CC BY
22
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ С УЧЕТОМ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МНОГОСЛОЙНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В.В. Шумилин, начальник кафедры, А.А. Леденев, доцент, к.т.н., Т.В. Загоруйко, старший преподаватель, к.т.н., М.С. Денисов, доцент, к.ф.-м.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
В.Т. Перцев, профессор, д.т.н., Воронежский государственный архитектурно-строительный
университет, г. Воронеж
Ранее выполненные исследования показали, что эффективным способом повышения предела огнестойкости железобетонных конструкций, является применение огнезащиты с использованием материалов повышенной термостойкости. Разработан состав и технология получения двухслойных железобетонных изделий вариатропной структуры [1-5]. Особенностью таких изделий является наличие несущего основания - ядра и слоя огнезащитного покрытия - бетона повышенной термостойкости, отличающегося высокой прочностью, стойкостью к растрескиванию, отслоению и имеющего пониженные показатели деформативности. Результаты исследования динамики изменения теплофизических параметров разработанного бетона повышенной термостойкости при воздействии температуры до 1100 0С показали, что теплопроводность бетона снижается с 0,26 до 0,19 Вт/м-°С за счет вспучивания шунгита.
Для оценки огнестойкости железобетонных конструкций на практике применяются различные расчетные методы, которые позволяют определить предел огнестойкости без огневых испытаний. Методы моделирования распространения тепла в невспучивающихся материалах при воздействии высоких температур в условиях пожара разработаны достаточно хорошо. При этом процессы тепло- и массопереноса во вспучивающихся покрытиях, применяемых для огнезащиты железобетонных конструкций, а также в зоне контакта между материалами имеют существенные отличия.
При огневом воздействии на строительную конструкцию изменение температуры определяют путем решения дифференциального уравнения теплопроводности Фурье [6], которое для одномерного температурного поля имеет вид
с^ (I (1т (1х
А ^ 1 (1х.
1)
где а - удельная теплоемкость;
X - коэффициент теплопроводности; р - плотность материала. Для расчета температурного поля в конструкции использовали нелинейное уравнение теплопроводности с учетом изменения теплофизических характеристик
двухслойной конструкции, как по сечению, так и при изменении температуры
йЫх. т) (I &(х, т)
где А, В - коэффициенты, зависящие от вида материала. Уравнение (2) может быть решено в неявной форме [7]
А + Вг{х, т)
& = кх + (рт + С2
I
р t (Х,т) + С1ш3)
где ^ ф, Си С2 - произвольные константы.
Использование уравнения (3) в комплексе с краевыми условиями 3, 4 рода для каждого из слоев позволит определить распределение температуры по сечению двухслойной конструкции с огнезащитой и рассчитать предел огнестойкости.
Список использованной литературы
1. Леденев А.А. Разработка составов термостойких бетонов для получения огнезащитных покрытий строительных конструкций / А.А. Леденев, Т.В. Загоруйко, В.Т. Перцев, А.А. Бондарь // сб. ст. по матер. Всерос. науч.-практ. конф. «Проблемы безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций» / ВИ ГПС МЧС России. - Воронеж, 2012. - С. 42-44.
2. Перцев В.Т. Состав и технология получения бетона повышенной термостойкости для огнестойких железобетонных изделий / В.Т. Перцев, А.А. Леденев, Т.В. Загоруйко, О.Б. Рудаков // «Научный вестник Воронежского ГАСУ». Сер.: физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения // Воронежский ГАСУ. - Воронеж, 2015. - С. 39-45.
3. Леденев А.А. Управление огнестойкостью железобетонных конструкций вариатропной структуры / Леденев А.А., Перцев В.Т., Калач А.В., Загоруйко Т.В., Калач Е.В., Донец С.А. // Научно-теоретический журнал «Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова» № 4, 2016 год. Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2016. - С. 16-22.
4. Леденев А.А. Оценка эффективности термостойких бетонов применяемых в качестве средств огнезащиты железобетонных конструкций / Леденев А.А., Перцев В.Т., Загоруйко Т.В. // Вестник ВИ ГПС МЧС России, № 4 (17), 2015. - С. 53-58.
5. Леденев А.А. Математическая модель распространения тепла при пожаре в многослойных конструкциях с огнезащитой / Леденев А.А., Денисов М.С., Шумилин В.В., Метелкин И.И. // Сб. ст. по матер. IV Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. уч. «Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций», 2015 г. в 2-х ч. Ч. 1. / ВИ ГПС МЧС России. - Воронеж 2015. - С. 355-356.
6. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. - М.: Стройиздат, 1988. - 143 с.
7. Polyanin, A. D., Zaitsev, V. F., Handbook of Nonlinear Partial Differential Equations , Chapman & Hall/CRC, Boca Raton, 2004.
