Автореферат (1172913), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В работетеплотехническая задача решалась, с использованием моделирования прогреважелезобетонных тюбингов без добавки ППФ и с добавкой ППФ ProZASK IGS 6мм и ProZASK IGS 12 мм в программном комплексе ANSYS, где рассчитывалисьтемпературные поля при стандартном и углеводородном режимах пожара.Прочностная задача решалась с использованием полученных в результатеисследований прочностных и теплофизических свойств исследованногофибробетона при температурных режимах стандартного и углеводородногопожаров.Таким образом, для исследования огнестойкости железобетонныхтюбингов использовались как экспериментальные методы (метод проведениякрупномасштабных огневых испытаний), так и расчетные методы (решениетеплотехнической задачи методом конечных элементов, решение прочностнойзадачи методом предельных состояний).
Экспериментальная частьисследования огнестойкости железобетонных тюбингов с добавкой импортнойППФ проводилось на крупномасштабной огневой печи.Для достижения цели дорабатывалась существующая методика огневыхиспытаний и впервые разработана система нагружения и опиранияжелезобетонных тюбингов для создания эксплуатационных нагрузок. Этопозволило приблизить к реальным условиям схему воздействия и передачиусилий на конструкции в процессе испытаний.
Общий вид крупномасштабнойогневой печи с системой нагружения и опирания представлены на рисунке 8.132109863475111Рисунок 8 – Схема системы нагружения и опирания тюбингов:1 – горизонтальная рама; 2 – вертикальная рама; 3 – неподвижная опора;4 – подвижная опора; 5 – опора гидравлического домкрата; 6 – испытуемый образец;7 – гидравлический домкрат для горизонтальной нагрузки;8 – рамы для создания вертикальной нагрузки; 9 – упор домкрата;10 – гидравлический домкрат для вертикальной нагрузки; 11 – огневая печьОбъектом исследований являлись натурные железобетонные тюбингиразмером 300х1400х3000 мм, изготовленные из высокопрочного бетона классаВ45 с добавкой ППФ ProZASK IGS 6 мм. Перед началом испытаний по ГОСТ30247.0–94 определялся максимальный прогиб по представленной в даннойметодике формуле, который для железобетонного тюбинга равен 99,5 мм.Нагружались образцы за 30 минут до начала огневого воздействиявертикальной и горизонтальной нагрузками 490,5 и 294,3 кН соответственно.Результаты исследования огнестойкости железобетонных тюбингов с добавкойProZASK IGS 6 мм представлены на рисунках 9–10.Рисунок 9 – Обогреваемая сторона железобетонного тюбинга после испытаний.141200110010009008007006005004003002001000-20-100102030405060708090100Прогиб, ммТемпература, ℃На обогреваемой поверхности (рисунок 9) обнаружены незначительныеотколы защитного слоя бетона, образовавшиеся в результате демонтажаобразца с опор установки.
Это свидетельствует о том, что взрывообразногоразрушения бетона не происходило.Средняя температура на необогреваемой поверхности по пяти термопарамв интервале 0–120 мин. составила 25,1 ºС, что значительно меньше допустимойтемпературы 160 ºС.Исследование показало, что прогиб конструкции в ходе экспериментасоставил не более 10 мм, это меньше максимально допустимого прогиба(рисунок 10). Поэтому можно сделать вывод, что предельного состояния попотере несущей и теплоизолирующей способности не достигнуто.Нормативный предел огнестойкости тюбингов составил REI 120.0105901507513560120Время прогрева, минстандартный температурный режим пожара;верхняя и нижняядопустимые границы;средняя температура среды в камере, образец 1;средняя температура среды в камере, образец 2;прогиб в серединепролета, образец 1;прогиб в середине пролета, образец 2.Рисунок 10 - Результаты испытаний на огнестойкость железобетонного тюбингас добавкой ProZASK IGS 6 мм153045Перед расчетом теплотехнической части в программном комплексенеобходимо было определить расчетное сечение, в котором образовываетсямаксимальный момент.
Поэтому для определения максимально нагруженногосечения моделировался тюбинг в программном комплексе Z_Soil.По результатам численного эксперимента выявлено (рисунок 11), чтоприсутствуют изгибающий момент и сжимающая продольная сила, из чегоследует, что данный элемент является сжато-изгибаемым.15Рисунок 11 – Расчетная схема, эпюра изгибающего момента и сжимающей силыжелезобетонных тюбинговДалее с помощью программного комплекса ANSYS решаласьтеплотехническая задача с целью распределения температурных полейи определения параметров, необходимых для решения прочностной задачи.В программе моделировался железобетонный тюбинг без добавки ППФ и сдобавкой ППФ ProZASK IGS 6 мм и ProZASK IGS 12 мм, задавались свойствабетона и арматуры, граничные условия 3-го рода, модель разбивалась наконечные элементы и рассчитывалась при стандартном и углеводородномрежимах пожара на интервале времени 0–120 минут.
В результате проведенныхрасчётов получены температурные поля, представленные на рисунке 12.Рисунок 12 – Рассчитанные температурные поля для железобетонного тюбингаПосле проведения в ANSYS моделирования прогрева железобетонноготюбинга с добавкой ProZASK IGS 6 мм по стандартному пожару сравнивалисьрасчётная и экспериментальная зависимости для определения погрешностирасчета (рисунок 13).1626Температура, ℃252423222120010Расчетная кривая20304050607080Время прогрева, минЭкспериментальная кривая (образец №1)90100110120Экспериментальная кривая (образец №2)Рисунок 13 – Экспериментальная и расчетная кривая прогреванеобогреваемой поверхности конструкцииВ результате моделирования прогрева получена незначительнаяпогрешность, которая составила не более 10 %.
Исходя из этого, программныйкомплекс ANSYS использовался для моделирования и расчета теплотехническойзадачи для железобетонных тюбингов без добавки и с добавкой отечественнойи импортной ППФ. Для определения изменения сопротивления арматурырастяжению Rsn,tem и сжатию Rsc,tem при нагреве используем коэффициентусловий работы γs,tem:(6)Rsn,tem = Rsn s,tem ,Rsc,tem = Rsc s,tem ,(7)где Rsn, Rsc – нормативные характеристики арматуры при растяжениии сжатии, МПа.В качестве продольной (несущей) арматуры в опытных образцах тюбинговиспользована арматура класса В500С. При обработке численного эксперимента,определен показатель Rsn,tem для стандартного и углеводородного режимовпожара (рисунки 14–15). Показатель Rsc,tem принимался равным Rsc так каксжатая зона прогревалась незначительно и этот показатель не изменялся.17600900500800700400600300500400200300200100100000900500800700400600300500400200300200100100020 40 60 80 100 120Время прогрева, мин00Без добавки ППФС добавкой отечественной ППФС добавкой импортной ППФРисунок 14 – Изменение сопротивленияарматуры растяжению при нагревепо стандартному температурному режимупожара1000Температура, ℃1000Температура, ℃Нормативное сопротивление арматурырастяжению при прогреве, МПаИзменение сопротивления арматуры растяжениюпри нагреве, МПа60020 40 60 80 100 120Время прогрева, минБез добавки ППФС добавкой отечественной ППФС добавкой импортной ППФРисунок 15 – Изменение нормативногосопротивления растяжению при нагревепо углеводородному температурному режимупожараПо результатам расчетов строились совмещенные графики сопротивленияарматуры растяжению при нагреве, где в нижней части графика представленазависимость температуры от времени, в верхней части – зависимость изменениясопротивления арматуры при нагреве от времени.
Данные графикирекомендованоиспользоватьприрасчетепределаогнестойкостижелезобетонных тюбингов без добавки ППФ и с добавкой ППФ ProZASK IGS 6мм и ProZASK IGS 12 мм с толщиной защитного слоя арматуры 40 мм.Исходя из полученных данных, решалась статическая или прочностнаязадача с целью определения пределов огнестойкости железобетонныхтюбингов. Далее расчет пределов огнестойкости адаптировался под характерработы железобетонной обделки и односторонний прогрев.Элемент обделки является сжато-изгибаемым, тогда характер работыбудет зависеть от продольной силы N и изгибающего момента М. Так какжелезобетонный тюбинг является геометрически нелинейным элементом, то впроцессе исследования получена формула дополнительного температурногопрогиба от огневого воздействия для железобетонного тюбинга:183 ( st ts − bt tb ) r 2 sin 2 et =2h0(8)где r – длина от опоры тюбинга до середины конструкции по нейтральнойоси элемента, м; φ – угол, образованный между r и осью ОХ; αst, αbt –коэффициент температурного расширения арматуры и бетона; ts, tb –температура арматуры и бетона соответственно; h0, – высота рабочегосечения, м.Результаты расчетного и экспериментального прогиба в ходе работысравнивались, при этом расчетный прогиб определялся суммированием прогибаот нагрузки и температурным прогибом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
