Распределение температурных полей в балке Deltabeam® при воздействии режима стандартного пожара | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 18 июля, печатный экземпляр отправим 22 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №20 (310) май 2020 г.

Дата публикации: 16.05.2020

Статья просмотрена: 18 раз

Библиографическое описание:

Ластовецкая, И. Ю. Распределение температурных полей в балке Deltabeam® при воздействии режима стандартного пожара / И. Ю. Ластовецкая. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 20 (310). — С. 117-121. — URL: https://moluch.ru/archive/310/70113/ (дата обращения: 10.07.2020).



В статье автор приводит распределение температурных полей в балке Deltabeam® 20–200, вычисленных с помощью программы конечно-элементного анализа, при воздействии режима стандартного пожара.

Ключевые слова: системы тонких перекрытий, Deltabeam®, теплофизические свойства материалов, огнестойкость, температурные поля, режим стандартного пожара.

В настоящее время набирают популярность различные системы тонких перекрытий. Многие компании на рынке предлагают свои собственные системы, одной из которых является система тонких перекрытий Deltabeam® от компании Peikko®.

Поведение таких систем в условиях пожара в целом является удовлетворительным, так как бетон внутри и снаружи балки выступает в роли теплоизоляции, несмотря на то, что нижняя пластина балки не защищена. По утверждению [5], [6], [7] такие системы подвергаются большим температурным перепадам из-за своих конструктивных особенностей. Компания-производитель утверждает, что система Deltabeam® после проведенных испытаний подтвердила огнестойкость в пределах от R120 до R180.

Уравнения, предложенные в [8], показывают, что огнестойкость балок с «коротким» поперечным сечением ниже, чем у балок с «высоким» поперечным сечением. Исходя из этого, в настоящей работе было проанализировано распределение температурных полей для балки Deltabeam® с поперечным сечением D20–200, которое согласно [9] является наименьшим из производимых компанией Peikko® (рис. 1).

Рис. 1. Геометрические размеры балки Deltabeam®

Исследованные в данной работе сечения представлены в таблице 1. Обозначения параметров в таблице 1 соответствуют геометрическим размерам, приведенным на рис. 1. Для размеров, неопределенных сортаментом балок, были приняты приближенные значения, исходя из геометрии сечения.

Таблица 1

Геометрические размеры поперечных сечений балки (D20–200)

сечения

b, мм

B, мм

b1, мм

b2, мм

d2, мм

h, мм

Ø, мм

Толщина верхней пластины, мм

Толщина стенки, мм

1

200

395

97,5

100

5

200

80

5

5

2

200

395

97,5

100

5

200

80

5

10

3

200

395

97,5

100

25

200

80

5

5

4

200

395

97,5

100

25

200

80

5

10

Для решения первой части задачи по определению огнестойкости конструкции, в теплотехнической части расчета определялись температурные поля в сечении балки при действии на него температурного режима пожара по ГОСТ 30247.0–94 (ISO 834–75) [1].

Важным фактором, определяющим распределение температур в сечении элемента, являются теплофизические свойства материалов. К этим свойствам относятся теплоемкость и теплопроводность.

В данной работе теплофизические свойства бетона определялись согласно [3], для стали и арматуры согласно [4]. Теплофизические свойства материалов, изменяющиеся с повышением температуры, для бетона и стали приведены на графиках (рис. 2, 3, 4, 5).

Исходя из рекомендаций [3], [4] плотность бетона принята 2300 кг/м3, плотность стали принята 7850 кг/м3.

Рис. 2. Изменение коэффициента удельной теплоемкости бетона в зависимости температуры

Рис. 3. Изменение коэффициента теплопроводности бетона в зависимости от температуры

Рис. 4. Изменение коэффициента удельной теплоемкости стали в зависимости температуры

Рис. 5. Изменение коэффициента теплопроводности стали в зависимости температуры

Воздействие пожара на сечение балки Deltabeam® было смоделировано с учетом излучательного действия и конвективного теплообмена. К нижней пластине балки и нижней поверхности бетонной плиты приложены условия излучения с изменением температуры во времени по кривой стандартного пожара.

Согласно [5] коэффициент излучательной способности для стали принят 0,5, для бетона 0,25. Согласно [2] и [5] коэффициент конфекции для верхней грани сечения, неподвергающейся воздействию огня, принят 9 Вт/м2·ºС, для нижней грани — 25 Вт/м2·ºС.

Начальная температура материалов и окружающей среды принята 20ºС.

Поперечное сечение балки D20–200 с граничными условиями представлено на рис. 6. Рассматриваемый в дальнейшем узел 1 расположен на нижней пластине балки, узел 2 — в середине стенки балки, узел 3 расположен на верхней пластине.

Рис. 6. Конечно-элементная модель для теплотехнической части анализа балки Deltabeam® c граничными условиями.

В отличие от нижней грани сечения, к верхней грани и боковым частям было приложено условие идеально изолированного тела, то есть тепловой поток от излучения не учитывался. К тому же термический контакт между бетоном и сталью считался идеальным.

Распределение температурных полей в сечениях 1–4 было рассмотрено для случаев 45, 60, 120 и 180 минут воздействия пожара.

На рисунках (рис.7–10) представлено распределение температурных полей в балке Deltabeam® для сечения 1.

Рис. 7. Распределение температурных полей в балке Deltabeam® с сечением 1 при 45 мин. воздействия пожара

Рис. 8. Распределение температурных полей в балке Deltabeam® с сечением 1 при 60 мин. воздействия пожара

Рис. 9. Распределение температурных полей в балке Deltabeam® с сечением 1 при 120 мин. воздействия пожара

Рис. 10. Распределение температурных полей в балке Deltabeam® с сечением 1 при 180 мин. воздействия пожара

После проведенного исследования сечения балки D20–200 с изменяющимися толщинами составляющих его пластин, можно сделать несколько выводов.

  1. Балка Deltabeam® испытывает значительные перепады температуры по высоте сечения из-за ее конструктивных особенностей.
  2. Бетон вокруг тела балки является ее теплоизоляцией и ограничивает повышение температуры в верхней пластине балки.
  3. Увеличение толщины стенки балки не ведет к повышению ее огнестойкости, а наоборот снижает его.
  4. Утолщение нижней пластины балки в незначительной степени увеличивает ее огнестойкость и лишь на начальных этапах развития пожара.

По результатам проведенных расчетов построен график зависимости температуры в сечении балки от времени огневого воздействия (рис. 11).

Рис. 11. График зависимости температуры в сечении балки Deltabeam® 20–200 от времени огневого воздействия

Литература:

  1. ГОСТ 30247.0–94 (ИСО 834–75). Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Общие требования. — Москва: Изд-во стандартов, 2003. — 11 с.
  2. Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1–2. Общие воздействия. Воздействия для определения огнестойкости. ТКП EN 1991–1–2–2009, (02250). — Минск: Минстройархитектуры, 2010. — 50 с.
  3. Еврокод 2. Проектирование железобетонных конструкций. Часть 1–2. Общие правила определения огнестойкости. ТКП EN 1992–1–2–2009, (02250). — Минск: Минстройархитектуры, 2010. — 87 с.
  4. Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 1–2. Общие правила определения огнестойкости. ТКП EN 1993–1–2–2009, (02250). — Минск: Минстройархитектуры, 2010. — 80 с.
  5. Maraveas C., Swailes T., Wang Y. C. A detailed methodology for the finite element analysis of asymmetric slim floor beams in fire. Steel Construction, 2012, vol. 5, no. 3, pp. 191–198.
  6. Maraveas C. Fire resistance of delta composite beams: A numerical investigation. Journal of Structural Fire Engineering, 2014, vol. 4, no. 2, pp. 121–147.
  7. Maraveas, C. Numerical Analysis of DELTA composite beams in fire, Seventh European Conference on Steel and Composite Structures — EUROSTEEL, Naples, Italy, September, 2014.
  8. Zaharia, R. and Franssen, J. M. Simple equations for the calculation of temperature within the cross-section of slim floor beams under ISO fire, Steel Composite Structures, 2012, vol. 13, no. 2, pp. 171–185.
  9. Deltabeam Technical Manual, http://www.peikko.com, 08/2014.
Основные термины (генерируются автоматически): воздействие пожара, сечение балки, нижняя пластина балки, стандартный пожар, теплофизическое свойство материалов, зависимость температуры, балок, поле, распределение, сечение.


Ключевые слова

огнестойкость, температурные поля, системы тонких перекрытий, Deltabeam®, теплофизические свойства материалов, режим стандартного пожара

Похожие статьи

Способы защиты строительных конструкций от огневого...

Воздействие высоких температур во время пожара и прилагаемые на конструкции нагрузки интенсивно развивают температурные деформации и

За предел огнестойкости строительных конструкций принимается время (в минутах) от начала стандартного огневого воздействия до...

Совместная работа железобетонных плит перекрытий и стальных...

а) Композитные конструкции из железобетонных плит и стальных балок, объединенных для совместной работы конструкции при помощи

Данные конструкции состояли из бетонных сводов, опёртых на металлические балки. Сечение балок — I № 25 немецкого сортамента [4]...

Актуальность вопроса огнестойкости конструкций

– дан анализ распределения температур по высоте сечения балок, плит и

пожар — одно из самых серьезных событий, жертвами которого может стать любое здание на

Ройтман В. М. Исследование влияния температуры на теплофизические характеристики строительных...

Определение предела огнестойкости по потере несущей...

Целью теплотехнической задачи является определение распределения температур по сечению конструкции при пожаре, целью прочностной части задачи — оценка несущей способности конструкции с учетом изменения физико-механических свойств материалов в...

Обследование несущих конструкций зданий после воздействия...

В данной статье поднимается вопрос методики обследования зданий и конструкций после воздействия высоких температур. Особенности экспертизы, ее цели и задачи. После пожара необходимо оценить состояние конструкций...

Совершенствование методики расчёта пологих железобетонных...

Данная статья посвящена особенностям расчёта пологих железобетонных сводов, опирающихся на металлические балки. В ней приведены основные причины ошибок при проектировании подобных конструкций, ведущие, в дальнейшем, к их неоправданному усилению. Кроме того...

Анализ состояния проблем огнестойкости железобетонных...

Критической температурой прогрева материала конструкции при пожаре называется такая температура его нагрева, при которой материал утрачивает способность сопротивляться воздействию пожара. Понятие критической температуры прогрева материалов конструкций...

Композитные балки Deltabeam® | Статья в журнале...

Композитные сварные балки трапециевидного поперечного сечения со специальными перфорированными стенками были разработаны для совместного использования с предварительно напряженными пустотными плитами перекрытия в системах тонких полов [2].

Расчет однопролетной балки | Статья в журнале «Молодой ученый»

Рис. 1. Однопролетная балка. Исходные данные. длина балки.

Устанавливаем соответствие между параметрами конечного элемента стандартного вида и параметрами всей расчетной модели.

Эпюра изгибающих моментов жестко заделанной балки.

Похожие статьи

Способы защиты строительных конструкций от огневого...

Воздействие высоких температур во время пожара и прилагаемые на конструкции нагрузки интенсивно развивают температурные деформации и

За предел огнестойкости строительных конструкций принимается время (в минутах) от начала стандартного огневого воздействия до...

Совместная работа железобетонных плит перекрытий и стальных...

а) Композитные конструкции из железобетонных плит и стальных балок, объединенных для совместной работы конструкции при помощи

Данные конструкции состояли из бетонных сводов, опёртых на металлические балки. Сечение балок — I № 25 немецкого сортамента [4]...

Актуальность вопроса огнестойкости конструкций

– дан анализ распределения температур по высоте сечения балок, плит и

пожар — одно из самых серьезных событий, жертвами которого может стать любое здание на

Ройтман В. М. Исследование влияния температуры на теплофизические характеристики строительных...

Определение предела огнестойкости по потере несущей...

Целью теплотехнической задачи является определение распределения температур по сечению конструкции при пожаре, целью прочностной части задачи — оценка несущей способности конструкции с учетом изменения физико-механических свойств материалов в...

Обследование несущих конструкций зданий после воздействия...

В данной статье поднимается вопрос методики обследования зданий и конструкций после воздействия высоких температур. Особенности экспертизы, ее цели и задачи. После пожара необходимо оценить состояние конструкций...

Совершенствование методики расчёта пологих железобетонных...

Данная статья посвящена особенностям расчёта пологих железобетонных сводов, опирающихся на металлические балки. В ней приведены основные причины ошибок при проектировании подобных конструкций, ведущие, в дальнейшем, к их неоправданному усилению. Кроме того...

Анализ состояния проблем огнестойкости железобетонных...

Критической температурой прогрева материала конструкции при пожаре называется такая температура его нагрева, при которой материал утрачивает способность сопротивляться воздействию пожара. Понятие критической температуры прогрева материалов конструкций...

Композитные балки Deltabeam® | Статья в журнале...

Композитные сварные балки трапециевидного поперечного сечения со специальными перфорированными стенками были разработаны для совместного использования с предварительно напряженными пустотными плитами перекрытия в системах тонких полов [2].

Расчет однопролетной балки | Статья в журнале «Молодой ученый»

Рис. 1. Однопролетная балка. Исходные данные. длина балки.

Устанавливаем соответствие между параметрами конечного элемента стандартного вида и параметрами всей расчетной модели.

Эпюра изгибающих моментов жестко заделанной балки.

Задать вопрос