Розрахунково-експериментальний метод оцінювання вогнестійкості вогнезахищених сталевих конструкцій

Ковальов Андрій Іванович

Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля НУЦЗ України

https://orcid.org/0000-0002-6525-7558

Отрош Юрій Анатолійович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0003-0698-2888

Томенко Віталій Іванович

Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля НУЦЗ України

https://orcid.org/0000-0001-7139-9141

Пирогов Олександр Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0002-9858-0801

Морковська Наталія Георгіївнна

Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова

https://orcid.org/0000-0001-5265-2025

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2021-34-6

Ключові слова: вогнестійкість, метод оцінювання вогнестійкості, вогнезахист, будівельні конструкції, вогнезахисна здатність, температурні режими пожежі

Анотація

Розроблено фізичну та математичну моделі оцінювання вогнестійкості вогнезахище-них сталевих конструкцій. При цьому застосовано алгоритм, що включає експериментальні та розрахункові процедури при визначенні вогнестійкості вогнезахищених сталевих конструкцій. Сформульовані початкові та граничні умови при побудові зазначених моделей, які дозволяють з достатньою для інженерних розрахунків точністю прогнозувати вогнестійкість вогнезахищеної сталевої конструкції. Особливістю розроблених моделей є врахування теплофізичних характеристик сталевих конструкцій та вогнезахисних покриттів, особливостей формування режимів пожежі. На основі запропонованих фізичної та математичної моделей розроблено розрахунково-експериментальний метод оцінювання вогнестійкості вогнезахищених сталевих конструкцій. Проведено перевірку адекватності розробленого методу при оцінюванні вогнестійкості вогнезахищеної сталевої колони. Побудовано комп’ютерну модель вогнезахищеної сталевої колони для моделювання нестаціонарного прогріву такої системи в програмному комплексі FRIEND. Наведено результати визначення збіжності експериментальних даних щодо тривалості вогневого впливу за стандартним температурним режимом до досягнення критичної температури сталі з результатами чисельного моделювання в програмному комплексі FRIEND. На основі порівняння результатів експерименту та чисельного моделювання зроблено висновок про адекватність розробленої моделі реальним процесам, що відбуваються при нагріванні вогнезахищених сталевих колон без прикладення навантаження в умовах вогневого впливу за стандартного температурного режиму пожежі.

Посилання

1. Novak, S., Drizhd, V., Dobrostan, O., Maladyka, L. (2019). Influence of testing samples’ parameters on the results of evaluating the fireprotective capability of mate-rials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(10), 35–42. doi: 10.15587/1729-4061.2019.164743
2. De Silva, D., Bilotta, A., Nigro, E. (2019). Experimental investigation on steel elements protected with intumescent coating. Construction and Building Materi-als, 205, 232–244. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.01.223
3. Nadjai, A., Petrou, K., Han, S., Ali, F. (2016). Performance of unprotected and protected cellular beams in fire conditions. Construction and Building Materials, 105, 579–588. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2015.12.150
4. Garlińska, U., Michalak, P., Popielarczyk, T. (2015). Szacowanie możliwości utraty nośności konstrukcji budowlanej w warunkach pożaru. BITP, 39, Is. 3, 59–66.
5. Džolev, I., Cvetkovska, M., Radonjanin, V., Lađinović, Đ., Laban, M. Model-ling approach of structural fire performance. In book of proceedings (Vol. 17).
6. Cirpici, B. K., Wang, Y. C., Rogers, B. (2016). Assessment of the thermal conductivity of intumescent coatings in fire. Fire Safety Journal, 81, 74–84. doi: 10.1016/j.firesaf.2016.01.011
7. Gillet, M., Perez, L., Autrique, L. (2019). A model based predictive tool for fire safety intumescent coatings design. Fire Safety Journal, 110. doi: 10.1016/j.firesaf.2019.102908
8. Morys, M., Häßler, D., Krüger, S., Schartel, B., Hothan, S. (2020). Beyond the standard time-temperature curve: Assessment of intumescent coatings under standard and deviant temperature curves. Fire Safety Journal, 112. doi: 10.1016/j.firesaf.2020.102951
9. Li, G. Q., Han, J., Lou, G. B., Wang, Y. C. (2016). Predicting intumescent coat-ing protected steel temperature in fire using constant thermal conductivity. Thin-Walled Structures, 98, 177–184. doi: 10.1016/j.tws.2015.03.008
10. Novak, S. V., Krukovskyi, P. H., Perepylytsia, M. S. (2016). Vyznachennia rozpodilu temperatury u stalevykh konstruktsiiakh v umovakh vohnevoho vplyvu rozrakhunkovymy metodamy. Naukovyi visnyk: tsyvilnyi zakhyst ta pozhezhna bezpeka, 1, 9–15.
11. Kovalov, A., Slovinskyi, V., Udianskyi, M., Ponomarenko, I., Anszczak, M. (2020). Research of fireproof capability of coating for metal constructions using cal-culation-experimental method. In Materials Science Forum. 1006 MSF, 3–10. Trans Tech Publications Ltd. doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1006.3
12. Kovalov, A. I., Otrosh, Y. A., Vedula, S., Danilin, O. M., Kovalevska, T. M. (2019). Parameters of fire-retardant coatings of steel constructions under the influ-ence of climatic factors. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2019, 3, 46–53. doi: 10.29202/nvngu/2019-3/9
13. Kovalov, A., Otrosh, Y., Chernenko, O., Zhuravskij, M., Anszczak, M. (2021). Modeling of non-stationary heating of steel plates with fire-protective coat-ings in ansys under the conditions of hydrocarbon fire temperature mode. In Materials Science Forum. 1038 MSF, 514–523. Trans Tech Publications Ltd.
14. Kovalov, A. I., Otrosh, Yu. A., Tomenko, V. I., Danilin, O. M., Bezuhla, Yu. S. Karpets K. M. (2020). Otsiniuvannia vohnezakhysnoi zdatnosti reaktyvnykh pokryttiv stalevykh konstruktsii. Problemy nadzvychainykh sytuatsii, 2 (32), 44–55.
15. Kolšek, J., Češarek, P. (2015). Performance-based fire modelling of intumes-cent painted steel structures and comparison to EC3. Journal of Constructional Steel Research, 104, 91–103. doi: 10.1016/j.jcsr.2014.10.008
16. Li, G. Q., Han, J., Wang, Y. C. (2017). Constant effective thermal conductivi-ty of intumescent coatings: Analysis of experimental results. Journal of Fire Scienc-es, 35(2), 132–155.
17. ENV 1993-1-2:2005. Eurocode 3, Design of steel structures, Part 1.2, general rules – Structural fire design.