Использование расчетных методик при задании различных режимов пожара для оценки пределов огнестойкости, выбора средств и определения толщин ОЗ

Использование расчетных методик при задании различных режимов   пожара для оценки пределов огнестойкости, выбора средств и определения толщин огнезащиты конструкций из металлов и армированных материалов, включая полимерные композиты

А.Н. Гаращенко1, А.А. Кульков1, В.П. Рудзинский2

1 – АО «ЦНИИ специального машиностроения», г. Хотьково, Московская обл.,

2 – Национальный исследовательский Томский политехнический

университет, г. Томск

 

Авторами разработаны и апробированы методики и программные комплексы серии «Огнезащита», предназначенные для моделирования температурных полей и определения толщин огнезащиты конструкций и изделий из стали, железобетона, древесины и полимерных композитов. Методики учитывают основные физико-химические превращения, происходящие в огнезащитных материалах различной природы при нагреве, а также любые режимы огневого воздействия на них при пожаре. Это позволяет проводить обоснованный выбор материалов и определять оптимальные толщины огнезащиты.

В качестве примера в докладе приводятся результаты расчетов, проведенных для трех различных режимов пожара (рис. 1). Наряду со стандартным температурным режимом (кривая 1), показана кривая 2 «углеводородного пожара», а также кривая 3, для случая «факельного горения», когда факел пламени с температурой до 2000 °С (при горении водорода) воздействует определенный отрезок времени на конструкцию. Расчеты проводились для схемы «теплоизолированная стальная пластина приведенной толщины (δпр) со слоем огнезащитного покрытия (ОЗП) на обогреваемой поверхности», где δпр – отношение площади сечения стального профиля к его обогреваемому периметру. Рассматривались два варианта огнезащиты: 1 - вспучивающееся ОЗП, 2 - конструктивная огнезащита силикатными плитами Promatect-H и базальтоволокнистыми плитами. Результаты расчетов представлены на рис. 2–4.

        

 

 

 

Рисунок 1. Изменение от времени

температуры газовой среды

при стандартном (1),

углеводородном (2) пожаре

и в водородном факеле (3)

Рисунок 2. Изменение температуры газовой среды для стандартного пожара (1), поверхности вспученного слоя ОЗП и конструкции из стали с δпр= 4 мм с ОЗП толщиной 1 мм при кратности вспучивания: 45 (3); 22,5 (4); 15 (5)

Рисунок 3. Изменение температуры газовой среды для углеводородного пожара (1), поверхности ОЗП и конструкции из стали с δпр= 4 мм с ОЗП толщиной 1 (2), 2 (3), 3 мм (4) и кратностью вспучивания 45;     

- - -  – для  δпр= 10 мм и ОЗП – 1 мм

     

 

При моделировании задавалось 45-ти-кратное вспучивание ОЗП при нагреве, что характерно для широко применяемых на практике покрытий. Разработанная авторами методика позволяет учитывать динамику изменения толщины вспученного слоя ОЗП и, в частности, уменьшение толщины пенококса после достижения ею максимальной величины. Моделировались также последствия уменьшения кратности вспучивания при длительной эксплуатации конструкций с огнезащитой, поскольку указанные материалы имеют полимерную основу и ухудшение их характеристик со временем неизбежно.

Результаты расчетов при использовании вспучивающегося ОЗП (рис. 2, 3), свидетельствует о значительно большем уровне нагрева конструкций при углеводородном режиме пожара по сравнению со стандартным пожаром. Фактический предел огнестойкости конструкции (время достижения температуры 500 °С), снижается почти в 2 раза. Кривые на графиках демонстрируют также существенное увеличение уровня прогрева за счет снижения кратности вспучивания при старении ОЗП. Моделирование показало, что для углеводородного пожара применение вспучивающихся покрытий недопустимо из-за значительного уменьшения толщины пенококса (см. рис. 3). Не спасает увеличение толщины ОЗП до максимально возможной для покрытий величины 2 – 3 мм, а также увеличение приведенной толщины конструкций (см. рис. 3).

Для «жестких» условий пожара следует применять плиты, маты, штукатурки. Проведено моделирование (рис. 4) для комбинированной огнезащиты из плит Promatect-H с внутренним слоем из базальтоволокнистых плит, имеющих значительно меньший коэффициент теплопроводности и плотность. Варьируя соотношением толщин слоев, можно обеспечить заданные пределы огнестойкости конструкций и оптимизировать стоимость огнезащиты.

а)

б)

Рисунок 4. Изменение температуры: газовой среды (1) для углеводородного пожара (а)   и при воздействии факела (б) на границе слоев огнезащиты из Promatect-H и базальтоволокнистых плит толщиной по 15 мм (2); и конструкции с δпр= 4 мм (3)

Кроме того, проведено моделирование при задании максимальных и минимальных температур из допустимого диапазона для стандартного и углеводородного режимов, а также при задании температур газовой среды, фиксируемых при испытаниях конструкций с огнезащитой в огневых печах. Получена важная информация, предназначенная для анализа результатов огневых испытаний и проектирования рациональной огнезащиты конструкций и изделий.

Категория: Материалы IX конференции | Добавил: epyur (11.12.2020)
Просмотров: 40 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar