Способ определения скорости обугливания деревянного сжатого элемента

Авторы патента:

Бузовская Яна Александровна (RU)

Ильина Валентина Николаевна (RU)

Ильин Николай Алексеевич (RU)

Панфилов Денис Александрович (RU)

G01N33/46 - древесины

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

Владельцы патента RU 2687305:

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

Изобретение относится к области пожарной безопасности: к исследованию параметров горения твердых веществ, строительных материалов и деревянных конструкций, в частности к определению скорости обугливания деревянных сжатых элементов в условиях пожара в здании. Согласно заявленному изобретению осуществляют испытание деревянного сжатого элемента без огневого воздействия неразрушающими методами по комплексу единичных показателей качества деревянного сжатого элемента. Для этого определяют положение деревянного сжатого элемента в пространстве здания, геометрические размеры деревянного элемента, условия обгорания опасного сечения деревянного элемента в условиях пожара, критическую толщину слоя обугливания, среднюю плотность, прочность и влажность древесины в естественном состоянии. Искомую величину скорости обугливания сечения деревянного сжатого элемента определяют по аналитическому уравнению (1). Описание процесса обгорания сжатого элемента в условиях пожара для оценки скорости обугливания сечения представляют математической зависимостью, которая учитывает положение обогреваемых граней деревянного сжатого элемента в пространстве здания, массивность сечения, фактическую влажность, среднюю плотность и прочность древесины на сжатие. Технический результат - возможность определения скорости обугливания сечения деревянного сжатого элемента без огневых испытаний, повышение достоверности контроля качества строительной древесины, деревянных сжатых элементов конструкций и неразрушающих испытаний, снижение экономических затрат на испытание. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области пожарной безопасности, к исследованию параметров горения твердых веществ, строительных материалов и деревянных конструкций, в частности к определению скорости обугливания деревянного сжатого элемента в условиях пожара в здании.

Известен способ определения скорости выгорания твердых материалов в муфельной печи при температуре t=920±10°С, в котором испытуемый образец древесины размером 150×60×30 мм сначала взвешивают и затем укладывают на фарфоровые салазки, прикрепленные кронштейном к торговым весам. При опыте фиксируют момент воспламенения образца и моменты потери образцом каждые (5-10) г массы до прекращения пламенного горения. Получив еще 5÷10 точек по потере массы при тлении образца, опыт прекращают. Полученные результаты обрабатывают; по ним строят график выгорания образца и рассчитывают среднюю скорость выгорания образца за фиксированный промежуток времени . / Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. - М.: Химия, 1972. - С. 288-290/ [1].

К недостаткам известного способа относится то, что в известном способе скорость обугливания сечения образца деревянной конструкции можно определить косвенным путем, приближенно, и невозможно определить показатели обугливания натурной деревянной конструкции, имеющей другие геометрические размеры, при этом не учитываются фактические показатели прочности, плотность и влажность древесины, массивность сечения деревянной конструкции и условия обогрева деревянной конструкции при пожаре в здании.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения скорости обугливания деревянных конструкций путем испытания, включающего проведение технического осмотра, выявление схемы обогрева сечения деревянных конструкций в условиях пожара в здании, установление породы и сорта древесины, при этом испытание деревянных конструкций производят без огневого воздействия неразрушающими методами по комплексу единичных показателей качества. Технический осмотр дополняют инструментальными измерениями геометрических размеров деревянных конструкций, выявляя массивность опасных (расчетных) сечений деревянных конструкций, определяют число и место расположения участков, в которых определяют единичные показатели качества деревянных конструкций, экспериментально определяют показатели средней плотности и влажности древесины в естественном состоянии, находят нормативное сопротивление сортовой древесины на сжатие, и, используя полученные единичные показатели: наименьший размер поперечного сечения деревянных конструкций, влажность древесины, нормативное сопротивление древесины на сжатие, показатель условий расположения обогреваемых граней деревянных конструкций в пространстве здания при пожаре, плотность древесины, посредством использования построенной параметрической номограммы определяют среднюю скорость обугливания деревянных конструкций здания. / Патент 2282179 RU, МПК, G01N 25/50 Способ определения скорости обугливания деревянных конструкций здания / Ильин Н.А., Козлито К.П., Ильина В.Н., Ковалевский А.С, заяв. СГАСУ: 06.09.04, опуб. 20.08.06. Бюл. №23 [2], - принят за прототип.

К недостаткам известного способа, принятого за прототип, относится то, что использование громоздкой полипараметрической номограммы для определения скорости обугливания деревянных конструкций дает результаты расчета с большей погрешностью; в ряде случаев требуется дополнительное построение графиков номограммы; кроме этого при построении полипараметрической номограммы не учитываются показатели надежности деревянного сжатого элемента по назначению (уровню ответственности здания), а так же не учитываются особенности условий обугливания опасного сечения деревянных конструкций и коэффициент их продольного изгиба; использование полипараметрической номограммы не позволяет производить составление эффективных программ расчета искомых величин на ЭВМ вследствие увеличения требуемого объема оперативной памяти компьютера.

Сущность изобретения состоит в установлении показателей пожарной опасности здания в части его пожароустойчивости, гарантированной длительности сопротивления деревянных сжатых элементов конструкций в условиях пожара, в определении скорости обугливания древесины и в оценке фактических показателей пожароустойчивости деревянных сжатых элементов конструкций здания при проектировании, строительстве, эксплуатации и/или при пожаре; в снижении экономических затрат при испытании деревянного сжатого элемента на пожароустойчивость, расширение технологических возможностей оценки фактической скорости обугливания деревянного сжатого элемента любой толщины, имеющих различное напряженное состояние и различно расположенного в пространстве.

Технический результат - исключение огневых испытаний при определении скорости обугливания деревянного сжатого элемента; снижение трудоемкости и упрощение процесса определения показателей возгораемости деревянного сжатого элемента; повышение точности и оперативности определения скорости обугливания деревянного сжатого элемента; снижение экономических затрат на испытание.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе определения скорости обугливания деревянной конструкции путем испытания, включающем проведение технического осмотра, выявление схемы обогрева сечения деревянной конструкции в условиях пожара, установление вида, породы и сорта древесины, при этом испытание производят без огневого воздействия неразрушающими методами по комплексу единичных показателей качества, при техническом осмотре выполняют инструментальные измерения геометрических размеров деревянной конструкции, выявляя массивность опасных расчетных сечений, а также определяют число и место расположения участков, в которых определяют единичные показатели качества деревянной конструкции, определяют показатели средней плотности и влажности древесины в естественном состоянии, находят нормативное сопротивление сортовой древесины на сжатие и единичные показатели ее качества, наименьший размер поперечного сечения деревянной конструкции, показатель условий расположения обогреваемых граней в пространстве здания при пожаре особенность заключается в том, что в качестве деревянной конструкции принимают деревянный сжатый элемент, а среднюю скорость обугливания сечения (ν_{0, cж}, см/мин) деревянного сжатого элемента определяют, используя аналитическое уравнение (1):

где ψ₀₁ - показатель расположения граней деревянного сжатого элемента в пространстве здания: ψ₀₁=1,2 - для граней колонны, стойки; е=2,72 - натуральное число; С - интегральный показатель условий обугливания граней сечения деревянного сжатого сечения; ρ - средняя плотность древесины в естественном состоянии, г/см³.

Интегральный показатель условий обогрева сечения (С) деревянного сжатого элемента вычисляют, используя аналитическое уравнение (2):

где В - ширина сечения сжатого элемента, см; R_H - нормативное сопротивление древесины сжатию, МПа; ω - влажность древесины, %; S_сч - критическая толщина обугливания опасного сечения деревянного сжатого элемента, см.

Критическую толщину обугливания опасного сечения деревянного сжатого элемента (S_сч, cм) выявляют, используя аналитическое уравнение (3):

где В и H - ширина и высота сечения деревянного сжатого элемента, см; λ₀ - расчетная длина деревянного сжатого элемента, см; N_oc - усилие на сжатие от испытательной нагрузки, кН; Е_в - модуль упругости древесины вдоль волокон, МПа.

Скорость обугливания υ₀, см/мин, сечения деревянного сжатого элемента ведут при положительной и отрицательной температуре воздуха.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и техническим результатом заключена в следующем: исключение огневых испытаний в существующем здании и замена их на неразрушающие испытания снижает трудоемкость оценки показателей возгораемости строительных материалов и деревянных конструкций, расширяет технологические возможности определения фактической скорости обугливания различно напряженных деревянных конструкций любых размеров в условиях эксплуатации здания без нарушения его функционального процесса, а также дает возможность сопоставления полученных результатов со стандартными огневыми испытаниями аналогичных сжатых деревянных конструкций. Следовательно, условия испытания строительных конструкций на возгораемость и пожароустойчивость значительно упрощены и экономически целесообразны.

Использование математического описания процесса обугливания деревянного сжатого элемента взамен стандартному огневому воздействию повышает точность и оперативность определения скорости их обугливания.

Определение скорости обугливания деревянного сжатого элемента только по одному показателю качества, например, по прочности древесины, приводит, как правило, к существенной ее недооценке. Вследствие этого в предложенном способе оценку скорости обугливания деревянного сжатого элемента предусматривают не по одному показателю, а по комплексу единичных показателей их качества. Это повышает точность оценки ее фактического значения. В предложенном способе уточнен комплекс единичных показателей качества деревянного сжатого элемента, влияющих на скорость его обугливания, определяемых неразрушающими испытаниями.

На фиг. 1 и 2 изображена расчетная схема деревянного сжатого элемента (фиг. 1); 1 - сжатый элемент; 2 - опора защемленная; 3 - опора шарнирная; 4 - центрально приложенная нагрузка; 5 - тепловое воздействие стандартного испытания, ; N_oc - усилие на сжатие от испытательной нагрузки; - расчетная длина сжатого элемента, см; расчетное сечение А-А (фиг. 2) деревянного сжатого элемента с размерами сечения В×Н, см, в условиях четырехстороннего огневого воздействия: δ₀ - предельная толщина обугливания, см.

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

Последовательность действий осуществления способа определения скорости обугливания деревянных сжатых элементов конструкций. Сначала проводят визуальный осмотр здания. Затем определяют группу однотипных конструкций и их общее число в ней. Вычисляют величину выборки однотипных конструкций. Назначают комплекс единичных показателей качества деревянных сжатых элементов конструкций, влияющих на скорость ее обугливания. Вычисляют число испытаний единичного показателя качества конструкции в зависимости от его статистической изменчивости. Затем определяют единичные показатели качества деревянного сжатого элемента конструкции и их интегральные параметры и, по ним находят скорость обугливания испытуемых деревянных конструкций. Под визуальным осмотром понимают проверку состояния деревянных конструкций, включающую выявление условий опирания отдельных сжатых элементов конструкций, определение породы и сорта древесины.

Схему обогрева сечений деревянных сжатых элементов конструкций в условиях пожара определяют в зависимости от фактического расположения элементов в конструкции здания, устройства подвесных потолков, укладки смежных строительных конструкций, уменьшающих число сторон обогрева.

Число и место расположения участков, в которых определяют показатели качества деревянных сжатых элементов конструкций, определяют следующим образом. В сжатых деревянных конструкциях, имеющих одно опасное сечение, участки располагают только в этом сечении. В деревянных конструкциях, имеющих несколько опасных сечений, участки располагают равномерно по поверхности с обязательным расположением части участков в опасных сечениях.

К основным единичным показателям качества деревянного сжатого элемента относятся: геометрические размеры опасного сечения; предел прочности древесины на сжатие, влажность и плотность древесины в естественных условиях.

Проверяемыми геометрическими размерами являются: для конструкций стоек и колонн сплошного сечения - ширина и высота сечения.

Размеры конструкции проверяют с точностью ±1 мм.

Проверку прочности древесины конструкций при выборочных контрольных испытаниях определяют по ГОСТ 18321 и ГОСТ 20736. Прочность древесины брусьев и круглых лесоматериалов в полевых условиях оценивают визуально по сортообразующим признакам и дополнительным требованиям к древесине по СП 64.13330.2011 «СНиП II-25-80* Деревянные конструкции».

Для экспресс-оценки свойств и качеств материалов и изделий из строительной древесины используют справочное пособие.

Используя полученные единичные показатели: наименьший размер поперечного сечения деревянного сжатого элемента конструкции В, мм, влажность древесины ω, %, нормативное сопротивление древесины сжатию R_H, МПа, показатель условий расположения деревянного элемента в пространстве здания ψ₀, плотность древесины, ρ, г/см³, по приведенному аналитическому уравнению (1) находят скорость обугливания деревянного сжатого элемента.

Пример: Дано: деревянный (без огнезащиты) сжатый элемент - стойка: уровень ответственности конструкции здания - пониженный (γ_н=0,8); расчетная длина (высота) стойки λ₀=390 см; усилие на центральное сжатие от испытательной нормативной нагрузки ; расчетное усилие на сжатие:

Древесина хвойной породы (ель) средней плотности ρ=0,43 г/см³; естественная влажность ω=8,7%; нормативное сопротивление древесины сжатия R_H=25 МПа; поперечное сечение стойки В×Н=20×20 см; модуль упругости древесины Е_в=10000 МПа, обогрев сечения стойки четырехсторонний. Требуется определить скорость обугливания сечения деревянного сжатого элемента.

Решение: 1. Критическую толщину обугливания опасного сечения деревянного сжатого элемента (S_cч, cм) выявляют, используя аналитическое уравнение (4):

где В и Н - ширина и высота сечения деревянного сжатого элемента, см; λ₀ - расчетная длина деревянного сжатого элемента, см; N_оc - усилие на сжатие от испытательной нагрузки, кН; Е_в - модуль упругости древесины вдоль волокон, МПа

2. Интегральный показатель условия обгорания сечения деревянного сжатого элемента вычисляют, используя аналитическое уравнение (3):

3. Среднюю скорость обугливания сечения (υ_0,сж, см/мин) деревянного сжатого элемента определяют, используя аналитическое уравнение (2):

Предложенный способ применен при натурном осмотре деревянных сжатых элементов конструкций складского блока площадью 1100 м² здания в г. Самаре.

Источники информации

1. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. - М.: Химия, 1972. - С. 288-290.

2. Патент 2282179 RU, МПК - 7 G01/N 25/50 Способ определения скорости обугливания деревянных конструкций здания / Ильин Н.А., Козлито К.П., Ильина В.Н., Ковалевский А.С, заяв. СГАСУ: 06.09.04, опубл. 20.08.06. Бюл. №23.

1. Способ определения скорости обугливания деревянной конструкции путем испытания, включающий проведение технического осмотра, выявление схемы обогрева сечения деревянной конструкции в условиях пожара, установление вида, породы и сорта древесины, при этом испытание производят без огневого воздействия неразрушающими методами по комплексу единичных показателей качества; при техническом осмотре выполняют инструментальные измерения геометрических размеров деревянной конструкции, выявляя массивность опасных расчетных сечений, а также определяют число и место расположения участков, в которых определяют единичные показатели качества деревянной конструкции, определяют показатели средней плотности и влажности древесины в естественном состоянии, находят нормативное сопротивление сортовой древесины на сжатие и единичные показатели ее качества, наименьший размер поперечного сечения деревянной конструкции, показатель условий расположения ее обогреваемых граней в пространстве здания при пожаре, отличающийся тем, что в качестве деревянной конструкции принимают деревянный сжатый элемент, а скорость обугливания сечения (υ_0,сж, см/мин) деревянного сжатого элемента определяют, используя аналитическое уравнение (1)

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интегральный показатель условий обогрева сечения (С) деревянного сжатого элемента вычисляют, используя аналитическое уравнение (2)

3. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что критическую толщину обугливания опасного сечения деревянного сжатого элемента (S_сч, см) выявляют, используя аналитическое уравнение (3)

Способ криминалистического контроля спиленного леса и устройство для его осуществления // 2675790

Изобретение относится к криминалистическому контролю спиленного леса. Способ криминалистического контроля спиленного леса в условиях спиливания, складирования и транспортировки, включая полевые, лесные, автомобильные, водные и железные дороги, основан на применении игольчатого электрощупа, газоанализатора и дрели, причем дрель снабжают коронной головкой для фрезерования с целью создания кольцевой канавки для электрощупа в древесине и получения опилок, при этом для сбора вещественных фактов спиливания свежей древесины с помощью игольчатого электрощупа осуществляют измерение влажности древесины, после чего осуществляют сброс опилок в газоанализатор, и с помощью газоанализатора осуществляют анализ и хранение свойств газа и смолы, выделенных из древесины.

Способ для экспресс-диагностики резонансных свойств выдержанной в старых сооружениях древесины // 2665149

Изобретение относится к области диагностики физико-механических свойств древесины, выдержанной в старых сооружениях. Способ включает применение инструментов для отбора образцов древесины и последующего определения ее физико-механических свойств, причем экспресс-диагностика резонансных свойств древесины осуществляется посредством их обследования, выявления расположения стен и других конструктивных элементов относительно сторон света и преобладающей розы ветров конкретного региона; для определения мест отбора образцов и экспресс-диагностики резонансных свойств древесины в строго радиальном направлении применяются планки, устанавливаемые жестко на противоположных торцах каждого исследуемого конструктивного элемента так, чтобы их прямолинейные рабочие поверхности проходили через сердцевину исследуемой древесины; свободные концы планок должны выходить не менее чем на 100 мм от внешней поверхности конструктивного элемента, при этом на их рабочие поверхности закреплены по два крепежных элемента, один из которых расположен у внешней поверхности исследуемой древесины, а другой на некотором расстоянии от него ближе к свободному концу планки, на которых закреплены связующие элементы, соединяющие планки противоположных торцов конструктивного элемента, образующие секущую его в радиальном направлении плоскость, являющуюся направлением подачи рабочего органа бурава для исследования при измерении усилия сопротивления древесины пробуравливанию и определении характеристик выдержанной древесины.

Беспроводная система биодиагностики ксилемного потока растений // 2663997

Изобретение относится к области растениеводства, а также систем и аппаратуры передачи данных и предназначена для неразрушающей биодиагностики ксилемного потока травянистых растений с использованием беспроводной передачи данных.

Способ и устройство для оценки теплотворной способности // 2632113

Изобретение относится к способу и устройству для оценки теплотворной способности биоматериала путем автоматизированной процедуры. Способ оценки теплотворной способности биоматериала содержит этапы, на которых: коррелируют величину излучения, пропущенного через несколько разных эталонных материалов, при этом указанное излучение является рентгеновским излучением по меньшей мере двух энергетических уровней с теплотворными способностями указанных эталонных материалов, полученными путем калориметрических измерений, облучают биоматериал рентгеновским излучением указанных по меньшей мере двух различных энергетических уровней и измеряют количество излучения, пропущенного через указанный биоматериал на указанных энергетических уровнях.

Способ и устройство для оценивания деревянной доски // 2629394

Группа изобретений относится к оцениванию деревянной доски, имеющей направление вытянутости. Представлены способ и устройство для оценивания деревянной доски.

Способ визуализации и квантификации эффекта памяти формы древесины и древесных материалов // 2627852

Изобретение относится к области деревообработки, визуализации и определения показателей эффекта памяти формы древесины и древесных материалов. Способ включает помещение образца древесины в емкость с водой, выполненную с возможностью ее подогрева, при этом образец древесины устанавливают в приспособление для нагружения и фиксации формы образца, выполненное в виде кольца из некорродирующего металла, снабженного захватами для фиксации формы образца, причем сначала установленный в приспособление образец помещают в воду с заданной начальной температурой, затем происходит охлаждение испытуемого образца до конечной температуры, после чего образец вынимают из приспособления, выдерживают и нагревают его до начальной температуры с последующей выдержкой, причем изменения формы образца отображаются и сохраняются в устройстве для фото- и видеосъемки, связанном с компьютером.

Способ определения параметров теплофизических характеристик слоя сыпучих технологических материалов // 2616343

Изобретение относится к области исследования и анализа технологических сыпучих материалов, в т.ч. пищевых, характеризующихся насыпной плотностью.

Способ непрерывного контроля влажности древесины в сушильной камере // 2613307

Изобретение относится к весовым методам определения влажности древесины при вакуумно-диэлектрической сушке. Уложенную в штабель древесину на подштабельной тележке с тензометрическими датчиками помещают в герметичную сушильную камеру между электродами, подключенными к высокочастотному генератору.

Способ измерения скорости движения пасоки в древесных растениях // 2611404

Изобретение относится к лесному хозяйству, а именно к биофизике древесных растений. Способ основан на формировании теплового воздействия в ксилемной ткани и измерении температуры пасоки.

Способ определения скорости обугливания деревянного изгибаемого элемента // 2687304

Способ определения огнестойкости железобетонного сжатого элемента кольцевого сечения // 2678781

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. Оно может быть использовано для классификации железобетонных сжатых элементов кольцевого сечения по показателям сопротивления их воздействию пожара.

Способ определения огнестойкости железобетонной колонны круглого сечения // 2678780

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. Сущность: осуществляют проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры железобетонного элемента, выявление условий его опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности железобетонного элемента под испытательной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия, проведение оценочных испытаний без разрушения по комплексу единичных показателей качества железобетонного элемента, при котором технический осмотр сопровождают инструментальными измерениями геометрических размеров железобетонного элемента и его опасных сечений, устанавливают площади бетона и арматуры в опасном сечении.

Способ оценки огнестойкости железобетонной плиты с защемлением по контуру // 2674570

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий сооружений и может быть использовано для классификации железобетонных плит с защемлением по контуру.

Способ оценки огнестойкости монолитной железобетонной балочной плиты перекрытия здания // 2674418

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений и может быть использовано для классификации монолитных железобетонных балочных плит перекрытий зданий по показателям сопротивления их воздействию высоких температур пожара.

Способ оценки огнестойкости многопустотной преднапряженной железобетонной плиты // 2671910

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий - огнестойкости их конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что испытание многопустотной преднапряженной многопустотной железобетонной плиты проводят без разрушения, по комплексу единичных показателей качества.

Способ выявления сопротивления растяжению арматуры железобетонного элемента в условиях пожара // 2670239

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий, в частности к огнестойкости железобетонных элементов конструкций здания, и касается исследования и анализа качества растянутой арматуры с помощью тепловых средств при совместном воздействии нагрузки и высокой температуры стандартного пожара.

Способ оценки пожарной опасности частиц металлов и устройство для его осуществления // 2668639

Изобретение относится к области экспериментального исследования пожарной безопасности электроустановок, в частности к оценке воспламеняющей способности частиц металлов, образующихся при коротких замыканиях (КЗ) жил электрических проводов и кабелей в аварийных режимах работы электросетей.

Способ определения работоспособности пиротехнических изделий при тепловом воздействии // 2661503

Изобретение относится к методам испытаний и предназначено для определения работоспособности различных пиротехнических изделий (ПИ) - пироболтов, пирозамков, пироэнергодатчиков и др., при тепловом воздействии.

Способ оценки огнестойкости ограждающей конструкции здания по критерию теплоизолирующей способности // 2657328

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и может быть использовано для классификации ограждающих конструкций зданий по их показателям сопротивления воздействию высоких температур при пожаре.