Универсальная система опирания и нагружения тюбингов тоннельной обделки для испытания на огнестойкость
Владельцы патента RU 2757863:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" (ФГБУ ВНИИПО МЧС России) (RU)
Изобретение относится к области пожарной безопасности, а именно к проведению огневых испытаний конструкций, используемых для строительства подземных тоннелей, и позволяет с минимальными затратами времени и материалов получать воспроизводимые и сравнимые результаты по определению пределов огнестойкости. Предложена универсальная, съемная система нагружения тюбингов для испытания на огнестойкость, которая позволяет испытывать нестандартные строительные конструкции различной длины и ширины и создавать нагрузки в различных или нескольких сечениях. Система состоит из вертикального и горизонтального гидравлических домкратов, несущей платформы и горизонтальных опор, служащих в качестве держателя образца, а также для нагружения конструкции в горизонтальном направлении, вертикальной опорной рамы, траверсы, служащей для нагружения образцов, в которую упирается вертикальный гидравлический домкрат. Конструкция несущей платформы с горизонтальными опорами предусмотрена съемной и выполнена разрезной для проведения испытаний тюбингов различной длины и ширины. Конструкция горизонтальных опор выполнена с одной стороны неподвижной, а с другой стороны подвижной, что позволяет использовать один горизонтальный гидравлический домкрат и проводить испытания по схеме нагружения тюбинга, идентичной эксплуатационной, а вертикальная опорная рама выполнена съемной для возможности производить нагрузку образца в разных сечениях. Технический результат - создание универсальной системы опирания и нагружения тюбингов тоннельной обделки, которая позволит проводить огневые испытания конструкции по различным температурным режимам пожара с минимальными затратами времени и материалов. 3 ил.
Изобретение относится к области пожарной безопасности, а именно, к проведению огневых испытаний тюбингов по различным температурным режимам пожара, что позволяет с минимальными затратами времени и материалов получать воспроизводимые и сравнимые результаты по определению пределов огнестойкости.
В соответствии с Федеральным законом от 22.07.2008 №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (в ред. №538-ФЗ от 27.12.2018) пределы огнестойкости строительных конструкций необходимо определять в условиях стандартных испытаний. Однако определение фактических пределов огнестойкости тюбингов тоннельной обделки и их классификации в настоящее время не представляется возможным, так как нагружающие системы на существующих установках не дают возможность создать эксплуатационные нагрузки, воздействующие на тюбинги в ходе их эксплуатации.
Испытания по определению фактических пределов огнестойкости конструкций проводятся при использовании стандартного температурного режима пожара, который описан в ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Метод испытания на огнестойкость. Общие требования». Однако в настоящее время в мире для определения фактических пределов огнестойкости тюбингов тоннельной обделки используются углеводородный или тоннельный режим пожара, что отражает специфику объекта.
Для проведения натурных огневых испытаний известны следующие установки.
Установка для испытания на огнестойкость балок, ригелей, прогонов [В.П. Бушев, В.А. Пчелинцев, B.C. Федоренко, А.И. Яковлев «Огнестойкость зданий», М., 1963, Издательство литературы по строительству. - 167 с.] (стр. 28, рис. 12).
Данная установка предназначена для определения пределов огнестойкости несущих горизонтальных конструкций (ригели, прогоны, балки), которая состоит из рычажной системы нагружения конструкций, каркаса печи, печной кладки, огневой камеры, форсунок, которые предназначены для создания стандартного температурного режима пожара, воздуховода, печных термопар, предназначенных для контроля температурного режима пожара, кладки свода.
Установка для испытания на огнестойкость перекрытий [В.П. Бушев, В.А. Пчелинцев, B.C. Федоренко, А.И. Яковлев «Огнестойкость зданий», М, 1963, Издательство литературы по строительству. - 167 с.] (стр. 31, рис. 14).
Данная установка предназначена для проведения огневых испытаний горизонтальных строительных конструкций (перекрытий).
Установка состоит из огневой камеры, где в боковых стенках имеются отверстия для форсунок, которые служат для создания стандартного температурного режима пожара. Сверху камеры укладывается испытуемый образец, например, перекрытие. На испытуемый образец устанавливается равномерно распределенная нагрузка в виде грузов.
Недостатком данных установок является следующее:
- системы нагружения установки для испытания на огнестойкость балок, ригелей, прогонов является сложной и недостаточно точно позволяет воспроизводить расчетные нагрузки при испытании;
- системы нагружения установки для испытания на огнестойкость перекрытий не позволяет создать эксплуатационные нагрузки, воздействующие на тюбинги в ходе эксплуатации;
- не позволяют создавать горизонтальные нагрузки на тюбинг тоннельной обделки;
- невозможность проведения испытаний по различным температурным режимам пожара, отличным от стандартного.
За прототип принята установка по определению фактических пределов огнестойкости тюбингов тоннельной обделки (патент CN100587461С).
Установка состоит из печной кладки, содержащей огневую камеру; системы создания температурного режима пожара, включающая пульт управления форсунками, форсунки; системы создания нагрузок, содержащая пульт управления вертикальным и горизонтальный гидравлическим домкратами; измерительной системы, содержащая термопары, устройство измерения параметров температуры; Контроль и сбор параметров производится в помещении сбора данных, содержащее компьютер и подключенный к нему блок сбора данных, соединенный с системой создания температурного режима пожара, системой создания нагрузок и измерительной системой.
Система опирания и нагружения установки состоит из теплоизоляции испытуемого образца; испытуемого образца; вертикального и горизонтального гидравлических домкратов; несущей платформы и опор служащие в качестве держателя образца, а также для нагружения конструкции в горизонтальном направлении, которые жестко закреплены с печью; опорной рамы, которая жестко закреплена с фундаментом печи и служит для упора вертикального гидравлического домкрата; траверсы, служащей для нагружения образцов.
Недостатком данной установки является:
- необходимость строительства дополнительного стенда для проведения испытаний огнестойкости тюбингов, что приводит к дополнительным экономическим затратам;
- увеличение площади испытательной лаборатории, что не всегда возможно;
- не возможность испытания железобетонной обделки различной длины и ширины, которые могут образовывать тоннели различных диаметров.
Настоящее изобретение направлено на создание универсальной системы опирания и нагружения тюбингов тоннельной обделки, которая позволит проводить огневые испытания конструкции и по различным температурным режимам пожара с минимальными затратами времени и материалов.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в универсальной системе опирания и нагружения тюбингов тоннельной обделки для испытания на огнестойкость, состоящей из теплоизоляции испытуемого образца, испытуемого образца, вертикального и горизонтального гидравлических домкратов, несущей платформы и опор, служащих в качестве держателя образца, а также для нагружения конструкции в горизонтальном направлении; опорной рамы, которая жестко закреплена с фундаментом печи и служит для упора вертикального гидравлического домкрата; траверсы, служащей для нагружения образцов, при этом конструкция несущей платформы с горизонтальными опорами предусмотрена съемной, тем самым система нагружения может использоваться на горизонтальной огневой печи для испытания конструкций на огнестойкость и не требует создания дополнительного испытательного стенда, и выполнена разрезной с устройством для изменения длины между опорами для проведения испытаний тюбингов различной длины и ширины, которые могут образовывать тоннели различного диаметра; вертикальная опорная рама выполнена съемной (также с возможностью смещения опорной рамы или использования нескольких опорных рам) для возможности производить нагрузку образца в разных сечениях или одновременно в нескольких сечениях (в случае если использовать несколько опорных рам) в соответствии со схемой нагружения тюбинга; конструкция горизонтальных опор, расположенных на несущей платформе, выполнена с одной стороны неподвижной, с другой стороны - подвижной, что позволяет использовать один горизонтальный гидравлический домкрат и проводить испытания по схеме нагружения тюбинга, идентичной эксплуатационной, и уменьшить затраты на испытания.
Технический эффект заявляемой универсальной системы опирания и нагружения для испытания тюбингов тоннельной обделки обуславливается следующим:
- возможностью испытания не стандартных конструкций в виде тюбингов на огнестойкость и классификации их согласно Федерального закона от 22.07.2008 №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (в ред. №234-ФЗ от 13.07.2015);
- создать универсальную (съемную) систему в дополнение к комплексной установке по определению фактических пределов огнестойкости строительных конструкций, которая позволит испытывать тюбинги на огнестойкость при различных температурных режимах пожара и исключит необходимость создания дополнительного стенда, что снизит финансовые затраты;
- создать систему и осуществить процесс нагружения тюбинга в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной; и в различных сечениях, для воспроизведения расчетной схемы нагружения испытаний;
На фиг. 1 представлен общий вид универсальной системы опирания и нагружения тюбингов для испытания на огнестойкость. Данная система опирания и нагружения устанавливается на любую горизонтальную крупномасштабную установку по определению фактических пределов огнестойкости строительных конструкций.
Система опирания и нагружения состоит из двух продольных балок 3 жестко закрепленных с печью, расположенных на двух продольных сторонах печи, вертикальной опорной рамы 4, крепления рамы 5, вертикального гидравлического домкрата 6, двух частей несущей платформы (рамы) 7 и 8, соединительной балки 9, которая служит для соединения двух частей платформы (рамы) 7, 8 и более детально представлена на фиг. 2. На части платформы (рамы) 7 жестко закреплена неподвижная опора 10, на части платформы (рамы) 8 - подвижная опора 11 и неподвижная опора 12. Подвижная опора 11 служит для создания горизонтальной нагрузки, а неподвижная опора 12 предназначена для упора горизонтального гидравлического домкрата 13, который обеспечивает нагружение конструкции в горизонтальном направлении. Неподвижная опора 10 и подвижная опора 11 являются держателем испытуемого образца 14. Сверху испытуемого образца установлены поперечные балки 15, сверху на поперечные балки 15 установлена траверса 16, в которую упирается вертикальный гидравлический домкрат 6. Металлические части системы опирания и нагружения со стороны обогрева защищаются теплоизоляционными материалами 17.
На фиг. 2 представлен разрез соединения несущей платформы (рамы) 7 и 8. Две части несущей платформы (рамы) 7 и 8 состоят из двух швеллеров 18, которые сварены между собой металлическими пластинами 19. Соединительная балка 9, служащая для соединения двух частей платформы (рамы) 7, 8, выполнена из металла и соединяется с помощью шпильки 20 с болтовыми соединениями с обоих концов.
На фиг. 3 представлена защита открытых проемов между печью и образцом. Проемы между образцом и печью закладываются теплоизоляционными материалами (шамотный кирпич, минеральная вата) 21.
Данная система работает следующим образом. Две части несущей платформы (рамы) 7, 8 уставляются на огневую печь 1 в виде печной кладки 2, под определенный размер испытуемого образца, затем соединяются между собой соединительной балкой 9 с помощью шпильки 20. На неподвижную опору 10 и подвижную опору 11 устанавливается испытуемый образец 14. Между подвижной опорой 11 и неподвижной опорой 12 на приваренную полку к опоре 12 укладывается горизонтальный гидравлический домкрат 13. Сверху испытуемого образца 14 укладываются поперечные балки 15, на них устанавливается траверса 16. Далее на продольные балки 3 устанавливают вертикальную опорную раму 4 с вертикальным гидравлическим домкратом 6. Вертикальную опорную раму крепят с помощью креплений 5 к продольной балке 3, которая жестко соединена с печью 1. Для защиты металлических частей системы опирания и нагружения со стороны обогреваемой поверхности укладывают теплоизоляционными материалами 17, а проемы между образцом и печью, также закладывают теплоизоляционными материалами 21. Далее с помощью вертикального гидравлического домкрата 6, траверсы 16 и системы управления гидравлическими домкратами, создают вертикальную нагрузку. Одновременно с этим нагружают домкрат 13, создавая горизонтальную нагрузку. Далее с помощью системы создания и контроля температурного режима пожара, автономных форсунок и термопар создается необходимый температурный режим пожара и проводятся испытания тюбингов тоннельной обделки на огнестойкость.
Универсальная система опирания и нагружения тюбингов тоннельной обделки для испытания на огнестойкость, состоящая из вертикального и горизонтального гидравлических домкратов, несущей платформы и горизонтальных опор, служащих в качестве держателя образца, а также для нагружения конструкции в горизонтальном направлении, вертикальной опорной рамы, траверсы, служащей для нагружения образцов, в которую упирается вертикальный гидравлический домкрат, отличающаяся тем, что конструкция несущей платформы с горизонтальными опорами предусмотрена съемной и выполнена разрезной для проведения испытаний тюбингов различной длины и ширины, конструкция горизонтальных опор выполнена с одной стороны неподвижной, а с другой стороны подвижной, что позволяет использовать один горизонтальный гидравлический домкрат и проводить испытания по схеме нагружения тюбинга, идентичной эксплуатационной, а вертикальная опорная рама выполнена съемной для возможности производить нагрузку образца в разных сечениях.
