Диссертация (1172914), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Для расчёта огнестойкости использовались прочностные и теплофизические характеристики бетонов, полученные в главах 2, 3.4.4.1. Моделирование теплотехнической задачив программном комплексе ANSYSСогласно достаточно хорошей сходимости экспериментальных и расчётных зависимостей, описанных в 3 главе, для расчёта теплотехнической задачииспользовался программный комплекс ANSYS. В ANSYS согласно размерам исхеме армирования моделировалась геометрия железобетонного тюбинга, представленная на рисунке 4.27.105Рисунок 4.27 – Моделирование железобетонного тюбингав программном комплексе ANSYSНачальные и граничные условия задавались таким же образом, как описано в главе 3.
Однако при расчёте железобетонных конструкций следует учитывать наличие арматуры, так как данный элемент значительно влияет на несущую способность. Поэтому в [146–156] для моделирования железобетонноготюбинга использовался твердотельный объемный конечный элемент SOLID 70,для арматуры, расположенной в объеме модели – линейный объемный конечный элемент LINK 33. Для арматуры, так же как и для бетона, задавалисьначальные условия, описанные в таблице 4.1.Таблица 4.1 – Свойства арматурыХарактеристикаКоэффициент теплопроводности, λt Вт/мККоэффициент теплоёмкости, ct, Дж/кг КПлотность арматурной стали, кг/м3Значение78–0,048t310+0,48t7800В связи с высокой вероятностью возникновения пожаров нефтепродуктовв подземных сооружениях, расчет температурных полей прогрева тюбинговпроизводился как по «стандартному температурному режиму пожара», так и по«углеводородному температурному режиму пожара», в течение 120 минут.После проведения моделирования в ANSYS железобетонного тюбинга сдобавкой импортной ППФ по стандартному пожару, расчётные и экспериментальные зависимости сравнивались на момент достоверности полученных результатов (рисунок 4.28).Температура, ℃10626242220010Расчетная кривая203040506070Время прогрева, минЭкспериментальная кривая (образец №1)8090100110120Экспериментальная кривая (образец №2)Рисунок 4.28 – Экспериментальная и расчётная зависимости прогреванеобогреваемой поверхности конструкцииВ результате проведенных расчётов выявлена незначительная погрешность, составившая не более 10 %.
Исходя из этого, программный комплексANSYS использовался далее для расчёта теплотехнической задачи железобетонных тюбингов без добавки и с добавкой ППФ по двум режимам пожара.По результатам моделирования теплотехнической задачи в ANSYS по двумрежимам пожара были получены температурные поля (изотермы) и графики зависимости температуры от времени для бетона и арматуры (рисунки 4.29–4.31).Рисунок 4.29 – Результат расчёта температурных полейдля железобетонного тюбинга в программном комплексе ANSYSа)30 минут60 минут90 минут120 минут107б)в)30 минут30 минут60 минут90 минут120 минут60 минут90 минут120 минутРисунок 4.30 – Изотермы прогрева для железобетонных тюбинговпо стандартному режиму: а – без добавки фибры; б – с добавкойProZASK IGS 12 мм; в – с добавкой ProZASK IGS 6 мм108а)30 минут60 минут90 минут120 минутб)30 минут60 минут90 минут120 минутв)30 минут60 минут90 минут120 минутРисунок 4.31 – Изотермы прогрева для железобетонных тюбинговпо углеводородному режиму: а – без добавки фибры; б – с добавкойProZASK IGS 12 мм; в – с добавкой ProZASK IGS 6 мм109Так как конструкция подвергается температурному воздействию, то ипрочностные свойства всех ее компонентов будут изменяться.
Для определенияизменения прочностных свойств арматуры при прогреве используется формула:R su R sn s ,tem ,(4.1)где Rsn – нормативное сопротивление арматурной стали растяжению, МПа; Rsu –сопротивление арматурной стали растяжению при рассчитанной температуре,МПа; γs,tem – коэффициент снижения сопротивления арматурной стали.Приведенный выше коэффициент γs,tem учитывает изменения прочностныхсвойств арматуры (изменение нормативного сопротивления стали). В качествепродольной (несущей) арматуры в опытных образцах тюбингов использованаарматура класса В500С.
Так как данные о приведенном выше коэффициенте инормативном сопротивлении стали отсутствуют в действующих нормативныхдокументах, то использовались данные для арматуры А500 согласно СТО.Важно учитывать также толщину не несущего слоя бетона. Для бетона награнитном щебне при достижении температуры в 500 ℃ образуется слой,прочность которого равна нулю, поэтому считается, что данный материал полностью утрачивает свои прочностные характеристики, что уменьшает сечениеконструкции.По определенным температурным зависимостям получено нормативноесопротивление арматурной стали в зависимости от времени прогрева по формуле (4.2), которое представлено для стандартного и углеводородного температурных режимов пожара на рисунках 4.32, 4.33.6006005005004004003003002002001001000Температура, ℃Нормативное сопротивлениестали, МПа110001020Без добавки3040 50 60 70 80 90 100 110 120Время прогрева, минС добавкой отечественной фибрыС добавкой импортной фибры6006005005004004003003002002001001000Температура, ℃Нормативное сопротивлениестали, МПаРисунок 4.32 – Изменение нормативного сопротивления сталии температуры по стандартному температурному режиму пожара0010Без добавки203040 50 60 70 80 90 100 110 120Время прогрева, минС добавкой отечественной фибрыС добавкой импортной фибрыРисунок 4.33 – Изменение нормативного сопротивления сталии температуры по углеводородному температурному режиму пожараТакже по результатам расчета были построены номограммы прогрева бетона для всех видов железобетонных тюбингов в зависимости от температуры(рисунки 4.34–4.39).1111200Температура, ℃1000800600 50040020000255075100125150Время прогрева, мин1752002252502 мм4 мм6 мм8 мм10 мм12 мм14 мм16 мм18 мм20 мм22 мм24 мм26 мм28 мм30 мм32 мм34 мм36 мм38 мм40 мм42 мм44 мм46 мм48 мм50 мм0 ммРисунок 4.34 – Прогрев слоев бетона железобетонного тюбинга без добавкифибры в зависимости от времени при стандартном режиме пожара1200Температура, ℃1000800600 50040020000255075100125150Время прогрева, мин1752002252502 мм4 мм6 мм8 мм10 мм12 мм14 мм16 мм18 мм20 мм22 мм24 мм26 мм28 мм30 мм32 мм34 мм36 мм38 мм40 мм42 мм44 мм46 мм48 мм50 мм0 ммРисунок 4.35 – Прогрев слоев бетона железобетонного тюбинга с добавкойProZASK IGS 12 мм в зависимости от времени при стандартном режиме пожара1121200Температура, ℃1000800600 50040020000255075100125150Время прогрева, мин1752002252502 мм4 мм6 мм8 мм10 мм12 мм14 мм16 мм18 мм20 мм22 мм24 мм26 мм28 мм30 мм32 мм34 мм36 мм38 мм40 мм42 мм44 мм46 мм48 мм50 мм0 ммРисунок 4.36 – Прогрев слоев бетона железобетонного тюбингас добавкой ProZASK IGS 6 мм в зависимости от временипри стандартном режиме пожара1200Температура, ℃100080060050040020000255075100125150Время прогрева, мин1752002252502 мм4 мм6 мм8 мм10 мм12 мм14 мм16 мм18 мм20 мм22 мм24 мм26 мм28 мм30 мм32 мм34 мм36 мм38 мм40 мм42 мм44 мм46 мм48 мм50 мм0 ммРисунок 4.37 – Прогрев слоев бетона железобетонного тюбинга без добавкифибры в зависимости от времени при углеводородном режиме пожара1131200Температура, ℃100080060050040020000255075100125150Время прогрева, мин1752002252502 мм4 мм6 мм8 мм10 мм12 мм14 мм16 мм18 мм20 мм22 мм24 мм26 мм28 мм30 мм32 мм34 мм36 мм38 мм40 мм42 мм44 мм46 мм48 мм50 мм0 ммРисунок 4.38 – Прогрев слоев бетона железобетонного тюбингас добавкой ProZASK IGS 12 мм в зависимости от временипри углеводородном режиме пожара1200Температура, ℃100080060050040020000255075100125150Время прогрева, мин1752002252502 мм4 мм6 мм8 мм10 мм12 мм14 мм16 мм18 мм20 мм22 мм24 мм26 мм28 мм30 мм32 мм34 мм36 мм38 мм40 мм42 мм44 мм46 мм48 мм50 мм0 ммРисунок 4.39 – Прогрев слоев бетона железобетонного тюбингас добавкой ProZASK IGS 6 мм в зависимости от временипри углеводородном режиме пожара114По зависимостям, проиллюстрированным на рисунках 4.34–4.39, определялась толщина ненесущего слоя по стандартному и углеводородному режимампожара.
Определялись они следующим образом: при шаге в 10 мин. и пересечении линии в 500 ℃ путем линейной интерполяции рассчитывалось значениетолщины. В результате расчета строились зависимости толщины ненесущегоТолщина ненесущего слоя бетона, δслоя от времени прогрева (рисунок 4.40).45403530252015105001020304050607080Время прогрева, минБез добавки фибры90100110120С добавкой отечественной фибрыС добавкой импортной фибрыстандартный режим пожара;углеводородный режим пожараРисунок 4.40 – Толщина ненесущего слоя железобетонных тюбинговв зависимости от времени при стандартном и углеводородном режимах пожараПри воздействии стандартного режима пожара ненесущий слой бетонаначинает появляться только с 10 минуты огневого воздействия, для углеводородного режима данный слой появляется с первых минут огневого воздействия.Связано это с резким нарастанием температуры среды при углеводородном режиме (резкий скачок температур на первых минутах воздействия с 20 до 1080℃).115В расчёте огнестойкости также учитывается температурное расширениебетона в сжатой зоне и арматурной стали в растянутой зоне, которые влияют напрогиб конструкции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
