Программное средство для расчета динамики прогрева стальных конструкций с конструктивной огнезащитой Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ПРОГРАММНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ РАСЧЕТА ДИНАМИКИ ПРОГРЕВА СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С КОНСТРУКТИВНОЙ

ОГНЕЗАЩИТОЙ

И. И. Полевода, к.т.н., доцент, А.Г. Иваницкий, С.М. Жамойдик

Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь

В.М. Проровский НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций МЧС Республики Беларусь

При строительстве крупных объектов широкое применение в качестве несущих элементов зданий и сооружений нашли металлоконструкции. Однако незащищенные металлоконструкции изначально имеют низкую огнестойкость, обусловленную их теплофизическими и механическими свойствами. Основным способом повышения огнестойкости металлоконструкций является создание или нанесения на их поверхности теплозащитных элементов с использованием плит, лаков, красок, оштукатуривания, бетонирования и др. [1-3]. По ряду объективных причин конструктивная огнезащита в некоторых случаях превосходит другие виды огнезащиты. Характеристики огнезащиты, влияющие на температурный прогрев конструкции в целом, могут колебаться в больших диапазонах и существенно влиять на динамику прогрева. Таким образом, необходимо разрабатывать методы позволяющие определять предел огнестойкости конструкций с конструктивной огнезащитой.

Предельное состояние Я (потеря несущей способности) для стальных конструкций, как правило, наступает при снижении предела текучести стали вследствие теплового воздействия пожара до значения действующих напряжений в сечении (что соответствует времени достижения критической температуры сечения 0СГ).Таким образом, задача по определению предела огнестойкости должна решаться в два этапа. На первом этапе на основании анализа статической схемы работы строительной конструкции необходимо определить значение коэффициента условий работы стали при пожаре. Коэффициент условий работы стали при пожаре в свою очередь определяет критическую температуру сечения стальной конструкции. Второй этап заключается в рассмотрении теплотехнической задачи, решение которой дает время прогрева сечения стали до критической температуры.

Для решения теплотехнической задачи был разработан алгоритм, в основу которого положен метод элементарных тепловых балансов А.П. Ваниче-ва, адаптированный А.И. Яковлевым для решения задач огнестойкости [1].

Для автоматизации вычисления параметров температурного прогрева стальных конструкций с конструктивной огнезащитой разработано про-

граммное средство, позволяющее моделировать тепловое воздействие возможного пожара на строительные конструкции и их прогрев. Интерфейс ввода исходных данных для расчета приведен на рисунке 1.

а) б)

Рисунок 1 - Внешний вид интерфейса программного средства ввода данных (а); конструктора сечений (б)

Программное средство позволяет задавать расчетные схемы сечений стальных элементов с любыми геометрическими параметрами (за исключением круглого сечения) с конструктивной огнезащитой (рисунок 1 «б»). Настройка параметров сохранения результатов расчета осуществляется пользователем через заданные промежутки времени или по шагам расчета. Результат расчета отображается как в графическом виде (рисунок 2 «а», «б»), так и виде числовых значений температур элементарных ячеек в табличной форме (рисунок 2 «в»).

а) б) в)

Рисунок 2 - Графическое отображение результата расчета в виде температурных полей (а), в виде графика (б), в виде числовых значений температур элементарных ячеек в табличной форме (в)

Для проверки работоспособности разработанного алгоритма в лаборатории НИИ ПБиЧС МЧС Республики Беларусь проведены экспериментальные исследования нагрева стальной колонны с конструктивной огнезащитой при стандартном огневом воздействии.

Анализ результатов показал, что во время проведения испытаний, когда средняя температура термопар, закрепленных на образце находилась в диапазоне 90-100 ° С, происходило замедление прогрева исследуемых конструкций. Этот факт объясняется тем, что подводимое тепло от пожара расходовалось на испарение воды из конструкций.

С другой стороны, на этапе проверки разработанного алгоритма в уравнении изменения внутренней энергии ячейки не была учтена энергия, затраченная на нагрев и испарение воды, которая, безусловно, идет в запас огнестойкости. Как результат - расхождение теоретически определенных и экспериментально полученных временных параметров теплового прогрева рассматриваемых образцов до температуры 500 °С не превысило 20 %.

Заключение

В результате проведенных исследований разработана программа для расчета температурного прогрева металлической конструкции с конструктивной огнезащитой, в основу которой положен метод элементарных тепловых балансов А.П. Ваничева, адаптированный для решения задач огнестойкости А.И. Яковлевым [2]. Разработанное программное средство позволяет моделировать воздействие возможного пожара на строительные конструкции с геометрическими параметрами сечения отличными от круглого.

Список использованной литературы

1. Ройтман М.Я. Противопожарное нормирование в строительстве / М.Я. Ройтман. - 2-е изд. - Москва: Стройиздат, 1985. - 590 с.

2. Кудаленкин В.Ф. Пожарная профилактика в строительстве / В.Ф. Ку-даленкин. - Москва: учебник под ред. ВИПТШ МВД СССР, 1985. - 452 с.

3. Романенков И.Г. Огнестойкость строительных конструкций из эффективных материалов / И.Г. Романенков, В.Н. Зегернкорн. - Москва: Стройиздат, 1984. - 140 с.