотранспортных тоннелей,

Методика определения огнезащитной эффективности средств огнезащиты железобетонных конструкций автодорожных тоннельных сооружений-М ВНИИПО, 2007,

Инструкции по расчету фактических пределов огнестойкости металлических конструкций - М ВНИИПО, 1983,

Справочника "Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций, пожарная опасность строительных материалов, огнестойкость инженерного оборудования зданий" -М ВНИИПО, 1999,

Технической информации (в помощь инспектору Государственной противопожарной службы) -М ВНИИПО, 1995-2005,

Проект федерального закона № 487983-4 "О техническом регламенте "Общие требования пожарной безопасности" (внесен Правительством Российской Федерации, принят в первом чтении постановлением Государственной Думы Федерального Собрания Российской Федерации от 13 ноября 2007 года за № 5404-4 ГД)

Результаты диссертации использованы в лекциях Учебного центра ФГУ ВНИИПО МЧС России, Учебно-консультативного центра МГСУ и Государственной академии профессиональной подготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвестиционной сферы (ГАСИС)

Получены экспериментальные данные об огнезащитной эффективности новых эффективных материалов, которые использованы различными предприятиями-производителями, проектными и строительными организациями, органами ГПС

На защиту выносятся.

- основы обеспечения требуемой огнестойкости стальных конструкций с учетом деформации кратковременной температурной ползучести и новых эффективных огнезащитных материалов,

- результаты математического моделирования процесса деформирования изгибаемых стальных балок из исследованных марок стали в условиях огневого воздействия,

- методики исследования прочностных и деформативных свойств стали при растяжении и сжатии в условиях нестационарных режимов нагрева,

- научно обоснованные методы оценки несущей способности сжатых и изгибаемых стальных конструкций в условиях огневого воздействия с учетом кратковременной температурной ползучести,

- результаты экспериментальных и теоретических исследований влияния марки стали на прочностные и деформативные свойства исследованных сталей при нагреве до высоких температур,

- экспериментальные данные о влиянии уровня напряжения и температурных режимов нагрева стали на деформацию температурной ползучести стали при растяжении и сжатии,

- результаты исследований огнестойкости стальных изгибаемых балок из различных марок стали с огнезащитой и без нее,

- методика определения устойчивости и несущей способности сжатых стальных стержней различной гибкости при различных режимах нагрева,

- результаты экспериментальных и теоретических исследований огнезащитной способности новых эффективных материалов для стальных конструкций,

- эффективные способы защиты стальных конструкций от теплового воздействия в условиях огневого воздействия

Достоверность полученных результатов подтверждается данными крупномасштабных огневых экспериментов, адекватностью теоретических

моделей реальным условиям статической нагрузки стальных конструкций и условиях огневого воздействия, выбором критериев и параметров, позволяющих сравнивать 1еоретичес(сие и экспериментальные данные, удовлетворительной точностью экспериментальных методов и погрешностями т мерепий

Обоснованность научных положении, выводов и рекомендации, сформулированных в диссертации, подтверждена большим объемом экспериментально-теоретических исследований со стальными элементами в натуральную величину, апробацией методик оценки огнезащитной эффективности строительных конструкции, соответствием результатов расчетных и экспериментальных данных, положительным опытом внедрения результатов работы в Государственную противопожарную службу и другие ведом ства

Экспериментально-теоретические разработки выполнены применительно к стальным сжатым и изшбаемым конструкциям из малоуглеродисто« сгапи ВСтЗнс, низколегированной 09Г2С и новых марок стали 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями термостойкости и с новыми огнезащитными материалами

Апробация работы Результаты работы, основные ее положения и выводы докладывались и обсуждались на X Всесоюзной научно-практическои конференции "Проблемы пожарной безопасности зданий и сооружений (Москва, 1990), ХШ Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность 95" (Москва, 1995), Всероссийской научно-практическои конференции "Пожарная безопасность — история, состояние, перспективы" (Москва, 1997), II Международном семинаре "Пожаровзры-вооласность веществ и взрывозащита объектов (Москва, 1997), XV Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков" (Москва, 1999), XVI Всероссийской научно-практической конференции "Крупные пожары предупреждение и тушение" (Москва, 2001), Всероссийской научно-практической конференции "Пожа-

ры и окружающая среда" (Москва, 2002), XVIII Всероссийской научно-практической конференции "Снижение риска гибели людей при пожарах" (Москва, 2003), XIX Международной научно-практической конференции "Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений" (Москва, 2005), научно-практической конференции "Пожарная защита зданий и сооружений в условиях Сибири и Крайнего Севера" (Иркутск, 2005), Международной научно-практической конференции "Чрезвычайные ситуации теория, практика, инновации" (Гомель, Беларусь, 2006), VII научно-практической конференции "Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций" (Москва, 2007), XX Международной научно-практической конференции "Исторические и современные аспекты решения проблем горения, тушения и обеспечения безопасности людей при пожарах" (Москва, 2007)

Публикации и личный вклад автора По теме диссертации опубликовано 52 печатные работы В диссертации обобщены результата многолетней самостоятельной работы, а также выполненной с коллегами (И А Бо-лодьяном, И С Молчадским, И Р Хасановым, А П Шевчуком, А В Ружин-ским, Н П Савкиным, Р А Яйлияном, В И Щелкуновым и др ) и соискателями автора Под руководством и при непосредственном участии автора определялись направления исследований, разрабатывались установки, методики экспериментов, осуществлялся анализ и обобщение полученных результатов, формулировались выводы и проводилось внедрение в практику

Объем и структура работы Диссертационная работа изложена на 337 страницах машинописного текста и состоит из введения, шеста глав, выводов, списка литературы и приложений Список использованной литературы включает 174 наименования Общий объем работы включает 79 рисунков и 37 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Диссертация состоит из введения, шести, глав, выводов и списка литературы

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы и ставятся задачи исследования, излагаются основные положения, выносимые на защиту, даются сведения, характеризующие практическую значимость результатов исследований, их апробацию и публикацию в научно-технической литературе

Первая глава (аналитический обзор) посвящена анализу современного состояния проблемы обеспечения пожарной безопасности стальных строительных конструкций в условия огневого воздействия Рассматривается специфика обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений в части обеспечения огнестойкости стальных несущих конструкций Проводится анализ наиболее крупных пожаров за последние годы в сооружениях различного функционального назначения со стальными конструкциями, повлекших за собой гибель людей и значительные убытки Подчеркивается, что в условия большого объема строительства нефтегазового комплекса и автодорожных тоннелей значительной протяженности режимы огневого воздействия на строительные конструкции в этих сооружениях более интенсивны и значительно отличаются от "стандартного"

Изучению проблемы обеспечения огнестойкости строительных конструкций посвящены работы таких известных специалистов, как А И Яковлев, В П Бушев, В А Пчеяинцев, В Ф Федоренко, В М Ройтман, В В Жуков, И С Молчадский, А Ф Милованов, В С Федоров, В В Соломонов, В Н Зигерн-Корн, Н И Зенков, В Г Олимпиев, Т Харматти, Д Тоор, С Магнуссон, О Петтерсон, и других ученых

Однако исследования механизма огневого воздействия на стальные конструкции с огнезащитой до настоящего времени не привели к созданию обоснованного подхода к решению проблемы достоверной оценки огне-

стойкости стальных конструкций в зависимости от деформированного состояния и режимов огневого воздействия

Результаты анализа состояния проблемы и обобщения работ по исследованию огнестойкости строительных конструкций позволяют сделать вывод о том, что существующие теоретические модели не учитывают влияние различных режимов нагрева стали на огнестойкость строительных конструкций

Экспериментально-аналитических исследований по проблеме устойчивости сжатых стальных элементов конструкций в условиях огневого воздействия проводилось недостаточно, как и исследований на ползучесть при растяжении и сжатии стали и при нестационарном режиме нагрева, необходимых для расчета устойчивости сжатых стальных элементов и учета деформированного состояния сжатых и изгибаемых элементов конструкций при огневом воздействии

В существующих методиках критическую температуру рассчитывают в момент обрушения стального элемента Расчет сжатых и изгибаемых стальных элементов до потери ими несущей способности под действием огня и постоянной рабочей нагрузки производится по обычным формулам строительной механики, с заменой в расчетах значения прочностных характеристик стали при нормальной температуре на их величины при повышенных температурах

Изменение предела текучести ау и модуля упругости Е стали с повышением температуры имеет важное значение при расчетах на прочность сжатых и изгибаемых элементов Однако не менее существенным в поведении стали при высоких температурах оказывается явление ползучести

При огневом воздействии в стальных строительных конструкциях под действием постоянной нагрузки возникает деформация температурной ползучести, накопление которой приводит к потере несущей способности этих конструкций Однако в настоящее время деформация ползучести не

принимается во внимание, при расчете критической температуры сжатых и изгибаемых стальных элементов Влияние скорости нагрева на прочностные и деформативные свойства стали изучено не достаточно

Обрушение несущих стальных конструкций при воздействии на них температурного режима "стандартного пожара" происходит через 10-15 мин после начала пожара Использование различных вариантов огнезащиты позволяет увеличить предел огнестойкости стальных конструкций до требуемых значений Однако обоснованный выбор покрытий и облицовок для стальных конструкций, в зависимости от их огнезащитной эффективности, условий эксплуатации и других критериев, до сих пор не разработан

Таким образом, с учетом вышеизложенного, выбраны следующие направления работы

- разработка математической модели, позволяющая рассчитывать процесс деформирования стальных конструкций при огневом воздействии с учетом температурной ползучести материала и различных температурных режимов нагрева стали,

- разработка методики и проведение огневых испытаний для определения предела огнестойкости сжатых и изгибаемых стальных конструкций из различных марок стали с огнезащитой и без нее,

- исследование механизма изменения прочностных и деформативных свойств сталей при высоких температурах малоуглеродистой ВСтЗпс, низколегированной 09Г2С и новых марок ОбБФ и 06МБФ с повышенными показателями термостойкости,

- установление особенностей процесса кратковременной температурной ползучести исследованных марок стали при нестационарных режимах нагрева и определение параметров и аналитических зависимостей для расчета этих деформаций при растяжении и сжатии, различных уровнях напряженного состояния и режимах нагрева,

- исследование влияния скорости нагрева стали, гибкости, эксцентриситета приложения нагрузки на величину критической температуры сжатых стальных стержней,

- исследование закономерностей огнезащитных свойств новых эффективных материалов для стальных конструкций и определение их теплофи-зических характеристик, которые необходимы для расчетов прогрева конструкций,

- установление критериев выбора систем пассивной защиты стальных конструкций от огневого воздействия

Вторая глава (экспериментальные исследования прочностных и де-формативных свойств строительных сталей в условиях высоких температур) посвящена изучению прочностных и деформативных свойств известных строительных сталей и новых, с повышенными показателями термостойкости, в условиях высоких температур, а также влиянию различных факторов (скорости нагружения образцов, растягивающем и сжимающем напряжениях) на диаграммы работы стали

В диссертации исследуются механические и деформативные свойства наиболее часто используемых в строительстве стали марок малоуглеродистой ВСтЗпс, низколегированной 09Г2С, а также двух новых марок стали с повышенными показателями термостойкости обычной 06БФ и повышенной прочности 06МБФ

Целью исследований механических свойств наиболее применяемых и новых термостойких марок стали, рекомендованных для несущих строительных конструкций, является определение диаграмм сг-е растяжения и сжатия в условиях высоких температур

Исследования проводились в предварительно оптимизированных условиях эксперимента С этой целью была разработана методика испытаний Для проведения испытаний на сжатие и растяжение были спроектированы и изготовлены печи, имеющие особое распределение обмотки по ее длине Для проведения исследований по изучению прочностных характеристик

сталей, исключающих влияние деформации ползучести на кривую деформации-напряжения, эксперименты проводились со скоростью нагружения образцов при растяжении и сжатии, которая была эквивалентна увеличению напряжения 90 МПа/мш

Эксперименты на растяжение при нагреве проводились на круглых цилиндрических образцах Для экспериментов на сжатие были специально разработаны цилиндрические образцы с выточками по торцам Для исключения контактного трения по торцам образцов цилиндрические выточки заполнялись графитовым порошком

Для сравнительных исследований прочностных показателей при растяжении и сжатии в условиях повышенных температур были выбраны стали ВСтЗпс и 09Г2С, отличающиеся прочностными показателями и химическим составом (рис 1)

Выявлено, что диаграммы растяжения и сжатия для малоуглеродистой стали ВСтЗпс и низколегированной 09Г2С имеют одинаковый качественный характер, механические характеристики несколько отличаются друг от друга Диаграммы сжатия превышают соответствующие диаграммы растяжения Причиной указанного отличия является небольшое влияние контактного трения по торцам на напряженное состояние образцов и более сильное влияние неточностей при изготовлении образцов

По данным проведенных исследований были построены кривые изменения прочностных показателей уЕ и у, ( рис. 2), характеризующих снижение модуля упругости Е и предела текучести <т сталей ВСтЗпс, 09Г2С, 06БФ и 06МБФ в условиях повышенных температур

Анализ динамики изменения коэффициентов ук и ут показал, что характер снижения кривых уг является монотонным для всех марок сталей Кривые коэффициента уг также снижаются с ростом температуры, но в интервале 200-400 °С скорость снижения уменьшается (за счет упрочнения), а выше 400 °С вновь увеличивается

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Е, %

_ растяжение сжатие

1 - 293 К, 2 - 473 К, 3 - 573 К, 4 - 673 К, 5 - 773 К, 6 - 873 К

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Е, %

__ растяжение

______сжатие

1 -293 К, 2-473 К, 3-573 К, 4 - 673 К, 5 - 773 К, б - 873 К

Рис 1 Диаграммы работы низколегированной стали марки 09Г2С (а) и малоуглеродистой стали марки ВСтЗпс (б) при сжатии и растяжении в условиях повышенных температур со скоростью нагружения 90 МПа/мин

0 200 400 600 800 о 2СЙ 400

Температура °С Температура "С

ВСтЗпс горячекатаная 09Г2С горячекатаная 06БФ термически улучшенная 06МБФ горячекатаная

Рис 2 Прочностные параметры уЕ (а) и ут (б), учитывающие снижение модуля упругости и предела текучести сталей ВСтЗпс, 09Г2С, 06БФ и 06МБФ при повышенных температурах

Более резкое снижение у^ выше 400 °С связано с явлением рекристаллизации стали и вследствие этого с повышением ее пластичности

Выявлено, что снижение уЕ и у, для малоуглеродистой стали и низколегированной при повышенных температурах происходит более интенсивно, чем у новых сталей с повышенными показателями термостойкости

Полученные нами зависимости влияния температуры стали на прочностные показатели исследованных сталей позволяют повысить точность расчетов на огнестойкость

Третья глава (исследование кратковременной температурной ползучести стали) посвящена экспериментально-аналитическому исследованию влияния температурного режима, напряжения растяжения или сжатия на деформацию кратковременной температурной ползучести сталей марок ВСтЗпс, 09Г2С, 06БФ, 06МБФ и выявлению механизма их действия

С использованием теории ползучести, предложенной Д Тором, позволяющей рассматривать влияние изменяющейся во времени температуры, показано, что структура стали, получавшаяся в результате ползучести, зависит от параметра "приведенного времени" 9 и практически может считаться одинаковой при одинаковых значениях в

Проведены экспериментальные исследования для определения параметров ползучести со сталями ВСтЗпс, 09Г2С, 06БФ, 06МБФ

Деформация ползучести е„ для определенней марки стали зависит от величины напряжения о- йот "приведенного времени" в, которое определяется соотношением

где в - "приведенное время" параметр, характеризующий режим нагрева, ч, Т-температура, К, г - время, ч, ц - параметр характеризующий марку стали, К

Расчет деформации ползучести проводился по аналитической зависимости

(I)

ех=(е^/Ы2)созк-1(2и"-) (2)

где в ,1- параметры ползучести, зависящие о г величины напряжения Исследования кратковременной температурной ползучести проводились при растяжении и сжатии для определения сравнительных характеристик ползучести стали Эксперименты на ползучесть при сжатии проводились на модернизированной рычажной установке, которая сблокирована с переносной муфельной электропечью

Величина ¡л и соотношение между напряжением и параметрами Ъ и ещ были определены при испытаниях на ползучесть при растяжении с постоянной температурой и напряжением

Согласно принятой теории ползучести величина деформации ползучее ги зависит только от напряжения а и "приведенного времени" в, тогда величина в в двух испытаниях должна быть одинаковой

Если деформации ползучести в двух экспериментах имеют одинаковое значение при одной и той же величине напряжения, тогда

(3)

тг тмъ'ь)

г,-г2

где Тх ,Т2 - температура при экспериментах Ка1и 2,

г,,г2 - время достижения одинаковой деформаций при испытаниях №1 и 2,

Параметр Z определяем из соотношения

где еп - скорость установившейся ползучести во время стандартных испытаний на ползучесть

Влияние температуры при испытании стали в условиях постоянного напряжения составляющего 150 МПа для стали ВСтЗпс, представлено на рис 3 Аналогичные кривые ползучести получены для всех исследуемых марок стали Кривые ползучести имеют ярко выраженные участки установившейся ползучести, на которых скорость ползучести постоянна

_растяжение_____сжатие

1 - при Т-803 К, 2 - при Т=773 К, 3 - при Т=753 К, 4 - при Т=743 К

Рис 3 Характерные кривые ползучести малоуглеродистой стали марки ВСтЗпс при напряжении ¡г = 150 МПа и различных режимах нагрева

Значения 2, определенные при испытаниях сталей ВСтЗпс, 09Г2С, представлены на графиках в качестве функции напряжения на рис 4а с одной переменной в логарифмической шкале, и на рис 46 с двумя переменными в логарифмической шкале С помощью этих графиков получены аналитические зависимости между Z и напряжением

Определено, что значения ещ в качестве функции напряжения достаточно приближены к прямой линии на графике, где обе переменные сведены к логарифмической шкале (рис 5)

В табл 1 представлены значения параметра ц, аналитические зависимости между напряжением а и 2 , а также зависимости между напряжением а и г исследуемых марок сталей

Установлено, что теория ползучести, примененная в данной работе для вывода аналитических зависимостей с целью определения деформации ползучести при растяжении и получившая хорошую сходимость с экспериментом, применима для определения деформации ползучести при сжатии

а

б

1 - сталь ВСтЗпс, 2 - сталь 09Г2С

Рис 4 Соотношение между 2 и напряжением а, представлено на графике с Т-осью в логарифмической шкале (а) и с обеими осями в логарифмической шкале(б)

15 50 70 100 150 200 300 ¡па мпа

1 - сталь БСтЗПС 2 - СТЗПЪ 09Г2С

Рис 5 Соотношение между ещ и напряжением а, представлено на графике с обеими осями в логарифмической шкале

Таблица 1

Марка стали Временное сопротивление ав, МПа Предел текучести, 1 ву, МПа А К

ВСтЗпс 405 250 27200 ''сг<1001 2 = 13767сг" о 100 /2 = 3,0 Ю^е005" 3,3 Ю-6 сг17

09Г2С 490 350 23000 сг<110] 2 = 330сг40 <т> 110| 2 = 2,5 Ю'е0 027" 3,4 10 "V5

06БФ 476 375 23600 <г<1101 г = 760сг45 сг? ПО] X = 3,2 10'°е°м<г 9,8 Ю-7 сгг 1

ОбМБФ 576 471 22100 а <1201 г = 270сг45 <т > 120] X -1,2 10'° 4,5 Ю^сг1'6

При сравнении значений параметров ползучести сталей марок ВСтЗпс, 09Г2С установлено, что значения параметров при растяжении и сжатии ц и цс , Ъ и Ъй , е^ и различаются Однако кривые ползучести растяжения и сжатия, отличаются незначительно, поэтому можно сделать вывод, что при определении е„ расхождение между параметрами ползучести мало влияет на конечный результат

При одинаковом напряжении абсолютная величина скорости установившейся ползучести при растяжении и при сжатии одинакова в пределах погрешности эксперимента

С целью экспериментальной проверки полученных аналитических зависимостей для определения деформации ползучести при нестационарном режиме нагрева образцов были проведены исследования на ползучесть при растяжении и сжатии в условиях произвольно изменяющихся режимов нагрева

Сходимость экспериментальных и аналитически рассчитанных данных ползучести сталей в условиях нестационарного режима нагрева удовлетворительная (рис. 6).

4 3 2

1

т,к

773 673 573 473 373 293

О 20 40 60 80 100 120 140 160 CT,мин

___ эксперимент____расчет

1 -деформация при режиме нагрева I - 30 град/мин, 2 - деформация при режиме нагрева 11-15 град/мин, 3 - деформация при режиме нагрева IH - произвольный режим, 4 - деформация при режиме нагрева IV - 3 град/мин

Рис 6 Кривые ползучести и режимы нагрева стали марки 06БФ при растягивающем напряжении о=200 МПа

В четвертой главе (экспериментально-аналитическое исследование несущей способности сжатых стальных элементов при воздействии высоких температур) представлено исследование деформативности и устойчивости сжатых стальных стержневых элементов при нагреве с учетом принятых допущений а) деформации по сечению распределяются согласно гипотезе плоских сечений, б) изогнутая ось стержня принимается в виде синусоидальной кривой

Установлено, что до нагрева в сечении сжатого стержня всегда имеется разность напряжений на противопожарных гранях, перпендикулярных плоскости изгиба, которая при нагреве стержня вызывает увеличивающуюся с ростом температуры разность деформации Де стали на отмеченных гранях, в результате чего происходит деформирование оси стержня

Потеря несущей способности внецетренно сжатого стержня происходит вследствие увеличения прогиба в процессе нагрева Деформирование оси внецентренно сжатого стержня принимаем по полуволне синусоиды, тогда прогиб будем определять по формуле

где Ае- разность фибровых деформаций стержня, 1С/- расчетная длина, м, к -высотасечения, м

Установлено, что выражение для расчета критической деформации ползучести ел стали, вызывающей потерю несущей способности стержня, имеет вид

1/ _ °"о/

-, (6)

" 2А е (\-К)/

/Де IV п +К

2 А е Я2

где п =-+

Ае ¡V я

А- площадь сечения, м2, е - эксцентриситет, м, Ш - момент сопротивления сечения, м3, А - гибкость, <т0-рабочее напряжение, Па,

К- коэффициент уровня напряжений, возникающих за счет прогиба /, Для упрощения расчет критической температуры сжатых стальных стержней предлагается проводить по заранее построенным кривым ползучести

Для центрально сжатых стержней, у которых начальный эксцентриситет е можно принять равным 0 , формула для определения е„ приобретает вид

в>= (4-^)1 (7)

" А Е„ К 4 '

Для центрально сжатых стержней большой гибкости (Я > 104) на основании экспериментальных данных выявлена зависимость изменения разности фибровых деформаций ползучести стали с ростом температуры и нагрузки на стержень Такая зависимость была найдена на основе обработки

результатов испытаний центрально сжатых стержней при действии высокой температуры

где АТ = Т-ТН,

Г„ - начальная температура стержня, К, Т - температура стержня в процессе нагрева, К, <ту - предел текучести стали, Па.

Для определения критической температуры Ткр центрально сжатых стальных стержней большой гибкости получена зависимость

При рассмотрении представленных данных (рис 1а) о влиянии скорости нагрева на величину Т,ф видно, что достижение критической температуры, приводящей к потере несущей способности стержня, может произойти при стационарном режиме нагрева, т е когда скорость нагрева равна нулю за счет накопления деформации ползучести е„ Этот факт еще раз показывает, что основную роль при потере устойчивости в условиях высоких температур играет деформация ползучести е„

Установлено, что большое влияние на величину Ткр оказывает гибкость сжатого стержня Из приведенных на рис 76 данных видно, что при увеличении гибкости стержня величина Т уменьшается, причем темп уменьшения Тир значительнее в области средних и больших гибкостей

Цель проведенного экспериментального исследования состояла в изучении фактической работы сжатых стальных стержней из марок стали, рекомендованных для несущих строительных конструкций Эксперименты проводились при различных величинах гибкости X, уровней нагружения, эксцентриситета приложения нагрузки при режимах нагрева, близких к реальным режимам нагрева стальных несущих конструкций при пожарах, и при проверке результатов аналитического расчета этих стержней, приве-

ду =4 10"' ДГ2

(8)

(9)

денного в главе 4 Кроме этого, настоящие испытания имели цель проверить как практически влияет скорость нагрева в диапазоне от 3 до 30 град/мин на величину критической температуры Т , которая соответствует требованиям норм по пределам огнестойкости

а б

3 5 10 15 25

v, Град, мин"1

1 - рабочее напряжение а=73 2 МПа,

2 - рабочее напряжение о=85 МПа

Рис 7а Зависимость скорости нагрева V на критическую температуру Тщ, центрально сжатого стержня гибкостью Х=122 из стали марки ВСтЗпс

1 - рабочее напряжение а0=175 МПа

2 - рабочее напряжение о0=125 МПа,

3 - рабочее напряжение а0=75 МПа

Рис 76 Зависимости гибкости X на критическую температуру Тщ, центрально сжатых стержней из стали ВСтЗпс

Испытания на сжатие при напеве проводились на стержнях прямоугольного сечения Всего было испытано 64 стержня из стали марки ВСтЗпс и 40 стержней из стали марки 09Г2С

Эксперименты проводились на модернизированной рычажной установке, в которой образцы стержней нагружались постоянной статической нагрузкой и непрерывно нагревались с заданной скоростью Стержни испы-тывались с применением опор, которые позволяли создавать в плоскости изгиба шарнирное закрепление, а в перпендикулярной плоскости закрепление стержня было близким к полному защемлению

Сжатые элементы строительных конструкций при пожаре теряют устойчивость после достижения критической продольной деформации вследствие ползучести металла Для определения критической продольной деформации необходимо знать разность краевых деформаций, а следовательно, и величину прогиба Поэтому определение прогиба сжатых стержней при высоких температурах является важным звеном при определении критической температуры сжатых стержней

Для примера в табл 2 приведены результаты испытаний центрально сжатых и внецентренно сжатых стержней из малоуглеродистой стали ВСтЗпс и низколегированной стали 09Г2С Для сравнения в этой таблице указаны экспериментальные и рассчитанные значения критических температур испытанных стержней

Анализ результатов испытаний сжатых стержней при натреве показывает, что теоретические величины критических температур Т хорошо согласуются с экспериментальными результатами Для большинства испытанных стержней разница между экспериментальными и теоретическими величинами Г,;, не превышает 5 % Несколько большая разница (до 10 %) наблюдается у отдельных образцов большой гибкости, для которых добиться равномерного распределения температуры по длине сложнее

При сравнении значений критических температур для стержней из сталей ВСтЗпс и 09Г2С при прочих равных условиях значения Г для стержней из низколегированной стали 09Г2С выше, чем для стержней из малоуглеродистой стали ВСтЗпс 01 сюда следует, что величина Тщ, в условиях повышенных температур больше у элементов, изготовленных из сталей повышенной прочности

Установлено, что расчет кршической температуры, проведенный при крупномасштабных огневых испытаниях для стальных колонн и моделей стержней, имеет лучшую сходимость с экспериментальными данными полученными по новой методике расчета, по сравнению с используемой в настоящее время (табл 2)

Таблица 2

№ Ып Марка стали Предел текучести оу МПа Нагрузка N. кН Геометрические параметры конструкции Критическая температура нагрева

Р104, м1 \Л/ 105, м* 1, м Л Опыт Расчет по трад методике Погрешность, % >асчет по методи ке автора Погрешность %

Испытания центрально сжатых колонн, ВНИИПО (В С Федоренко)

1 СтЗ 295 1627 96 194 3 50 48 763 808 +5,9 783 +2,6

2 09Г2С 360 900 96 194 3,50 123 913 828 9,3 895 +2 0

3 09Г2С 310 1100 96 194 3,50 170 673 570 15,3 687 -2,1

Испытания внецентренно сжатых колонн (Германия)

4 - 236 900 104 267 3,60 71,1 741 873 +18 789 -6 5

5 - 233 600 104 267 3,60 71,1 863 923 +7,0 846 +2,0

6 - 266 800 87 292 3,60 55,5 858 883 +3,0 853 +0,6

Испытания стержней (получены автором)

7 ВСтЗпс 250 42 6 2 0,26 45 843 898 +6,5 868 +3,0

8 ВСтЗпс 250 31 6 2 0,35 61 873 943 +8,0 890 +1,9

9 ВСтЗпс 250 59 6 2 0,415 72 828 883 +6,6 802 -3,1

10 09Г2С 350 100 6 2 0,26 45 818 863 5,5 635 -2,1

11 09Г2С 350 100 6 2 0,35 61 800 863 +7,8 786 -1,8

12 09Г2С 350 50 6 2 0,646 112 847 920 +8,6 840 -0,8

Полученное в диссертации удовлетворительное совпадение экспериментальных и расчетных данных свидетельствует о приемлемости принятых в основу аналитических исследований допущений, а также дает основание считать условия работы испытываемых стержней достаточно близкими к расчетным

В пятой главе (экспериментально-аналитическое исследование несущей способности стальных изгибаемых балок при воздействии высоких температур) рассмотрены теоретические и экспериментальные аспекты прогнозирования деформированного состояния стальных балок из сталей с

повышенными показателями термостойкости в условиях огневого воздействия

Математическая модель основана на следующих допущениях а) деформации по сечению распределяются согласно гипотезе плоских сечений, б) для определения кривизны стержня принимается приближенное выраже-

1 ч

ние — = у, где р - радиус кривизны изогнутой оси стержня, в) изогнутая

Р

ось отрезка, на которое разбивается балка, принимается в виде параболы

В расчетной модели прогиб балки при огневом воздействии рассчитывался в конце каждого временного интервала, где сумма остаточной деформации от предыдущих временных периодов и деформации ползучести во временной интервал А г рассчитывалась с помощью уравнений ползучести, описанных в главе 3

Распределение деформации по высоте поперечного сечения балки рассматривалось как сумма деформаций от сжатия ес и от изгиба ет, а зависимость деформации от напряжения определялась по формуле

сг,=к,(ве+^- +4 (10)

Условия равновесия балки от продольной силы и изгибающего момента запишутся в виде

I Е

К(вс+~ ея-е,) + Ц п

п '

Д=ЛГ, (11)

Л,У,=М, (12)

где у, - расстояние до нейтральной оси, и,к~ высота балки, м, А-площадь элемента, м2

С помощью формул для определения N и М получаем значения е„ и

ея

к (м+^кАуъ -ЕмУ,)ТкЛ -ГЛГ+5>,4*, -1А4/ЕМЛ = 2 ! ТШЪЛ-ФАу,)2 '(13)

-¿м. ' ■ (14)

После вторичного интегрирования приближенного дифференциального уравнения изогнутой оси балки и преобразований, с учетом граничных условий опирания балки, получаем рекуррентные формулы для угла поворота и прогиба в I - м узле

+ (15)

1-1 " " м

,=1 С 2' О" С?^ 2 " ^

где / к = х, I I = в, в - количество узлов разбиения балки, / -длина участка, Б - координата, по которой ведется интегрирование

Используя рекуррентные формулы и граничные условия на опорах балки при О—>ю, получаем формулы для определения угла поворота и прогиба к- го узла

у'(х) = \к(*)с1з- , (17)

О I ь

I

у(х) =--(18)

О х

Таким образом, получена замкнутая система расчета деформированного состояния балки в условиях огневого воздействия.

Используя полученное уравнение, в качестве примера определим прогиб в среднем сечении балки при ее разбивке на 10 равных участков, где С = 10 - количество участков на которое разбита балка, 1 = Ь/С - длина участка балки к - 5 - номер участка балки При этом

£ А . 1 3 4 9 7 5 3 1 ч

Уь + 2'е"2 + 4£"3 +£"4 + +4£"6 +4 ^ +4®"8 + 4^

Получена математическая модель для решения численным методом деформации балок из сталей с исследованными прочностными и деформа-тивными характеристиками при огневом воздействии

С целью исследования огнестойкости стальных двутавровых балок и сопоставления с расчетными данными были проведены крупномасштабные эксперименты с балками из исследованных марок стали Для проведения испытаний на огнестойкость была модернизирована установка для испытаний на огнестойкость плит перекрытий и покрытий

Установлено, что при одинаковом значении нормативного сопротивления для конструкций из указанных марок стали, в сравнении с обычными марками, в процессе нагревания наблюдается более продолжительное сохранение прочностных свойств В данном случае исключается характерное для обычных марок стали начальное быстрое нарастание деформаций температурной ползучести под действием постоянной нагрузки, накопление которой приводит к потере несущей способности конструкций Таким образом, время достижения предельных деформаций продлевается

Опытные образцы для огневых испытаний представляли собой сварные двутавровые балки длиной 3ООО мм и высотой поперечного сечения 180 мм которые подвергались трехстороннему тепловому воздействию Наружная поверхность верхней полки двутавра (не обогреваемая) теплоизолировалась Основные результаты испытаний стальных двутавровых балок представлены в табл 3

Для примера на рис 8 представлены диаграммы изменения температур и прогибов при испытаниях двутавровых балок из исследованных марок стали под нагрузкой и расчетные значения прогибов Проведенная корреляция экспериментальных и расчетных данных полученных предложенным методом показала их удовлетворительную сходимость

Установлено, что данная математическая модель может быть использована для расчета стальных конструкций любой конфигурации, с огнезащитой и без нее Численное решение статической задачи позволяет

Таблица 3

СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ И РАСЧЕТОВ СТАЛЬНЫХ БАЛОК

№ п/п Марка стали, термообработка Класс стали Предел текучести оу, МПа Нагрузка, 1М, кН Изгибающий момент Мн,кН м Степень нагруже-ния, YT Критическая температура нагрева, °С

Опыт Расчет ПО Ут и Ye Погреш ность, % Расчет по M.ZH EtO Погрешность, %

1 ВСтЗпс горячекат 255 277 40,00 29,40 0,44 667 554 -16,9 620 -7,0

2 53,65 39,43 0,59 619 523 -15,5 582 -6,0

3 06БФ горячекат 255 321 53,65 39,43 0,51 679 666 -1,9 676 -0,4

4 53,65 39,43 0,51 698 666 -4,6 676 -3,2

5 06БФ термически улучшенная 255 321 53,65 39,43 0,51 654 666 +1,8 676 +3,3

6 53,65 39,43 0,51 691 666 -3,6 676 -2,2

7 09Г2С горячекат 345 373 77,50 58,13 0,65 601 509 -15,3 575 -4,3

8 77,50 58,13 0,65 589 509 -13,6 575 -2,4

9 06 БФ термически упрочненная 255 321 77,50 58,13 0,76 611 575 -5,8 604 -1,1

10 77,50 58,13 0,76 622 575 -7,5 604 -2,8

11 06БФ горячекат 255 321 77,50 58,13 0,76 605 575 -5,0 604 -0,2

12 06БФ горячекат сог-нез покр "ОГРАКС" 77,50 58,13 0,76 591 575 -2,8 604 +2,1

13 06БФ горячекат 255 321 77,50 58,13 0,76 627 575 -8,3 604 -3,7

14 77,50 58,13 0,76 628 575 -8,5 604 -3,9

15 06МБФ горячекат 345 471 53,65 39,43 0,35 677 700 +3,4 705 +4,1

16 53,65 39,43 0,35 686 700 +2,1 705 +2,8

1000

Та т = 345 lg (8t+ 1) + Т

900

- 2 - 4

800

О 700

О

á боо

Í5 500

ЭИ8 s о

- 10 ю

6

ю

S

| 400 £ 300

200

16

100

18

0

20

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Время, мин к

-te,t - стандартная температурная кривая,

—а— средняя температура балки №7, сталь 09Г2С, —»—средняя температура балки №10, сталь 06МБФ, —ж—средняя температура балки №12, сталь 06МБФ (с покрытием), —•—прогиб в середине пролета, балка №7,

---расчетный прогиб, балка № 7,

—i—прогиб в середине пролета, балка №10,

---расчетный прогиб, балка № 10,

—х—прогиб в середине пролета, балка №12 ---расчетный прогиб, балка № 12

Рис 8 Экспериментальные и расчетные диаграммы крупномасштабных огневых испытаний двутавровых балок под нагрузкой

учитывать разнообразные режимы нагрева стали, в зависимости от применяемой огнезащиты и- режима огневого воздействия

Предложенный расчетный метод позволяет получить следующие преимущества, в отличие от традиционных методов повысить точность расчетов стальных несущих конструкций на огнестойкость, расширить диапазон применения расчетного метода с внедрением новых условий работы и режимов обогрева конструкций при пожаре, использовать расчетный метод в развитии системы "гибкого" нормирования в области пожарной безопасности

В шестой главе (расчет температур в сечениях несущих стальных элементов, защищенных эффективными материалами) изложена методика расчета температуры стальных конструкций, защищенных эффективными материалами, проведен анализ экспериментальных исследований огнезащитной эффективности покрытий и рассмотрены особенности выбора средств огнезащиты

Анализ исследований показывает, что для расчета предела огнестойкости стальных элементов с огнезащитой необходимо определить время до потери несущей способности, т е время прогрева элементов до наступления критической деформации, либо критической температуры

Расчет производится при следующих начальных и граничных условиях

Начальные условия

- температура по сечению конструкции одинакова и равна температуре окружающей среды Т„ - 293 К

Граничные условия

- температура Те пожара в помещениях изменяется по кривой стандартного пожара, характеризуемой зависимостью

Тв = 345 ^(8*- +1) + 293, (20)

- коэффициент теплоотдачи а от нагревающей среды с температурой Те к поверхности с температурой То вычисляется по формуле

ьУ Л'

« = «/<•+ «л =29+5>67^ -—£—^—— (21)

^ й ^ п

Приведенная степень черноты ,5 системы "огневая камера - поверхность конструкции" определяется зависимостью

^=-7—1--<&>

- + — -1 $о

Программа для расчета температуры стальных конструкций составляется по алгоритму, который представляет собой ряд формул, полученных на основе решения краевой задачи теплопроводности методом элементарных балансов (конечно-разностный метод решения уравнения теплопро-

водности Фурье при внешней и внутренней нелинейности и наличии отрицательных источников тепла испарения воды в облицовке и нагрева стального элемента)

В теплотехническом расчете используются данные о характеристиках теплопереноса коэффициенте теплопроводности Л,, теплоемкости С, Зависимости этих характеристик от температуры представляют в линейном виде для удобства использования при расчетах Я=А±В( Т-273), С,=С+Д(Т-273)

Теплотехнический расчет для облицованных стальных стержней прямоугольного, круглого, двутаврового и других сечений с облицовкой по контуру упрощается путем приведения этих сечений к облицованной с одной стороны и имеющей идеальную теплоизоляцию с другой неограниченной пластине Для этого необходимо определить толщину пластины 8„р с учетом формы сечения стержня, вида и толщины облицовки

Толщина стальной пластины 8пр, к которой приводится сечение стержней, вычисляется по следующим формулам Для прямоугольного сечения

6 + й

(23)

""" "к-8ь СаРа К'

Ь~6х Л->ССоРо 3

Ь + За Сара Ь + 8а Для круглого сечения

К = - 0,25 (24)

+ <>0 Сс,ра

Для сплошного круглого сечения

(25)

Для двутаврового сечения с толщиной полки <1п и облицовкой по контуру

полка- 6хМ ,

й-1,5¿„ Сра

~с Ь~2с1п +<50 ' Сара И-2с1„+30

стенка - <5,(я = «/, - 0,25^- ь - р (26)

Алгоритм расчета температур для случая, когда стальная пластина с одной стороны ограничена идеальной теплоизоляцией, а с другой - облицовкой состоит из следующих формул

- температура Г0 йг обогреваемой поверхности облицовки

Аг|а(Гй-Т0) + МА(Т, -Тв) + 0,5В(Г, -273)2 -0,5В(Т0 -273)2]'

Дх

7-0,Дг=Г0+ 30АЛх[С+Д(Г0-273)] ^ ' (2?)

- температура Г, Дг в средних слоях " п " облицовки

т =т , -2Г„)+д5ДГ^ -27? -2732 -ЦТ. -2732] ^

" бдсЬ/к2[С+ДГ„-273]

где -рФ _ у* =_—---(281

0 " 100(С + 100Д)'

- температура Тс1&г стальной пластины

А4-1-Г11) + 0,5В(7,.1-273)2-0,5В(7;,-273)2] +бОД^О,5А)Дх[С + Д(Га -273)]+8щра[С~ + Д(Г£., -273)]]

где Т*=- Р Г

100

(30)

Дхр0

Исследования огнезащитной эффективности покрытий для стальных конструкций позволили получить зависимое!и изменения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости огнезащитных облицовок при огневом воздействии (табл 4) Для получения эгих зависимостей проводились огневые испытания стальных облицованных конструкций При наличии экспериментальных данных путем решения обратной задачи теплопроводности с помощью ЭВМ но разработанной программе были определены теплофизи-ческие характеристики (коэффициенты теплопроводности и теплоемкости) материала

Таблица 4

Теплотехнические характеристики облицовок

м п/п Наименование материала ГОСТ или ТУ Плотность, у хг/м3 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м К) Коэффициент теплоемкости, Дж/(м К) Степень черноты

1 2 3 4 5 6 7

1 Бетон на гранитном щебне ГОСТ 7473-76 2330 Я, =1,3-0,00035/ С, =481+0,84/ 0,63

2 Плиты мраморовидные облицовочные гипсовые Т> РФ 2 195-1980 2000 Я, =0,59-0,000116 Г С, =634+0,84/ 0,50

3 Цементно-лесчаная штухат^рха ГОСТ 7473-76 1930 Я, =0,96-0,00044/ С, =598+0,63/ 0,87

4 Кирпич силикатный ГОСТ 379-79 1700 Я, =0,89-0,00035/ С, =674+0,60 0,90

5 Кирпич глиняный обыкновенный ГОСТ 530-71 1580 Я, =0,39+0,00023/ С,=596+0,419/ 0,94

6 Керамзитобетон ГОСТ 7473-76 1400 Я, =0,36+0,000081/ С, =707-0,48/ 0,60

7 Листы ГВЛ ГОСТ Р 51829-2001 1150 Я, =0,135+0,00035 г С, =849+0,59/ 0,86

8 Листа ПСЛ ГОСТ 6266-97 960 Я, =0,135+0,00035/ С, =849+0,59/ 0,86

9 Плиты асбестоперлотоцементные ТУ 21-24-76-76 960 Я, =0,055+0,00035/ С, =667+0,63/ 0,90

10 Плиты "Акмигран" ГОСТ 17918-72 300 Я, =0,056+0,00019/ С, = 1268+1,4/ 0,90

11 Состав "Ньюспрей" ТУ 5767-002-20942052-00 300 Я, =0,056+0,00022/ С, =748+0,063/ 0,90

12 Покрытие по стали фосфатное огнеза-щитнбе ГОСТ 23791-79 200 Я, =0,025+0,00022/ С, =1086+0,63/ 0,89

13 Состав "Девиспрей" ТУ 5767-003-20942052-02 200 Я, =0,02+0,000055/ С, =748+0,0631 0,89

14 Плиты минераловатные "Рагос ГР8-17" Технический регламент 180 Я, =0,02+0,00015/ С, =670+0,065/ 0,92

15 Плиты минераловатные "Соп1И" фирмы "Иосклуоо!" Технический регламент 165 Я, =0,025+0,00015/ С, =680+0,065/ 0,92

16 Плиты базальтоволокнясхые ПНТБ ТУ 576940-024-5042022414-96 140 Я, =0,03+0 00015/ С, =582+0,065/ 0,92

Полученные параметры теплофизических характеристик для различных облицовок позволили построить номограммы прогрева стальных неограниченных пластин в зависимости от толщины стали 8„р, и толщины облицовки $а для 16 видов материалов

В тех случаях, когда получение теплофизических характеристик расчетом не представлялось возможным (например, при исследовании вспучивающихся покрытий), проводились дополнительные теплофизические испытания огнезащищенных стальных плит, в результате которых определялись зависимости огнезащитной способности покрытий от толщины металла 8пр Эти зависимости можно применять для расчета пределов огнестойкости конструкций

Анализ исследований по определению огнезащитной эффективности средств огнезащиты позволил разработать структурно-методологическую схему выбора огнезащиты (рис 9)

Критерии выбора огнезащиты для стальных конструкций

Условия эксплуатации Требования к декоративному виду Возможности обеспечения требуемой огнестойкости Необходимость защиты от механических повреждений Толщина, удельный вес покрытия Стоимость Время нанесения Технологичность (сложность) нанесения Возможность

восстановления после повреждений

Рис 9 Структурно-методологическая схема выбора огнезащиты

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Разработана система методик по исследованию огнестойкости сжатых и изгибаемых стальных конструкций из сталей обычных марок и сталей с повышенными показателями термостойкости и с использованием различных видов огнезащитных материалов

2 Разработана математическая модель, описывающая динамику деформирования несущих стальных балок, в условиях различных режимов огневого воздействия Выявлен механизм действия деформации температурной кратковременной ползучести на процесс нарастания прогиба в балках Определены параметры, описывающие процесс деформирования стальных изгибаемых элементов при высоких температурах

Предложенная математическая модель расчета деформирования стальных балок в условиях огневого воздействия, с учетом температурной ползучести стали, позволяет определять влияние скорости нагрева на процесс деформировании балки

Модель апробирована с использованием экспериментальных данных, полученных автором и опубликованных в литературе для стальных балок из сталей в условиях стандартного огневого воздействия Результаты расчетов и экспериментальные данные удовлетворительно согласуются

3 Создана современная по техническому уровню экспериментальная установка для проведения испытаний на огнестойкость изгибаемых стальных балок при статической нагрузке Конструктивное исполнение установки позволяет создавать и контролировать в огневой камере различные режимы огневого воздействия, обеспечивать различные уровни нагружения соответствующие реальным условиям эксплуатации (способ опирання, трехсторонней обогрев, трехметровый пролет балки и др ).

Выявлены основные закономерности влияния напряженного состояния и скорости нагрева стали на величину критической деформации стальных балок Показано, что использование новых марок стали с термостойки-

ми добавками увеличивает время до момента обрушения балок при огневом воздействии

4 Проведенный комплекс исследований прочностных и деформатив-ных свойств сталей конструкционных и сталей с повышенными показателями термостойкости позволил

- установить закономерности, характеризующие уровень и вид напряженного состояния, влияние скорости нагрева и марки стали на деформацию температурной ползучести малоуглеродистой стали ВСтЗпс, низколегированной 09Г2С и новых марок сталей 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями термостойкости,

- выявить основные закономерности и взаимосвязь между прочностными свойствами при повышенных температурах и видом напряженного состояния (растяжение, сжатие), скоростью нагружения исследованных марок стали,

- выявить характер изменения модуля упругости Е (Т) и предела текучести <ту (Г) при нагреве исследуемых сталей при растяжении и сжатии и

установить величину расхождения прочностных показателей,

5 Предложена модель деформации кратковременной температурной ползучести В основу модели положена теория ползучести, позволяющая рассматривать влияние температуры, которая изменяется со временем Адекватное описание этой моделью наблюдаемой динамики нарастания необратимых деформаций стали в экспериментах позволяет рекомендовать её для определения ползучести стали в условия огневого воздействия Ее использование позволило

- установить взаимосвязь между прочностными и деформативными свойствами исследованных марок стали и температурными режимами в условиях огневого воздействия, показать возможность оценки необратимых температурных деформаций стали с учетом различных скоростей нагрева,

- определить параметры ползучести р., еПг, Ъ и «-'„„и Ъс, описывающие процесс ползучести при нестационарных режимах нагрева, соответствующих режимам нагрева стальных конструкций с различными видами огнезащитных покрытий при огневом воздействии,

- установить, что деформацию ползучести е„, не превышающую 2%, при режимах нагрева стали от 3 до 30 град/мин можно рассчитывать в данном интервале при средней скорости нагрева

6 Разработаны расчетные и экспериментальные методы оценки несущей способности сжатых стальных конструкций из наиболее применяемых марок стали ВСтЗпс и 09Г2С, рекомендованных для строительных конструкций, с учетом деформации ползучести и различных режимов огневого воздействия для прогнозирования, математического моделирования, противопожарного нормирования несущих стальных конструкций по критическим деформациям

Сконструирована, изготовлена и оснащена приборами лабораторная установка для исследования несущей способности сжатых стальных стержней при высокотемпературном воздействии и разработана методика экспериментального определения прогиба в среднем сечении сжатых элементов

Полученное в диссертации удовлетворительное совпадение экспериментальных и расчетных данных свидетельствует о приемлемости принятых в основу аналитических исследований допущений, а также позволяет считать условия работы испытываемых стержней достаточно близкими к расчетным

Предложенный в настоящей главе метод расчета критической температуры Тт одинаково приемлем для сжатых стальных стержней из строительных сталей с реальными размерами и их моделей

7 Предложена новая методика определения огнезащитных свойств покрытий и облицовок для стальных конструкций, позволяющая выбрать наиболее эффективный вариант огнезащиты

На основании систематических исследований и математической обработки результатов с использованием численных методов на базе ЭВМ получены зависимости изменения теплофизических характеристик облицовок при нагреве их до высоких температур С их помощью обработаны экспериментальные данные крупномасштабных экспериментов по исследованию огнезащитной эффективности различных видов покрытий для стальных конструкций и установлены зависимости скорости прогрева стали от вида, толщины облицовки Это позволило

-определить зависимости для расчетов толщины стальной облицованной неограниченной пластины 8пр, скорость прогрева которой будет аналогична скорости прогрева стенки стержня конструкции,

- установить, что важным фактором, влияющим на прогрев стальных конструкций является приведенная толщина металла 8пр, которая в значительной степени зависит от формы сечения Подбирать оптимальную форму сечения с точки зрения огнестойкости следует до выбора вида и толщины огнезащиты,

- построить номограммы прогрева стальных неограниченных пластин с различной толщиной стали 8Ш и с различными видами огнезащитных материалов С помощью данных номограмм можно определять температуру прогрева стержневых конструкций обогреваемых с четырех сторон с приведенной толщиной стали 8Ш = 8пр,

- выявить основные закономерности и взаимосвязь между огнезащитными свойствами материалов и процессом деформирования несущих стальных элементов при огневом воздействии Получить данные, характе-

ризующие реальные условия нагрева стали при огневом воздействии на строительные конструкции с различными видами огнезащитных покрытий, - получить новые экспериментальные данные, характеризующие влияние на огнезащитную эффективность способа крепления плитных материалов, грунтовочного и поверхностного слоев для огнезащитных покрытий, штукагурок и вспучивающихся красок

8 Разработана система научно обоснованного выбора огнезащитных покрытий в целях обеспечения требуемой огнестойкости для стальных конструкций, позволяющая использовать ее для практических целей

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1 Яковлев А И , Голованов В И Расчет критической температуры при определении предела огнестойкости сжатых стальных конструкций// Огнестойкость строительных конструкций Сб научн тр -М. ВНИИПО -1984 -С 5-12

2 Яковлев А И, Савкин Н П Голованов В И Гипсокартонные листы - огнезащитная облицовка несущих металлических конструкций производственных зданий и сооружений // Промышленное строительство - 1984 -№1 -С 29-32

3 Голованов В И Прочностные свойства строительных сталей при сжатии в условиях высоких температур // Обеспечение пожарной безопасности зданий, сооружений и населенных пунктов Сб научн тр -М ВНИИПО - 1990 -С 45-50

4 Голованов В И, Зотов С В Расчет несущей способности строительных конструкций при реальном пожаре в помещениях радиотелевизионной башни // Огнестойкость строительных конструкций и безопасность людей при пожаре Сб научн тр -М ВНИИПО -1991-С 8-14

5 Голованов В И Учет температурной ползучести стали при расчетах на огнестойкость металлических конструкций // Пожаровзрывобезопас-ность - 1993 -№3 - С 47-50

6 Голованов В И Ружинский А В Метод испытания на огнестойкость стальных конструкций с огнезащитными покрытиями и облицовками // Пожаровзрывобезопасность -1994 -№2 - С 37-39

7 Голованов В И, Ружинский А В Методы огнезащиты несущих металлических конструкций // Материалы Всероссийской Х1П научно-практической конференции, - М ВНИИПО - 1995 -С 366-367

8 Голованов В И, Харитонов В С Огнестойкость строительных конструкций // Юбилейный сборник трудов ФГУ ВНИИПО МЧС России, 1997 - С 232-250

9 Голованов В И, Павлов В В, Пехотиков А В Огнестойкость многопустотных железобетонных перекрытий с различными видами огнезащиты//Пожарная безопасность - 1999 -№2 - С 57-66

10 Голованов В И , Павлов В В , Пехотиков А В Новые виды огнезащиты и методы определения огнестойкости стальных несущих конструкций // Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков Материалы Всероссийской XV научно-практической конференции ~М ВНИИПО -1999 -С 121-122

11 Страхов В П , Крутов А М , Голованов В И и др Разработка композиционной огнезащиты повышенной эффективности из термостойких базальтоволокнистых материалов и водосодержащих составов//Пожаровзрывобезопасность -1999 -№2 -С 13-24

12 Голованов В И, Павлов В В , Пехотиков А В Огнезащита многопустотных железобетонных перекрытий // Пожарное дело - 2000 - №4 -С 41-43

13 Голованов В И , Павлов В В , Пехотиков А В Метод расчета и критерии нормирования необратимых деформаций несущих

строительных элементов при пожарах в уникальных зданиях и сооружениях // Крупные пожары предупреждение и тушение Материалы Всероссийской XVI научно-практической конференции - М ВНИИПО - 2001 -С 293-294

14 Голованов В И, Павлов В В , Пехотиков А В Обеспечение огнестойкости несущих строительных конструкций // Пожарная безопасность --2002 - №3 -С 48-58

15 Голованов В И , Пехотиков А В , Соловьев Д В Исследование огнестойкости несущих конструкций из новых марок стали под нагрузкой // Снижение риска гибели людей при пожарах Материалы Всероссийской XVIII научно-практической конференции М ФГУ ВНИИПО, -2003 -С 145-146

16 Голованов В И , Яйяиян Р А Математическая модель расчета деформации стальных балок в условиях пожара // Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений Материалы XIX международной научно-практической конференции - М ФГУ ВНИИПО,-2005 -С 132-137

17 Голованов В И Деформация кратковременной температурной ползучести строительных сталей с улучшенными деформативными свойствами // Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений Материалы международной XIX научно-практической конференции - М . ФГУ ВНИИПО, - 2005 - С 208-211

18 Голованов В И Математическая модель расчета прогиба стальных балок в условиях пожара с учетом кратковременной температурной ползучести стали // Чрезвычайные ситуации теория, практика, инновации "ЧС - 2006" Материалы докладов международной научно- практической конференции, Гомель, Беларусь -2006 - С 253-255

19 Голованов В И , Павлов В В , Пехотиков А В Инженерный метод расчета огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой из минераловатных плит " ЛОСК^ОМ, С(Ж1ЛТ" // Пожарная безопасность - 2006 - №4 -С 78- 85

20. Голованов В И , Яйлиян Р А , Пехотиков А В Расчет деформации балок из сталей с повышенными показателями огнестойкости в условиях огневого воздействия // Пожарная безопасность -2006 -№5 - С,28-36.

21 Голованов В И , Пехотиков А В , Павлов В В Расчет огнестойкости конструкций из стали с повышенными показателями огнестойкости для объектов нефтегазовой промышленности // Территория нефтегаз - 2007 -№4 - С 72-77

22 Голованов В И, Павлов В В , Пехотиков А В Новые огнезащитные облицовки для несущих стальных конструкций. //Исторические и современные аспекты решения проблем горения, тушения и обеспечения безопасности людей при пожарах. Материалы XX международной научно-практической конференции - М ФГУ ВНИИПО, -2007 -С 227-229

23 Голованов В И Расчет деформации стальных балок в условиях огневого воздействия // Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций- Материалы VII международной научно-практической конференции - М Центр "Антистихия" - 2007 -С 37-38

24 Хасанов И Р , Голованов В И Развитие методов исследования огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций и инженерного оборудования // Юбилейный сборник трудов ФГУ ВНИИПО МЧС России,-2007 -С 121-158

Подписано в печать 11 02 08г Формат 60x84/16 Печать офсетная уел печ л 2,79 Уч -изд л 2,59 Т-100 экз Заказ № 9

Типография ВНИИПО МЧС России 143903, Московская обл, г Балашиха, мкр ВНИИПО, д 12

ВВЕДЕНИЕ-

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Состояние вопроса

1.2 Теоретические аспекты обеспечения несущей способности стальных конструкций в условиях огневого воздействия

1.2.1 Прочностные свойства строительных сталей и специфика их поведения в области высоких температур

1.2.2 Взаимосвязь деформации кратковременной температурной ползучести с режимом нагрева стали и уровнем напряжения

1.2.3 Особенности поведения стальных элементов при потере ими несущей способности в условиях огневого воздействия

1.2.4 Методы исследования огнезащитной эффективности покрытий и способы огнезащиты для стальных конструкций

1.3 Состояние нормативной базы и методы оценки огнестойкости стальных несущих конструкций

1.3.1 Требуемая огнестойкость сжатых и изгибаемых стальных элементов

1.3.2 Методы испытаний на огнестойкость стальных колонн и балок

1.3.3 Методы испытания по оценке огнезащитной эффективности покрытий и облицовок для стальных конструкций

1.3.4 Методы контроля по обеспечению требуемой огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой при приемке зданий и сооружений в эксплуатацию

1.4 Основные направления исследований

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАТИВНЫХ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

2.1 Исследуемые марки стали

2.2 Описание экспериментального оборудования и контрольноизмерительной аппаратуры

2.3 Методика испытаний образцов на растяжение для определения диаграмм о- е при стационарном режиме нагрева

2.4 Методика испытаний образцов на сжатие для определения диаграмм а- е при стационарном режиме нагрева

2.5 Сравнение результатов испытаний на растяжение и сжатие при стационарном режиме нагрев

2.6 Анализ экспериментальных данных

3 ИССЛЕДОВАНИЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ СТАЛИ

3.1 Основные положения теории ползучести при нестационарных режимах нагрева стали

3.2 Описание экспериментального оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры

3.3 Определение параметров ползучести \i ,Z и еПа в ходе проведения испытаний на ползучесть при растяжении

3.4 Определение параметров ползучести |лс, Zc и ес„0 в ходе проведения испытаний на ползучесть при сжатии

3.5 Сравнение результатов испытаний на ползучесть при растяжении и сжатии

3.6 Эксперименты на ползучесть при растяжении и сжатии в условиях нестационарного режима нагрева стали

3.7 Определение доверительных границ результата измерений при исследованиях прочностных и деформативных свойств исследуемых сталей

3.8 Анализ экспериментальных данных

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СЖАТЫХ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

4.1 Аналитическое исследование деформативности и устойчивости центрально сжатых стальных стержней гибкостью Л> при нагреве

4.2 Аналитическое исследование деформативности и устойчивости внецентренно сжатых стальных стержней при нагреве

4.3 Экспериментальное исследование деформативности и устойчивости центрально и внецентренно сжатых стержней при нагреве

4.3.1 Описание экспериментального оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры

4.3.2 Методика испытаний сжатых стальных стержней при нагреве

4.3.3 Результаты экспериментов

4.4 Анализ экспериментальных данных

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СТАЛЬНЫХ ИЗГИБАЕМЫХ БАЛОК ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

5.1 Математическая модель расчета деформирования стальных балок в условиях огневого воздействия, с учетом температурной ползучести стали

5.2 Изучение закономерностей процесса деформации стальных балок в условиях огневого воздействия

5.2.1 Описание экспериментального оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры

5.2.2 Методика испытаний стальных балок на огнестойкость под нагрузкой

5.2.3 Анализ результатов испытаний

5.2.4. Алгоритм определения фактических пределов огнестойкости стальных балок по критическим деформациям

5.3 Сравнение расчетных деформаций стальных балок с деформациями, зарегистрированными во время испытаний

5.4. Анализ полученных результатов

6 РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУР В СЕЧЕНИЯХ НЕСУЩИХ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАЩИЩЕННЫХ ЭФФЕКТИВНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

6.1 Постановка задачи, исходные предпосылки

6.2 Методика расчета температуры в сечении незащищенных стальных элементов

6.3 Расчет температуры в сечении стальной огнезащищенной колонны двутаврового сечения.

6.4 Расчет температуры в сечении стальной колонны с облицовкой, имеющей воздушный прослоек

6.5 Приведение фактических сечений облицованных стержней к неограниченной пластине, облицованной с одной стороны, и имеющей идеальную теплоизоляцию с другой

6.6 Расчет температуры неограниченной стальной пластины, облицованной с одной стороны и имеющей идеальную теплоизоляцию с другой

6.7 Методика определения теплотехнических свойств огнезащитных облицовок

6.8. Методика построения номограмм прогрева стальных конструкций со вспучивающимися покрытиями

6.9 Анализ результатов исследований

Обеспечение пожарной безопасности зданий и сооружений из стальных конструкций является важной государственной задачей [1]. Для современного строительного производства характерно изготовление строительных конструкций и изделий индустриальными методами. Стальные конструкции находят широкое применение при возведении высотных зданий в качестве колонн, несущих элементов покрытий, каркасов. Эти конструкции отвечают поставленным задачам технического прогресса: они надежны, обладают высокими прочностными качествами, обеспечивают высокие темпы изготовления и возведения, благодаря высокой прочности они экономичны по затрате материала, транспортабельны и долговечны. Вследствие этого потребление металла в народном хозяйстве очень велико и все возрастает вместе с ростом строительства.

В то же время элементы стальных конструкций должны отвечать противопожарным требованиям. Под действием высокой температуры во время пожара несущая способность стальных конструкций резко снижается, а иногда происходит их разрушение. Применение стальных конструкций, выполненных без учета требований огнестойкости, может привести к человеческим жертвам и значительным убыткам [2-4].

В связи с современными тенденциями в промышленном и гражданском строительстве строить на больших площадях — проблема предотвращения ущерба от крупных пожаров приобретает большое значение. Поэтому одной из главных задач при эксплуатации зданий является обеспечение нормативных прочностных свойств несущих стальных элементов не только при обычных условиях, но и при воздействии высоких температур, имеющих место в случае пожара. Таким образом, обеспечение работоспособности стальных конструкций при огневом воздействии является весьма важной задачей.

Интенсивное развитие нефтегазового комплекса, где в качестве основных несущих конструкциями используются стальные конструкции ставит ряд задач для обеспечения огнестойкости этих конструкций при огневом воздействии "углеводородного температурного режима".

В настоящее время большое внимание уделяется строительству нефтегазового комплекса, автодорожных тоннелей большой протяженности, где режимы огневого воздействия на строительные конструкции более интенсивны и значительно отличаются от "стандартного". Влияние более интенсивного температурного режима на прочностные характеристики металла и в конечном счете на огнестойкость стальных конструкций требует изучения.

Исходя из вышесказанного была определена цель исследований и сформулирована следующая рабочая гипотеза: установление механизма действия кратковременной температурной ползучести стали на несущую способность стальных конструкций из обычных строительных марок стали и сталей с повышенными показателями огнестойкости при различных режимах огневого воздействия, а также выбор эффективной огнезащиты для обеспечения требуемой огнестойкости несущих стальных конструкций

Целью настоящей работы является разработка метода расчета огнестойкости стальных сжатых и изгибаемых конструкций по критическим деформациям на основе изучения прочностных и деформативных свойств строительных сталей в условиях различных режимов огневого воздействия, в том числе отличных от "стандартного" и определения огнезащитной эффективности материалов для стальных конструкций.

Для достижения поставленной цели в работе ставятся и решаются следующие задачи:

- исследовать механизм изменения прочностных и деформативных свойства сталей: малоуглеродистой ВСтЗпс, низколегированной 09Г2С и новых марок 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями огнестойкости;

- установить особенности процесса кратковременной температурной ползучести исследованных марок стали при нестационарных режимах нагрева и получены параметры и аналитические зависимости для расчета этих деформаций;

- исследовать влияние интенсивности нагревания, уровня нагружения, марки стали на величину критической температуры сжатых стальных стержней;

- разработать методику и провести огневые испытаний для определения фактического предела огнестойкости сжатых и изгибаемых стальных конструкций из различных марок стали с огнезащитой и без неё;

- разработать математическую модель решения процесса деформирования стальных конструкций при пожаре с учетом температурной ползучести материала;

- исследовать закономерности огнезащитных свойств новых материалов для стальных конструкций и определить теплофизические характеристики этих материалов, которые необходимы для расчетов прогрева конструкций;

- установить критерии выбора систем пассивной защиты стальных конструкций от огневого воздействия;

- на основании результатов крупномасштабных огневых испытаний с изгибаемыми балками и сжатыми стержнями из наиболее типичных марок стали ВСтЗпс и 09Г2С, рекомендованных для строительных конструкций и новых марок 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями огнестойкости и сравнении с результатами, полученными аналитически подтверждена возможность использования предлагаемого метода расчета для оценки несущей способности стальных конструкций в условиях огневого воздействия.

Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждены большим объемом исследований на огнестойкость стальных элементов в натуральную величину при огневом воздействии, апробацией методик оценки огнезащитной эффективности строительных конструкций, соответствия результатов расчетных и экспериментальных данных, положительным опытом внедрения результатов работы в Государственную Противопожарную службу и другие ведомства.

Экспериментально-теоретические разработки выполнены применительно к стальным сжатым и изгибаемым стальным конструкциям из малоуглеродистой стали ВСтЗпс, низколегированной - 09Г2С и новых марок - 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями огнестойкости и с новыми огнезащитными материалами.

Теоретические исследования включали:

- исследование прочностных и деформативных свойств стали с использованием гидравлических разрывных машин и рычажных установок, модернизированных печей и приспособлений для измерения деформаций и температуры. Используя теорию ползучести, при обработке экспериментальных данных получены аналитические зависимости для расчета кратковременной температурной ползучести при растяжении и сжатии в условиях нестационарного режима нагрева исследованных марок стали;

- исследование огнезащитных свойств облицовок для стальных конструкций с целью получения зависимостей изменения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости облицовок при нагреве Их до высоких температур. Эти зависимости получены методом решения обратной задачи теплопроводности с помощью современных способов математического аппарата с использованием численных методов на базе ЭВМ.

- разработку математической модели решения задачи расчета процесса деформирования сжатых и изгибаемых стальных конструкций при пожаре с учетом температурной ползучести материала.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны расчетные и экспериментальные методы оценки несущей способности изгибаемых стальных конструкций из наиболее типичных марок стали ВСтЗпс и 09Г2С, рекомендованных для строительных конструкций и новых марок 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями термостойкости, с учетом деформации ползучести и различных режимах огневого воздействия для прогнозирования, математического моделирования, противопожарного нормирования несущих стальных конструкций по критическим деформациям;

- разработан новый экспериментальный метод определения устойчивости сжатых стальных стержней для оценки влияния гибкости, величины нагрузки, скорости нагрева, марки стали на критическую температуру и деформацию этих стерней при нестационарных режимах нагрева;

- определены особенности напряженно-деформированного состояния сжатых стальных стержней, получен новый метод определения критической температуры сжатых стальных стержней различной гибкости X с учетом деформации кратковременной температурной ползучести;

- предложена математическая модель расчета деформирования стальных балок в условиях огневого воздействия, с учетом температурной ползучести стали и позволяющая определять влияние скорости нагрева на процесс деформировании балки. Модель апробирована с использованием экспериментальных данных, полученных автором и опубликованных в литературе для стальных балок из сталей в условиях огневого воздействия. Результаты расчетов и экспериментальные данные удовлетворительно согласуются;

- разработан новый экспериментальный метод определения кратковременной температурной ползучести стали при растягивающем и сжимающем напряжении, стационарном и нестационарном режимах нагрева, для оценки де-формативной способности строительных сталей;

- выявлены основные закономерности и взаимосвязь между прочностными и деформативными свойствами малоуглеродистой стали ВСтЗпс, низколегированной - 09Г2С и новых марок - 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями огнестойкости марок стали при повышенных температурах;

- получены новые экспериментальные данные, характеризующие влияние и вид напряженного состояния, скорости нагрева и марки стали на деформацию температурной ползучести малоуглеродистой стали ВСтЗпс, низколегированной - 09Г2С и новых марок сталей 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями огнестойкости;

- впервые установлена взаимосвязь между прочностными и деформативными свойствами исследованных марок стали и температурными режимами в условиях огневого воздействия, показана возможность оценки необратимых температурных деформаций стали;

- предложена новая методика определения огнезащитных свойств покрытий и облицовок для стальных конструкций, позволяющая выбрать наиболее эффективный вариант огнезащиты. На основании систематических исследований и математической обработки результатов с использованием численных методов на базе ЭВМ получены зависимости изменения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости облицовок при нагреве их до высоких температур. Построены номограммы прогрева стальных пластин с различными видами огнезащитных материалов.

Практическая ценность работы.

Решена научно-техническая проблема оценки огнестойкости стальных несущих конструкций из традиционно применяемых марок стали и новых с повышенными показателями термостойкости с учетом условий их эксплуатации, различных условий огневого воздействия. Разработаны научно-методические основы выбора наиболее эффективного огнезащитного покрытия для стальных конструкций.

Разработаны инженерные расчетно-экспериментальные методы оценки огнестойкости стальных конструкций по критическим деформациям, определены прочностные и деформативные параметры различных марок стали для задач математического моделирования процесса деформирования стальных стержней и балок в условиях различных температурных режимов огневого воздействия.

Результаты работы позволяют сформулировать требования по выбору огнезащитных материалов для стальных конструкций с учетом нормируемых критериев необратимых деформаций, в том числе на стадии проектирования, что приведет к снижению материального и социального ущерба от возможного пожара.

Диссертация обобщает результаты исследований, которые проводились под руководством или при непосредственном участии автора в Федеральном государственном учреждении "Всероссийский ордена "Знак почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны" (ФГУ ВНИИПО) МЧС России с 1976 года при выполнении ряда Государственных программ (в т.ч. МВД, Госстроя России) плана НИР ФГУ ВНИИПО МЧС России.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке:

НПБ 236-97 "Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности";

НПБ 231-96 "Потолки подвесные. Метод испытания на огнестойкость";

СНиП 21-01-97* "Пожарная безопасность зданий и сооружений"

ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Метод испытания на огнестойкость. Общие требования";

ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Метод испытания на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции";

МГСН 4.19-2005 "Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий-комплексов в городе Москве";

МГСН 5.03-02 "Нормы проектирования городских автотранспортных тоннелей";

Инструкции по расчету фактических пределов огнестойкости металлических конструкций. - М.: ВНИИПО, 1983;

Методики определения огнезащитной эффективности средств огнезащиты железобетонных конструкций автодорожных тоннельных сооружений.- М.: ВНИИПО, 2007;

Справочника "Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций, пожарная опасность строительных материалов, огнестойкость инженерного оборудования зданий". -М.: ВНИИПО, 1999;

Технической информации (в помощь инспектору Государственной противопожарной службы). — М.: ВНИИПО, 2005;

Результаты диссертации использованы в лекциях Учебного Центра ФГУ ВНИИПО МЧС России, Учебно-Консультативного Центра МГСУ и Государственной Академии профессиональной подготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвестиционной сферы (ГАСИС).

Полученные экспериментальные данные фактических пределов огнестойкости несущих стальных конструкций, прочностные и деформативные свойства сталей при высоких температурах, а также огнезащитная эффективность новых материалов использованы различными предприятиями-производителями, проектными и строительными организациями, органами ГПС.

На защиту выносятся:

- основы выбора параметров огнезащиты для обеспечения требуемой огнестойкости стальных конструкций;

- методики исследования прочностных и деформативных свойств стали при растяжении и сжатии в условиях нестационарных режимов нагрева;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований влияния марки стали на прочностные и деформативные свойства исследованных сталей при нагреве до высоких температур;

- экспериментальные данные по влиянию уровня напряжения и температурных режимов нагрева стали на деформацию температурной ползучести стали при растяжении и сжатии;

- научно обоснованные методы оценки несущей способности сжатых и изгибаемых стальных конструкций в условиях огневого воздействия с учетом кратковременной температурной ползучести;

- результаты исследований огнестойкости стальных изгибаемых балок из различных марок стали с огнезащитой и без неё;

- результаты математического моделирования процесса деформирования изгибаемых стальных балок из малоуглеродистой стали ВСтЗпс, низколегированной - 09Г2С и новых марок - 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями термостойкости в условиях огневого воздействия;

- методика определения устойчивости и несущей способности сжатых стальных стержней различной гибкости при различных режимах нагрева;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований огнезащитной способности новых эффективных материалов для стальных конструкций;

- эффективные способы защиты стальных конструкций от теплового воздействия в условиях огневого воздействия;

Достоверность полученных результатов подтверждается данными полигонных и крупномасштабных огневых экспериментов, адекватностью теоретических моделей реальным условиям статической нагрузки стальных конструкций в условиях огневого воздействия, выбором критериев и параметров, позволяющих сравнивать теоретические и экспериментальные данные, удовлетворительной точностью экспериментальных методов и погрешностями измерений.

Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждены достаточным объемом исследований (в том числе крупномасштабных экспериментов), длительной апробацией используемых математических моделей и методик, соответствием результатов лабораторных, крупномасштабных экспериментов и расчетных данных, положительным опытом внедрения результатов работы в ГПС и других ведомствах.

Апробация работы. Результаты работы, основные её положения и выводы докладывались и обсуждались на X Всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы пожарной безопасности зданий и сооружений (Москва, 1990), XIII Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность 95" (Москва 1995), Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность — история, состояние, перспективы" (Москва, 1997), II Международном семинаре "Пожаровзрывоопасность веществ и взрывозащита объектов (Москва 1997), XV Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков" (Москва, 1999), XVI Научно-практической конференции "Крупные пожары: предупреждение и тушение" (Москва, 2001), Всероссийской научно-практической конференции "Пожары и окружающая среда" (Москва, 2002), XVIII Всероссийской научно-практической конференции "Снижение риска гибели людей при пожарах" (Москва, 2003), XIX Научно-практической конференции "Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений" (Москва, 2005), Научно-практическая конференция "Пожарная защита зданий и сооружений в условиях Сибири и Крайнего Севера" (Иркутск, 2005), Международная научно-практическая конференция "Чрезвычайные ситуации: теория, практика, инновации" (Гомель, Беларусь, 2006), VII научно-практической конференции "Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций". (Москва, 2007), XX Международной научно-практической конференции "Исторические и современные аспекты решения проблем горения, тушения и обеспечения безопасности людей при пожарах" (Москва, 2007).

По теме диссертации опубликовано 51 печатная работа. В диссертации обобщены результаты многолетней самостоятельной работы, а также выполненной с коллегами и соискателями автора. Под руководством и непосредственном участии автора определялись направления исследований, разрабатывались установки, методики экспериментов, осуществлялся анализ и обобщение полученных результатов, формулировались выводы и проводилось внедрение в практику.

Автор считает своим долгом выразить благодарность за ценные советы и оказание практической помощи при совместной работе докторам техн. наук И.А. Болодьяну, А.Н. Баратову, И.С. Молчадскому, Н.И. Константиновой, Н.В. Смирнову, И.Р. Хасанову, инженерам В.В. Павлову, А.В. Пехотикову А.В. Ру-жинскому, Н.П. Савкину, Р.А. Яйлияну.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 337 страниц, иллюстрированного 79 рисунками, имеет 37 таблиц и 174 наименования литературы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана система методик исследования огнестойкости сжатых и изгибаемых стальных конструкций из сталей обычных марок и сталей с повышенными показателями термостойкости и с различными видами огнезащитных материалов.

2. Проведенный комплекс исследований прочностных и деформатив-ных свойств конструкционных сталей и сталей с повышенными показателями термостойкости позволил:

- установить закономерности, характеризующие уровень и вид напряженного состояния, скорости нагрева и марки стали на деформацию температурной ползучести малоуглеродистой стали ВСтЗпс, низколегированной -09Г2С и новых марок сталей 06БФ и 06МБФ с повышенными показателями термостойкости;

- выявить основные закономерности и взаимосвязь между прочностными свойствами при повышенных температурах и видом напряженного состояния (растяжение, сжатие), скоростью нагружения исследованных марок стали;

- выявить характер изменения модуля упругости Е (Т) и предела текучести <jy (Г) при нагреве исследуемых сталей при растяжении и сжатии и установить величину расхождения прочностных показателей;

3. Предложена модель деформации кратковременной температурной ползучести. В основу модели положена теория ползучести, позволяющая рассматривать влияние температуры, которая изменяется со временем. Адекватное описание этой моделью наблюдаемой динамики нарастания необратимых деформаций стали в экспериментах позволяет рекомендовать её для определения ползучести стали в условия огневого воздействия, что позволи ло:

- установить взаимосвязь между прочностными и деформативными свойствами исследованных марок стали и температурными режимами в условиях огневого воздействия, показать возможность оценки необратимых температурных деформаций стали с учетом различных скоростей нагрева;

- определить параметры ползучести ji, еПа, Z и jxc, £с„(1и Zc, описывающие процесс ползучести при нестационарных режимах нагрева, соответствующих режимам нагрева стальных конструкций с различными видами огнезащитных покрытий при огневом воздействии;

- установить, что деформацию ползучести е„ , не превышающую 2 %, при режимах нагрева стали от 3 до 30 град./мин. можно рассчитывать в данном интервале при средней скорости нагрева.

4. Разработаны расчетные и экспериментальные методы оценки несущей способности сжатых стальных конструкций из наиболее типичных марок стали ВСтЗпс и 09Г2С, рекомендованных для строительных конструкций с учетом деформации ползучести и различных режимах огневого воздействия для прогнозирования, математического моделирования, противопожарного нормирования несущих стальных конструкций по критическим деформациям;

- сконструирована, изготовлена и оснащена приборами лабораторная установка для исследования несущей способности сжатых стальных стержней при высокотемпературном воздействии и разработана методика экспериментального определения прогиба в среднем сечении сжатых элементов;

- полученное в диссертации удовлетворительное совпадение экспериментальных и расчетных данных свидетельствует о приемлемости принятых в основу аналитических исследований допущений, а также дает основания считать условия работы испытываемых стержней достаточно близкими к расчетным;

- предложенный в настоящей главе метод расчета критической температуры Ткр одинаково приемлем для сжатых стальных стержней из строительных сталей с реальными размерами и их моделями.

5. Создана современная по техническому уровню экспериментальная установка для проведения испытаний на огнестойкость изгибаемых стальных балок при статической нагрузке. Конструктивное исполнение установки позволяет создавать и контролировать в огневой камере различные режимы огневого воздействия, обеспечивать различные уровни нагружения соответствующие реальным условиям эксплуатации (способ опирания, трехсторонней обогрев, трехметровый пролет балки и др.).

Выявлены основные закономерности влияния напряженного состояния и скорости нагрева стали на величину критической деформации стальных балок. Показано, что использование новых марок стали с термостойкими добавками увеличивает время до момента обрушения балок при огневом воздействии.

6. Разработана математическая модель, описывающая динамику деформирования несущих стальных балок, в условиях различных режимов огневого воздействия. Выявлен механизм действия деформации температурной кратковременной ползучести на процесс нарастания прогиба в балках. Определены параметры, описывающие процесс деформирования стальных изгибаемых элементов при высоких температурах.

Предложенная математическая модель расчета деформирования стальных балок в условиях огневого воздействия, с учетом температурной ползучести стали, позволяет определять влияние скорости нагрева на процесс деформировании балки.

Модель апробирована с использованием экспериментальных данных, полученных автором и опубликованных в литературе для стальных балок из сталей в условиях стандартного огневого воздействия. Результаты расчетов и экспериментальные данные удовлетворительно согласуются;

7. Предложена новая методика определения огнезащитных свойств покрытий и облицовок для стальных конструкций, позволяющая выбрать наиболее эффективный вариант огнезащиты.

На основании систематических исследований и математической обработки результатов с использованием численных методов на базе ЭВМ получены зависимости изменения теплофизических характеристик облицовок при нагреве их до высоких температур. С их помощью обработаны экспериментальные данные крупномасштабных экспериментов по исследованию огнезащитной эффективности различных видов покрытий для стальных конструкций и установлены зависимости скорости прогрева стали от вида, толщины облицовки, что позволило:

-определить зависимости для расчетов толщины стальной облицованной неограниченной пластины 8пр, скорость прогрева которой будет аналогична скорости прогрева стенки стержня конструкции;

- установить, что важным фактором, влияющим на прогрев стальных конструкций является приведенная толщина металла 8пр, которая значительно зависит от формы сечения. Подбирать оптимальную форму сечения с точки зрения огнестойкости следует до выбора вида и толщины огнезащиты;

- построить номограммы прогрева стальных неограниченных пластин с различными толщинами стали 8ст и различными видами огнезащитных материалов. С помощью данных номограмм можно определять температуру прогрева стержневых конструкций обогреваемых с четырёх сторон с приведенной толщиной стали 8ст = 8 ;

- выявить основные закономерности и взаимосвязь между огнезащитными свойствами материалов и процессом деформирования несущих стальных элементов при огневом воздействии. Получить данные, характеризующие реальные условия нагрева стали при огневом воздействии на строительные конструкции с различными видами огнезащитных покрытий;

- получить новые экспериментальные данные, характеризующие влияние на огнезащитную эффективность способа крепления плитных материалов, грунтовочного и поверхностного слоев для огнезащитных покрытий вспучивающихся красок и штукатурок.

8. На крупномасштабной "Установке для испытания на огнестойкость перекрытий" и "Установке для теплотехнических исследований" проведены экспериментальные исследования огнестойкости стальных балок с огнезащитными подвесными потолками 24 видов в различном конструктивном исполнении и из различных материалов. Изучены огнезащитные свойства подвесных потолков (целостность, теплоизолирующая способность), определена динамика нарастания температур стальных несущих балок и их предел огнестойкости с огнезащитой в виде подвесных потолков.

9. Разработана система научно-обоснованного выбора огнезащитных покрытий с целью обеспечения требуемой огнестойкости для стальных конструкций, позволяющая использовать её для практических целей.

Установлены следующие закономерности, определяющие выбор и обоснование оптимальных условий применения огнезащитных материалов: возможность обеспечения требуемой огнестойкости, условия эксплуатации, необходимость защиты от механических повреждений, толщина и удельный вес покрытия, стоимость, время нанесения, технологичность (сложность) нанесения, возможность восстановления после повреждений, требования к декоративному виду.

302

1. Федеральный закон о пожарной безопасности № 69-ФЗ от 21.12.94.

2. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций.-М.:Стройиздат,1988.- 144с.

3. Молчадский И.С.Пожар в помещении.-М.:ВНИИПО,2005.456с.

4. В.М.Ройтман Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий.-М.:МГСУ,2001 .-382с.

5. Бартелеми Б., Ж. Крюппа. Огнестойкость строительных конструкций.-М.:Стройиздат, 1985.-218с.

6. Steel for Elevated temperature Service. U.S.Steel Corporation, Pittes-burg, 1980.-60p.

7. МосалковИ.Л., Г.Ф. Плюснина Г.Ф., Фролов А.Ю. Огнестойкость строительных конструкций.- М.: Спецтехника, 2001.- 496с.

8. Хасанов И.Р., Голованов В.И. Развитие методов исследования огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций и инженерного оборудования. М.: Юбилейный сборник трудов ВНИИПО.2007.-С. 121-158.

9. EN 1363-2:1999. Fire resistance tests. Alternative and additional procedures.

10. Астахова И.Ф., Молчадский И.С., Спорыхин A.H. Моделирование процессов теплопереноса при пожаре в помещении. Воронеж: 1998, - 220 с.

11. МДС 21-2.2000. Методические рекомендации по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций. М.: ГУЛ НИИЖБ. 2000.-94с.

12. Павлов П.А. Сопротивление материалов. Учебное пособие, 2003, 528 с.

13. Геммерлинг А.В. Расчет стержневых систем. -М., Стройиздат, 1974.-206с.

14. Пожары и пожарная безопасность. Статистический сборник 2004-2006.-М.:ВНИИПО. 2006.-87с.

15. Т. В. Игар, К. Массо Почему разрушился Центр международной торговли? Наука, разработки, предположения USA: ЮМ. 2001. - №55.

16. СНиП II-23-81 * "Стальные конструкции".

17. СП 53-102-2004.Свод правил по проектированию и строительству. Общие правила проектирования стальных конструкций. М.: ФГУП ЦПП. 2004.-132с.

18. Расчеты на прочность. Сборник статей.-М. Машиностроение, 1983.-304с.

19. Испытания металлов. Справочник под ред. Блюменауэра X. -М.: Металлургия, 1979.-447с.

20. Михайлов К.В., Мулин Н.М. Эффективные виды арматуры для железобетонных конструкций. -М., Стройиздат, 1970.-160с.

21. Соколовский П.И. Малоуглеродистые и низколегированные стали. .-М.:Металлургия, 1966.-216с.

22. Тимопгук JI.T. Механические испытания металлов.- М.'.Металлургия, 1971.-224с.

23. Методы испытаний, контроля и исследования машиностроительных материалов. Справочное пособие. Том.И. Методы исследования механических свойств металлов. М.: Машиностроение, 1974.-320с.

24. Агеев Н.П., Каратушин С.Н. Механические испытания металлов при высоких температурах и кратковременном нагружении.-М.:Металлургия, 1968.-280с.

25. Тылкин М.А., Большаков В.И., Одесский П.Д. Структура и свойства строительной стали.- М.'.Металлургия, 1983.-282с.

26. Бехтин В.И., Ройтман В.М., Слуцкер А.И., Кадомцев А.Г. Кинетика разрушения нагруженных материалов при переменной температуре М: "Журнал технической физики", 1998.- т.68, № 11, с. 76-81.

27. Розенберг В.И. Основы жаропрочности металлических материалов.-М. Металлургия, 1973.-325с.

28. Anderbery Y. Mechanical Properties of Reinforcing Steel at Elevated Temperatures. -Lund, 1977.- 120 p.

29. Witteveen J., Twilt L. The stability of braced and unbraced flames at elevated temperatures. Second International Colloguium. Liege.-1977.- 56p.

30. Schaumann P. Brandverhalten von Stahl und Verbundbauteilen — Fortschreibung der DIN 4202-4 und der Eurocodes. Braunschweiger Brand-schutz-Tage. -2003. s.139-157.

31. Бажанов B.JL, Гольденблат И.И., Николаенко H.A. Синюков A.M. Расчет конструкций на тепловые воздействия.- М.:Машиностроение, 1969.-600с.

32. Зенков Н.И. Строительные материалы и поведение их в условиях пожара.-М.:ВИПТШ. 1974.-176с.

33. Савкин Н.П., Зенков Новая методика исследования прочности и деформа-тивности арматурных сталей при высоких температурах. Сб. научн. тр. "Огнестойкость строительных конструкций". М.: ВНИИПО.-1973. - С. 65-85.

34. Милованов А.Ф. Расчет жаростойких железобетонных конструкций. -М., Стройиздат, 1975 .-232с.

35. Инструкция по расчету фактических пределов огнестойкости металлических конструкций. М.: ВНИИПО - 1983. - 115 с.37. Стандарт ФРГ DIN 4102 Т2.

36. Стандарт Великобритании BS 476.

37. Стандарт Финляндии Nordtest method, NT Fire 021.

38. Стандарт США ASTM (American Society for testing and materials) Building Seals and Sealants; Fire Standards; Building Constructions. Volume 04.07.

39. Thayra C.N. Теория высокотемпературной прочности материалов, 1986, 280 с.

40. Бушев В.П., Пчелинцев В.А., Федоренко B.C., Яковлев А.Я. Огнестойкость зданий. М.: Стройиздат, 1970,. - 264 с.

41. G. Gerard Creep Buckling Hypothesis. JAS. 1976, v.23, №9.

42. Petterson O., Magnusson S., Thor I. Fire engineering design of steel structures. Lund. 1976, 321 p.

43. Голованов В.И. Прочностные свойства строительных сталей при сжатии в условиях высоких температур. Сб. научн. тр. "Обеспечение пожарной безопасности зданий, сооружений и населенных пунктов". М.:ВНИИПО-1990.-С. 45-50.

44. Methode de Prevision par le Calcul du Comportement au feu des Structures en Acier.Paris: 1987.-43p.

45. Harmathy T.Z. Creep deflection of metal beams in transient heating processes, with particular reference to fire. Canadian Journal of Civil Engineering,1986.-v.3, p. 219-228.

46. Kruppa I. Coolapse Temperature of Steel Structures. Journal of the Structural Division. 1979.v.105, 1769-1788.

47. ECCS — Technical Committee 3 Fire Safety of Steel Structures Technical Note. №55.- 1988.-158p.

48. Witteveen J. Cib Symposium Tokyo on systems approach to fire safety in buildings. Tokyo.-1990.-18p.

49. Работнов Ю.Н., Милейко С.Т.Кратковременная ползучесть.-М.:Наука.-1970.-282с.

50. Давиденков Н.Н., Чучман Т.Н. Влияние температуры на диаграммы сжатия металлов. М.: Физика металлов и металловедение. 1972.-е. 741-751.

51. Tohr I. Deformation and critical loads of steel beams under fire exposure conditions.-Stockholm. 1973.- 123 p.

52. Harmathy T.Z.,Stanzak W.W. Elevated-Temperature Tensile and Creep Properties of Some Structural and Prestressing Steels. Research Paper №424, Division of Building Research, Ottawa,-1970.-76p.

53. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.:-Наука.-1976.-752с.

54. Dorn I.E. Progress in understanding high temperature creep. Grillet Memorial lecture, ASTM. 1972.- 128p.

55. Голованов В.И., Харитонов B.C. Огнестойкость строительных конструкций. М.: Юбилейный сборник трудов ВНИИПО.-1997.- С.232-250.

56. ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования".

57. ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции".

58. Ройтман В.М., Алексеев Ю.В. Оценка огнестойкости зданий при реконструкции с устройством надстройки. Учеб. пособие. -М.: МГСУ, 1997.-82с.

59. Яковлев А.И., Бушев В.П., Олимпиев В.Г. Руководство по испытанию строительных конструкций на огнестойкость. М. ВНИИПО, 1980, 51 с.

60. Климушин Н.Г. Пожарная безопасность зданий из легких металлических конструкций. -М.:Стройиздат, 1990.-112с.

61. В. Parlour Protecting buildings from fire. Fire safety. 2004, №5, c. 18-19.

62. Ding Jun, Li Guo-Qiang, Sakumoto Y. Огнестойкость строительных конструкций зданий. Использование метода конечных элементов и компьютерной программы ANSYS для стальных конструкций — Constructions Steel Research, 2004. 60 № 7 с. 1007-1027.

63. Malhotra H.L., Cooke G.M. Protection of Steel Structures agains Fire Report №5,1982.-96p.

64. Яковлев А.И., Голованов В.И. Расчет критической температуры при определении предела огнестойкости сжатых стальных конструкций // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1984. -С. 5-12.

65. Яковлев А.И, Голованов В.И. Устойчивость центрально сжатых стальных стержней при огневом воздействии. Сб.научн. тр. ""Огнестойкость строительных конструкций". М.: ВГМИПО МВД СССР.- 1983. -С. 5-11.

66. В.М.Ройтман, Е.В. Консева Оценка огнестойкости стальных конструкций на основе кинетической концепции прочности Огнестойкость строительных конструкций - М.: ВНИИПО, 1979, с. 114-124.

67. В.Карпиловский, Э.Криксунов, М.Перельмутер, Программы прочностных расчетов SCAD.M.: Проект. 1998, № 3.

68. Э.Криксунов, М.Микитаренко, А.Перельмутер, М.Перельмутер, Программа для расчета стальных строительных конструкций, ч. 1, САПР и графика. М., 1999. № 4.

69. Голованов В.И., Пехотиков А.В., Павлов В.В. Расчет огнестойкости конструкций из стали с повышенными показателями огнестойкости для объектов нефтегазовой промышленности.- М.: Территория нефтегаз.-2007.-№4. С.72-77.

70. Яковлев А.И., Голованов В.И., Расчет критической температуры при определении предела огнестойкости сжатых стальных конструкций. Сб. научн. тр. "Огнестойкость строительных конструкций". — М.: ВНИИПО.-1984. С. 5-12.

71. С.А. Шестериков Динамический критерий устойчивости при ползучести для стержней — М.: Прикладная механика и техническая физика, 1961, №3, с.42-48.

72. В.И.Розенблюм Устойчивость сжатого стержня в условиях ползучести -М.: Наука, "Инженерный сборник", 1964, т. 18, с. 99-104.

73. Л.М.Кочанов Теория ползучести М.: Физматгиз, 1960, 456 с.

74. В.Ф.Воробьев Устойчивость стержней в условиях ползучести — М.: Прикладная механика и техническая физика, 1961, №6, с.135-144.

75. А.П.Кузнецов Устойчивость сжатых стержней из дюралюминия в условиях ползучести — М.: Прикладная механика и техническая физика, 1961, №6, с.160-161.

76. Ю.Н.Работнов, С.А. Шестериков Устойчивость стержней и пластинок в условиях ползучести М.: Прикладная математика и механика, 1967, т.21, вып. 3, с.406-412.

77. Л.М.Куршин Устойчивость пластинок в условиях ползучести М.: Прикладная математика и техническая физика, 1962, №1, с.93-101.

78. Голованов В.И., Яйлиян Р.А., Павлов В.В., Пехотиков А.В. Расчет деформации стальных балок из сталей с повышенными показателями огнестойкости в условиях огневого воздействия — М.: Пожарная безопасность. — 2006.-№5.-с. 28-35.

79. Хофф Н. Продольный прогиб и устойчивость. Пер. с англ. под ред. Кеп-пенаИ.В.—М: Издательство иностранной литературы 1965, 154 с.

80. Wilhoit R.C., J. Chem. Education, 1977, v.44, № 7.

81. Wunderlich В. In: Diferential Thermal Analysis.Ed. by A. Weissberger, B.W. Rossister. V. 1, pt. V, ch. 8, Phys. Methods of Chemistry. New York, 1981.

82. Яковлев А.И., Савкин Н.П. Голованов В.И., Гипсокартонные листы огнезащитная облицовка несущих металлических конструкций производственных зданий и сооружений. "Промышленное строительство".-1984.-№1,-С. 29-32.

83. Яковлев А.И., Шейнина Л.В., Сорокин А.Н. Исследование теплофизиче-ских характеристик бетонов путем решения обратной задачи теплопроводности с помощью ЭВМ // Огнестойкость строительных конструкций. -М.: ВНИИПО. 1975. Вып. 3. С. 3-11.

84. Савкин Н.П., Голованов В.И. Напыляемые покрытия на основе минеральных волокон для огнезащиты стальных конструкций // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1980. - Вып. 8. -С. 70-73.

85. Романенков И.Г., Левитес Ф.А., "Огнезащита строительных конструкций.", Стройиздат, 1991.

86. В.М.Ройтман, В.Г. Щерба Пожарная безопасность зданий повышенной этажности-М.: Жилищное строительство, 2006, №5, с.22-25.

87. Голованов В. И., Ружинский А.В. Методы огнезащиты несущих металлических конструкций. М.: Материалы Всероссийской XIII научно-практической конференции, ВНИИПО.- 1995.- С.366-367.

88. М.Я. Ройтман Противопожарное нормирование в строительстве. -М.: Стройиздат. 1985. -590 с.

89. Савкин Н.П., Голованов В.И. Напыляемые покрытия на основе минеральных волокон для огнезащиты стальных конструкций // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1980. - Вып. 8. -С. 70-73.

90. Романенков И.Г., Левитес Ф.А., "Огнезащита строительных конструкций.", Стройиздат, 1991.

91. Страхов В.Л, Гаращенко А.Н., Рудзинский В.П. Математическое моделирование работы и определение комплекса характеристик вспучивающейся огнезащиты.//Пожаровзрывобезопасность. т.8., №3, 1997 - с.21-30.

92. М.А.Малкин. Пассивная противопожарная защита М.: Строительные материалы, 2006, №4, с.ЗЗ.

93. Страхов В.Л., Каледин В.О., Каледин Вл.О., Давыдкин Н.Ф. Программно-методическое обеспечение расчетов огнезащиты металлических несущих конструкций М: Пожаровзрывобезопасность, 2006, № 3, с. 36-45. (программа Огнестойкость)

94. Compositional Analysis by Thermogravimetry. / Edited by Ernest C.M. -Philadelphia, STP ASTM 997.- 1988.

95. Голованов В.И. Ружинский А.В. Метод испытания на огнестойкость стальных конструкций с огнезащитными покрытиями и облицовками. "Пожаровзрывобезопасность".М.:-1994.- №2. С.37-39.

96. НПБ 236-97 "Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности".

97. Собурь С.В. Огнезащита строительных материалов и конструкций. Справочник.-М. : Спецтехника, 1999г.-204с.

98. Определение удельной интенсивности тепловыделения при горении веществ и материалов в условиях пожара /Методические рекомендации. -М.: ВНИИПО МВД СССР,1988.

99. Скуратов С.М., Колесов В.П., Воробьев А.Ф. Термохимия, М., изд-во МГУ, 1974, ч. 1, 302с.; ч. II, 434с.

100. Пилоян Г.О. Введение в теорию термического анализа. М.: Наука, 1964. -232 с.

101. Уэндландт У. Термические методы анализа. М.: Мир, 1978. - 526 с.

102. Страхов B.JI, Гаращенко А.Н., Рудзинский В.П. Математическое моделирование работы огнезащиты, содержащей в своем составе воду- // Пожа-ровзрывобезопасность, 1998, №2. с. 12-19.

103. Голованов В.И., Павлов В.В., Пехотиков А.В. Инженерный метод расчета огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой из ми-нераловатных плит " ROCKWOOL CONLIT" М.: Пожарная безопасность. - 2006.- №4. -С.78- 85.

104. Физические величины: Справочник А.П.Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М.Братковский и др.; Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова М.: Энегоатомиздат, 1991.-1232 с.

105. Н.А.Ильин Оценка огнестойкости строительных конструкций по номограммам Куйбышев: ЦНТИ, -1990. -36 с.115. "Инструкции по проведению термического анализа образцов материалов и веществ (Идентификация и входной контроль)" М.: ВНИИПО, 1995 г.

106. Баженов С.В., Дудеров Н.Г., Нагановский Ю.К. Огнезащитная эффективность металлоамонийпирофосфатов и полифосфатов аммония в эпоксидных композициях. М.: Пожаровзрывобезопасность, 1992. № 1. - С. 17-21.

107. Огнезащитный материал на основе минеральной ваты Steinwolle mit "Wasserkuhlung" Brandshutz off. und privatwirt. Gebauden, 2005, № 2, c. 52. (минвата Rockwool)

108. Голованов В.И., Павлов B.B., Пехотиков A.B. Огнестойкость многопустотных железобетонных перекрытий с различными видами огнезащиты. -М.: Пожарная безопасность. — 1999.- №2. — 57-66с.

109. Ерохов K.JT. Методы нанесения огнезащитных покрытий на строительные конструкции механизированным способом — М.: Метроинвест, 2005, № 5, с. 39-41.

110. Можарова Н.П. Составы для огнезащиты строительных конструкций различного назначения — М.: Материалы конференции "Пожарная безопасность зданий и сооружений 2005", Пожаровзрывобезопасность, 2005, № 5, с. 31-33.

111. Голованов В.И., Павлов В.В., Пехотиков А.В. Классификация и методы оценки огнестойкости подвесных потолков. М.: Материалы Всероссийской XIII научно-практической конференции "Пожарная безопасность", ВНИИПО.- 1995.- С.344-345.

112. НПБ 231-96 "Потолки подвесные. Метод испытания на огнестойкость";

113. СНиП 21-01-97* "Пожарная безопасность зданий и сооружений".

114. СНиП 2.01.02-85 "Противопожарные нормы".

115. СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия".

116. НПБ 232-96 "Порядок осуществления контроля за соблюдением требований нормативных документов на средства огнезащиты".

117. МГСН 5.01-94* "Стоянки легковых автомобилей".

118. Ройтман М.Я. Пожарная профилактика в строительном деле.-М., ВИПТШ, 1975.-526с.

119. Голованов В.И., Павлова Л.В., Ружинский А.В. Огнестойкость противопожарной стены. Сб. научн. тр. "Противопожарная защита зданий и сооружений". М.: ВНИИПО.-1992-. С. 32-39.

120. Милованов А.Ф., Малкина Т.Н. Механические и реологические свойства арматуры при нагреве. Сб. научн. тр. "Работа железобетонных конструкций при высоких температурах".-М.: НИИЖБ, Стройиздат,- 1972,- С. 2842.

121. Голованов В.И., Пехотиков А.В., Соловьев Д.В. Исследование огнестойкости несущих конструкций из новых марок стали под нагрузкой М.: Материалы XVIII научно-практической конференции "Снижение риска гибели людей при пожарах", ВНИИПО.- 2003-. С.145-146.

122. К.А.Басов ANSYS в примерах и задачах-М: КомпьютерПресс, 2002,-223 с.

123. Хечумов Р.А., Кепплер X., Прокофьев В.И. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций М: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 1994,352 с.

124. Константинов И.А. Применение программы SCAD для расчета стержневых систем СПб: Строительная механика, Ч. 1. Учебное пособие, изд-во СПбГПУ, 2003. -82 с.

125. В.А.Баженов, Э.З.Криксунов, А.В.Перельмутер, О.В.Шишов. Автоматизированное проектирование несущих конструкций зданий и сооружений -М: Строительная информатика, 2006. 460 с.

126. Хемчуров Р.А., Кеплер X., Прокофьев В.И. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов. 1994. -352 с.

127. Голованов В.И., Павлов В.В., Пехотиков А.В. Обеспечение огнестойкости несущих строительных конструкций — М.: Пожарная безопасность. -2002.- №3. С.48-58.

128. Галустов К.З. Нелинейная теория ползучести бетона и расчет железобетонных конструкций. -М.: Физико-математическая литература.-2006.-248с.

129. Викторов Е., Васенин В., Холщевников В., Луков А. Обзор новых версий программных комплексов Еврософт — М.: Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века 2002, №6, С.39-40.

130. Золотов В. Архитектурно-строительные системы автоматизированного проектирования высокого уровня — Минск: Строительство и недвижимость.-2001 ,№39.

131. Корольченко А.Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник в двух частях.- М.: Асс. "Пожнаука"2000.-709+757с.

132. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена: Учеб. пособие для вузов,- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергия, 1979.-320с.

133. Годовский Ю.К. Теплофизические методы исследования полимеров. -М., "Химия", 1976.

134. Дульнев Г.Н. и Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Справочная книга. -JL, Энергия, 1974, 264 с.

135. Голованов В.И., Павлов В.В., Пехотиков А.В. Огнезащита многопустотных железобетонных перекрытий. М.: Пожарное дело. - 2000.- №4. — С.41-43.

136. Куликов В. Краткий сравнительный анализ программ SCAD, "Лира" ("Мираж") и MicroFe М: Проект.- 1996, № 2-3.

137. Голованов В.И., Яйлиян Р.А., Павлов В.В., Пехотиков А.В. Расчет деформации балок из сталей с повышенными показателями огнестойкости в условиях огневого воздействия. М.: Пожарная безопасность. - 2006,- №5. -С.28- 36.

138. Максимов В. С чем идем в третье тысячелетие? — М.: "САПР и графика" -2000.-№ 12.

139. Кудрявцев А. С., Каштанов А. Д., Марков В. Г., Лаврухин В. С. Ползучесть хромистой мартенситной стали в теплоносителе на основе свинца — М.: "Вопросы материаловедения" № 1(49), 2007.- с. 78-82.

140. Кудрявцев Е.М. Mechanical Desktop Power Pack: Основы работы в системе -М: ДМК Пресс, 2001, 536 с.

141. Голованов В.И. Учет температурной ползучести стали при расчетах на огнестойкость металлических конструкций. "Пожаровзрывобезопасность".- М.:1993.- №3. С. 47-50.

142. Шестериков С.А.Закономерности ползучести и длительной прочности — М.: Машиностроение.- 1983.- 105 с.

143. Павлов П.А. Основы инженерных расчетов элементов машин на усталость и длительную прочность, 1988.- 256 с.

144. Голованов В.И. Расчет деформации стальных балок в условиях огневого воздействия.- Материалы VII научно-практической конференции "Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций". М.:Центр "Антистихия"-.2007.-С.37-38.

145. Махутов Н.А. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении, 1983.-272 с.

146. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.М: Госатомэнергонадзор, 1989. - 525 с.

147. Chadek Y.N. Ползучесть металлических материалов.М.:- 1987.- 305 с.

148. Кузнецов А.Ф. Строительные конструкции из сталей повышенной и высокой прочности. -М., Стройиздат,1975.-80с.

149. Ю.Д.Морозов, Л.И.Эфрон, П.Д.Одесский, Д.В.Соловьев и др. Сталь с повышенной огнестойкостью для металлических конструкций — М.: "Сталь" 2004.- № 9 - С. 48.

150. Голованов В.И. Расчет деформации стальных балок в условиях огневого воздействия.- Материалы VII научно-практической конференции "Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций". М.:Центр "Антистихия"-.2007.-С.37-38.

151. Баратов А.Н., Пчелинцев В.А. Пожарная безопасность. -М., Ассоциация строительных вузов,2006.-144с.