Спосіб визначення фактичної межі вогнестійкості несучих стін в умовах пожежі

Реферат: Спосіб визначення фактичної межі вогнестійкості несучих стін в умовах пожежі, при якому стіну піддають вогневій дії, проводять випробування за всіма вимогами стандартів України, що їх регламентують, без прикладання механічних навантажень за відсутності навантажувального вузла у випробувальних установках або прикладенням набагато менших навантажень за діючі з наявним навантажувальним вузлом у випробувальній установці, з урахуванням діючого механічного навантаження згідно із розрахунковою схемою несучої стіни. Проводять визначення розподілу температури у перерізі стіни під час випробувань шляхом здійснення розрахункової інтерпретації з використанням точкових вимірювань температури на поверхнях стіни під час випробувань. За визначеними розподілами температури визначають поточну міцність внутрішніх шарів бетону та арматурних включень у перерізі стіни, що залежить від температури. За отриманими даними розраховують межу вогнестійкості несучої стіни шляхом вирішення задачі міцності. UA 118574 U (12) UA 118574 U UA 118574 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до дослідження вогнестійкості несучих стін в умовах пожежі. Випробування несучих стін на вогнестійкість відбувається відповідно до стандартів [Будівельні конструкції. Методи випробувань на вогнестійкість. Загальні вимоги. Пожежна безпека. (ISO 834: 1975) ДСТУ Б В.1.1-4-98. [Чинний від 1998-10-28.] - К.: Укрархбудінформ, 2005. - 20 с. - (Національний стандарт України), Захист від пожежі. Несучі стіни. Метод випробування на вогнестійкість. ДСТУ Б В.1.1-19-2007. [Чинний від 2007-06-15.] - К.: Укрархбудінформ, 2005. 29 с. - (Національний стандарт України)]. Згідно із цими стандартами стіна повинна бути піддана вогневій дії в умовах її навантаження силовими факторами, що повністю відповідають діючим навантаженням у стіні згідно із розрахунковою схемою конструкції будівлі. Такі чинники створюються відповідними вузлами випробувальних установок, які поєднують вогневу піч із опорно-навантажувальним пристроєм. Недоліком цього методу є дорожнеча і підвищена трудомісткість проведення випробувань. В багатьох випадках застосування даного підходу не має чіткого обґрунтування, оскільки навантажувальна і опорна система силових вузлів установок для випробувань не здатні реалізувати діючі навантаження і умови закріплення стін, також випробувальні установки встановлюють обмеження на габаритні розміри зразків стін. У цих випадках випробовують зразки, граничні умови та габарити яких відрізняються від дійсних. Результати випробувань цих зразків поширюються на реальні конструкції не враховуючи, навіть, можливої похибки, яка зумовлена означеною невідповідністю. Задачею корисної моделі є визначення несучої здатності несучих стін під час пожежі і після неї методом вогневих випробувань в установках, з яких вилучається опорно-навантажувальний вузол. Такі дослідження проводяться шляхом нагрівання натурного зразка у вогневій печі без прикладання до нього механічного навантаження і поєднують проведення випробувань і математичну інтерпретацію отриманих результатів, засновану на математичних моделях напружено-деформованого стану. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб полягає у проведенні випробувань за всіма вимогами стандартів України, що їх регламентують. При цьому механічні навантаження не прикладаються за відсутності навантажувального вузла у випробувальних установках. Для того, щоб врахувати прикладене механічне навантаження, запропоновано проводити інтерпретацію шляхом здійснення розрахунків. Основними результатами, що підлягають розрахунковій інтерпретації, це температурні вимірювання. За температурними вимірюваннями мають бути визначені температури внутрішніх шарів, а за цими температурами визначається поточна міцність, що залежить від температури. За отриманими даними розраховується межа вогнестійкості шляхом вирішення задачі міцності. Схема проведення випробувань за запропонованим методом наведена (права частина) у порівнянні зі Схемою проведення стандартних випробувань на вогнестійкість за стандартним методом (ліва частина) на Фіг. 1. Даний підхід дозволяє не тільки врахувати реальні розміри і граничні умови закріплення та навантаження несучих стін, а також суттєво зменшити трудомісткість і вартість вогневих випробувань за рахунок виключення з випробувальних установок опорно-навантажувального вузла. Алгоритм здійснення запропонованого способу наведений на Фіг. 2. Алгоритм визначення межі вогнестійкості за удосконаленим методом випробувань несучих стін. Випробування проводяться у відповідності до стандартів [Будівельні конструкції. Методи випробувань на вогнестійкість. Загальні вимоги. Пожежна безпека. (ISO 834: 1975) ДСТУ Б В.1.1-4-98. [Чинний від 1998-10-28.] К.: Укрархбудінформ, 2005. 20 с (Національний стандарт України), Захист від пожежі. Несучі стіни. Метод випробування на вогнестійкість. ДСТУ Б В.1.1-19-2007. [Чинний від 2007-06-15.] - К.: Укрархбудінформ, 2005. - 29 с. - (Національний стандарт України)]. див. схему на Фіг. 2. При проведенні випробувань термопари у перерізі стін мають бути встановлені за схемою на Фіг. 3. Схема розташування термопар у перерізі залізобетонної стіни-зразка для випробувань (Фіг. 3) Для апроксимації температурного розподілу має бути застосований однопараметричний функціонал. Змінним параметром у даному випадку є ступеневий показник Qk , який визначається шляхом мінімізації квадратичної незв'язності. Це дає змогу визначити залежності цього показника від часу і товщини стіни. Такі залежності запропоновані для стін товщиною, що відповідає ряду стандартних значень 70, 90, 100, 140, 170, 190, 200, 240, 300, 360 мм. Для їх апроксимації має бути використана функцією з трьома змінним параметрами a , b , c типу: 1 UA 118574 U Qk  a expb  kmax  k  c  . (1) Розподілення температур у стіновому елементі, підданому стандартним вогневим випробуванням визначається за значеннями температури, які отримані шляхом прямих вимірювань протягом часу випробувань, при використанні такої формули: 5 Tk,i  Tw2k  Tw1k  Tw2k ah expbh kmax k ch  , (2) де Tw1k , Tw 2k - відповідно температури обігрівної та необігрівної поверхонь стіни, підданій випробуванням, у k-тий момент часу; ah , bh , c h - коефіцієнти регресії, відповідні певній товщині 10 15 20 25 30 35 40 для стіни із даного матеріалу; k , kmax - поточний та максимальний дискретний час випробування, що визначаються через інтервал 1 хв. На Фіг. 4 показані графіки коефіцієнтів регресії для виразу (3), що визначалися за допомогою алгоритму Левенберга-Марквардта. При використанні формули (2) для інтерполяції температур по перерізу стіни певної товщини та певного матеріалу значення коефіцієнтів регресії вибирається з розроблених таблиць. Проміжкові значення можна визначати за допомогою лінійної інтерполяції. Графіки залежностей коефіцієнтів апроксимуючої функції (2) від товщини стіни: з керамічної цегли (а), залізобетону (б), із різною товщиною (Фіг. 5) Рівняння (1) вирішується методом ітерацій. Для розрахунку використаний підхід, що полягає у поступовому збільшенні кривизни стіни у кожний контрольний момент часу випробування із одночасним визначенням поздовжньої сили на кожному кроці збільшення деформації. При досягненні критичного значення переміщення C  h 100 розрахунок припиняється. Із отриманих значень сили вибирається найбільше, яке і буде вважатися несучою здатністю випробуваної стіни. Для описання термомеханічних властивостей бетону та кам'яної кладки були застосовані стандартні діаграми, які рекомендовані EN 1992-1-2:2004 Eurocode 2 і EN 1996-1-2:2004 Eurocode 6. Якщо несуча здатність стає меншою за або рівною діючому навантаженню, вважається, що настає граничний стан втрати несучої здатності стіни, а час його настання межею її вогнестійкості. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб визначення фактичної межі вогнестійкості несучих стін в умовах пожежі, при якому стіну піддають вогневій дії, який відрізняється тим, що проводять випробування за всіма вимогами стандартів України, що їх регламентують, без прикладання механічних навантажень за відсутності навантажувального вузла у випробувальних установках або прикладенням набагато менших навантажень за діючі з наявним навантажувальним вузлом у випробувальній установці, з урахуванням діючого механічного навантаження згідно із розрахунковою схемою несучої стіни, проводять визначення розподілу температури у перерізі стіни під час випробувань шляхом здійснення розрахункової інтерпретації з використанням точкових вимірювань температури на поверхнях стіни під час випробувань, за визначеними розподілами температури визначають поточну міцність внутрішніх шарів бетону та арматурних включень у перерізі стіни, що залежить від температури, за отриманими даними розраховують межу вогнестійкості несучої стіни шляхом вирішення задачі міцності. 2 UA 118574 U 3 UA 118574 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4