CC BY
72
s «
о H о m о а
К
«
о к л H ce H о
о m н о
о «
s s
к «
В
о к
H
о о
о к
H
к «
»
о Л
к
m
«
о к
к «
й се Л
120
100
80 -
60 -
40 -
20 -
y = -0,2738x + 100
R2 = 0,9872
y = -0,406x + 100 *
R2 = 0,9943
20 40 60 80 100 120 140
Продолжительность эксперимента, сут
160
0
0
♦ Биореактор доочистки Биореактор полной очистки
Снижение количества стальной проволоки, %, в загрузочном материале биореактора доочистки и биореактора полной очистки
ствует о физико-химической природе удаления фосфатов. Чем больше ионов железа выделяется в раствор, тем, соответственно, выше эффект очистки. Поэтому для интенсификации коррозии приходилось регенерировать загрузочный материал посредством его промывки.
Следует отметить, что процессы коррозии напрямую зависят от рН среды. В толще биопленки за счет
жизнедеятельности микроорганизмов рН среды кислая (рН предположительно равно 4-5), что создает благоприятные условия для коррозии. Выделяющиеся при этом ионы железа способствуют активному росту численности бактерий и формируют специфический биоценоз, играющий существенную роль в процессе удаления фосфатов.
Статья поступила 28.07.2014 г.
Библиографический список
1. Ружицкая О.А., Саломеев В.П., Гогина Е.С. Использование армированного загрузочного материала для интенсификации процессов очистки сточных вод от фосфатов и органических загрязнений // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 6.
2. Патент № 2197436 РФ. Способ биологической очистки сточных вод от фосфатов / В.П. Саломеев, И.С. Круглова, Ю.Ф. Эль, Ю.П. Побегайло. О.А. Ружицкая. Дата публикации 27.01.2003.
3. Ruzhitskaya O.A., Gogina E.S. Removal of phosphates from wastewater and intensify the biological wastewater treatment process from organic pollution // Advanced Materials Research. 2014. V. 919-921. P. 2153-2156.
4. Ruzhitskaya O.A., Gogina E.S. Intensifying the Processes of Wastewater Purification from Phosphates and Organic Impurities // Advanced Materials Research. 2014. V. 919-921. P. 21412144.
УДК 624.075.23
К УЧЕТУ КОЭФФИЦИЕНТА ДИНАМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ПРИ РАСЧЕТЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН В УСЛОВИЯХ ОГНЕВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
1 9
© А.Г. Тамразян1, Л.А. Аветисян2
Московский государственный строительный университет, 129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, 26.
Приводится сопоставление результатов экспериментальных и аналитических расчетов прочности центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов, работающих в условиях динамических нагрузок при огневых
Чамразян Ашот Георгиевич, доктор технических наук, профессор кафедры железобетонных и каменных конструкций, тел. 89037305843, e-mail: tamrazian@mail.ru
Tamrazyan Ashot, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Reinforced Concrete and Stone Structures, tel.: 89037305843, e-mail: tamrazian@mail.ru
2Аветисян Левон Аветисович, аспирант, тел.: 89160244369, e-mail: avelev90@rambler.ru Avetisyan Levon, Postgraduate, tel.: 89160244369, e-mail: avelev90@rambler.ru
воздействиях. Приведен график коэффициента динамичности по бетону, в зависимости от времени динамического нагружения и от температуры, полученный экспериментальным путем. Поскольку при пожаре происходит снижение несущей способности колонны на 40%, рекомендуется проверять возможность обрушения зданий при расчетах несущей способности конструкций на огнестойкость. Ил. 4. Табл. 4. Библиогр. 8 назв.
Ключевые слова: железобетонная колонна; динамическая прочность; коэффициент динамического упрочнения; несущая способность; огнестойкость; эксцентриситет.
TO ACCOUNTING DYNAMIC STRENGTH COEFFICIENT IN REINFORCED CONCRETE COLUMN CALCULATION
UNDER FIRE EFFECT
A.G. Tamrazyan, L.A. Avetisyan
Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russia.
The article compares the results of experimental and analytical strength calculations of centrally and eccentrically compressed reinforced concrete elements operating under dynamic loads under the effect of fire. It provides an experimentally obtained graph of concrete dynamic coefficient depending on the time of dynamic loading and temperature. Since the bearing capacity of a column is reduced by 40% under fire, it is recommended to check the possibility of progressive collapse of buildings when calculating bearing capacity of structures for fire resistance. 4 figures. 4 tables. 8 sources.
Key words: reinforced concrete column; dynamic strength; coefficient of dynamic strength; load bearing capacity; fire resistance; eccentricity.
Использование концепции динамического расчета конструкций на огнестойкость дает возможность уточнить оценку стойкости зданий к прогрессирующему разрушению, живучести [1].
В работе [2] приведен расчет на огнестойкость пилона 1-го этажа 59-этажного жилого здания в условиях стандартного пожара.
Потеря несущей способности элемента в условиях огневых воздействий определяется как
N <
где N - действующая нагрузка на пилон;
=Ф{ГъАА )>^ - несущая способность
пилона.
Поскольку экспериментальные исследования, посвященные динамической работе железобетонных элементов, работающих при разных температурных условиях, отсутствуют, авторами были проведены следующие экспериментальные исследования.
Железобетонные образцы были изготовлены и испытаны как при центральном сжатии, так и при разных эксцентриситетах: 3; 3,5; 4,0 см. Экспериментальным путем были получены величины прочности элементов как после статических, так и после динамических испытаний для разных эксцентриситетов с учетом изменения скорости нагружения. Для получения величин динамической прочности сжатых железобетонных элементов в разных температурных условиях, при разных скоростях динамического удара, проводились экспериментальные исследования: скорости нагружения образцов - 1 и 0,4 секунд. При нормальных условиях все ранее известные результаты [3] были подтверждены. После получения всех результатов в нормальных условиях образцы разделили по сериям и нагревали до 300, 500, 700, 900 градусов в испытательном центре «ТПБ ТЕСТ» (установка для огневых испытаний малогабаритных образцов стержневых
конструкций ГОСТ Р53295-2009, в соответствии со стандартным температурным режимом ISO 834 - печь инв. № 002).
С целью определения влияния огневых воздействий на физико-механические свойства бетона при статических и динамических нагружениях были испытаны бетонные кубики и призмы при разных температурных воздействиях с разным временем нагружения. Коэффициент динамического упрочнения бетона, K4rf, определяется как отношение динамической
прочности бетона к статической Kbd .=Rd /R , является безразмерной относительной величиной и позволяет наилучшим образом характеризовать влияние различных факторов на динамическую прочность бетона. Было выявлено, что коэффициент динамического упрочнения снижается до 0,441. Значение коэффициента динамического упрочнения меньше единицы, поскольку влияние термических воздействий на бетон и железобетонные конструкции значительно сильнее, чем изменение скорости приложения нагрузки. Построены экспериментальные кривые K в зависимости от температуры нагрева (рис. 1).
Для исследования изменения физико-механических свойств железобетонных колонн после температурных воздействий и выявления величины коэффициента динамического упрочнения после огневых воздействий при однократном динамическом ударе с разными эксцентриситетами при разных скоростях были проведены некоторые эксперименты [4] (рис. 2, 3).
Результаты исследований прочности железобетонных колонн внесены в табл. 1, 2.
Значения коэффициента динамического упрочнения при разных эксцентриситетах и скоростях динамического удара после огневых воздействий отражены в табл. 3.
Кь,а 1-2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
О
Рис. 1. Зависимость К Т от температуры: 1 - при времени нагружения 0,4 с.; 2 - при времени нагружения 1,0 с
Рис. 2. Центральное сжатие (вид после нагревания до 900 С)
Рис. 3. Внецентренное сжатие эксцентриситет ео = 3,5 см
Таблица 2
Прочность железобетонных колонн при разных по скоростям однократных динамических ударах, с разными эксцентриситетами после разных температурных воздействий
Таблица 1
Прочность железобетонных колонн при статическом нагружении с разными эксцентриситетами _после разных температурных воздействий_
Т, "О Стат. центр. нагр., кН, е=0,0 см Стат. внецентр. нагр., кН, е=3,0 см Стат. внецентр. нагр., кН, е=3,5 см Стат. внецентр. нагр., кН, е=4,0 см
20 396,59 278,30 205,39 129,60
300 356,43 244,90 182,50 116,78
500 317,00 221,50 163,55 103,00
700 249,80 183,79 131,70 81,06
900 183,00 128,25 96,80 61,22
Т, "О Дин. центр. нагр., кН, 1=1,0 с Дин. центр. нагр., кН, 1=0,4 с Дин. внецентр. нагр., кН, е=3,0 см, 1=1,0 с Дин. внецентр. нагр., кН, е=3,0 см, 1=0,4 с Дин. внецентр. нагр., кН, е=3,5 см, 1=1,0 с Дин. вне-центр. нагр., кН, е=3,5 см, 1=0,4 с Дин. вне-центр. нагр., кН, е=40 см, 1=1,0 с Дин. внецентр. нагр., кН, е=4,0 см, 1=0,4 с
20 441,68 452,40 315,60 322,40 237,50 238,15 150,2 152,66
300 404,74 405,10 274,50 260,80 212,66 202,33 133,0 126,30
500 367,94 370,50 237,90 214,10 178,00 161,20 103,9 88,74
700 287,88 285,70 198,70 169,55 142,00 122,90 82,50 67,95
900 216,00 210,72 132,60 113,47 106,87 84,89 60,48 47,28
Среднее отклон., % 2,45 14,45 20,5 21,8
Таблица 3
Значения коэффициента динамического упрочнения при разных нагружениях _с разными эксцентриситетами_
Т, °О е=0 см 1=1,0 с е=0 см 1=0,4 с е=3,0 см 1=1,0 с е=3,0 см 1=0,4 с е=3,5 см 1=1,0 с е=3,5 см 1=0,4 с е=4,0 см 1=1,0 с е=4,0 см 1=0,4 с
20 1,130 1,150 1,134 1,150 1,156 1,159 1,158 1,177
300 1,135 1,136 1,120 1,060 1,165 1,108 1,130 1,081
500 1,160 1,168 1,074 0,960 1,088 0,985 1,008 0,861
700 1,152 1,143 1,081 0,920 1,078 0,933 1,017 0,838
900 1,18 1,150 1,033 0,884 1,104 0,876 0,987 0,789
По результатам, представленным в табл. 1, 2, становится ясно, что при статическом нагружении снижение прочности достигает до 54% (при 900°С). Почти та же закономерность сохраняется при разных эксцентриситетах с учетом огневых воздействий. При однократном динамическом ударе с разными скоростями картинка, очевидно, меняется. Коэффицент динамического упрочнения в нормальных условиях колеблется от 1,1 до 1,2, и чем больше скорость удара, тем Кг ближе к 1,2. После огневых воздействий
коэффициент динамического упрочнения при центральных динамических ударах со временем нагруже-ния 1,0 с показывает значения ближе к единице, а при времени нагружения 0,4 с снижается до 0,95. С увеличением эксцентриситета Кг снижается до 0,8. Исследование влияния скорости нагружения после огневых воздействий при разных эксцентриситетах показывают: после нагревания свыше 500 °С с увеличением эксцентриситета увеличение скорости в 2 раза мо-
жет привести к снижению Кг до 21,8% (см. табл. 2).
Это объясняется хрупким разрушением арматурной стали, поскольку после огневых воздействий несущая способность арматурной стали восстанавливается до 80 %. Это объясняется повышенной долей участия работы арматуры в динамическом деформировании внецентренно сжатых элементов [5-7]. При расчетах внецентренно сжатых элементов, при динамических нагрузках расчеты должны осуществляться не только в упругих, но и в пластических стадиях. При расчете конкретных элементов нужно получить решение задачи с учетом деформированной схемы конструкции. Это обстоятельство вместе с учетом пластической работы элементов позволяет выявить действительную работу конструкции и тем самым вскрыть существенный резерв их динамического деформирования, поскольку немалая доля подводимой внешней энергии затрачивается на работу изгиба элемента и пластических деформаций, прежде чем конструкция разрушит-
ся.
Для сравнения определим несущую способность железобетонных образцов (колонн) при статическом и динамическом нагружении в условиях стандартного пожара. Исходные данные: сечение 100 х 100 мм; расчетная длина колонны L0 = 600 мм; класс бетона В30, средняя плотность в сухом состоянии (гранитный щебень) р = 2485 кг/м3, весовая влажность w = 4.6%
арматура 408 A600, толщина защитного слоя а0 = 12 мм.
Разрушение здесь начинается с достижения предела текучести в растянутой арматуре и завершается раздроблением бетона сжатой зоны при развитии пластических деформаций в растянутой арматуре.
Одной из наиболее важных задач расчетов огнестойкости строительных конструкций является определение полей температур для прямоугольных колонн при четырехстороннем огневом воздействии стандартного пожара по ISO 834.
Расчет температурных полей железобетонных конструкций на огнестойкость основывается на решении краевых задач нестационарной теплопроводности капиллярно-пористых тел в условиях стандартного температурного режима [8].
В результате аналитического решения теплотехнической задачи были получены температуры арматурных стержней для конкретных интервалов времени пожара и определена площадь ядра сечения, ограниченная расчетной (критической) температурой (табл. 4).
На основе данных аналитических расчетов и экспериментальных исследований построен график несущей способности железобетонных колонн при центральном и внецентренном сжатии, при термосиловых нагружениях (рис. 4).
Выводы
Статическая прочность железобетонных колонн после огневых воздействий снижается до 55%, коэффициент динамического упрочнения при нормальных условиях достигает до 1,2 в зависимости от скорости нагружения после нагревания свыше 500°C. С увеличением эксцентриситета увеличение скорости удара в 2 раза приводит к снижению KdT на 21,8% .
Несущая способность внецентренно сжатой железобетонной колонны (е0 = 3,5 см) при статическом нагружении в условиях огневых воздействии (900°C) снижается на 48%.
Таблица 4
Результаты теплотехнического расчета_
Показатель Время, мин
15 30 40 50
Арматура, °C 342,18 736,92 790,36 825,9
Ядро сечения, мм 98,2 96,0 88,1 79,0
а)
Расчетный результат
1. Статическое нагружение
2. Статическое нагружение при пожаре
3. Динамическое нагружение
4. Динамическое нагружение при пожаре
б)
Экспериментальный результат
1\ Статическое нагружение
2'. Статическое нагружение при пожаре
3\ Динамическое нагружение
4'. Динамическое нагружение при пожаре
Рис. 4. Аналитические и экспериментальные результаты изменения несущей способности железобетонных колонн в условиях термодинамических загружений: а - центральное сжатие; б - внецентренное сжатие ео = 3,5 см
Несущая способность внецентренно сжатой железобетонной колонны (е0 = 3,5 см) при динамическом нагружении (t = 0,4 с) в условиях огневых воздействий (900°C) снижается на 70%.
Коэффициент динамического упрочнения в зависимости от температуры уменьшается по линейной зависимости, при:
300°C КЬдг = 0,96;
500°С Кьлт = 0,844;
700°С Кьмт = 0,59;
900°С Кьлт = 0,441.
Статья подготовлена в рамках Гоанта Государственной поддержки научных исследований, проводимых ведущими научными школами Российской Федерации № НШ-6545.2014.8.
Статья поступила 17.09.2014 г.
Библиографический список
1. Расторгуев Б.С. Методы расчета зданий на устойчивость против прогрессирующего разрушения // Вестник отделения строительных наук РААСН. 2009. Т. 1. Вып. 13. С. 15-20.
2. Tamrazyan A.G. Reduce the impact of dynamic strength of concrete under fire conditions on bearing capacity of reinforced concrete columns. ICSMIM. 2nd International Conference on Sensors, Measurement and Intelligent Materials. Guangzhou, China, November. 2013. Р. 16-17.
3. Баженов Ю.М. Бетон при динамическом нагружении. М.: Стройиздат, 1970. 270 с.
4. Тамразян А.Г. Огнеударостойкость несущих железобетонных конструкций высотных зданий // Жилищное строительство. 2005. № 1. С. 7-8.
5. Pham T.M., Lei X., Hadi M.N.S. Effect of eccentric load on retrofitted reinforced concrete columns confined with FRP. In B.
Samali, D. J. Attard & J. Song (Eds.) // 22nd Australasian Conference on the Mechanics of Structures and Materials AC-MSM22. London: Taylor & Francis Group. 2013. Р. 139-144.
6. Тамразян А.Г, Аветисян Л.А. Экспериментальные исследования внецентренно сжатых железобетонных элементов при кратковременных динамических нагружениях в условиях огневых воздействий // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 4. С. 24-28.
7. Fuchs М.М., Braml T.H., Keuser M.W. Structural concrete after high dynamic loading damage identification and repair // Structural Journal. 2007. German: University of the German Armed Forces Munich. Р. 777-786.
8. Lie T.T., Irwin R.J. Method to Calculate the Fire Resistance of Reinforced Concrete. Columns with Rectangular Cross Section // Structural Journal. 1993. № (90) 1. Р. 52-60.
УДК 62/696
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОРОДА ИРКУТСКА
1 9
© Е.М. Трофименко1, М.Ю. Толстой2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
В ходе исследования были модифицированы микробные топливные элементы и система электродов, подобраны консорциумы микроорганизмов, способных генерировать электрический ток, потребляя органические соединения. Изучена зависимость между составом компонентов в биореакторе в присутствии различных микроорганизмов и генерированием электрического тока. Ил. 3. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: очистные сооружения; биогаз; микробы; микробные топливные элементы; энергосбережение.
IMPROVING ENERGY EFFICIENCY OF LIFE SUPPORT SYSTEMS OF IRKUTSK WASTEWATER TREATMENT FACILITIES
E.M. Trofimenko, M.Yu. Tolstoy
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Microbial fuel elements and the system of electrodes have been modified during the study. Consortia of microorganisms, capable of generating electric current, consuming organic compounds are selected. The dependence between the component composition in bioreactor in the presence of various microorganisms and the generation of electric current is studied.
3 figures. 6 sources.
Key words: wastewater treatment facilities; biogas; microbes; microbial fuel elements; energy saving.
1Трофименко Екатерина Михайловна, магистрант, тел.: 89500509498, e-mail: tolstaya87@bk.ru Trofimenko Ekaterina, Master's Degree Student, tel.:89500509498, e-mail: tolstaya87@bk.ru
2Толстой Михаил Юрьевич, кандидат технических наук, профессор, зав. кафедрой инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения, тел.: (3952) 405609, e-mail: tolstoi@istu.edu
Tolstoy Mikhail, Candidate of technical sciences, Professor, Head of the Department of Engineering Communications and Life Support Systems, tel.: (3952) 405609, e-mail: tolstoi@istu.edu
