CC BY
35
УДК 624.012
УДОСКОНАЛЕНИЙ МЕТОД ВИПРОБУВАНЬ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ КОЛОН
НА ВОГНЕСТ1ЙК1СТЬ
А. С. Бeлiков, д. т. н., проф., В. К. Словтський*, Д. С. Федоренко*, к. i. н., I. В. Федченко , С. В. Поздеев , д. т. н., проф.
Черкаський тститут пожежног безпеки iменi Герогв Чорнобиля Нащонального утверситету
цивтьного захисту Украгни
Ключовi слова: вогнесттюсть, ттерпретащя, залiзобетонна колона, мщтсна задача, вогневi випробування
Постановка проблеми. Випробування залiзобетонних колон на вогнестшюсть вщбуваеться вщповщно до чинних стандарт Укра!ни [1; 2]. Зпдно iз цими стандартами колона повинна бути тддана вогневш ди в умовах навантаження колони силовими факторами, що повшстю вщповщають ддачому нанвантаженню у колош зпдно з розрахунковою схемою конструкци бущвль Таю чинники створюються вщповщними вузлами випробувальних установок, якi поеднують вогневу пiч з опорно-навантажувальним пристроем. Вогнева пiч мае вогнетривке огородження, конф^уращю, що забезпечуе рiвномiрний обiгрiв елемента конструкци, а також паливно-форсункову систему на рщкому паливi, що забезпечуе стандартний температурний режим пожежь Механiчне навантаження створюеться за допомогою гiдравлiчного пресу, що мае забезпечити стискальну силу до 500 т.
Щд час реалiзацil таких умов виникають певнi технiчнi складностi, яю полягають у невiдповiдностi умов закршлення i навантаження колони в конструкци, невщповщност габаритних розмiрiв зразка для випробувань i реально! колони тощо. Тому стандартом на випробування колон на вогнестшюсть [2] не забороняються випробування без прикладання механiчних навантажень, але в той же час означений стандарт не дае будь-яким чином обгрунтовано! методики визначення межi вогнестшкост залiзобетонних колон на основi таких випробувань. Крiм цього, вогневi випробування мають обмеження на довжину випробовуваних колон, спосiб !х закршлення, тип i величину механiчного навантаження на колону.
Аналiз остантх досягнень i публжацш. Аналiз публшацш щодо розрахункових методiв проектування залiзобетонних колон за умовою !х пожежно! безпеки [1 - 4] показуе, що означеш методи дають змогу комплексно врахувати вс перелiченi особливостi.
У зв'язку з цим сформульовано мету дослщження.
Мета роботи полягае в обгрунтуванш методу розв'язування мщшсно! задачi для здiйснення оцiнки вогнестiйкостi залiзобетонних колон квадратного перерiзу на основi розрахунково! штерпретаци результатiв !х вогневих випробувань.
У пращ [4] запропоновано метод визначення фактично! межi вогнестшкосп залiзобетонних колон, що базуеться на розрахунковш штерпретаци !х вогневих випробувань без прикладання мехашчного навантаження. На рисунку 1 наведено схему реалiзащ! даного методу.
Для досягнення поставлено! мети необхщно виршити питання вщновлення температурних полiв у перерiзi колони за результатами точкового вимiрювання температури у !! внутрiшнiх шарах. У пращ [4] описано методолопю розв'язування дано! задача Згiдно з умовами реалiзацi! розроблених методiв необидно проводити iнтерполяцiю за результатами вимiрювнь температури у контрольних точках перерiзу залiзобетонно! колони. Для досягнення необхiдно! точност результатiв iнтерполяцi! розроблено схему вимiрювання (рис. 2).
Рис. 1. Схема здтснення оцтки вогнестiйкостi за допомогою ттерпретацп результатiв
вогневих випробувань
Т13 ---« Г1 Г11 л -ф- Т00 _ /фч -
Т V тоц Т21
УТ22 Ш
(гло >——-
Рис. 2. Положения термопар тд час випробувань залгзобетонног колони для реалгзацИ розробленого методу оц1нки вогнестткост1
Для вщпрацювання процедур методiв ощнки вогнестiйкостi за допомогою штерпретаци результатiв вогневих випробувань були проведет означеш випробування двох залiзобетонних колон 500 х 500 х 3000 мм. з важкого бетону на граштному заповнювачi у вогневiй печь Схему випробувально! установки наведено на рисунку 3.
Рис. 3. Схема випробувальног установки
На рисунку 4 наведено схему армування та схему розташування термопар у перерiзi колони.
Рис. 4. Схема армування (а) та схема розташування термопар (б) залгзобетонног колони
На рисунку 5 показано результати вимiрювань температури у внутршшх шарах колон, шдданих вогневим випробуванням.
Т, °С Т, °С
Рис. 5. Результати вим1рювань температур у колот
На рисунку 6 наведено результати штерполяци температур у вузлових точках перерiзу колони за допомогою розроблених методiв. У таблицi наведено результати аналiзу адекватностi даних, отриманих тсля штерполяци.
Та блиця
Даш пор1вняльного анал1зу результат1в Штерполяци
Методи штерполяци Максимальне вщхилення, °С Середне вiдносне вiдхилення, % Середньоквадратичне вщхилення, °С
1-й 75 7,8 26,3
2-й 89 6,5 25,5
У результат штерполяци отримано адекватш данi, якi можна використовувати для розв'язання мщшсно! задача Для розв'язання мщшсно! задачi був застосований метод, який рекомендуеться у додатку В пунктом В3 Державного стандарту Укра!ни.
Одержанi результати штерполяци е адекватними i !х можна використовувати для розрахунку межi вогнестшкост згiдно з одним iз методiв розв'язування тако! задачi. Для анатзу мщшсно! задачi пропонуеться використовувати рекомендацп евронорм щодо проектування вогнестiйких залiзобетонних конструкцiй Eurocode 2, частина друга [5] пункту
В3 доповнення В. Для реалiзацi! даного методу були застосоваш механiчнi властивостi бетону й арматурно! сталi за високих температур. Використаш властивостi компонентiв залiзобетону мають вигляд, показаний на рисунках 7 та 8.
Рис. 6. Результати ттерполяцп температур (°С) у перерiзi колони
Рис. 7. Мехатчю властивостг бетону за високих температур
Розрахунок проводився у такш послщовность
1. Поперечний перерiз колони подшяють на певну кшьюсть квадратних зон площею Л..у i координатами ху центра кожно! зони
2. Будують дiаграму для сили Ыщ-р, залежно вiд кривизни колони х = 1/р (р - радiус кривизни колони), користуючись для кожного арматурного стержня та кожно! бетонно! зони вiдповiдною дiаграмою «напруження - деформащя» згiдно з рисунками 7 та 8.
3. За побудованою дiаграмою визначають критичну силу для данного моменту часу випробування за принципом, показаним на рисунку 9.
4. Порiвнюючи отриману силу з ддачою силою в колонi, роблять висновок щодо вiдповiдно! меж вогнестшкосп.
зона руинув.
Нормальна Авармна ГраничниИ стан колони
робота колони робота колони (втрата спйкосп) Кривизна у
Рис. 9. Визначення несучог здатност1 колони для кожног хвилини випробувань
Пюля проведения розрахунюв були отримаш графiки критично! сили, при якш колона втрачае стiйкiсть залежно вiд часу випробувань, якi подаш на (рис. 10).
Рис. 10. Несуча здатмсть колони-зразка № 1 (а) 7 колони-зразка № 2 (б)
Висновки. У результат проведених дослщжень можна зробити такi висновки.
1. Проведено вогневi випробування залiзобетонних колон i на !х основi дослiджено стiйкiсть методiв iнтерполяцi!, внаслщок чого видiлено найефективнiший метод штерполяци, заснований на апроксимаци iзотерм поля.
2. Обгрунтовано послiдовнiсть процедур методу розрахунку мщност на основi результатв вимiрювания температури у внутрiшнiх шарах залiзобетонно! колони пiд час вогневих випробувань
3. На основi штерпретацн одержаних даних у ходi вогневих випробувань iз застосуванням розробленого методу мщшсного розрахунку визначено межу вогнестшкост залiзобетонно! колони, чим пiдтверджена його надшшсть та ефективнiсть.
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1. ДБН В.1.1-7-2002 Захист вщ пожежi. Пожежна безпека об'ектiв будiвництва.
2. ДСТУ Б В.1.1-14-98. Захист вщ пожежi. Колони. Метод випробування на вогнестшюсть. - К. : Укрархбудшформ, 2005.
N
3. ДСТУ Б В.1.1-4-98. Бущвельш конструкцп. Методи випробувань на вогнестiйкiсть. Загальнi вимоги. Пожежна безпека. - К. : Укрархбудшформ, 2005.
4. Поздеев С. В., Василенко I. Р., Кузьмш О. Г., Словшський В. К. / Тези доповщей конференци «Метод штерпретаци результатiв вогневих випробувань залiзобетонних колон для оцiнки !х вогнестшкостЬ». Матер: XII Мiжнар. вистав. форуму «Технологи захисту» 15-! Всеукра!нсько! науково-практично! конференций 24 - 25 вересня 2013 р. - К. : 1н-т держ. управ. у сферi цивiл. захисту, 2013 - С. 25 - 26.
5. EN 1992-1-2:2004 Eurocode 2: Design of concrete structures Part 1 - 2: General rules -Structural fire design, Brussels, 2004.
6. Милованов А. Ф. Огнестойкость железобетонных конструкций / А. Ф. Милованов. - М. : Стройиздат, 1986. - 224 с.
7. Поздеев С. В. Исследование эффективности математических моделей для решения теплотехнической задачи при определении огнестойкости железобетонных конструкций / С. В. Поздеев, В. Г. Поклонский, О. В. Некора, А. В. Поздеев / Строительство, материаловедение, машиностроение : [c6. науч. тр.]. - Д. : ПГАСА, 2010. - Вып. 52 : [серия «Безопасность жизнедеятельности]. - С. 44 - 48.
SUMMARY
The problem. Testing the concrete columns on fire is carried out in accordance with the applicable standards of Ukraine. According to these standards the column should be subjected to the firing action under the condition of the column load power factors that fully meet the load in the column under the design model of the building. These factors are created by the corresponding nodes of the testing facilities that combine fire oven with the support-loading device. Fire oven has fireproof enclosures, configuration that ensures evenly heating of the construction elements. It is also equipped with fuel-nozzle system on liquid fuel that ensures standard temperature mode of fire. Mechanical load is created by hydraulic press that ensures compressive strength up to 500 t.
The implementation of these conditions causes certain technical difficulties such as mismatch of conditions of fixing and loading the column in the construction, mismatch of out-sample for testing and the real column etc. That is why the standard for fire resistance test of columns does not prohibit testing without applying mechanical stress; meanwhile the aforementioned standard does not give any grounded methodology for determining the fire resistance of reinforced concrete columns based on such testing. Moreover, fire test of the columns have limitations on the length of the subjected columns, ways of their fixing, type and size of mechanical loading on the column.
Analysis of recent achievements and publications. Analysis of publications on computational methods for designing concrete columns by their fire safety shows that the appointed methods allow to take into account all of the listed features. Therefore the objective of the study is formulated.
Statement of the problem and its solution. The purpose of the study is to substantiate the method of solution strength problem to assess the fire resistance of reinforced concrete columns with rectangular cross section calculated on the basis of the interpretation of the results of fire tests.
The method of determination of actual fire resistance of reinforced concrete columns is given in the article. The stated method is based on the calculation interpretation of fire tests without applying mechanical stress.
To achieve this goal it is necessary to solve the problem of restoration of temperature fields in the cross section of the column by results of point temperature measurement in the inner layers. The methodology of the problem solution is described in the article. Under the terms of the implementation of the developed methods it is necessary to interpolate the results of measurements of temperature in the control points section of reinforced concrete columns. For testing procedures of fire assessment methods by interpreting the results of fire tests appointed testing of two reinforced concrete columns 500 x 500 x 3 000 from heavy concrete was conducted on granite filler in the fire oven.
Conclusions. As a result of the research the following conclusions can be made.
1. Fire testing of reinforced concrete columns was conducted. On the basis of this testing the stability of interpolation methods was investigated. Therefore the most effective method of interpolation was selected. The method is based on approximation of field isotherms.
2. The sequence of procedures of strength calculation method on the basis of temperature measurement in the inner layers of the reinforced concrete column during fire testing was grounded.
3. The limit of fire resistance of reinforced concrete columns was determined on the basis of interpretation of the data obtained during the fire tests using the proposed method of calculating strength.
REFERENCES
1. DBN V.1.1-7-2002 Zakhyst vid pozhezhi. Pozhezhna bezpeka ob'yektiv budivnytstva.
2. DSTU B V.1.1-14-98. Zakhyst vid pozhezhi. Kolony. Metod vyprobuvannya na vohnestiykist'. - K.: Ukrarkhbudinform, 2005.
3. DSTU B V.1.1-4-98. Budivel'ni konstruktsiyi. Metody vyprobuvan' na vohnestiykist'. Zahal'ni vymohy. Pozhezhna bezpeka. - K. : Ukrarkhbudinform, 2005.
4. Pozdyeyev S. V., Vasylenko I. R., Kuz'min O. H., Slovins'kyy V. K. // Tezy dopovidey konferentsiyi «Metod interpretatsiyi rezul'tativ vohnevykh vyprobuvan' zalizobetonnykh kolon dlya otsinky yikh vohnestiykosti». Mater. XII Mizhnar. vystav. forumu «Tekhnolohiyi zakhystu» 15-yi Vseukrayins'koyi naukovo-praktychnoyi konferentsiyi. 24 - 25 veresnya 2013 r. - K. : In-t derzh. upravl. u sferi tsyvil. zakhystu, 2013 - S. 25 - 26.
5. EN 1992-1-2:2004 Eurocode 2: Design of concrete structures Part 1 - 2: General rules -Structural fire design, Brussels, 2004.
6. Mylovanov A. F. Ohnestoykost' zhelezobetonnbikh konstruktsyy / A. F. Mylovanov. - M. : Stroyyzdat, 1986. - 224 s.
7. Pozdyeyev S. V. Yssledovanye еffektyvnosty matematycheskykh modeley dlya reshenyya teplotekhnycheskoy zadachy pry opredelenyy ohnestoykosty zhelezobetonnbikh konstruktsyy / S. V. Pozdyeyev, V. H. Poklonskyy, O. V. Nekora, A. V. Pozdeev // Stroytel'stvo, materyalovedenye, mashynostroenye : [cb. nauch. tr.]. - D. : PHASA, 2010. - Vip. 52 : [seria «Bezopasnost' zhyznedeyatel'nosty». - S. 44 - 48.
BidoMocmi про aemopie
БелЫов АнатолШ Серафимович, д. т. н., проф., зав1дувач кафедри безпеки життед1ялъност1 Приднтровсъког державног академИ буд1вництва та архтектури, e-mail: bgd@mail.pgasa. dp. ua.
Словтсъкий ВталШ Казимирович, старший викладач кафедри пожежног тактики та авартно-рятувалъних робт Черкасъкого тституту пожежног безпеки ¡м. Герогв Чорнобиля, e-mail: vetal71@inbox.ru.
Федоренко Дмитро Сергтович, к. i. н., доцент кафедри пожежног тактики та авартно-рятувалънихробт Черкасъкого тституту пожежног безпеки iм. Герогв Чорнобиля.
Федченко 1гор Вiкторович, заступник началъника курсу Черкасъкого тституту пожежног безпеки iм. Герогв Чорнобиля.
Поздеев Сергт Валерiйович, д. т. н., професор, началъник кафедри будiвелъних конструкцт Черкасъкого тституту пожежног безпеки iм. Герогв Чорнобиля.
УДК 691.54:514.18
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТИ ЛОПАСТЕЙ СМЕСИТЕЛЕЙ И ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДИСПЕРСНОЙ АРМАТУРЫ
К. К. Мирошниченко, д. т. н., проф.
Ключевые слова: смесителъ, лопастъ, фибробетон, дисперсная арматура, геометрическое моделирование
Постановка проблемы. Трещины, деформации или разрушения конструкций бетонных сооружений могут быть вызваны ударными, вибрационными и другими динамическими нагрузками. Существенно снизить их влияние на свойства материала можно применением фиброармированных бетонов. Использование фибробетонов позволяет усилить мостовые конструкции, промышленные бетонные полы, создать высокопрочные, ударо- и взрывостойкие
