Напряженно-деформированное состояние двухслойных армоцементных оболочек в условиях пожара

Цель. Целью исследования является разработка методики расчета несущей способности двухслойных армоцементных оболочек на силовые и температурные воздействия в условиях пожара. Указанные конструкции состоят из огнезащитного слоя, выполненного из вермикулитобетона, а также несущего слоя из мелкозернистого бетона, армированного сеткой.

Метод. Решение выполняется в физически нелинейной постановке с использованием деформационной теории пластичности бетона Г.А. Гениева. При получении разрешающих уравнений применяется теория пологих оболочек В.З. Власова. Физически нелинейная задача сводится к последовательному решению упругих задач для конструкции, физико механические параметры которой являются функциями координат x, y, z. Решение выполняется методом конечных элементов в сочетании с методом Ньютона-Рафсона. Учитывается зависимость характеристик материалов конструкции от температуры. Температурное поле предполагается функцией только одной координаты z, и для его определения используется метод конечных разностей.

Результат. Представлены результаты численного моделирования натурных экспериментов в огневой камере для однослойных и двухслойных оболочек. Выявлены некоторые отклонения, обусловленные с одной стороны неточностями эксперимента и погрешностями теории с другой стороны.

Вывод. Обнаружено существенное влияние граничных условий на процесс деформирования конструкции. При закреплении опорного контура по x и y наблюдался выгиб оболочки, что согласовалось с экспериментальными данными, а в случае свободно скользящего опорного контура точки конструкции перемещались исключительно вниз. В целом, совпадение результатов с экспериментальными данными достаточно хорошее, что позволяет использовать методику для расчета реальных конструкций.

1. Белостоцкий А. М., Дубинский С. И., Щербина С. В. Числененое моделирование нестационарных полей температур в строительных конструкциях при пожарах //International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2012. №. 3. С.65-80.

2. Гапонова Л. В., Резник П. А. Исследование огнестойкости плиты архитектурно-строительной системы Монофант //Комунальне господарство міст. Серія: Технічні науки та архітектура. 2017. №. 135. С. 18-22.

3. Хабибулин Р. Ш. Устойчивость к воздействию тепловых потоков пожара горизонтальных резервуаров с нефтепродуктом : дис. канд. … тех. наук. М. : Академия Государственной противопожарной службы МЧС России, 2010. 162 с.

4. Хабибулин Р. Ш., Сучков В. П., Швырков С. А. Устойчивость наземных горизонтальных стальных резервуаров к воздействию тепловых потоков пожара разлива нефтепродуктов //Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2009. №. 4. С. 39-42.

5. Хабибулин Р. Ш. Валидность компьютерной модели теплового воздействия очага пожара на резервуар с горючей жидкостью //Технологии техносферной безопасности. 2008. №. 1. С. 6-16.

6. Рудзинский В. П., Гаращенко А. Н., Гаращенко Н. А. Теплотехнические расчеты двухмерных температурных полей в конструкциях из полимерных композитов со вспучивающимся огнезащитным покрытием //Пожаровзрывобезопасность. 2013. Т. 22. №. 8. C. 42-47.

7. Гаращенко А.Н., Суханов А.В., Гаращенко Н.А., Рудзинский В.П., Мараховский С.С. Огнезащита конструкций из полимерных композитов и оценка ее эффективности // Пожаровзрывобезопасность. 2009. №5. С. 15-24.

8. Гаращенко А. Н., Рудзинский В. П., Каледин В. О. Обеспечение требуемых показателей пожаробезопасности конструкций из полимерных композиционных материалов с помощью огнезащиты // Известия ЮФУ. Технические науки. 2013. №8 (145). С. 143-149.

9. Эль Мутассим Л. К расчету огнестойкости монолитных железобетонных конструкций зданий //Коммунальное хозяйство городов. 2000. №. 25. С. 98-102.

10. Зайцев А. М. Методика расчета прогрева огнезащищенных стальных конструкций в условиях воздействия экстремального температурного режима пожара //Пожаровзрывобезопасность. 2006. Т. 15. №. 6. C. 15-21.

11. Айдемиров К. Р. Задача нестационарной термопрочности оболочки //Современные строительные материалы, технологии и конструкции. Грозный, 2015. С. 436-443.

12. Мкртычев О. В., Сидоров Д. С. Расчет железобетонного здания на температурное воздействие //Вестник МГСУ. 2012. №. 5. С. 50-55.

13. Рухоллах Н. Огнестойкость монолитных каркасных зданий с учетом пространственной работы //Современные наукоемкие технологии. 2011. №. 1. С. 21-24.

14. Языев Б.М. и др. Построение модели равнопрочного толстостенного цилиндра при силовых и температурных воздействиях // Научное обозрение. 2014. №9, ч.3. С. 863–866.

15. Чепурненко А.С., Андреев В.И., Языев Б.М. Построение модели равнонапряженного цилиндра на основе теории прочности Мора // Вестник МГСУ. 2013. №5. С. 56–61.

16. Andreev V.I., Chepurnenko A.S., Yazyev B.M. Model of equal-stressed cylinder based on the mohr failure criterion // Advanced Materials Research. 2014. Т. 887-888. С. 869-872.

17. URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015/2816. Дудник А.Е., Чепурненко А.С., Никора Н.И. Плоская осесимметричная задача термовязкоупругости для полимерного цилиндра//Инженерный вестник Дона. 2015. №1-2.

18. Дудник А.Е., Никора Н.И., Чепурненко А.С. Обратная задача для осесимметрично нагруженного толстостенного цилиндра//Научное обозрение. 2015. № 11. С. 74-78.

19. Хежев Т.А. Технология изготовления и огнестойкость армоцементных конструкций со слоем вермикулитобетона // Бетон и железобетон. 2005. № 5. С 15 – 18.

20. Хежев Т. А., Культербаев Х. П. Теплотехнический расчет огнестойкости многослойных строительных конструкций//Вестник Кабардино-Балкарского гос. ун-та.(Сер.«Технические науки», вып. 4). Нальчик: КБГУ. 2000. С. 9-11.

21. Гениев Г.А., Киссюк В.Н., Тюпин Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона. М.Стройиздат, 1974.316 с.