Способ оценки огнестойкости железобетонной колонны здания

Авторы патента:

Панфилов Денис Александрович (RU)

Ильин Николай Алексеевич (RU)

Потапова Юлия Сергеевна (RU)

G01N25/50 - путем определения температуры воспламенения; путем определения взрывчатых свойств

Владельцы патента RU 2615047:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и может быть использовано для классификации железобетонных колонн зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара. Согласно заявленному способу испытание железобетонных колонн здания проводят без разрушения по комплексу единичных показателей качества, оценивая их величину с помощью статистического контроля. Для этого определяют геометрические размеры железобетонной колонны, схему обогрева опасного сечения в условиях пожара, степень армирования бетона и условия крепления; плотность, влажность и показатель термодиффузии бетона; величину испытательной нагрузки на огнестойкость, степень напряжения опасного сечения колонны, показатель надежности железобетонной колонны по назначению (уровню ответственности), условия обогрева опасного сечения колонны при пожаре, глубину залегания продольной арматуры, сплошности тела колонны и ее гибкости. Описание процесса сопротивления нагруженной железобетонной колонны огневому воздействию представляют математической зависимостью, которая учитывает наименьший размер поперечного сечения элемента, степень армирования α_μs, интенсивность напряжения J_σo, нормативную прочность бетона сопротивлению на осевое сжатие R_bn и показатель термодиффузии бетона D_вm, мм²/мин, а также величину интегрального показателя безопасности железобетонной колонны. Предел огнестойкости железобетонной колонны определяют, используя аналитическое выражение. Технический результат – обеспечение возможности определения огнестойкости железобетонной колонны без натурного огневого воздействия, повышение достоверности статистического контроля качества и неразрушающих испытаний. 5 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. В частности, оно может быть использовано для классификации железобетонных колонн зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара. Это дает возможность обоснованного использования существующих строительных конструкций с фактическим пределом огнестойкости в зданиях различных классов по их пожароопасности.

Необходимость определения показателей огнестойкости железобетонных колонн возникает при реконструкции здания, усилении его частей и элементов, приведении огнестойкости конструкций здания в соответствие с требованиями современных норм, при проведении экспертизы и/или восстановлении конструкций после пожара.

При реконструкции здания возможно переустройство и перепланировка помещений, изменение их функционального назначения, замена строительных конструкций и оборудования. Это влияет на изменение требуемой огнестойкости здания и его конструкций.

Известен способ оценки огнестойкости железобетонной колонны здания по результатам изучения последствий натурного пожара. Этот способ включает определение положения колонны в здании, оценку состояния колонны путем осмотра и измерения, изготовление контрольных образцов бетона и арматуры, определение времени наступления предельного состояния по потере несущей способности колонны, то есть при обрушении в условиях действия внешней нагрузки и огневого воздействия натурного пожара /см. Ильин Н.А. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. – М.: Стройиздат, 1979. - с. 34-35; 90/ [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа относится то, что в известном способе пределы огнестойкости оценивают приближенно по результатам исследования последствий прошедшего пожара. Детальное исследование предопределяет длительную работу эксперта. При этом невозможно оценить фактическую огнестойкость натурных конструкций, имеющих другие размеры и другую внешнюю нагрузку. Затруднительно сопоставление полученных результатов со стандартными огневыми испытаниями аналогичных конструкций. Следовательно, этот способ дорог, имеет малую технологическую возможность к повторным испытаниям, трудоемок и опасен для испытателей.

Известен способ оценки огнестойкости железобетонной колонны здания по результатам натурного огневого испытания фрагмента здания, в котором производят осмотр конструкций, определяют влажность бетона, назначают статическую нагрузку на конструкцию, соответствующую реальным условиям эксплуатации здания, определяют факторы, влияющие на огнестойкость испытуемой конструкции, и величину предела огнестойкости /см. ГОСТ Р 53309 - 2009. Здания и фрагменты зданий. Метод натурных огневых испытаний. Общие требования/ [2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа относится то, что в известном способе велики экономические затраты на проведение огневых испытаний, наблюдение за состоянием конструкций в условиях экспериментального пожара затруднено и небезопасно, вследствие различий теплового режима опытного и стандартного пожаров затруднена оценка истинных значений пределов огнестойкости конструкций, причины разрушения сжатых элементов конструкций фрагмента могут быть не установлены вследствие многообразия одновременно действующих факторов пожара. Предельное состояние по огнестойкости железобетонной колонны может быть не достигнуто из-за более раннего разрушения сжатых стен фрагмента / см. Огнестойкость зданий / В.П. Бушев, В.А. Пчелинцев, В.С. Федоренко, А.И. Яковлев. - М.: Стройиздат, 1970. С. 252-256/ [3].

Известен способ оценки огнестойкости железобетонной колонны здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры конструкции, выявление условия их опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности конструкции под испытательной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия /см. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции/ [4].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе испытания проводят на образце железобетонной колонны, на который воздействуют только постоянные и длительные нагрузки в их расчетных значениях с коэффициентом надежности равным единице, то есть проектные нормативные нагрузки.

Испытания проводят на специальном стендовом оборудовании в огневых печах до разрушения образцов конструкций. Размеры образцов ограничивают в зависимости от проемов стационарных печей. Следовательно, стандартные огневые испытания трудоемки, не эффективны, не безопасны, имеют малые технологические возможности для проверки на опыте различных по размерам и различно нагруженных конструкций, не дают необходимой информации о влиянии единичных показателей качества конструкции на ее огнестойкость. Оценка огнестойкости железобетонной колонны по единичному показателю качества, например по толщине защитного слоя бетона, как правило, недооценивает пригодность эксплуатации колонны в здании заданной степени огнестойкости. По малому числу испытуемых образцов (2-3 шт) невозможно судить о действительном состоянии колонн здания. Результаты огневого испытания единичны и не учитывают разнообразия в закреплении концов железобетонной колонны, их фактических размеров, фактического армирования и схемы обогрева опасного сечения испытуемой конструкции в условиях пожара.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ оценки огнестойкости железобетонной колонны здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры железобетонной колонны, выявление условий ее опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности железобетонной колонны под испытательной нагрузкой в условиях стандартного огневого воздействия, испытание железобетонной колонны проводят без разрушения по комплексу единичных показателей качества, технический осмотр дополняют инструментальными измерениями геометрических размеров железобетонной колонны и ее опасного сечения, устанавливают площади бетона и рабочей арматуры в опасном сечении, выявляют схему его обогрева при пожаре, определяют показатели плотности бетона и его влажности в естественном состоянии и величину показателя термодиффузии бетона, находят предельные сопротивления бетона и арматуры на сжатие, степень армирования опасного сечения колонны, устанавливают величину испытательной нагрузки на железобетонную колонну и величину интенсивности силовых напряжений в опасном сечении, и, используя полученные интегральные параметры железобетонной колонны, по номограмме вычисляют фактический предел огнестойкости F_ur, мин /см. Патент №2281482 RU, МПК G01N 25/50. Способ определения огнестойкости сжатых элементов железобетонных конструкций здания / Ильин Н.А., Бутенко С.А., Эсмонт С.В.; заяв. СГАСУ: 06.09.04; опубл. 18.02.06. Бюл. №22/ [5].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что использование номограммы для определения фактической огнестойкости железобетонной колонны дает результаты расчета с большей погрешностью, в ряде случаев требуется дополнительное построение графиков номограммы; кроме этого, при построении номограммы не учитываются показатели надежности железобетонной колонны по назначению (уровню ответственности), особенности условий обогрева опасного сечения колонны, глубина залегания продольной арматуры, сплошность тела железобетонной колонны и коэффициент продольного изгиба ее.

Сущность изобретения заключается в установлении показателей пожарной безопасности здания в части гарантированной длительности сопротивления железобетонных колонн в условиях пожара; в определении фактических пределов огнестойкости железобетонных колонн при проектировании, строительстве и эксплуатации здания; в снижении экономических затрат при испытании железобетонной конструкций на огнестойкость.

Технический результат - исключение огневых испытаний железобетонных колонн в здании или его фрагмента; снижение трудоемкости оценки огнестойкости железобетонных колонн; расширение технологических возможностей определения фактической огнестойкости различно нагруженных железобетонных колонн любых размеров и возможность сопоставления полученных результатов с результатами испытаний аналогичных колонн здания; возможность проведения испытания конструкций на огнестойкость без нарушения функционального процесса в здании; снижение экономических затрат на огневое испытание; сохранение эксплуатационной пригодности здания при обследовании и неразрушающих испытаниях железобетонных колонн; упрощение условий и сокращение сроков испытания колонн на огнестойкость; повышение точности и экспрессивности испытания; использование интегральных конструктивных параметров для определения огнестойкости железобетонных колонн и упрощение математического описания процесса термического сопротивления нагруженных железобетонных колонн; учет реального ресурса конструкции на величину огнестойкости использованием комплекса единичных показателей их качеств; учет влияния на предел огнестойкости показателей надежности железобетонных колон по назначению, условий обогрева опасного сечения колонн, глубины залегания продольной арматуры, сплошности тела колонн и продольного прогиба железобетонных колонн.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе оценки огнестойкости железобетонной колонны здания, включающем проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры железобетонной колонны, выявление условий ее опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности железобетонной колонны под испытательной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия, проведение оценочных испытаний без разрушения по комплексу единичных показателей качества железобетонной колонны, при котором технический осмотр сопровождают инструментальными измерениями геометрических размеров железобетонной колонны и ее опасных сечений, устанавливают площади бетона и арматуры в опасном сечении, выявляют схему обогрева сечения при пожаре, определяют показатели термодиффузии бетона, находят предельные сопротивления бетона и арматуры на сжатие, степень армирования опасного сечения колонны и величину интенсивности силовых напряжений в опасном сечении; согласно изобретению неразрушающим испытанием дополнительно определяют надежность железобетонной колонны по назначению, сплошность тела железобетонной колонны в опасном сечении и показатель продольного прогиба железобетонной колонны, глубину залегания продольной арматуры, условия обогрева опасного сечения и величину испытательной нагрузки; фактический предел огнестойкости железобетонной колонны от начала стандартного огневого воздействия до потери несущей способности (F_ur, мин) определяют, используя аналитическое уравнение (1):

где В - ширина прямоугольного сечения железобетонной колонны, мм; J_σo - интенсивность силовых напряжений в опасном сечении; α_μs - степень армирования железобетонной колонны; K - интегральный показатель безопасности железобетонной колонны; D_вm - показатель термодиффузии бетона, мм²/мин, R_bn - нормативное сопротивление бетона осевому сжатию, МПа.

Интегральный показатель безопасности железобетонной колонны определяют, используя аналитическое уравнение (2):

где γ_n - коэффициент надежности колонны по назначению; k_cn - показатель сплошности тела железобетонной колонны; m_об - показатель условий обогрева опасного сечения железобетонной колонны, определяемый из степенного уравнения (3):

где P и P_o - соответственно периметр поперечного сечения железобетонной колонны и ее обогреваемая часть, мм; k_a - показатель глубины залегания продольной арматуры железобетонной колонны, определяемый из уравнения (4):

где и - соответственно нормативная и фактическая глубина залегания продольной арматуры железобетонной колонны, мм; ϕ - показатель продольного прогиба железобетонной колонны, определяемый из уравнения (5):

где - расчетная длина колонны, мм; B - ширина поперечного сечения колонны, мм.

За единичные показатели качества железобетонной колонны, влияющие на предел огнестойкости, принимают: геометрические размеры опасного сечения, условия закрепления, прочность бетона на осевое сжатие, сопротивление арматуры сжатию, рабочую испытательную нагрузку на огнестойкость, интенсивность силовых напряжений в опасных сечениях, влажность и плотность бетона в естественном состоянии, толщину защитного слоя, показатель термодиффузии бетона и показатель продольного прогиба железобетонной колонны.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и техническим результатом заключена в следующем.

Исключение огневых испытаний железобетонных колонн существующего здания и замена их на неразрушающие испытания снижает трудоемкость оценки их огнестойкости, расширяет технологические возможности выявления фактической огнестойкости различно нагруженных конструкций любых размеров, дает возможность проведения испытания конструкций на огнестойкость без нарушения функционального процесса обследуемого здания, а также сопоставления полученных результатов с результатами стандартных испытаний аналогичных конструкций и сохранения эксплуатационной пригодности обследуемого здания без нарушения несущей способности его конструкций в процессе испытания. Следовательно, условия испытания железобетонных колонн здания на огнестойкость значительно упрощены.

Снижение экономических затрат на проведение испытания предусматривают за счет уменьшения расходов на демонтаж, транспортирование и огневые испытания образцов железобетонных колонн.

Применение математического описания процесса сопротивления нагруженной железобетонной колонны стандартному огневому испытанию и использование построенного полипараметрического уравнения (1) повышают точность и экспрессивность оценки огнестойкости.

Использование интегральных конструктивных параметров, как-то: степени напряжения арматуры, показателя термодиффузии бетона и показателя безопасности колонны, упрощает математическое описание процесса сопротивления нагруженных железобетонных колонн огневому воздействию.

Оценка огнестойкости железобетонной колонны только по одному показателю качества, например по толщине защитного слоя бетона, приводит, как правило, к недооценке их фактической огнестойкости, поскольку влияние на него вариаций единичных показателей качества имеют различные знаки, и снижение огнестойкости за счет одного показателя может быть компенсировано другими. Вследствие этого в предложенном способе оценку огнестойкости железобетонной колонны предусматривают не по одному показателю, а по комплексу единичных показателей их качества. Это позволяет более точно учесть реальный ресурс огнестойкости железобетонной колонны.

Уточнен комплекс единичных показателей качества железобетонной колонны, влияющих на огнестойкость, определяемых неразрушающими испытаниями.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, с получением указанного выше технического результата.

Способ оценки фактической огнестойкости железобетонной колонны здания проводят в следующей последовательности.

Сначала проводят визуальный осмотр здания. Затем определяют группу однотипных железобетонных колонн и их общее число в ней. Вычисляют величину выборки однотипных колонн. Назначают комплекс единичных показателей качества железобетонных колонн, влияющих на огнестойкость. Выявляют условия закрепления концов и опасные сечения железобетонной колонны. Вычисляют число испытаний единичного показателя качества конструкции в зависимости от его статистической изменчивости. Затем оценивают единичные показатели качества железобетонной колонны и ее интегральные параметры, и по ним находят предел огнестойкости испытуемых конструкций.

Под визуальным осмотром понимают проверку состояния железобетонных колонн, включающую выявление условий обогрева и закрепления концов железобетонных колонн, определение вида бетона и толщины его защитного слоя, наличие трещин и отколов, нарушение сцепления арматуры с бетоном, наличие коррозии арматурной стали и других показателей безопасности железобетонных колонн.

В процессе осмотра определяют группы однотипных элементов конструкций. Под группой элементов конструкций в здании понимают однотипные железобетонные колонны, изготовленные и возведенные в сходных технологических условиях и находящихся в подобных условиях эксплуатации.

Изобретение поясняется чертежами, где стрелками показано направление действия высокой температуры t_cm, °С.

На фиг. 1 изображена схема продольного армирования монолитной железобетонной колонны здания: 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение 1-1 железобетонной колонны: В - ширина сечения, мм; Н - высота сечения, мм; а_x и а_y - соответственно глубина залегания продольной арматуры по осям x и y, мм; 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

На фиг. 3 изображена расчетная схема железобетонной колонны первого этажа здания: ; μ=1,0; N_ρo - испытательная нагрузка при оценке огнестойкости железобетонной колонны.

На фиг. 4 изображена схема четырехгранного обогрева опасного сечения железобетонной колонны и схема подвода тепла к оси стержня продольной арматуры (двух/четырехсторонний нагрев стержня); а_x и a_y - соответственно глубина залегания продольной арматуры по осям x и y; 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

На фиг. 5 изображена схема трехгранного обогрева опасного сечения железобетонной колонны, пристроенной к стене здания, и схема подводки тепла к оси стержня продольной арматуры (двухсторонний-трехсторонний нагрев стержня): а_x и а_y - соответственно глубина залегания продольной арматуры по осям x и y; B и H - ширина и высота опасного сечения железобетонной колонны, мм; 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

На фиг. 6 изображена схема одногранного обогрева опасного сечения железобетонной колонны, встроенной в стену здания, и схема подвода тепла к оси стержня продольной арматуры (односторонний нагрев стержня); условные обозначения: 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

На фиг. 7 изображена схема n-гранного обогрева опасного сечения железобетонной колонны, встроенной на половину толщины стены здания, и схема подвода тепла к оси стержня продольной арматуры (двусторонний нагрев стержня): С - часть обогреваемой грани железобетонной колонны, заделанной в стену; z - глубина заделки железобетонной колонны в стену, мм; t_cm, °C - температура стандартного пожара; условные обозначения: 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

Схемы обогрева поперечного сечения железобетонной колонны в условиях пожара определяют в зависимости от фактического расположения элементов частей здания, устройства облицовок, укладки смежных конструкций, уменьшающих число граней обогрева.

Число и место расположения участков, в которых определяют показатели качества конструкций, определяют так: в сжатых элементах конструкции, имеющих одно опасное сечение, участки располагают только в этом сечении; в сжатых элементах конструкций, имеющих несколько опасных сечений, испытуемые участки располагают равномерно по поверхности с обязательным расположением части участков в опасных сечениях.

К основным единичным показателям качества железобетонной колонны, обеспечивающим огнестойкость, относятся: сплошность тела железобетонной колонны, геометрические размеры и ширина опасного сечения; глубина залегания, класс по прочности, номинальный диаметр и предел прочности арматуры на сжатие; прочность бетона на сжатие, влажность и плотность его в естественных условиях; толщина защитного слоя и показатель термодиффузии бетона, испытательная нагрузка на железобетонную колонну, гибкость колонны.

Проверяемыми геометрическими размерами являются: ширина и высота опасного поперечного сечения железобетонной колонны. Опасные сечения железобетонных колонн назначают в местах наибольших моментов от действия испытательной нагрузки или в точках максимального сближения огибающей эпюры моментов и эпюры материалов конструкций. Размеры конструкции проверяют с точностью ±1 мм; ширину трещин с точностью до 0,05 мм.

где γ_n - коэффициент надежности железобетонной колонны по назначению; k_cn - показатель сплошности тела железобетонной колонны;

m_об - показатель условий обогрева опасного сечения железобетонной колонны определяют, используя степенное уравнение (3):

где P и P₀ - соответственно периметр поперечного сечения железобетонной колонны и обогреваемая часть его, мм; k_a - показатель глубины залегания продольной арматуры железобетонной колонны определяют, используя уравнение (4):

где и - соответственно нормативная и фактическая глубина залегания продольной арматуры железобетонной колоны, мм;

ϕ - коэффициент продольного прогиба железобетонной колонны определяют, используя уравнение (5):

где - расчетная длина железобетонной колонны, мм; В - ширина поперечного сечения железобетонной колонны, мм.

Показатели условий обогрева (m_об) прямоугольного сечения железобетонной колонны определяют, используя исходное степенное уравнение (3):

где P - периметр прямоугольного сечения железобетонной колонны, мм:

при четырехгранном обогреве поперечного сечения периметр обогрева (фиг. 4) равен Р₀=2⋅(B+H); следовательно, показатель условий обогрева опасного сечения при Р=Р₀ определяют, используя степенное уравнение (7):

при трехгранном обогреве поперечного сечения обогреваемая часть периметра составляет Р_о3=2⋅В+Н (фиг. 5); следовательно, показатель условий обогрева опасного сечения определяют, используя степенное уравнение (8):

при одногранном обогреве поперечного сечения обогреваемая часть периметра составляет Р_о1=H (фиг.6); следовательно,

при n-гранном обогреве сечения обогреваемая часть периметра железобетонной колонны, встроенной в стену, составляет Р_о,2=Н+2⋅С (фиг. 7); следовательно,

здесь В - ширина рабочего сечения и Н - высота рабочего сечения, мм; С - обогреваемая часть ширины сечения железобетонной колонны, мм.

Интенсивность силовых напряжений в опасном сечении железобетонной колонны от испытательной нагрузки на огнестойкость определяют из условия (11):

где - коэффициент условий закрепления концов железобетонной колонны; N_po - испытательная нагрузка на огнестойкость железобетонной колонны, кН; N_un - разрушающая продольная сила до начала испытания, кН.

Степень армирования железобетонной колонны (α_μs) вычисляют по алгебраическому выражению (12):

где A_s и А - соответственно площади рабочей арматуры и всего бетона в поперечном сечении железобетонной колонны, мм²; R_sc и R_bn - соответственно расчетное сопротивление арматуры сжатию и нормативное сопротивление бетона осевому сжатию, МПа.

Показатель термодиффузии бетона D_bm, мм²/мин, определяют, используя алгебраическое выражение (13):

где λ₀ и С₀ - соответственно показатели теплопроводности, Вт/(м⋅°С), и удельной теплоемкости бетона, кДж/(кг⋅°С), при нормальной температуре (20±5°С); b и d - термические показатели теплопроводности и теплоемкости бетона (см. таблицу 1);

ρ_c и ω - средняя плотность бетона в сухом состоянии, кг/м³, и его влажность, % по массе.

Показатель термодиффузии бетона и стали можно принимать по таблице 1:

Величину коэффициента условий закрепления концов железобетонной колонны определяют по степенной функции (14):

где μ₀ - коэффициент расчетной длины железобетонной колонны (0,8-2,5) (см. СП 63.13330.2012) [6].

Схему обогрева поперечного сечения испытуемой железобетонной колонны в условиях пожара определяют в зависимости от фактического расположения частей здания.

Пример. Дано: монолитная железобетонная колонна КМ - 1 (число этажей 4); высота первого этажа =4,2 м; сечение колонны В×Н=400×400 мм; бетон тяжелый класса В25; R_вn=18,5 МПа; D_вm=22,2 мм²/мин; продольная арматура 4 ∅ 32 А 400; R_sn=400 МПа; глубина залегания арматуры α=50 мм; расчет огнестойкости колонны выполнен на действие продольной силы со случайным эксцентриситетом; расчетная длина колонны ==4200 мм; (μ=1 для первого этажа здания); коэффициенты надежности по назначению γ_n=1, по нагрузке =1,2; снеговая нагрузка временная N_сн=115,2 кН; длительная N_дл,сн=57,6 кН; кратковременная нагрузка от этажей N_кв=1722-1468,2=259,2 кН; суммарная длительная нагрузка N_дл=2445,2 кН.

Определить предел огнестойкости железобетонной колонны первого этажа.

Решение: 1) Нагрузка при испытании железобетонной колонны на огнестойкость (без учета снеговой и кратковременной нагрузки от этажей):

2) Несущая способность железобетонной колонны до огневого испытания (при нормативных сопротивлениях бетона и арматуры):

3) Интенсивность силовых напряжений в опасном сечении железобетонной колонны:

4) Коэффициент продольного прогиба железобетонной колонны:

5) Показатель глубины залегания продольной арматуры:

6) Интегральный показатель безопасности железобетонной колонны:

Расчет фактического предела огнестойкости колонны сечением

В×Н=400×400 мм

Продольная арматура 4∅32 А 400; A_s=3217 мм²; R_sn=400 МПа; бетон тяжелый класса В25; R_bn=18,5 МПа; D_bm=22,2 мм²/мин; коэффициент армирования μ_s=A_s/A_b=3813/400×400=20⋅10^-3; уровень ответственности здания - нормальный γ_н=1,0; интенсивность силовых напряжений J_н=0,44; расчетная длина =1,0⋅4,2=4,2 м; гибкость колонны ; коэффициент продольного изгиба ϕ=0,896; осевое расстояние (глубина заложения рабочей арматуры): =50 мм; нормативные значения заложения арматуры: =36 мм; показатель заложения рабочей арматуры: k_а=1,04; обогрев сечения колонны четырехгранный (m_об=1); степень армирования сечения колонны α_μ=μ_s⋅R_sn/R_bn=20⋅10^-3⋅400/22=432⋅10^-3; интегральный показатель безопасности К=γ_n⋅k_a⋅m_об⋅φ=1⋅1⋅1,04⋅0,896=0,93; предел огнестойкости железобетонной колонны равен:

Предложенный способ применен при натурном осмотре железобетонных колонн торгового центра «Леруа Мерлен» площадью более 10000 м² (г. Самара, 2014-2015 гг.). Результаты неразрушающих испытаний железобетонной колонны К-З, сечением 600×600 мм, длиной 9750 мм, бетон тяжелый класса В30, арматура 8∅22 А-500С, показали фактический предел огнестойкости, равный 300 мин (5 ч).

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Источники информации

1. Ильин Н.А. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1979. - 128 с (см. с. 16; 34-35).

2. ГОСТ Р 53 309 - 2009. Здания и фрагменты зданий. Метод натурных огневых испытаний. Общие требования.

3. Огнестойкость зданий / В.П. Бушев, В.А. Пчелинцев, В.С. Федоренко, А.И. Яковлев. - М.: Стройиздат, 1970. - 261 с. (см. с. 252-256).

4. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции.

5. Патент №2281482 RU, МПК G01N 25/50. Способ определения огнестойкости сжатых элементов железобетонных конструкций здания /Ильин Н.А., Бутенко С.А., Эсмонт С.В.; заяв. СГАСУ: 06.09.04; опубл. 18.02.06. Бюл. №22.

6. СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.»

1. Способ оценки огнестойкости железобетонной колонны здания, включающий проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры железобетонной колонны, выявление условий ее опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности железобетонной колонны под испытательной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия, проведение оценочных испытаний без разрушения по комплексу единичных показателей качества железобетонной колонны, при котором технический осмотр сопровождают инструментальными измерениями геометрических размеров железобетонной колонны и ее опасных сечений, устанавливают площади бетона и арматуры в опасном сечении, выявляют схему обогрева сечения при пожаре, определяют показатели термодиффузии бетона, находят предельные сопротивления бетона и арматуры на сжатие, степень армирования опасного сечения железобетонной колонны и величину интенсивности силовых напряжений в опасном сечении, отличающийся тем, что неразрушающим испытанием дополнительно определяют надежность железобетонной колонны по назначению, сплошность тела в опасном сечении и показатель продольного прогиба железобетонной колонны, глубину залегания продольной арматуры, условия обогрева опасного сечения и величину испытательной нагрузки; фактический предел огнестойкости железобетонной колонны от начала стандартного огневого воздействия до потери несущей способности (F_ur, мин) определяют, используя аналитическое уравнение (1):

где В - ширина прямоугольного сечения железобетонной колонны, мм; - интенсивность силовых напряжений в опасном сечении; α_μs - степень армирования железобетонной колонны; K - интегральный показатель безопасности железобетонной колонны; D_вm - показатель термодиффузии бетона, мм²/мин; R_bn - нормативное сопротивление бетона осевому сжатию, МПа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину интегрального показателя безопасности железобетонной колонны определяют, используя аналитическое уравнение (2):

где γ_n - коэффициент надежности железобетонной колонны по назначению; m_об - показатель условий обогрева опасного сечения железобетонной колонны; k_cn - показатель сплошности тела железобетонной колонны; k_а - показатель глубины залегания продольной арматуры; ϕ - показатель продольного прогиба железобетонной колонны.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатель условий обогрева опасного сечения железобетонной колонны (m_об) определяют из степенного уравнения (3);

где P и P_o соответственно периметр поперечного сечения железобетонной колонны и ее обогреваемая часть, мм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатель глубины залегания продольной арматуры железобетонной колонны (k_а) определяют из уравнения (4):

где а_н и а - соответственно нормативная и фактическая глубина залегания продольной арматуры железобетонной колонны, мм.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатель продольного прогиба железобетонной колонны определяют из уравнения (5):

где - расчетная длина колонны, мм; B - ширина поперечного сечения колонны, мм.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что за единичные показатели качества железобетонной колонны, влияющие на предел огнестойкости, принимают: геометрические размеры опасного сечения, условия закрепления и показатель продольного прогиба железобетонной колонны, прочность бетона на осевое сжатие, сопротивление арматуры сжатию, рабочую испытательную нагрузку на огнестойкость, интенсивность силовых напряжений в опасном сечении, влажность и плотность бетона в естественном состоянии, толщину защитного слоя, показатель термодиффузии бетона.

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений, в частности оно может быть использовано для классификации железобетонных ферм зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара.

Способ определения характеристик срабатывания пиротехнических изделий при тепловом воздействии и устройство для его реализации // 2583979

Группа изобретений относится к оборудованию для испытаний пиротехнических изделий (ПИ). Способ определения характеристик самопроизвольного срабатывания ПИ включает тепловое воздействие на корпус ПМ с заданным темпом нагрева до момента его самопроизвольного срабатывания и фиксацию температуры корпуса ПИ, при которой произошло самопроизвольное срабатывание.

Установка для испытания материалов на горючесть // 2573444

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения исследований пожарной опасности образцов строительных, отделочных, облицовочных и других конструкций и материалов.

Способ определения характеристик зажигания образцов высокоэнергетических материалов лучистым тепловым потоком // 2569641

Изобретение относится к области исследования характеристик высокоэнергетических материалов (ВЭМ) и может быть использовано для определения времени задержки зажигания ВЭМ лучистым тепловым потоком.

Устройство для экспериментов по воспламенению // 2537082

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения экспериментов по воспламенению. В устройстве для экспериментов по воспламенению для получения положений горения, образованного внутри трубки (1), можно регулировать градиент температуры в продольном направлении, приложенный к трубке, посредством включения в него устройства для подачи терморегулирующей текучей среды (2).

Способ выявления массовой скорости выгорания древесины в перекрытии здания // 2529651

Изобретение относится к области исследования параметров горения твердых веществ и может быть использовано для определения массовой скорости выгорания древесины строительных конструкций в условиях затрудненного газообмена при локальном пожаре в здании.

Способ определения огнестойкости деревянного перекрытия здания // 2485488

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. .

Способ испытания строительных материалов на горючесть и установка по оценке горючести строительных материалов // 2475286

Изобретение относится к технике проведения экспериментального исследования пожарной опасности строительных материалов. .

Стенд для исследования процессов прекращения горения // 2458719

Изобретение относится к экспериментальному оборудованию лабораторий, занимающихся разработкой средств и способов пожаротушения. .

Способ изготовления образца для испытания огнезащитных покрытий // 2451925

Изобретение относится к способу изготовления образца для испытания огнезащитных покрытий и предназначено для оценки эффективности огнезащитных покрытий строительных конструкций.

Способ оценки огнестойкости железобетонной балочной конструкции здания // 2615048

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений и может быть использовано для классификации железобетонных балочных конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что испытание железобетонной балочной конструкции здания проводят без разрушения, по комплексу единичных показателей качества, оценивая их величину с помощью статического контроля. Для этого определяют геометрические размеры балочной конструкции (плиты, ригеля), схему обогрева расчетного сечения в условиях пожара, размещение арматуры в сечении, глубину заложения и степень огнезащиты ее, показатель термодиффузии бетона, величину испытательной нагрузки на балочную конструкцию и интенсивность напряжения в стержнях продольной рабочей арматуры. Предел огнестойкости балочной конструкции определяют по признаку потери несущей способности (R), используя аналитическое уравнение (1); по признаку потери теплоизолирующей способности (J) - по степенной функции (2). При описании процесса сопротивления железобетонной балочной конструкции огневому воздействию стандартного пожара учитывают степень огнезащиты арматуры С, см, интенсивность ее напряжения Jσc и показатель термодиффузии бетона Ввm, мм2/мин, а также особенности армирования балочной конструкции и статическую схему ее работы. Технический результат – обеспечение возможности определения фактической огнестойкости железобетонной балочной конструкции без натурного огневого воздействия, повышение достоверности статического контроля качества и неразрушающих испытаний. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения условий безопасного применения полимерных композиционных материалов в конструкциях корпуса возвращаемого аппарата пилотируемого космического корабля // 2615716

Изобретение относится к области безопасного применения полимерных композиционных материалов в конструкциях корпуса возвращаемого аппарата пилотируемого космического корабля. Для определения пригодности полимерных композиционных материалов для применения по пожарной безопасности в конструкциях корпуса возвращаемого аппарата предложен расчетно-экспериментальный метод с формулой для определения пределов горения полимерных композиционных материалов по концентрации окислительной атмосферы планеты при повышенной температуре полимерного композиционного материала. Для определения пригодности полимерных композиционных материалов для применения по прочности после пребывания элементов конструкций корпуса возвращаемого аппарата из полимерных композиционных материалов при высоких температурах и соответствующих им по времени давлениях атмосферы планеты предложен экспериментальный метод, включающий выдержку элементов из полимерных композиционных материалов в термобарокамере при температурах и соответствующих им давлениях, изменяющихся в термобарокамере в соответствии с законом изменения этих параметров, начиная с периода входа возвращаемого аппарата в плотные слои атмосферы и заканчивая периодом остывания корпуса возвращаемого аппарата после окончания его аэродинамического торможения, до момента достижения температуры, при которой не происходит термической деструкции связующего данного полимерного композиционного материала. Технический результат – получение более достоверных и точных данных. 5 ил., 2 табл.

Способ анализа вещества термоаналитическим методом // 2617730

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, касающейся исследования, измерений и контроля термических характеристик веществ и материалов, и может быть использовано для идентификации вещества при принятии мер по обеспечению пожарной и промышленной безопасности. Способ анализа вещества термоаналитическим методом заключается в определении его пожаровзрывоопасности по величине экзотермического эффекта процесса окисления и начальной температуре тепловыделения. Одновременно по величине экзотермического эффекта процесса окисления проводят идентификацию вещества, а для определения пожаровзрывоопасности вещества дополнительно используют величину усредненной интенсивности тепловыделения, рассчитываемую по формуле I=ΔQ/ΔТ, где ΔQ - экзотермический эффект окисления (Дж/г), а ΔТ - ширина температурного интервала экзотермического пика окисления на половине его высоты (°C). Технический результат - возможность одновременной идентификации вещества и определения его пожаровзрывоопасности; повышение надежности и точности при оценке пожаровзрывоопасности веществ и материалов; расширение возможностей для исследования пожарозрывоопасности; сокращение времени и трудозатрат; экспрессность способа. 3 табл., 4 ил.

Комбинированный датчик обнаружения возгораний // 2620964

Изобретение относится к области противопожарной защиты и может быть использовано в качестве комбинированного датчика обнаружений возгораний в установках автоматического пожаротушения. Датчик содержит блок питания с трансформатором согласования напряжений блока питания, три датчика обнаружения тепла, дыма и пламени, подключенных параллельно к блоку питания, причем каждый датчик снабжен выходной обмоткой, дроссель управления, содержащий сердечник, на котором размещены выходные обмотки указанных датчиков, и обмотку дросселя управления, и трансформатор управления с первичной и вторичной обмотками и электрическую цепь связи блока питания, выводов названных датчиков и запорно-пусковой аппаратуры, содержащую последовательно и согласно включенные вторичную обмотку трансформатора согласования напряжений блока питания, обмотку дросселя управления и первичную обмотку трансформатора управления, при этом вторичная обмотка трансформатора управления подключена к запорно-пусковой аппаратуре. Технический результат - уменьшение времени тушения пожара датчик обеспечивает, поскольку он одновременно реагирует на тепло, дым и пламя, возникающие при пожаре. 1 ил.

Установка для определения показателей опасности инициированного самовозгорания твердых дисперсных веществ и материалов // 2633653

Установка предназначена для определения показателей пожарной и транспортной опасности твердых дисперсных веществ и материалов, склонных к инициированному самонагреванию/самовозгоранию и выделению горючих и/или токсичных газов. Может быть применена в решении вопросов безопасности на транспорте, в сырьевой и добывающей промышленности, где обращаются самовозгорающиеся материалы (грузы). На известных установках невозможно получение сведений о взаимосвязи величины разогрева, интенсивности и объема выделения газов с концентрацией инициатора в дисперсном материале. Установка отличается от известных изобретений тем, что, использует многокамерный термостат, в цилиндрические реакционные камеры которого помещаются образцы испытуемого материала с различной концентрацией инициатора самовозгорания, контрольно-измерительная автоматическая система термостатирования камер обеспечивает проведение опыта при заданной температуре, компенсацию потерь тепла самонагревающейся массы через стенки камеры и измерение величины разогрева. При этом осуществляется контроль газового состава в слое дисперсного материала и в свободном пространстве каждой камеры. Одна из камер является контрольной и предназначена для образца пробы материала с исходной (безопасной) концентрацией инициатора. Все камеры обеспечены диаметрально расположенными штуцерами для отбора пробы их атмосферы по теплоизолированным линиям, содержащим фильтр-ловушку, на определение газового состава газоанализатором и ее возврата в камеру при помощи микрокомпрессора. Технический результат – обеспечение разработки безопасных технологий производства, хранения и транспортировки материалов, склонных к самовозгоранию, а также их классификации как опасных грузов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ оценки огнестойкости стальной термозащищённой гофробалки здания // 2634568

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий, в частности, оно может быть использовано для пожарно-технической классификации стальной термозащищенной гофробалки по показателям сопротивления воздействию пожара. Оценку огнестойкости стальной гофробалки проводят без разрушения по комплексу единичных показателей качества составных элементов сварного двутавра. Для этого определяют геометрические размеры нижней и верхней полок, гофрированной стенки, схему обогрева их сечений в условиях пожара, величину испытательной нагрузки и интенсивность силовых напряжений в сечениях составных элементов, марку стали, показатели термодиффузии материалов термозащиты. Описание процесса сопротивления термозащищенной гофробалки стандартному тепловому воздействию представлено математической зависимостью, которая учитывает влияние интенсивности силовых напряжений в сечении составного элемента от действия испытательной нагрузки, приведенную толщину металла сечения составного элемента, величину показателя термодиффузии материала термозащиты. Проектный предел огнестойкости гофробалки определяют, используя аналитические уравнения. Достигается возможность оценки огнестойкости стальной термозащищенной гофробалки здания без дополнительного натурного теплового воздействия, повышение достоверности неразрушающих испытаний строительных конструкций, уменьшение расхода металла на изготовление стальных гофробалок, ускорение проведения испытаний. 5 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 пр.

Способ оценки огнестойкости стальной балки с гофростенкой // 2634569

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. При осуществлении способа испытание стальной балки с гофростенкой проводят без разрушения по комплексу единичных показателей качества, оценивая их величину с помощью статистического контроля. Для этого определяют геометрические размеры элементов сварного двутавра стальной балки, схему обогрева опасного сечения элемента сварного двутавра стальной балки в условиях стандартного испытания на огнестойкость, условия закрепления его концов; длину периметра обогрева сечения элемента сварного двутавра, величину испытательной нагрузки и интенсивность силовых напряжений в сечении каждого элемента сварного двутавра стальной гофростенкой балки. Описание процесса сопротивления элемента сварного двутавра стальной балки высокотемпературному воздействию стандартного испытания представлено математической зависимостью, которая учитывает влияние интенсивности силовых напряжений в сечении элемента сварного двутавра стальной балки от действия испытательной нагрузки и приведенную толщину металла сечения элемента сварного двутавра стальной балки с гофрированной стенкой. Предел огнестойкости стальной балки с гофростенкой определяют по длительности сопротивления огневому воздействию наиболее слабого в статическом и тепловом отношении элемента сварного двутавра. Достигается возможность определения огнестойкости стальной балки с гофростенкой без натурного огневого воздействия, повышение достоверности неразрушающих испытаний, уменьшение расхода металла на изготовление стальной балки, ускорение проведения испытаний. 6 з.п. ф-лы, 3 пр., 4 ил.

Установка для испытаний объекта на температурные воздействия // 2642461

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний как объектов, содержащих взрывчатые и токсичные вещества, так и товаров народно-хозяйственного назначения на различные тепловые воздействия, включая воздействие открытого пламени очага пожара. Установка для испытаний объекта на температурные воздействия содержит установленную на фундаменте рабочую камеру с размещенными внутри устройством для крепления объекта испытаний и источником температурного воздействия в виде топливного коллектора, установленного под объектом испытаний, запальное устройство и вытяжное отверстие в крыше камеры с возможностью его перекрытия. Рабочая камера является сборной металлической конструкцией. Стенки камеры образованы установленными на фундаменте стойками, скрепленными поперечными балками с навешанными на них с возможностью съема металлическими модулями. Крыша камеры выполнена съемной, снаружи крыша и модули оснащены металлическим профилем. Модули приподняты над фундаментом с образованием воздушного зазора, снаружи прикрываемого отстоящими на некотором расстоянии от стенок камеры опорными модульными элементами. Каждая трубка топливного коллектора выполнена со сквозными резьбовыми отверстиями для распыления топлива, размещенными друг от друга на расстоянии, обеспечивающем условие перекрытия факелов распыляемого топлива, истекаемого из соседних отверстий, при этом устройство для крепления объекта испытаний выполнено в виде подставки из сварного металлического профиля. Технический результат - создание трансформируемой мобильной установки, допускающей ее разборку и сборку под широкий диапазон объектов испытаний при обеспечении создания равномерного температурного поля внутри камеры, увеличение ресурса и экономичности установки. 2 ил.

Способ определения кинетических характеристик механоактивированного угля микропомола // 2647204

Изобретение относится к области исследования свойств материалов, а более конкретно к способу определения кинетических характеристик угля микропомола, в том числе температуры воспламенения, энергии активации, предэкспоненциального множителя константы скорости реакции горения. Согласно изобретению, способ определения кинетических характеристик механоактивированного угля микропомола включает создание по всей длине камеры сгорания адиабатических условий, отбор пробы угля в виде доз-навесок массой 100-500 мг, впрыск пробы в камеру сгорания через дозатор и отсечной магнитный клапан с периодичностью, равной времени установления в камере сгорания адиабатических условий, опрос датчиков, установленных по длине камеры сгорания с шагом равным или меньше диаметра камеры, определение кинетических характеристик угля с помощью соотношения Аррениуса. Технический результат – повышение точности определения кинетических характеристик механоактивированного угля микропомола. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.