Вогнестійкість одношарових і багатошарових просторових конструкцій житлових та громадських будівель

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури

АВТОРЕФЕРАТ

на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Спеціальність: Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Вогнестійкість одношарових і багатошарових просторових конструкцій житлових та громадських будівель

Демчин Богдан Григорович

Харків, 2003 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасні тенденції розвитку будівництва в Україні йдуть в напрямку використання нових енергоефективних зарубіжних та вітчизняних технологій, матеріалів та конструкцій, які для масового застосування вимагають перевірки їх пожежної безпеки. Компонентом пожежної безпеки є вогнестійкість конструкцій, фактичне значення якої часто не співпадає з вогнестійкістю вказаною у супровідних документах, через невідповідність пожежних норм різних країн або через бажання постачальників збути товар, параметри якого не задовольняють пожежні вимоги України. Тому широке впровадження нових технологій, матеріалів і конструкцій можливе після їх атестації (сертифікації) через проведення вогневих випробувань у спеціальних установках та на фрагментах будівель збудованих у натуральну величину або після підтвердження їх пожежних параметрів надійними розрахунковими методами.

Відомі вогневі установки, що збудовані в Росії та інших країнах, не дають технічної можливості провести вогневі випробування нових просторових енергоефективних багатошарових архітектурно-конструктивних технологічних систем (АКТС), що складаються з будівельних конструкцій, які містять в собі високоефективні утеплювачі, через їх великі габаритні розміри на цілу кімнату. При цьому можуть виникати проблеми відтворення у великих вогневих камерах умов реальної пожежі та приведення результатів випробувань до стандартних, достовірної імітації стиків і умов примикання окремих елементів просторових об'ємних блоків (ОБ) із сусідніми блоками та врахування їх взаємного впливу і сумісної роботи, малої інформативності та недосконалості існуючої контрольно-вимірювальної апаратури та приладів, що працюють в умовах дії високих температур пожежі та зовнішнього навантаження. Перевагу над лабораторними дослідженнями у вогневих установках мають натурні вогневі випробування на двох-триповерхових фрагментах або цілих будівлях. Головним недоліком лабораторних та натурних вогневих випробувань є висока вартість і великі трудовитрати при їх реалізації.

Отже, створення інженерного методу розрахунку межі вогнестійкості просторових енергоефективних одно- і багатошарових конструкцій житлових та громадських будівель і вдосконалення методики вогневих досліджень є актуальною науковою проблемою, яка має велике теоретичне і практичне народногосподарське значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно з планом Київ ЗНДІЕП за Державною програмою забезпечення пожежної безпеки на 1995-2000 роки, затвердженою Кабінетом Міністрів України від 3 квітня 1995 року №238, п. 3, за темою №899-96-96 "Розробка методики розрахунку межі вогнетривкості одно- і багатошарових несучих конструкцій " (Л6342), за договором №108Н/96 "Визначення вогнестійкості конструктивної системи "ГОЛЬДПЛАН", за договором №104Н/98 "Визначення вогнестійкості конструктивної системи "ТЕРМОДІМ", по темі №6584 з ДП технічним комітетом із стандартизації “Арматура для залізобетонних конструкцій” у рамках роботи “Експериментально-теоретичні дослідження властивостей нових видів арматурного прокату з метою забезпечення їх впровадження в практику будівництва” (№01012003440), за Програмою забезпечення пожежної безпеки на період до 2010 року, затвердженою постановою Кабінету Міністрів від 1 липня 2002 року “Удосконалення нормативно-правового забезпечення у сфері пожежної безпеки” №870, п. 35, п. 53, п. 54, п. 57, п. 61.

Метою дослідження є створення інженерного методу розрахунку межі вогнестійкості одно- і багатошарових просторових конструкцій та розробка і впровадження нових методик вогневих досліджень та нових вогнезахисних матеріалів та конструктивних заходів.

Основні задачі дослідження:

1. Розробити математичну модель та на її базі створити інженерний метод оцінки межі вогнестійкості просторових одно- і багатошарових несучих конструктивних систем будівель при сумісній дії силових і теплових полів з врахуванням зміни властивостей матеріалів в залежності від рівня температури;

2. Розробити методику врахування перерозподілу зусиль, що проходить у просторових конструкціях у процесі дії на них навантаження та високої температури пожежі;

3. Розробити критерії оцінки межі вогнестійкості за ознакою токсичності при пожежі для багатошарових систем з горючими утеплювачами;

4. Створити єдиний програмний комплекс для розрахунків меж вогнестійкості одно- і багатошарових просторових несучих конструктивних систем;

5. Оцінити надійність і достовірність теоретичних досліджень при визначенні температурних полів, рівня НДС, ступеня токсичності та межі вогнестійкості;

6. Розробити методику і здійснити натурний вогневий експеримент на фрагменті будинку з полімерною опалубкою, що залишається після бетонування;

7. Розробити і впровадити нові універсальні вогневі установки та методики реєстрації, запису і аналізу температур, встановити ефективність використання методу акустичної емісії (АЕ) у випробуваннях арматури та бетону на вплив навантаження і температури;

8. Розробити та дослідити нові методи захисту конструкцій від пожежі, що базуються на конструктивних заходах при їх проектуванні та застосуванні нових вогнезахисних матеріалів.

Об'єкт дослідження - одно- і багатошарові конструкції житлових та громадських будівель.

Предмет дослідження - вогнестійкість одно- і багатошарових просторових конструкцій, в яких використовуються горючі енергоефективні утеплювачі.

Методи дослідження - для досягнення поставленої мети в роботі використані теоретичні та експериментальні методи.

Теоретичні - на основі використання зв'язаної динамічної задачі термопружності платин, керуючись висунутими гіпотезами та припущеннями і застосувавши методику “поділу-об'єднання”, оцінюється напружено-деформований стан просторових відсіків будівель при одночасній дії зовнішнього навантаження і високих температур пожежі, при цьому враховується зміна властивостей матеріалів від температури.

Експериментальні - для перевірки достовірності результатів теоретичних досліджень виконано натурний вогневий експеримент на п'ятиповерховому житловому будинку конструктивної системи ГОЛЬДПЛАН у м. Вінниця та лабораторні дослідження бетону, арматури і нових вогнезахисних покриттів на дію навантаження та високих температур з використанням методу АЕ.

Наукова новизна роботи:

- сформульовано на основі аналізу результатів раніше проведених вогневих випробувань робочі гіпотези та припущення для створення математичної моделі вогнестійкості просторових будівельних конструкцій;

- створено математичну модель, що описує процес опору просторових одно- і багатошарових конструкцій вогневій і силовій дії до настання межі вогнестійкості з урахуванням залежності теплофізичних і фізико-механічних параметрів матеріалів від інтенсивності температури;

- одержано результати розв'язку задач вогнестійкості аналітичним і чисельно-аналітичним методами разом із використаною методикою “поділу-об'єднання” для часткових випадків розрахунку просторових блоків, стінових панелей, плит перекриття, багатошарових систем типу ПЛАСТБАУ та ГОЛЬДПЛАН, що дозволило запропонувати інженерний метод розрахунку;

- введено поняття межі вогнестійкості за ознакою токсичності для багатошарових конструктивних систем з використанням енергоефективних утеплювачів з горючих матеріалів за отриманими результатами хімічних і токсикохімічних досліджень;

- запропоновано методику та одержано результати натурного вогневого експерименту на побудованому п'ятиповерховому будинку конструктивної системи ГОЛЬДПЛАН;

- створено та апробовано в натурному та лабораторних експериментах нову контрольно-вимірювальну апаратуру для заміру і реєстрації сигналів з термопар та наступної їх обробки;

- вперше застосовано метод АЕ при використанні розробленої автором методики та одержано результати в лабораторних дослідженнях бетону і арматури та вогневих натурних випробуваннях багатошарових залізобетонних конструкцій на дію силового навантаження і високої температури пожежі;

- захищено Патентами України №38256А, №47993A нові вогнезахисні покриття для будівельних конструкцій;

- запропоновано нові універсальні вогневі установки багатофункціонального призначення, що захищені Патентом України №48870А, та новий спосіб захисту будівлі від пожежі, на який отримано Повідомлення про завершення формальної експертизи за заявкою на винахід від 16.06.2000 р.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі проведених досліджень розроблено інженерний метод розрахунку меж вогнестійкості одно- і багатошарових просторових будівельних конструкцій, який створює можливість для атестації та впровадження в масове будівництво нових енергозберігаючих АКТС без проведення високовартісних та трудомістких вогневих випробувань.

В роботі доведено можливість застосування методу акустичної емісії при дослідженні будівельних матеріалів та конструкцій на дію високих температур, створено нову методику реєстрації та обробки сигналів з термопар, розроблено нові універсальні вогневі установки багатофункціонального призначення для створення науково-експериментальної бази в галузі вогнестійкості та пожежної безпеки в Україні та запропоновано ефективні вогнезахисні заходи і нові види вогнезахисних покриттів.

Результати роботи впроваджені в ДСТУ Б.В.1.1-8-2003 “Захист від пожежі. Підвісні стелі. Метод випробування на вогнестійкість”. - Київ, 2003. - 13 с. та в “Рекомендации по применению арматурного проката по ДСТУ 3760-98 при проектировании и изготовлении железобетонных конструкций без применения предварительного напряжения арматуры” - Харьков, 2002. - 25 с.

Розроблений на базі проведених досліджень програмний комплекс КОЛДЕМ, а також результати досліджень, використовуються в інституті КиївЗНДІЕП, Містопроекті (м. Львів), Національному університеті “Львівська політехніка” студентами напрямку “Будівництво” та “Пожежна безпека” при виконанні курсових, дипломних та магістерських робіт, студентами Львівського інституту пожежної безпеки, в “Посібнику з основ теорії горіння” - Львів, 2002. - 108 с.

Особистий внесок здобувача включає: формулювання науково-прикладної та теоретичної проблеми розрахункового визначення меж вогнестійкості плоских та просторових одно- і багатошарових будівельних конструкцій, розробку аналітичного та чисельно-аналітичного методу розрахунку просторових блоків на вогнестійкість з допомогою використання методики “поділу-об'єднання” просторових блоків на плоскі елементи та їх наступного об'єднання у просторовий блок, формулювання головних принципів розв'язку задач термопружності пластин та просторових тіл, аналіз та перевірка достовірності результатів власних експериментальних досліджень, виконаних в умовах, натурного вогневого експерименту і в лабораторних умовах та інших авторів на основі розробленого автором методу розрахунку, керівництво аспірантами В.С. Лундяком, О.В. Божинським та В.С. Фіциком, дисертації яких присвячені розв'язку вузлових часткових питань загальної проблеми. Автор при консультації професора М.Й. Колякова разом з аспірантами В.С. Лундяком і О.В. Божинським провів натурний вогневий експеримент у м. Вінниця на житловому будинку з використанням системи ГОЛЬДПЛАН і використав результати цього експерименту для підтвердження ефективності розробленого ним методу розрахунку вогнестійкості просторових одно- і багатошарових конструкцій, а також разом з аспірантом В.С. Фіциком та магістром А.Б. Пелехом провів цілу серію лабораторних досліджень бетону, арматури та вогнезахисних покриттів на дію високих температур з використанням акустичної емісії.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи були повідомлені і обговорювалися на: наукових семінарах КиївЗНДІЕП та кафедри БКМ НУ “Львівська політехніка” в 1996-2002 роках, Першій всеукраїнській науково-технічній конференції "Науково-практичні проблеми сучасного залізобетону" (м. Київ, 1996 р.), науковій конференції, присвяченій 100-річчю застосуванню залізобетону у м. Львові (м. Львів, 1997 р.), ІІ міжнародній конференції "Bezpieczenstwo pozarowe budowli" (м. Варшава, Польська республіка, 1997 р.), науково-технічній конференції "Проблеми теорії і практики залізобетону" (м. Полтава, 1997 р.), Колегії Держбуду України (м. Київ, 1997 р.), 13-ому конгресі FIP (м. Амстердам, Голландія, 1998 р.), науково-технічній раді Державного комітету будівництва, архітектури та житлової політики України (м. Київ, 1998 р.), Другій всеукраїнській науково-технічній конференції "Аварії на будівлях і спорудах та їх попередження" (м. Київ, 1999 р.), Всеукраїнському міжвузівському науковому семінарі “Дослідження і досвід застосування в будівництві збірно-монолітних залізобетонних конструкцій“ (м. Львів, 2000 р.), Всеукраїнській науково-практичній конференції “Реконструкція будівель та споруд. Досвід та проблеми” (м. Київ, 2000 р.), V міжнародній конференції “Aktualne problemy budownictwa і inџynierii њrodowiska” (м. Жешув, Польська республіка, 2000 р.), ІV науковому симпозіумі “Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій” (м. Тернопіль, 2000 р.), ХVІ науково-практичній конференції “Крупные пожары: предупреждение и тушение” (м. Москва, Росія, 2001 р.), V міжнародній науково-практичній конференції “Пожежна безпека - 2001” (м. Львів, 2001 р.), ІІІ науково-практичному семінарі “Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій” (м. Чернівці, 2002 р.), міжвузівському науковому семінарі “Будівельні матеріали та конструкції і їх поведінка в умовах високих температур” (м. Львів, 2002 р.), в повному обсязі робота доповідалася на науковому семінарі кафедри БКМ Інституту будівництва та інженерії довкілля НУ “Львівська політехніка” (м. Львів, 2002 р.), науково-технічній раді КиївЗНДІЕП (м. Київ, 2002 р.) та об'єднаному міжвузівському семінарі при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за участю представників Української державної академії залізничного транспорту і Харківської державної академії міського господарства (м. Харків, 2002 р.).

Публікації.

Основний зміст роботи опублікований у 41 науковій праці, в тому числі 1 посібнику, 29 друкованих виданнях, з яких 28 входять до наукових видань, рекомендованих ВАК України, 7 матеріалах і тезах доповідей конференцій, 1 рекомендації і 3 патентах.

Структура і обсяг роботи.

Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку з 305 найменувань використаних джерел і 5 додатків.

Повний обсяг дисертації 367 стор., в тому числі, 275 стор. основного тексту, 153 рисунки, 37 таблиць.

Автор висловлює щиру подяку науковому консультанту док. техн. наук, професору Колякову М.Й. за консультації при виконанні дисертаційної роботи, док. фіз. - мат. наук, професору Чибірякову В.К. за консультації при виконанні математичної частини роботи та док. техн. наук, професору Барашикову А.Я. за консультації на завершальному етапі роботи.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, сформульована мета та визначені задачі дослідження, вказано на наукову новизну, практичне значення та апробацію одержаних результатів.

У першому розділі дисертації виконано огляд і аналіз існуючої на сьогоднішній день нормативної бази та стандартів з вогнестійкості будівельних конструкцій багатьох країн світу, в якому підтверджено однакові або подібні підходи до методики проведення вогневих досліджень будівельних конструкцій, критеріїв визначення меж та класів вогнестійкості, класифікації будівельних матеріалів за горючістю, димоутворенням та розповсюдженням полум'я. Для аналізу використані стандарти IS, AS, ASTME, BS, CAN, CMSZ, CSN, DIN, DS, ISO, NS, SES, ST AS, СЭВ, Euro COD, CНиП СРСР, СНиП Росії, ДСТУ України. Вказано на напрямки поновлення та вдосконалення нормативної бази України з питань вогнестійкості будівельних конструкцій.

Наведені результати натурних вогневих випробувань фрагментів крупно-панельних, об'ємно-блокових та панельно-блокових будівель у м. Свердловську (1957 р.), м. Мінську (1963 р.), м. Ленінграді (1964 р.), м. Москві (1966 р.), м. Хабаровську (1976 р.) та Закавказзі (1988 р.). На основі виконаного аналізу сформульовані узагальнення для майбутніх досліджень, а саме: окремі елементи просторового блоку у складі будівлі працюють сумісно з перерозподілом зусиль між ними, а температурне поле в середині блоку можна вважати однорідним для об'ємів приміщень до 50 м. куб.

У 80-их роках минулого століття у ВНДІПО (м. Балашиха) Мосалковим І.А. були проведені експериментальні дослідження у вогневій камері окремих конструктивних фрагментів об'ємних блоків (ОБ) панельно-блокових будівель, а у 1985-1987 роках в Київ ЗНДІЕП був виконаний комплекс вогневих випробувань ОБ з важкого бетону і керамзитобетону Коляковим М.Й. та Хазарадзе М.А.

Головним висновком з виконаних досліджень була необхідність врахування у подальших дослідженнях сумісної роботи сусідніх елементів ОБ. Узагальнено досвід вогневих випробувань багатошарових конструкцій, проведених в Італії, Швеції, Нідерландах, Франції, СРСР, Росії, Україні. Розглянуті випробування стінових багатошарових панелей, двохповерхового фрагменту конструктивної системи ПЛАСТБАУ на випробувальному полігоні Київ ЗНДІЕП, окремих елементів цієї системи у вогневих печах ВНДІПО та фрагменту будинку у м. Горлівка. Тут були виконані додаткові дослідження токсичності продуктів термодеструкції пінополістиролу (ППС), які вказали на необхідність врахування проблеми токсичності горючих теплоізоляційних матеріалів при евакуації людей під час пожежі.

Важливий вклад у експериментальних та теоретичних дослідженнях вогнестійкості будівельних конструкцій внесли Альтшулер Б.А., Баратов А.Н., Берестянська С. Ю., Бушев В.П., Веревічьова М.А., Гітман Ф.Є., Григор'ян Б.В, Добрянський І.М., Жакін І.А., Жуков В.В., Зигерн-Корн В.Н., Карпинос п. С., Клименко Ф.Є., Клованич С. Ф., Кричевский А.П., Кулешов М.М., Мілованов А.Ф., Молчадський І.С., Новак С. В., Олімпієв В.Г., Панюков Е.Ф., Плятт Ш.Н., Поляков Г.П., Пчелінцев В.А., Ройтман В.М., Романенков І.Г., Соломонов В.В., Фомін Я.Л., Харченко И.А., Чибіряков В.К., Чихладзе Е.Д., Шейнина Л.В., Шмуклер В.С., Шналь Т.М., Яковлєв А.І., Abramovich M., Barthйlйmy B., Gustaferro B., Kordina K., Kosiorek M., Krypp J., Magnusson S.E., Nakamura K., Ohashi M., Pettersson O., Sakumoto Y., Skowroсski W. Закінчується перший розділ аналізом існуючих методів розрахунку вогнестійкості будівельних конструкцій та методик приведення межі вогнестійкості, отриманої за реальним температурним режимом до межі вогнестійкості за стандартним температурним режимом. За результатами аналізу літературних джерел зроблено висновки, розкрита суть проблеми та сформульовані задачі дослідження.

У другому розділі наведено аналіз конструктивних особливостей просторових відсіків крупно-панельних, об'ємно-блокових, панельно-блокових житлових та громадських будівель і зведено їх до трьох типів характерних розрахункових моделей (рис. 1.), які можна розповсюдити також на сучасні одно- та багатошарові просторові архітектурні системи типу ПЛАСТБАУ та ГОЛЬДПЛАН. За об'єкт теоретичних досліджень вогнестійкості просторових конструкцій прийнято просторовий ОБ.

Рис. 1. - Характерні типові розрахункові моделі:

Де:

а - тип І - усі панелі з'єднані шарнірно;

б - тип ІІ - стінові панелі блоку з'єднані жорстко, а плита перекриття зі стінами - шарнірно;

в - тип ІІІ - панель перекриття та дві протилежні стіни з'єднані жорстко, а інші самонесучі з'єднані з сусідніми шарнірно (“П” - подібний).

Найбільш повно відображає процеси термомеханічного деформування пластин (плит перекриття та стін) при сумісній дії силового навантаження та температури пожежі зв'язана динамічна задача термопружності пластин:

Де:

м - питома вага, питома теплоємність, коефіцієнт теплопровідності, модуль пружності, коефіцієнт температурного розширення матеріалу, коефіцієнт Пуассона;

Dі - зведені жорсткості пластини (і = 1, 2, 3);

Т - температура;

u, v, w - переміщення в напрямках осей x, y, z відповідно;

Т0 - початкова температура;

Nх, Nу - зусилля в серединній площині пластини;

h - товщина пластини;

М1Т, М. КВ.Т - температурні моменти;

q - рівномірно розподілене навантаження на одиницю площі пластини.

В рівнянні (2) відсутній член, який враховує наявність зсувних зусиль у зв'язку з його малою величиною.

У цій галузі працювали відомі вчені Тимошенко С.П., Бі О.М., Коваленко О.Д., Новацький В., Огібалов П.М., Грибанов В.Ф. Аналіз раніше проведених вогневих досліджень, а також врахування робіт Умова Н.А. та Лебедєва Н.Н. дозволяє знехтувати температурною складовою зв'язності у рівнянні (1) та інерційною складовою у рівнянні (2) і перетворити зв'язану динамічну задачу термопружності у незв'язану квазістатичну задачу:

Розрахунок напружено-деформованого стану (НДС) ОБ ґрунтується на методиці “поділу-об'єднання”, тобто поділу блоку на окремі пластини і наступного об'єднанні їх у просторовий блок. Розрахункові моделі окремих пластин представлені на рис. 2. При створенні алгоритму визначення межі вогнестійкості просторового відсіку будинку керувалися такими гіпотезами та припущеннями:

- вогнева дія залишається в межах розрахункового відсіку і не впливає на конструкції, що примикають із зовні до відсіку в плані і по висоті;

- вогнева дія може бути врахована будь-якою наперед заданою функцією кривої приросту температур;

- температурні поля в об'ємі експериментального приміщення до 50 м. куб. можуть бути прийняті однорідними, а температурні поля в окремих пластинах відсіку одномірними;

- при вогневій дії між окремими пластинами просторового відсіку будинку відбувається перерозподіл зусиль за рахунок їх сумісної роботи;

- на основі вище проведених узагальнень термонапружений стан окремих елементів ОБ визначають розв'язком незв'язаної квазістатичної задачі термопружності пластин;

- матеріал конструкцій нелінійно деформований, а його фізико-механічні та теплофізичні параметри залежать від температури і визначаються відомими емпіричними залежностями.

Рис. 2. - Розрахункові моделі окремих пластин просторового блоку:

Наведені гіпотези та припущення дозволили сформулювати узагальнений алгоритм розробки методу розрахунку межі вогнестійкості просторового відсіку (блоку) будівлі, який наведений на рис. 3.

Рис. 3. - Узагальнений алгоритм визначення меж вогнестійкості:

Де:

* - об'єм шкідливих речовин;

** - умова прийнята автором (k = 2);

*** - межа вогнестійкості за ознакою токсичності, рекомендована автором.

Незв'язана квазістатична задача термопружності складається з розв'язку двох задач, а саме:

- виконується розв'язок температурної задачі (Блок І, див. рис. 3), в якому знаходиться розподіл температур по тілу конструкції для кожного моменту часу пожежі;

- виконується розв'язок силової задачі (Блок ІІ, див. рис. 3), в якому на основі відомого розподілу температур по тілу конструкції з температурної задачі визначаються характеристики міцності та модулі деформацій матеріалів і розраховується НДС конструкції.

У подальшому викладі розглядається розрахунок температурної задачі, яка виконана для елементарної частинки (рис. 4) найбільш складного випадку багатошарової АКТС ГОЛЬДПЛАН по трьох просторових координатах. Для вказаної елементарної частинки панелі запишемо систему рівнянь теплопровідності у вигляді системи рівнянь першого порядку за просторовими координатами.

Де:

Т = Т(x, y, z, t) - температурна функція;

x, y, z, t - компоненти вектора теплового потоку;

Т - коефіцієнт теплопровідності, що є функціями трьох просторових координат;

сТ - об'ємна теплоємкість.

У зв'язку зі складним характером задачі, який полягає в періодичності розподілу теплофізичних властивостей матеріалів за однією або двома просторовими координатами, використано комбінований чисельно-аналітичний підхід для розв'язку задачі.

У результаті застосування методу Бубнова-Гальоркіна замість тримірної початково-крайової задачі для системи рівнянь у часткових похідних отримують відповідну задачу для системи одномірних (за просторовою координатою) диференціальних рівнянь.

Ця розрахункова система рівнянь є нелінійною. Для розв'язування нелінійної початково-крайової задачі використовують ефективний чисельний метод скінченних різниць (метод сіток).

Розрахунком передбачається врахування вологості бетону. Одномірна та двомірна температурні задачі розглядаються як часткові випадки розв'язку тримірної задачі.

Рис. 4. - Елементарна частина панелі:

Де:

1 - ППС;

2 - бетон.

Наведений розв'язок температурної задачі був покладений в основу розробки програмного комплексу КОЛДЕМ, надійність і достовірність якого була перевірена на порівняннях з відомими результатами експериментальних досліджень ОБ з керамзитобетону та важкого бетону, а також монолітних, кругло-пустотних та ребристих плит перекриття.

На основі виконаного математичного експерименту автор запропонував методику “розмазування” різнорідних включень матеріалів по товщині та ширині плоских конструкцій за допомогою перехідних коефіцієнтів К(а), що дозволяє складну двомірну чи тримірну температурну задачу привести до одномірної.

У третьому розділі наведено розрахунок НДС ОБ на основі класичної теорії пластин, виходячи з рівняння (4). Розрахунки виконані для трьох типів моделей блоків відповідно до рис. 1. Просторовий блок розбивався на окремі пластини відповідно до рис. 2, для яких записувалися вихідні рівняння та граничні умови в залежності від способу об'єднання пластин у просторовий блок. Використовуючи метод Леві знайдено прогини пластини у вигляді:

Аналізуючи рівняння (7) та (8), легко встановити їх аналогію з рівнянням пружної лінії стиснуто-зігнутої балки-смуги на пружній основі, що перешкоджає згину і повороту перерізу балки-смуги. Пружна основа еквівалентна розподіленим реактивним зусиллям, які пропорційні прогину, і розподіленим реактивним моментам, які пропорційні кутам повороту. Моментна пружна основа виникає як результат кручення балок-смуг, перпендикулярних до розглянених. Отже, відшукування прогинів зводиться до розв'язку рівнянь, які описують згин балок-смуг. Характеристичне рівняння для (7) має вигляд:

Аналізуючи результати проведених досліджень, можна стверджувати, що:

- покриття ВП-1 повністю зберігало свої вогнезахисні властивості до 90-ї хв. дії температурного режиму поступового нагрівання;

- покриття ВП-1 товщиною 5 мм. краще трималося поверхні бетону, ніж товщиною 10 мм.;

- покриття ВП-1 та ВП-2 при товщині 10 мм. були однаково ефективні, але покриття ВП-2 є дешевше;

- межа вогнестійкості металевих конструкцій за ознакою втрати несучої здатності (нагрів металу до 500°С) з покриттям ВП-1 складала 53,5 хв., з покриттям ВП-2 - 46 хв., з покриттям ВП-3 - 55 хв.

ВИСНОВКИ

У процесі дослідження вогнезахисних покриттів був використаний метод акустичної емісії, який показав свою чутливість до процесів тріщиноутворення у вогнезахисних покриттях та бетоні.

Автором запропонована ідея створення універсальної вогневої печі, яку можна складати з окремих секцій під випробування різноманітних будівельних конструкцій та виробів (патент України №48870А). Поставлене завдання вирішується тим, що піч для вогневих випробувань будівельних конструкцій виконана з окремих секцій “П” - подібної форми та “Г” - подібної форми з боковою стінкою, що мають можливість з'єднання між собою. Таке рішення дозволяє на період випробувань об'єднувати різні комбінації цих секцій і отримувати цілісну піч необхідного об'єму, наприклад, для випробування горизонтальних плит та колон. Будівництво такої печі дозволить з мінімальними витратами забезпечити проведення вогневих випробувань великої групи конструкцій. В кінці розділу показана ефективність від впровадження програмного комплексу КОЛДЕМ, нових вогнезахисних покриттів ВП-1 та ВП-2 у порівнянні з вітчизняним покриттям СИОФАРМ-М та результати впровадження в навчальний процес для студентів у Національному університеті “Львівська політехніка” та Львівському інституті пожежної безпеки.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Прокоф'єв О.І., Демчина Б.Г., Шналь Т.М., Лоза М.З., Шевчук А.О. Посібник з основ теорії горіння. - Львів: Вид. НУ “Львівська політехніка”, 2002. - 108 с. будівництво інженерний конструкція

2. Коляков М.Й., Божинський О.В., Демчина Б.Г. Про методику теоретичного визначення границь вогнетривкості багатошарових полімерзалізобетонних конструкцій та оцінку їх пожежної небезпечності // Збірник “Проблеми теорії і практики залізобетону”. - Полтава: 1997. - С. 240-243.

3. Коляков М.Й., Лундяк В.С., Демчина Б.Г. Застосування методів термопружності до розрахунку границі вогнетривкості об'ємних блоків // Збірник “Проблеми теорії і практики залізобетону”. - Полтава: 1997. - С. 244-246.

4. Демчина Б.Г. Натурні вогневі випробування фрагмента п'ятиповерхового житлового будинку з полімерзалізобетонних конструкцій системи “ГОЛДПЛАН” // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. №335. Теорія і практика в будівництві. - Львів: Вид. ДУ “Львівська політехніка”, 1997. - С. 16-23.

Размещено на Allbest.ru