Диссертация (Огнестойкость конструкций из фибробетона для автодорожных тоннелей и метрополитена)

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙАкадемия Государственной противопожарной службыНа правах рукописиНовиков Николай СергеевичОГНЕСТОЙКОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ФИБРОБЕТОНА ДЛЯ АВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ И МЕТРОПОЛИТЕНАСпециальность 05.26.03- Пожарная и промышленная безопасность(отрасль строительство, технические науки)ДИССЕРТАЦИЯна соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наукГолованов Владимир ИльичМосква – 20192ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................... 4ГЛАВА 1.

ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХХАРАКТЕРИСТИК И ОГНЕСТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХКОНСТРУКЦИЙ ИЗ ФИБРОБЕТОНА, СОСТОЯНИЕ ВОПРОСАИ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ............................................................................ 111.1. Анализ конструктивных особенностей и условий эксплуатацииобделок тоннелей ..................................................................................................

111.2. Анализ исследования прочности фибробетонови влияние добавки фибры на огнестойкость строительных конструкций ......... 141.3. Причины и механизм взрывообразного разрушения бетонапри высокотемпературном воздействии .............................................................. 301.4. Влияние добавки полипропиленовой фибры на огнестойкостьжелезобетонных конструкций ............................................................................. 331.5. Влияние добавки фибры на теплофизическиехарактеристики бетонов ........................................................................................ 381.6.

Обзор существующих методов оценки огнестойкостижелезобетонных конструкций .............................................................................. 411.7. Формулирование цели и задач диссертационного исследования ................ 46ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКБЕТОНА С ДОБАВКОЙ ПОЛИПРОПИЛЕНОВОЙ ФИБРЫ ............................

472.1. Предварительное планирование эксперимента по определениюпрочности на осевое сжатие бетона при прогреве .............................................. 472.2. Описание экспериментальной установкии вспомогательного оборудования ....................................................................... 492.3. Описание методики и проведение эксперимента ......................................... 522.4. Обработка полученных экспериментальных данных ................................... 552.5. Выводы по главе ............................................................................................. 62ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКБЕТОНА С ПОЛИПРОПИЛЕНОВОЙ ФИБРОЙ ................................................

633.1. Описание экспериментального и вспомогательного оборудования............ 6333.2. Методика проведения исследования влажности бетонаи результаты исследования ................................................................................... 693.3. Описание испытуемых образцов для исследованиятеплотехнических характеристик ......................................................................... 703.4. Методика проведения исследования теплофизическиххарактеристик бетона с полипропиленовой фиброй ........................................... 733.5.

Обработка полученных экспериментальных данных после проведенияиспытания. Верификация программных комплексов KOKON и ANSYS ............ 753.6. Выводы по главе ............................................................................................. 83ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХТЮБИНГОВ С ПОЛИПРОПИЛЕНОВОЙ ФИБРОЙ ......................................... 844.1. Методика проведения исследований огнестойкости железобетонныхтюбингов с полипропиленовой фиброй ...............................................................

844.2. Описание испытуемых образцов железобетонных тюбинговс полипропиленовой фиброй ................................................................................ 944.3. Проведение испытаний на огнестойкость железобетонных тюбинговс полипропиленовой фиброй и результаты этих испытаний .............................. 964.4. Адаптация и апробация аналитической модели расчетаогнестойкости железобетонных тюбингов ......................................................

1004.4.1. Моделирование теплотехнической задачи в программномкомплексе ANSYS................................................................................................ 1024.4.2. Решение статической (прочностной) задачи по стандартномутемпературному режиму пожара ....................................................................... 1124.5. Выводы по главе .......................................................................................... 124РЕКОМЕНДАЦИИ К ДАЛЬНЕЙШИМ ИССЛЕДОВАНИЯМ ....................... 126ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. 128СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................................

130ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное) ......................................................................147ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное) ......................................................................1504ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. В настоящее время в РоссийскойФедерации интенсивно ведется строительство различных тоннельных сооружений. Основным требуемым параметром для тоннелей является эксплуатационная надежность, которая заключает в себе сохранение эксплуатационных характеристик тоннелей на протяжении всего времени использования.

Статистикааварий в тоннелях показывает, что основной их причиной являются пожары,вследствие которых происходит обрушение тоннелей, приводящее к гибелилюдей и значительному материальному ущербу [1–4].В отличие от железобетонных конструкций надземных зданий и сооружений, железобетонные блоки тоннельных обделок имеют повышенную влажность (более 3,5%), что при возникновении пожара на ранних стадиях можетпривести к взрывообразному разрушению бетона [5–9] и преждевременной потере их несущей способности. Кроме того, в тоннелях используются, как правило, высококачественные (тяжелые) марки бетонов, что повышает вероятностьвзрывообразного разрушения при высокотемпературном воздействии.Для защиты тяжелого бетона от взрывообразного разрушения разработаны такие методы как установка противооткольной сетки, использование огнезащитных покрытий и облицовок [10–16].

Одним из методов защиты бетона отвзрывообразного разрушения в EN 1992-1-2 и ряде зарубежных публикаций является добавка в бетон полипропиленовой фибры (ППФ) в количестве 1–2 кг/м3[17].При анализе научных трудов выявлено, что объем экспериментальныхисследований огнестойкости конструкций из таких железобетонов явно недостаточен для создания надежных обделок тоннелей.

Недостаточно используются расчетные методики для оценки огнестойкости железобетонных тюбингов ипереноса результатов испытаний конструкций при огневом воздействии на другие условия. Известно, что добавки различной фибры в бетон обеспечивают повышение прочностных показателей при относительно низких температурах.Однако анализ показал, что исследования прочностных характеристик в усло-5виях высокотемпературного нагрева, необходимых для проведения расчетныхоценок огнестойкости, уделено недостаточное внимание. Также недостаточноисследованы влияние фибры на особенности разрушения бетона при нагреве ина теплофизические характеристики бетонов с добавкой различной фибры.

Этосвидетельствует об актуальности и важности проведения таких исследований.Степень разработанности. В Российской Федерации первыми работамио фибробетоне стали труды Некрасова В.П., Волкова И.В., Курбатова Л.Г. и др.[18–31].Знания об огнестойкости строительных конструкций, в том числе о методах расчета, причинах и методах защиты от взрывообразного разрушения,сформировали: Яковлев А.И., Олимпиев В.Г., Гвоздев А.А., Пчелинцев В.А.,Федоренко В.С., Ройтман М.Я., Ройтман В.М., Руссо В.Н., Гельмиза В.И., Голованов В.И., Милованов А.Ф., Федоров В.С., Мешалкин Е.А., Кузнецова И.С.,Меркин В.Е., Хохлов И.А., Габдулин Р.Ш. и др. [32–60].Исследования фибробетонов проводили многие зарубежные ученые:J.P.