Оценка точности методик расчета

Оценка точности методик расчета прогрева огнезащищенных стальных конструкций производилась путем сравнения с результатами численных расчетов и результатами стандартных огневых испытаний.

На рис.5, представлены расчетные и опытные кривые прогрева стальных колонн с различными огнезащитными покрытиями.

Кривые прогрева стальных колонн коробчатого сечения (200x200x16 мм), с огнезащитой

Рис. 4. Кривые прогрева стальных колонн коробчатого сечения (200x200x16 мм), с огнезащитой: а) напыляемым покрытием ОПФ-ММ толщиной 47 мм: I, II

- номера образцов колонн (второй образец перед испытанием имел повреждения); б) напыляемым покрытием “Фоум-Коут” при толщине покрытия: 1-68 мм; II - 74 мм; в) напыляемым покрытием «Спрейкрафт» (СЩА) с толщиной слоя покрытия: 1-52 мм и II - 54 мм, полученными во ВНИИПО [5]: - опытные кривые; 0000000 - расчетные кривые.

Максимальное расхождение результатов расчета (время достижения металлическим слоем критической температуры) по предлагаемой методике, с численными расчетами и результатами стандартных испытаний, находится в пределах 20 мин с начала огневого воздействия и не превышает 10%. Таким образом, расчет прогрева теплоизолированных стальных конструкций в условиях огневого воздействия по предлагаемой методике сводится к простым арифметическим действиям, при этом получаемые результаты характеризуются достаточной для практических расчетов точностью.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

Для иллюстрации предложенной методики расчета возьмем два варианта прогрева конструкций: 1) для температурного режима стандартного пожара, и 2) для случая, когда огнезащищенные конструкции подвергаются экстремальному воздействию пламени углеводородного топлива с температурой горения равной 1100 °C, т. е. когда температура поверхности равняется температуре горения топлива.

Пример № 1. Рассчитать прогрев и определить предел огнестойкости теплоизолированной однопролетной свободно опертой стальной двутавровой балки №20 (ГОСТ 8239-56), находящееся под действием нормативной равномерно распределенной нагрузки (с учетом собственного веса) qH = 5886 Н/пм. Пролет балки 6 м, марка стали - Ст.З. Критическая температура 477°С. Балка теплоизолированная по профилю цементно-песчаной штукатуркой толщиной 5о = 0,02 м, рс= 1930 кг/мЗ; w = 2%.

Решение

Предел огнестойкости балки находим по времени прогрева нижней полки

(наиболее напряженной части сечения) до критической температуры 477 °C. Определяем приведенную толщину нижней полки. С этой целью воспользуемся формулой (26)

  • 0,0084
  • 2

= 0,0042 м,

где 1 = 0,0084 м, толщина полки балки.

Берем время т = 30 мин. По рис.2 определяем t1I0B = 680 °C

Лср = 0,837 - 0,00044 • 450 = 0,639, Вт/м-°С,

Сср = 0,77 + 0,00063 • 450 = 1,054, кДж/кг °С,

=----3,6-0,639----= 0 0010$ м2

пр (1,054+0,05-2)1930

См,ср = 0,44 + 0,00048 • 250 = 0,56, кДж/кг-°С

По формуле (18) рассчитываем значение Fo при т = 0,5 ч

  • =
  • 0,00103 0,022
  • ?0,5 = 1,29

По формуле (19 ) рассчитываем параметр N

(1,054+0,05 2) 1930-0,02 0,56-7800-0,0042

Для варианта 1), по рис.1 определяем значение 02 = 0,3. По формуле (17) рассчитываем значение

tM = 680 - 0,3 • (680 - 20) = 482 °C

Применяя метод интерполяции, получим, что предел огнестойкости равен 29,1 мин.

Для варианта 2), применяя аналогичные вычисления, получим, что предел огнестойкости будет равен

По рис.1 определяем значение 0 = 0,67. По формуле (11) рассчитываем значение

tM = 20 + 0,67-1080 =744 °C

Получили, что за 30 мин нижняя полка прогрелась до температуры выше критической. Поэтому примем время прогрева равным 13 мин. Произведя аналогичные вычисления получим, что время прогрева нижней полки до критической температуры, составляет 13,5 мин. (с учетом интерполяции). Сравнение с аналогичным расчетом для температурного режима стандартного пожара, представленном в /4/, показывает, что расхождение по времени наступления предела огнестойкости превышает больше чем в два раза).

Полученное значение температуры стального стержня значительно выше критической. Поэтому примем время огневого воздействия равным 2 ч. Произведя аналогичные расчеты, получим, что время прогрева стальной колонны до критической температуры, составляет 2,015 ч. (Расхождение по времени наступления предела огнестойкости, по сравнению с температурным режимом стандартного пожара, составляет около 20%).

Полученное значение превышает критическое значение температуры. Поэтому примем время огневого воздействия равным 51 мин. Произведя аналогичные вычисления, получим, что время прогрева стальной колонны до критической температуры, составляет 51,5 мин. (Расхождение по времени наступления предела огнестойкости составляет более 57%).

Пример №2. Рассчитать прогрев и определить предел огнестойкости теплоизолированной стальной колонны длинной 3,8 м с шарнирным опиранием по концам. Колонна имеет замкнутое коробчатое сечение из двух равнобоких уголков №18 с толщиной полки =0,011 м и длинной полки а = 0,18 м. Сталь марки Ст.5. Теплоизоляция из силикатного кирпича толщиной So = 0,065 м, рс= 1730 кг/мЗ, w = 2%. Критическая температура стального стержня равна 500 °C.

Произведя вычисления, подобные примеру №1, получим, что для первого варианта предел огнестойкости будет равен 2 ч. 28 мин. Для второго варианта получим 2,015 ч. (Расхождение по времени наступления предела огнестойкости составляет около 20%).

Пример № 3. Рассчитать прогрев и определить предел огнестойкости колонны из примера № 2 с теплоизоляцией из минераловатных плит на синтетическом связующем толщиной 5о = 0,05 м, рс = 125 кг/мЗ, w = 2%. Критическая температура стального стержня равна 500 °C.

Произведя вычисления, аналогичные в примере №2, получим, что для 1 -го варианта предел огнестойкости будет равен 82 мин. Для второго варианта предел огнестойкости будет равен 51.5 мин. (Расхождение по времени наступления предела огнестойкости составляет более 57%).

На основе приведенных примеров, можно сделать вывод, что предел огнестойкости огнезащищенных стальных конструкций при экстремальных пожарах значительно снижается по сравнению с температурным режимом стандартного пожара (от 20 до более 200% ). Поэтому при проектировании зданий и сооружений, где используются ЛВЖ и горючие газы, фактический предел огнестойкости строительных конструкций необходимо рассчитывать с учетом возможных взрывов и последующих экстремальных температурных режимах пожаров.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >