Автореферат (1172915), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

М.В. Ломоносова. Так, для исследования калориметрических эффектови изменения массы в образцах использовался синхронный термоаналитическийкомплекс STA 449 C Jupiter, сочетающий методы дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и термогравиметрии (ТГ) в одном измерении.10По результатам этих исследований сделан вывод о том, что процессудаления адсорбционной воды наблюдается в интервале температур от 40до 300 °С, а воды конституционной – от 400 до 500 °С независимо от видабетона.Измерения параметра температуропроводности образцов бетонов проводились методом лазерной вспышки с использованием универсального приборавысокой точности LFA 457 MicroFlash, обеспечивающего в диапазоне температур от минус 125 до 1100 °C измерение температуропроводности материаловот 0,01 до 1000 мм2/с с погрешностью не более 5 %.На рисунке 2 представлены результаты экспериментальных исследованийпо изменению плотности, удельной теплоемкости и температуропроводностив образцах бетонов при их нагреве от 20 до 1100 °С.б)Плотность, кг/м3ФТБТББУдельная теплоемкость, Дж/(кг∙ºС)а)Температура, °СФТБТББТемпература, °СТемпературопроводность, мм2/св)ФТБТББРисунок 2 – Результатыэкспериментальных исследованийпо изменению плотности (а),удельной теплоемкости (б)и температуропроводности (в)в образцах бетоновот температурыТемпература, °СДалее по формуле (1) определяли значения коэффициентов теплопроводности образцов бетонов в исследуемом диапазоне температур.11Полученные экспериментальные данные обрабатывались методомрегрессионного анализа с использованием программы STATGRAPHICS,в результате чего были найдены искомые эмпирические зависимости для определения теплотехнических параметров рассматриваемых видов бетонов, общийвид которых представлен в таблице 2.Таблица 2 – Эмпирические зависимости для определения теплотехническихпараметров Б, ТБ и ФТБ в температурном диапазоне от 20 до 1100 °СВидбетонаБЭмпирические зависимости вида:a = f(T), мм2/с; cp = f(T), Дж/(кг∙K); ρ = f(T), кг/м3; λ = f(T), Вт/(м∙K)a  1/ (0, 037  0, 48ln(T  273)) ; с p  382,352  34,1068 T ;ρ  2090,64  0,43(T  273)  0,00019(T  273) 2 ; λ  0,71  32,92 /(T  273)ТБФТБa  1 /( 0,056  0,49 ln(T  273)) ; c p  440,563  32,6772 T ;ρ  2119,91  0,46(T  273)  0,0002(T  273) 2 ; λ  0,73  29,28 /(T  273)a  1 /(0,11  0,44 ln(T  273)) ; c p  339,727  26,9526 T ;ρ  2345,8  0,65(T  273)  0,00035(T  273) 2 ; λ  0,66  20,3 /(T  273)Целью решения статической задачи является определение несущейспособности нагреваемой конструкции в условиях одностороннего огневоговоздействия HCOS.

Для решения поставленной задачи были проведены двесерии экспериментов. Первая серия экспериментов выполнялась при температуре окружающей среды 20 °С для нахождения начальной прочности в образцахиз исследуемых видов бетонов, имеющих как кубическую (150×150×150 мм),так и призменную (150×150×600 мм) форму, а также для нахождения междуэтими формами образцов переводных коэффициентов. Всего было изготовленои испытано 18 образцов (по 3 образца на каждый вид бетона для кубическойи призменной форм, соответственно).

Эксперименты по определению прочностиобразцов бетонов производились в лаборатории ЦНИИСК им. В.А. Кучеренкос использованием гидравлического пресса модели ИП 6013-2000-1 с электрическим силоизмерением, предназначенного для статических испытаний на сжатиеи проверки стандартных образцов бетонов по ГОСТ 10180-2012 «Бетоны.Методы определения прочности по контрольным образцам».В результате выполненной первой серии экспериментов установлено, чтопереводной коэффициент с образцов кубической формы на образцы призменнойформы, независимо от вида бетона, составил 0,7.

При этом образцы призменнойформы, выполненные из Б и ТБ, имели идентичный характер разрушения, сопоставимый с характерным разрушением образцов из обычного тяжелого бетона.Иной характер разрушения имели образцы призменной формы, выполненныеиз ФТБ. Так, при приложении максимальных значений нагрузки до третиобразца взрывалось, что свидетельствует о высоких прочностных характеристиках этих образцов, сравнимых с образцами из высокопрочных бетонов.12Вторая серия экспериментов выполнялась для нахождения прочностныххарактеристик образцов из исследуемых видов бетонов, предварительноступенчато прогретых в течение 8 ч.

в горизонтальной муфельной печи до 300,500, 600 и 1100 °С соответственно. Затем образцы остывали до температурыокружающей среды внутри печи в течение суток. Такие условия прогреваи остывания исключали возникновение температурных напряжений внутриисследуемых образцов, связанных с градиентом температур по глубине сечения, и позволили добиться равномерного прогрева по всему сечению образца.Всего было изготовлено 36 образцов кубической формы для соответствующихвидов бетонов, прогрев которых до указанных выше температур производилсяв лаборатории Центра испытаний и сертификации «НИИЖБ-ПОЛИГОН».

Далееобразцы доставлялись в лабораторию ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, где и производились итоговые испытания на прочность исследуемых образцов бетоновкубической формы. Для определения прочности образцов призменной формыиспользовался переводной коэффициент, найденный при ранее выполненныхэкспериментах.Следует отметить, что возможность такого подхода к проведению испытаний образцов на прочность обусловлена тем фактом, что физико-механические свойства бетона как в нагретом, так и в остывшем состояниях, остаютсяпрактически неизменными, что подтверждено результатами ранее выполненныхисследований, в частности, Н.И.

Зенковым, Н.А. Ильиным, А.Ф. Миловановым,В.В. Соломоновым, З.М. Ларионовым и др. Так, например, на рисунке 3 представлены графические зависимости изменения коэффициента снижения прочности бетона (γbt) от температуры, который представляет собой отношениепрочности бетона при нагреве (Rbt) к начальной прочности бетона (Rb),полученные в результате исследований А.Ф. Милованова, В.В. Соломоноваи З.М. Ларионова.γbtв нагретом состояниипосле нагревав охлажденном состоянииT, °СРисунок 3 – Влияние высоких температур на изменение прочностипри сжатии тяжелого бетона на гранитном заполнителе13Из представленных на рисунке 3 зависимостей видно, что для рассматриваемого бетона, как в его нагретом, так и в охлажденном после нагрева состоянии, коэффициенты снижения прочности в одноименных температурных значениях существенно не отличаются друг от друга (максимальное расхождениеодноименных величин не превышает 7 % при температуре в 1100 °С).На рисунке 4 представлены результаты выполненных в настоящей работеисследований по изменению призменной прочности (Rпр) образцов из рассматриваемых видов бетонов при их нагреве в диапазоне от 20 до 1100 °С.Рисунок 4 – Графическое отображение экспериментальных данныхпо изменению призменной прочности в образцах бетонов от температурыАнализ полученных данных показал, что образцы из ФТБ обладают болеевысокой начальной прочностью, значение которой в 2,3 раза превышает аналогичный показатель у Б и в 1,3 раза – у ТБ.

При этом ТБ также имеет высокийпоказатель начальной прочности, значение которого более чем в 1,7 разапревышает аналогичный показатель у Б.Таким 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 расчетахдля определения огнестойкости строительных конструкций, выполненныхс использованием рассматриваемых видов бетонов, в том числе, и при строительстве ограждений резервуарных парков.

Кроме этого, можно сделать выводо перспективности использования метода торкретирования для строительстваограждающих стен РВС, особенно, при необходимости обустройства ограждающих стен с волноотражающим козырьком, расчет которых должен производиться на гидродинамические нагрузки от волны прорыва.14В третьей главе «Численное моделирование и экспериментальноеопределение прогрева образцов бетонов в условиях углеводородного режимапожара» представлены результаты численного моделирования и экспериментального исследования процесса прогрева крупномасштабных образцов исследуемых видов бетонов, а также оценка погрешностей измерений температурыв контрольных точках образцах бетонов.Используя в качестве исходных данных результаты исследованийпо изменению плотности, удельной теплоемкости и температуропроводностив образцах рассматриваемых видов бетонов, а также вычисленные соответствующие коэффициенты теплопроводности, было выполнено численное моделирование процесса прогрева аналогичных образцов в условиях углеводородного режима пожара, но имеющих крупногабаритные размеры.

Важно указать,что реальные размеры ограждающих стен резервуарных парков зависят какот геометрических размеров резервуаров, по периметру которых они обустраиваются, так и от расстояний от стен до резервуаров, и могут достигать высотыболее 6 м и толщины более 0,4 м. Очевидно, что испытать даже фрагментытаких конструкций в натурную величину не представляется возможным.Поэтому для решения поставленной задачи, в качестве исследуемого былвыбран образец с оптимальными размерами (250×250×400 мм), позволяющимис достаточной точностью передать процессы тепломассопередачи, присущиерассматриваемым ограждениям.

Выбор таких размеров также обусловлен идентичностью принятых размеров образцов для дальнейших натурных испытаний.Численное моделирование процессапрогрева образцов рассматриваемых видовбетонов выполнялось в программном комплексе ANSYS CFX. Предварительно, используя средства сеточного построителя ANSYSICEM CFD, была построена геометрическаямодель исследуемых образцов, имеющаяразбивку 10×10×20 ячеек (рисунок 5).Рисунок 5 – ГеометрическиеРаспространение тепла внутри твердогоразмеры и сеточная модельтела произвольной формы описываетсяобразцаследующим дифференциальным уравнением:(ρh) (λT ) ,(2)tгде ρ, h, λ – плотность, энтальпия и теплопроводность твердого материала.Для решения этого уравнения необходимо определить граничныеи начальные условия.

В данном случае это тепловая изоляция вдоль боковыхграней блока (рисунок 6), а для горячей и холодной граней фиксировался коэффициент теплоотдачи (hc) и температура внешнего воздуха (Tnw):qw  hc (Tw  Tnw ) ,(3)где qw и Tw – тепловой поток и температура на обогреваемой стенке образца.15ТеплоизоляцияХолодная стенкаhc = 12 Вт/(м2∙K)Tnw = 20 °СГорячая стенкаhc = 900 Вт/(м2∙K)Tw = 1200 °СНачальная температура 20 °СВремя расчета 160 мин.Рисунок 6 – Краевые условия задачиВ рамках рассматриваемой модели теплофизические свойства бетоновпринимались зависящими от температуры по таблице 2.

Значения параметровтеплопроводности и плотности рассматриваемых видов бетонов входили явнымобразом в уравнения распространения тепла, а параметры теплоемкости неявноучитывались в значении энтальпии. При интегрировании уравнения нестационарного распространения тепла использовался метод конечного объема, чтогарантировало выполнение законов сохранения энергии в каждом элементарномобъеме, обеспечивая второй порядок аппроксимации по пространству и временипо всей расчетной области. Шаг интегрирования по времени составлял 10 с.Основными результатами расчетов являлись временные развертки показанийдатчиков температуры, установленных вдоль центральных линий в каждом изисследуемых 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-координат датчиков в названии контрольныхточек приведены на рисунке 7.T, ºСT, ºСX1ФТБТББФТБТББX4X2X5X3X6t, мин.t, мин.Рисунок 7 – Временные развертки показаний датчиков температурыв контрольных точках соответствующих образцов бетоновпри проведении численного моделирования16Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что образец из ФТБна расстояниях до 0,2 м от нагреваемой поверхности в течение всего периодаисследования прогревался несколько интенсивнее, чем образцы из Б и ТБ, чтообусловлено, по всей видимости, его большей плотностью из-за наличия равномерно распределенной стальной фибры.

Характеристики

Список файлов диссертации