Моделирование прогрева железобетонного монолитного перекрытия при огневых испытаниях в составе экспериментального фрагмента каркасного здания
DOI:
https://doi.org/10.33408/2519-237X.2022.6-1.17Ключевые слова:
огнестойкость, железобетонное монолитное перекрытие, моделирование, прогрев, расчетная модель, Ansys Workbench, температурное поле, теплотехнический расчет, хрупкое разрушение бетона, локальные повреждения защитного слоя бетонаАннотация
Цель. На основе результатов ранее проведенных натурных огневых испытаний экспериментального фрагмента каркасного здания, включающего железобетонное монолитное перекрытие и сборные центрифугированные колонны, разработать расчетную модель и оценить прогрев железобетонного перекрытия.
Методы. Численное конечно-элементное моделирование железобетонного монолитного перекрытия с использованием системы конечно-элементного анализа Ansys Workbench. Метод аналогии. Графоаналитический метод. Оценка распределения температурных полей по сечению исследуемой конструкции. Сопоставление полученных результатов прогрева с имеющимися экспериментальными данными.
Результаты. Представлен анализ повреждений железобетонного монолитного перекрытия, полученных в ходе натурных огневых испытаний. Установлено, что со стороны обогреваемой поверхности наибольшие повреждения получили преимущественно поверхностные слои сжатого бетона в местах действия максимальных напряжений сжатия, в растянутой зоне повреждения были незначительными. Разработана расчетная модель прогрева железобетонного перекрытия, позволившая установить, что хрупкое разрушение бетона существенно повлияло на прогрев арматуры. Средняя температура нагрева рабочей продольной арматуры диаметром 10 мм с защитным слоем 20 мм при температурном режиме, зафиксированном в центральной части фрагмента перекрытия, составила 402 °С, на локальном участке с защитным слоем 13,5 мм – 486 °С. Расчетная температура верхнего продольного армирования, расположенного в приопорных участках, не превысила 20 °С, необогреваемой поверхности – не превысила 15 °С. Получены средние температуры в расчетных сечениях перекрытия, а также эпюры температур по высоте сечения перекрытия. Экспериментальная средняя температура перекрытия составила 144 °С, что на 23 % ниже расчетного значения (187 °С при толщине плиты 200 мм), т.к. в расчете не учитывалось снижение температуры на обогреваемой поверхности перекрытия к концу эксперимента. Расчетная средняя температура прогрева поперечного сечения перекрытия толщиной 193,5 мм составила 184 °С, толщиной 166,5 мм – 231 °С.
Область применения исследований. Результаты исследований могут быть использованы для оценки огнестойкости железобетонных конструкций. Полученные результаты планируется применить для решения статической задачи огнестойкости испытанного железобетонного монолитного перекрытия.
Библиографические ссылки
Brushlinsky N.N., Ahrens M., Sokolov S.V., Wagner P. World Fire Statistics = Mirovaya pozharnaya statistika = DieFeuerwehrstatistik der Welt: Report № 25. Center of Fire Statistics of CTIF. Available at: http://ctif.org/sites/default/files/2020-06/CTIF_Report25.pdf (accessed: May 29, 2021).
Roytman V.M. Inzhenernye resheniya po otsenke ognestoykosti proektiruemykh i rekonstruiruemykh zdaniy [Engineering solutions for assessing the fire resistance of designed and reconstructed buildings]. Moscow: Pozhnauka, 2001. 382 p. (rus)
Roytman V.M., Serkov B.B., Sivenkov A.B., Shevkunenko Yu.G., Barinova E.L., Pristupyuk D.N. Zdaniya, sooruzheniya i ikh ustoychivost' pri pozhare [Buildings, structures and their stability in case of fire]. Moscow: Academy of the State Fire Service EMERCOM of Russia, 2013, 364 p. (rus)
Telichenko V.I., Roytman V.M., Benuzh A.A. Kompleksnaya bezopasnost' v stroitel'stve [Comprehensive safety in construction]: tutorial. Moscow: National Research Moscow State University of construction, 2015, 144 p. (rus)
Kudryashov V.A., Zhamoydik S.M., Kurachenko I.Yu., Nguen T.K. Rezul'taty naturnykh ognevykh ispytaniy zhelezobetonnogo monolitnogo perekrytiya v sostave eksperimental'nogo fragmenta karkasnogo zdaniya [Results of full-scale fire tests of the monolithic reinforced concrete slab as part of a fragment of a frame building]. Journal of Civil Protection, 2021. Vol. 5, No. 1. Pp. 49–66. (rus). DOI: https://www.doi.org/10.33408/2519-237X.2021.5-1.49.
Kudryashov V.A., Zhamoydik S.M., Kurachenko I.Yu., Mordich M.M. Konstruirovanie zhelezobetonnogo monolitnogo perekrytiya v sostave fragmenta karkasnogo zdaniya dlya issledovaniy ognestoykosti v ramkakh naturnykh ognevykh ispytaniy [Cast-in-place reinforced concrete plate construction as a part of a frame experimental building for fire resistance research]. Journal of Civil Protection, 2021. Vol. 5, No. 1. Pp. 33–48. (rus). DOI: https://www.doi.org/10.33408/2519-237X.2021.5-1.33.
Kudryashov V.A., Kurachenko I.Yu. Issledovanie ognestoykosti zhelezobetonnogo monolitnogo perekrytiya v sostave fragmenta karkasnogo zdaniya v ramkakh naturnykh ognevykh ispytaniy [Research on the fire resistance of a reinforced concrete cast-in-place slab as part of a frame building fragment in full-scale fire testing]. Proc. ХХХIII Intern. scientific-practical conf., dedicated to the year of science and technology «Aktual'nye problemy pozharnoy bezopasnosti», Moscow, May 12–15, 2021. Moscow: All-Russian Research Institute for Fire Protection EMERCOM of Russia. 2021. Pp. 554–564. (rus).
Nekhan' D.S., Kurachenko I.Yu., Olesiyuk N.M., Kreer L.A. Issledovaniya temperatury gazovoy sredy pri provedenii naturnykh ognevykh ispytaniy stroitel'nykh konstruktsiy [Temperature studies of the gaseous medium during full-scale fire tests of building constructions]. Journal of Civil Protection, 2020. Vol. 4, No. 2. Pp. 130–141. (rus). DOI: https://www.doi.org/10.33408/2519-237X.2020.4-2.130.
Bushev V.P., Pchelintsev V.A., Fedorenko V.S., Yakovlev A.I. Ognestoykost' zdaniy [Fire resistance of building]. Moscow: Stroyizdat, 1970. 261 p. (rus)
Serkov B.B., Firsova T.F. Zdaniya i sooruzheniya [Buildings and structures]: textbook. Moscow: RC «INFRA-M», 2018. 168 p. (rus)
Schleifer V. Zum Verhalten von raumabschliessenden mehrschichtigen Holzbauteilen im Brandfall [About the behaviour of room-closing multi-layer wood components in case of fire]: Dissertation ETH Nr. 18156. Zürich, 2009. 147 s. (deu).
Geydon A.G., Vol'fgard Kh.G. Plamya, ego struktura, izluchenie i temperatura [Flame, its structure, radiation and temperature]. Moscow: Metallurgizdat, 1959. 333 p. (rus).
Yakovlev A.I. Osnovy rascheta ognestoykosti zhelezobetonnykh konstruktsiy [Basics for calculation of fire resistance of reinforced concrete structures]. Grand PhD techn. sci. diss: 05.26.03. Moscow, 1966. 515 p. (rus).
Roytman V.M. Otsenka ognestoykosti stroitel'nykh konstruktsiy na osnove kineticheskikh predstavleniy o povedenii materialov v usloviyakh pozhara [Fire resistance Assessment of building structures based on kinetic concepts of the behavior of materials in fire]. Grand PhD techn. sci. diss: 05.26.01. Moscow, 1985. 412 p. (rus)
Polevoda I.I. Ognestoykost' izgibaemykh zhelezobetonnykh konstruktsiy iz vysokoprochnogo betona [Fire resistance of bent reinforced concrete structures made of high-strength concrete]. PhD techn. sci. diss: 05.23.01. Minsk, 2004. 122 p. (rus)
Kudryashov V.A. Ognestoykost' zhelezobetonnykh sborno-monolitnykh perekrytiy karkasnykh zdaniy s primeneniem mnogopustotnykh plit [Fire resistance of cast-in-place reinforced concrete slabs in frame buildings with multi-core slabs]. PhD techn. sci. diss: 05.23.01. Minsk, 2009. 121 p. (rus)
Опубликован
Как цитировать
Лицензия
Все права защищены (c) 2022 Кудряшов В.А., Кураченко И.Ю.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
