Диссертация (1172914), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Для всех нагрузок задаётся температура среды, а именно стандартныйтемпературный режим пожара.На необогреваемую поверхность в табличном виде задаётся коэффициенттеплопередачи (конвективной и лучистой составляющих), зависящий от температуры, определяемый по формуле (3.3). Данная модель представлена на рисунке 3.18.81формула 3.2Таблица 3.3, формула 3.2Рисунок 3.18 – Расчётная модель плитыдля определения теплофизических характеристикПервый закон термодинамики для трёхмерной задачи описывается следующим образом: TTT V  LT   L q  q , tc (3.5)где ρ – плотность, кг/м3; с – коэффициент теплоёмкости, Дж/кг℃; Т – температура, ℃; t – время, с; {L} – векторный оператор; {V} – вектор скорости тепломассопереноса; {q} – вектор плотности теплового потока; ̅ – скорость тепловыделения на единицу объёма.Начальными условиями в выражении (3.3) будет являться температура,записывается в виде зависимости T x, y, z, t  .Согласно закону Фурье, плотность теплового потока через изотермическую поверхность пропорциональна градиенту температуры.

В руководстве кANSYS данный закон имеет следующий вид:q  DLT ,(3.6)где [ ] – матрица теплопроводности для трехмерной модели.В ANSYS матрица теплопроводности для трехмерной модели записывается следующим образом: K xxD   0 00K yy00 0  ,K zz где Kxx, Kyy, Kzz – коэффициенты теплопроводности в элементе по x, y, z.(3.7)82Дифференцируя уравнения (3.5), с учетом (3.6) и (3.7), получаем уравнение теплопроводности для трехмерной модели: TTTT  T   T    T   q   K x  Kzс Vx Vy Vz   K y . (3.8)xyz x x  y y  z z  tДля экономии компьютерного ресурса в качестве упрощения коэффициенты теплопроводности и теплоёмкости задавались линейными функциями, зависящими от температуры.При расчёте задачи нестационарной теплопроводности задавались граничные условия 3-го рода:q  h f Ts  TB  ,(3.9)где hf – коэффициент теплопередачи, Вт/м℃; TB – температура среды, ℃; Ts –температура поверхности.Характеризуется граничное условие 3-го рода передачей температуры отобтекаемой поверхности газовой среды к поверхности тела.

Коэффициент теплоотдачи – это есть передаваемое количество тепла, отдаваемое единицей поверхности тела при разности температур поверхности и окружающей среды. Вотечественных научных источниках коэффициент теплопередачи обозначаетсябуквой «α», поэтому для удобства далее будем использовать этот символ.В ходе расчета также учитывалось излучение, которое в руководстве кANSYS описывается следующим образом:  ji1 i F jiii 1   iNN 1 Qi    ji  F ji Ti 4 ,i 1 Ai(3.10)где N – количество излучающих поверхностей; εi – эффективная степень черноты i-й поверхности; Fji – угловой коэффициент облучённости; Аi – площадь i-йповерхности; Qi – потеря энергии i-й поверхности; σ – постоянная Стефана –Больцмана; Тi – абсолютная температура i-й поверхности.Во время численного расчёта за счет корректировки начальных коэффициентов теплоёмкости и теплопроводности полученные расчётные зависимости сопоставлялись с экспериментальными до максимального совпадения.

Графики с экспериментальными и расчётными кривыми представленына рисунках 3.19–3.21.83Рисунок 3.19 – Экспериментальные и расчётные кривые плитыбез добавки фибры: 1 – измерение температуры прогрева в точке ТП1;2 – измерение температуры в точке ТП2;3 – измерение температуры в точке ТП3Рисунок 3.20 – Экспериментальные и расчётные кривые плитыс ProZASK IGS 6 мм: 1 – измерение температуры прогрева в точке ТП1;2 – измерение температуры в точке ТП2;3 – измерение температуры в точке ТП384Рисунок 3.21 – Экспериментальные и расчётные кривые плитыс добавкой ProZASK IGS 12 мм:1 – измерение температуры прогрева в точке ТП1;2 – измерение температуры в точке ТП2;3 – измерение температуры в точке ТП3В результате проведенных расчётов получены следующие зависимостидля различных бетонов: для бетонной плиты без добавки фибры:t  1,3  0,0005t ,(3.11)ct  481 0,9t ; для бетонной плиты с добавкой ProZASK IGS 12 мм и ProZASK IGS 6 мм:t  1,3  0,0006t ,(3.12)ct  481 0,92t .При сравнении экспериментальных данных с расчётными кривыми, полученными при вычислении в двух программных комплексах, выявлено, что расхождение между расчётом в программном комплексе KOKON и экспериментальными кривыми составил примерно 18 %.

Расхождение между расчётом иэкспериментом в программном комплексе ANSYS составило примерно 12 %.Исходя из этого можно сделать вывод, что расчёт в программном комплексеANSYS является более точным, поэтому для решения теплотехнической задачи85по расчёту огнестойкости железобетонных тюбингов будем производить в данном комплексе.Стоит отметить, что, исходя из экспериментальных и расчётных данныхпри добавке ППФ коэффициент теплопроводности снижается, что снижаеттемпературу прогрева. Это в свою очередь увеличивает время прогрева.3.6. Выводы по главеВыполнены экспериментальные исследования теплофизических характеристик бетона с добавкой и без добавки ППФ при воздействии стандартноготемпературного режима.

В результате получены кривые прогрева, с помощьюкоторых определялись коэффициенты теплоёмкости и теплопроводности.Получены аналитические зависимости для определения теплотехническиххарактеристикбетонабездобавкифибрыt  1,3  0,0005t ,ct  481 0,9t ; бетонов с добавкой ProZASK IGS 12 мм и ProZASK IGS 16ммt  1,3  0,0006t . Данные зависимости будут использоваться при расчёте ог-нестойкости конструкций на основе этих материалов.Проведена верификация программных комплексов KOKON и ANSYS, врезультате получено, что расхождение между экспериментальными и расчётными кривыми для KOKON составило 18 %, а для ANSYS – 12 %.Экспериментально определено, что при добавлении ППФ в объеме 1 кг/м3наблюдается уменьшение коэффициента теплопроводности, что влияет на увеличение времени прогрева бетона и снижение интенсивности прогрева.86ГЛАВА 4.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТЮБИНГОВС ПОЛИПРОПИЛЕНОВОЙ ФИБРОЙВ настоящее время оценить огнестойкость железобетонных тюбинговрасчётно-аналитическим методом не представляется возможным в связи отсутствием медов расчёта в современной нормативной базе по пожарной безопасности. Перечислим основные задачи настоящей главы:1)провести натурные крупномасштабные испытания для определенияфактического предела огнестойкости железобетонных тюбингов с добавкойимпортной ППФ и определить эффективность метода защиты бетона от взрывообразного разрушения;2)с учетом вида нагружения и условий эксплуатации адаптироватьсуществующие расчётно-аналитические методы оценки огнестойкости строительных конструкций и сравнить полученные результаты с экспериментальными данными.При этом расчёт огнестойкости необходимо провести с использованиемопределенных данных по прочностным и теплотехническим характеристикамбетонов с добавкой и без добавки ППФ, полученным в ходе исследования.4.1.

Методика проведения исследований огнестойкостижелезобетонных тюбингов с полипропиленовой фибройОсновные положения методики испытаний конструкций на огнестойкостьописаны в главе 3, за исключением некоторых пунктов, которые не учитываются при проведении исследований теплофизических характеристик бетона.В случае с испытаниями огнестойкости строительных конструкций на образец воздействует нагрузка на протяжении всего испытания.

Во время эксплуатации на железобетонные тюбинги, в отличие от колонн, балок и т.д., воздействуют несколько нагрузок (вертикальная и горизонтальная). Исходя из этого,87необходимо усовершенствовать систему опирания и нагружения на новой установке для испытаний на огнестойкость перекрытий, покрытий и балок.Дополнительно к оборудованию, описанному в главе 3, добавились: установка для испытаний на огнестойкость перекрытий, покрытий и балок с системой опирания и нагружения для испытаний железобетонных тюбингов (рисунки 4.1–4.5); датчик измерения прогиба конструкций.Основной вид и разрезы крупномасштабной установки указаны на рисунках 4.1–4.5.453812Рисунок 4.1 – Основной вид крупномасштабной горизонтальнойогневой печи: 1 – огневая печь; 2 – форсунки; 3 – двутавры;4 – вертикальная рама; 5 – канал удаления дымовых газов88231534Рисунок 4.2 – Вид сверху: 1 – огневая печь; 2 – форсунки; 3 – двутавры;4 – вертикальная рама; 5 – канал удаления дымовых газов2657Рисунок 4.3 – Разрез установки А-А:2 – форсунки; 5 – канал удаления дымовых газов;6 – камера сгорания; 7 – проемы для удаления дымовых газов894191817151338362275Рисунок 4.4 – Разрез Б-Б: 2 – форсунки; 3 – двутавры;4 – вертикальная рама; 5 – канал удаления дымовых газов;6 – камера сгорания; 7 – проемы для удаления дымовых газов;8 – печные термопреобразователи; 13 – подвижная опора;15 – испытуемый образец; 17 – поперечные балки;18 – траверса; 19 – гидравлический домкрат904191817151712911 10131431682567Рисунок 4.5 – Разрез В-В: 2 – форсунки; 3 – двутавры;4 – вертикальная рама; 5 – канал удаления дымовых газов; 6 – камерасгорания; 7 – проемы для удаления дымовых газов; 8 – печныетермопреобразователи; 9 – левая часть корпуса системы нагружения;10 – правая часть системы нагружения; 11 – соединительная балка;12 – неподвижная опора; 13 – подвижная опора; 14 – неподвижнаяопора домкрата; 15 – испытуемый образец; 16 – гидравлический домкратдля горизонтальной нагрузки; 17 – поперечные балки; 18 – траверса;19 – гидравлический домкрат для вертикальной нагрузкиКрупномасштабная установка состоит из печи 1 в виде кладки огнеупорного кирпича; форсунок 2, обеспечивающих заданный температурный режим;двутавров 3, расположенных по двум сторонам печи, к которым крепится вертикальная рама 4; канала удаления дымовых газов 5; печных термопар 8, с помощью которых осуществляется контроль температурного режима; камерысгорания 6; проемов 7 для удаления дымовых газов из камеры сгорания 6; двухчастей корпуса 9, 10 системы нагружения тюбингов; соединительной балки 11,91которая служит для соединения двух частей корпуса 9, 10 и более детальнопредставлена на рисунке 4.6.

На части корпуса 9 жестко закреплена неподвижная опора 12, на части корпуса 10 подвижная опора 13 и неподвижная опора 14.Подвижная опора 13 служит для создания горизонтальной нагрузки, а неподвижная опора 14 предназначена для упора гидравлического домкрата 16, который обеспечивает нагружение конструкции в горизонтальной плоскости. Неподвижная опора 12 и подвижная опора 13 являются держателем испытуемогообразца 15.

Сверху испытуемого образца установлены поперечные балки 17,сверху на поперечные балки 17 установлена траверса 18. На траверсу ставитсягидравлический домкрат 19, который упирается в вертикальную раму 4 и служит для создания вертикальной нагрузки.На рисунке 4.6 представлен разрез соединения двух частей корпуса 9, 10.Две части корпуса 9, 10 состоят из двух швеллеров 20, которые сварены междусобой металлическими пластинами 21. Соединительная балка 11, служащая длясоединения двух частей корпуса 9, 10, выполнена из металла и соединяется спомощью шпильки 22 с болтовыми соединениями с обоих концов.2021201122Рисунок 4.6 – Разрез Г, соединение двух частей корпуса системы нагружения:11 – соединительная балка; 20 – швеллер корпуса системы нагружения;21 – металлические пластины; 22 – соединительная шпилька92Общий вид установки для испытаний на огнестойкость перекрытий, покрытий и балок с системой опирания и нагружения для испытаний железобетонных тюбингов представлены на рисунке 4.7.Рисунок 4.7 – Крупномасштабная горизонтальная огневая печьс системой нагружения тюбинговДля создания в огневой камере стандартного температурного режима используются форсунки фирмы «CIB UNIGAS TECNOPRESS PG 60» (рисунки4.8–4.9).

Характеристики

Список файлов диссертации