Диссертация (Огнестойкость монолитных железобетонных ограждающих стен резервуарных парков), страница 9

При этом образцы призменнойформы, выполненные из Б и ТБ, имели идентичный характер разрушения(рисунок 2.14), сопоставимый с характерным разрушением образцов из обычноготяжелого бетона.Рисунок 2.14 – Общий вид образцовпризменной формы из ТБ (слева)и Б после испытаний на прочностьИной характер разрушения имели образцы призменной формы, выполненные из ФТБ. Так, при приложении максимальных значений нагрузки до третиобразца взрывалось, что свидетельствует о высоких прочностных характеристикахэтих образцов, сравнимых с образцами из высокопрочных бетонов. На рисунке2.15 представлены характерные кадры видеосъемки (~1 с) процесса разрушенияодного из образцов призменной формы из ФТБ при достижении максимальногозначения нагрузки.Вторая серия экспериментов выполнялась для нахождения прочностныххарактеристик образцов из исследуемых видов бетонов, предварительно ступенчато прогретых в течение 8 ч.

в горизонтальной муфельной печи до 300, 500,600 и 1100 °С соответственно. Затем образцы остывали до температуры окружающей среды внутри печи в течение суток.56123456Рисунок 2.15 – Кадры видеосъемки (~1 с) процесса разрушения образца призменнойформы из ФТБ при достижении максимального значения нагрузкиТакие условия прогрева и остывания исключали возникновение температурных напряжений внутри исследуемых образцов, связанных с градиентомтемператур по глубине сечения, и позволили добиться равномерного прогревапо всему сечению образца. Всего было изготовлено 36 образцов кубическойформы для соответствующих видов бетонов, прогрев которых до указанных вышетемператур производился в лаборатории Центра испытаний и сертификации«НИИЖБ-ПОЛИГОН». Далее образцы доставлялись в лабораторию ЦНИИСКим.

В.А. Кучеренко, где и производились итоговые испытания на прочностьисследуемых образцов бетонов кубической формы. Для определения прочностиобразцов призменной формы использовался переводной коэффициент, найденныйпри ранее выполненных экспериментах.57Результаты экспериментального исследования изменения кубической и призменной прочности образцов из рассматриваемых видов бетонов при их нагревев диапазоне от 20 до 1100 °С представлены в таблице 2.2 и на рисунке 2.16.Таблица 2.2 – Результаты экспериментального исследования кубической (Rкуб)и призменной (Rпр) прочности образцов из Б, ТБ и ФТБ в диапазоне от 20 до 1100 °СT, °СБ45,5238,8029,9721,956,965,1820300500700900110080Rкуб, MПаТБ80,3871,8647,3635,219,757,31ФТБ104,5090,6066,3849,4013,4010,30Б31,8627,1620,9815,374,873,63Rпр, MПаТБ56,2750,3033,1524,656,835,12ФТБ73,1563,4246,4734,589,387,21Rпр, МПаФТБТББ70605040302010T, °С0020040060080010001200Рисунок 2.16 – Графическое отображение экспериментальных данныхпо изменению призменной прочности в образцах бетонов от температурыАнализ полученных данных показал, что, как и предполагалось, ФТБобладает более высокой начальной прочностью, значение которой в 2,3 разапревышает аналогичный показатель у Б и в 1,3 раза – у ТБ.

При этом ТБ такжеимеет высокий показатель начальной прочности, значение которого более чемв 1,7 раза превышает аналогичный показатель у Б.58Таким образом, в результате экспериментальных исследований полученыданные по изменению прочности на сжатие Б, ТБ и ФТБ в температурном диапазоне от 20 до 1100 °С, которые могут использоваться в инженерных расчетах дляопределения огнестойкости строительных конструкций, выполненных с использованием рассматриваемых видов бетонов, в том числе, и при строительствеограждений резервуарных парков. Кроме этого, можно сделать вывод о перспективности использования метода торкретирования для строительства ограждающих стен РВС, особенно, при необходимости обустройства ограждающих стенс волноотражающим козырьком, расчет которых должен производиться на гидродинамические нагрузки от волны прорыва [2].59ГЛАВА 3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОГРЕВА ОБРАЗЦОВ БЕТОНОВ В УСЛОВИЯХУГЛЕВОДОРОДНОГО РЕЖИМА ПОЖАРА3.1 Численное моделирование процесса прогрева образцов бетоновИспользуя в качестве исходных данных результаты исследований по изменению плотности, удельной теплоемкости и температуропроводности в образцахрассматриваемых видов бетонов, а также вычисленные соответствующие коэффициенты теплопроводности, в интервале температур от 20 до 1100 °С (см.

главу 2настоящей работы), стало возможным проведение численного моделированияпроцесса прогрева аналогичных образцов, но с геометрическими размерами, соответствующими размерам натурных ограждающих стен резервуарных парков,в условиях углеводородного режима пожара. Отметим, что ранее выполненныеисследования теплотехнических характеристик рассматриваемых видов бетоновпроводились на цилиндрических образцах малых размеров (диаметр 12,5 ± 0,1 мм,высота 3,0 ± 0,1 мм), что обуславливалось конструктивными особенностями применяемого высокоточного измерительного оборудования.Важно также указать, что реальные размеры ограждающих стен резервуарных парков зависят как от геометрических размеров резервуаров, по периметрукоторых они обустраиваются, так и от расстояний от стен до резервуаров, и могутдостигать высоты более 6 м и толщины более 0,4 м [2].

Очевидно, что испытатьдаже фрагменты таких конструкций в натурную величину не представляется возможным. Поэтому для решения поставленной задачи, в качестве исследуемогобыл выбран образец с оптимальными размерами (250×250×400 мм), позволяющимис достаточной точностью воспроизвести процессы тепломассопередачи, присущиерассматриваемым ограждениям.

Выбор таких размеров также обусловлен идентичностью принятых размеров образцов для дальнейших натурных испытаний.60Численное моделирование процесса прогрева образцов рассматриваемыхвидов бетонов выполнялось в программном комплексе ANSYS CFX [115–118].Предварительно, используя средства сеточного построителя ANSYS ICEMCFD, была построена геометрическая модель исследуемых образцов, имеющаяразбивку 10×10×20 ячеек (рисунок 3.1).Рисунок 3.1 – Геометрические размерыи сеточная модель образцаРаспространение тепла внутри твердого тела произвольной формы описывается следующим дифференциальным уравнением [89]:(ρh) (λT ) ,t(3.1)где ρ, h, λ – плотность, энтальпия и теплопроводность твердого материала.Для решения этого уравнения необходимо определить граничные и начальные условия [119, 120].

В данном случае это тепловая изоляция вдоль боковыхстенок блока (рисунок 3.2), а для обогреваемой и необогреваемой стенок фиксировался коэффициент теплоотдачи (hc) и температура окружающего воздуха (Tnw):qw  hc (Tw  Tnw ) ,(3.2)где qw и Tw – тепловой поток и температура на обогреваемой стенке образца.В рамках рассматриваемой модели теплофизические свойства бетоновпринимались зависящими от температуры по таблице 2.1.

Отметим, что значенияпараметров теплопроводности и плотности рассматриваемых видов бетоноввходили явным образом в уравнения распространения тепла, а параметры теплоемкости неявно учитывались в значении энтальпии.61ТеплоизоляцияХолодная стенкаhc = 12 Вт/(м2∙K)Tnw = 20 °СГорячая стенкаhc = 900 Вт/(м2∙K)Tw = 1200 °СНачальная температура 20 °СВремя расчета 160 мин.Рисунок 3.2 – Краевые условия задачиПри интегрировании уравнения нестационарного распространения теплаиспользовался метод конечного объема, что гарантировало выполнение законовсохранения энергии в каждом элементарном объеме, обеспечивая второй порядокаппроксимации по пространству и времени по всей расчетной области [121–123].Шаг интегрирования по времени составлял 10 с. Основными результатами расчетов являлись временные развертки показаний датчиков температуры, установленных вдоль центральных линий в каждом из исследуемых образцов бетонов (контрольных точках) на соответствующих расстояниях от горячей к холодной стенке:X1 = 0,035 м; X2 = 0,120 м; X3 = 0,200 м; X4 = 0,280 м; X5 = 0,360 м; X6 = 0,400 м(холодная стенка).

Полученные временные развертки с отражением X-координатдатчиков в названии контрольных точек приведены на рисунке 3.3.Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что образецна основе ФТБ на расстояниях до 0,2 м от нагреваемой поверхности в течениевсего периода исследования прогревался несколько интенсивнее, чем образцына основе Б и ТБ, что обусловлено, по всей видимости, его большей плотностьюиз-за наличия равномерно распределенной стальной фибры диаметром 0,4 мми длиной 20,0 мм. Также можно отметить, что образец на основе ТБ по сравнениюс остальными образцами во всех контрольных точках прогревался несколькомедленнее. Скорость прогрева образца на основе Б на расстояниях до 0,2 мот нагреваемой поверхности практически соответствовала скорости прогреваобразца на основе ТБ, а на остальных расстояниях, была несколько интенсивнее,чем у образцов на основе ТБ и ФТБ.62T, °С800X1ФТБТББ700600500400300X2200100X300306090120150t, мин.180T, °С28ФТБТББ2726X425242322X521X6200306090120150t, мин.180Рисунок 3.3 – Временные развертки показаний датчиков температурыв контрольных точках соответствующих образцах бетоновпри проведении численного моделирования633.2 Экспериментальное исследование процесса прогрева образцов бетоновС целью возможности проведения сравнительного анализа с результатамичисленного моделирования изучаемого процесса были выполнены экспериментальные исследования на образцах бетонов с теми же геометрическими размерами(250×250×400 мм).