2765

Вывод

Представленный в настоящей работе анализ оценки риска отказа защитных устройств позволяет сделать заключение о соответствии требованиям надёжности как пламеотсечных, так и пламегасящих устройств, при условии их качественного изготовления.

Библиографический список

1.В.В.Колотушкин, Ю.В.Сычева. Постановка эксперимента для исследования параметров пламеотсечных защитных устройств // Инженерные системы и сооружения: 2014. - №3. с. 33-37

2.Анализ с использованием «дерева отказов». Стандарт МЭК11025.1990. Северодвинск,1996,14с.

3.Хэнли Э.Дж., Кумамото Х. Надежность технических систем и оценка риска: Перевод с английского В.С. Сыромятникова, Г.С.Деминой /под общей редакцией В.С.Сыромятникова. М.: Машиностроение. 1984.528с.

4.Сазонова С.А. Надежность технических систем и техногенный риск/ С.А.Сазонова, С.А.Колодяжный, Е.А.Сушко. – Воронеж, 2013, -148с.

References

1.V. Kolotushkin, V. Sychev. Experiment for the characterization of planetsuzy protective devices / Scientific journal. Engineering systems and structures 2014. - No. 3. S. 33-37

2.An analysis using the "fault tree". Standard МЭК11025.1990. Severodvinsk,1996,14 p.

3.Hanley, E. J., Kumamoto H. Reliability of technical systems and risk assessment: Translation from English V. S. Syromyatnikov, G. S. Demina /under the General editorship of V. S. Syromyatnikov. M.: Mechanical Engineering. 1984.528 S.

4.Sazonova A. S. the Reliability of technical systems and technogenic risk/ S. A. Sazonov, S. A. Kolodyazhny, E. A. Sushko. – Voronezh, 2013, -148с.

51

Научный журнал

УДК 693.564.3:620.171.32

С.Д. НИКОЛЕНКО, А.С. МОЛОДАЯ

ПЛАНИРОВАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОВЕДЕНИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО И ДИСПЕРСНОАРМИРОВАННОГО БЕТОНА ПРИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Рассматриваются причины повреждения людей на путях эвакуации. Производится планирование эксперимента по поведению различных бетонов в зависимости от оказываемого на них температурного воздействия. Рассмотрены и проработаны стадии выполнения экспериментальных исследований. Проведено математическое планирование эксперимента. Подобран состав смеси для изготавливаемых образцов.

S.D. NIKOLENKO, A.S. MOLODAYA

PLANNING STUDIES OF CONDUCT FINE-DISPERSNOARMIROVANNOGO CONCRETE UNDER TEMPERATURE EFFECTS

The causes of damage to people on escape routes. Produced Planning behavior experiment various concretes depending on the exerted on these temperature effects. Considered and worked out stage of the pilot studies. The mathematical experiment planning. Selected composition for the manufactured samples of the mixture.

Ключевые слова: планирование эксперимента, математическое планирование, состав строительных конструкций, определение грануляционного состава песка, подбор состава бетонной смеси, тепловое воздействие, температурное воздействие, разрушение бетонов.

Key words: design of experiments, mathematical planning, composition of building structures, determination of granulation of the composition of the sand, the selection of the composition of concrete mixtures, thermal effects, temperature effects, destruction of concrete.

Введение С каждым годом, большое количество людей страдает в результате пожаров в раз-

личных зданиях. Связано это с тем, что значительная часть из них получают травмы и увечья на путях эвакуации. Причиной этого может служить деструкционное поведение материала несущих и ограждающих железобетонных конструкций.

Впроцессе теплопередачи при пожаре в помещениях здания, нагреваются стены и перегородки, выходящие одной стороной в коридоры, являющиеся основными путями эвакуа-

ции людей из здания. При температурном воздействии на строительные конструкции бетоны в них нагреваются и трескаются. При достижении температур порядка 550-6000С, они лопаются и разлетаются, повреждая тем самым эвакуирующихся.

Поведение бетона при нагреве определяется изменением его характеристик. К наиболее общим признакам, по которым можно судить о температуре, действовавшей на бетон, относятся изменение цвета и закопчение; отслаивание и отколы; взрывообразные и местные разрушения; изменение прочностных и деформативных характеристик; физико-химических свойств; оплавление и следы огневой эрозии бетона.

Вусловиях пожара бетон взрывообразно разрушается. Время разрушения зависит от класса пожарной опасности строительных конструкций, и определяется оно как время после начала интенсивного огневого воздействия на железобетонные конструкции [1].

52

Взрывообразное разрушение бетона возникает, как правило, при быстром нагреве поверхности элемента (непосредственное воздействие пламени, жесткий температурный режим, высокая плотность теплового потока).

Таким образом существует проблема уменьшения последствий взрывообразного разрушения бетона на эвакуируемых при пожаре людей. Одним из способов решения проблемы может быть применение дисперсного армирования бетонов.

Исходя из вышеизложенного, поставлена цель исследования: определить возможность и целесообразность применения дисперсного армирования бетонов. На первом этапе было проведено обоснование плана экспериментальных исследований.

Последовательность проведения экспериментальных исследований

Экспериментальные исследования планируется провести в следующем объеме и последовательности:

математическое планирование эксперимента; расчет необходимого для опыта числа и размеров образцов; определение гранулометрического состава песка;

подбор состава смеси, необходимой для изготовления образцов; подготовка форм для изготовления образцов; приготовление бетонной смеси;

армирование образцов (в соответствие с матрицей планирования); изготовление опытных образцов;

испытание опытных образцов (температурное воздействие, определение прочности и целостности);

обработка результатов испытаний.

Математическое планирование эксперимента

Одна из основных задач планирования эксперимента – определение числа опытов, необходимых для установления зависимости между исследуемыми переменными величинами. Переменные параметры, изменяемые в процессе испытаний, называют факторами, а параметры, которые изучаются или оптимизируются, – выходами или откликами системы.

Простейший метод планирования эксперимента – это проведение испытаний при различных сочетаниях факторов (способ перебора), однако, уже при двукратном эксперименте для получения полной картины необходимо проведение большого числа испытаний.

Другой способ: изменяется только один фактор (остальные постоянны), находят частный экстремум по данному фактору, затем повторяют процедуру с другими факторами. Такая схема значительно сокращает количество опытов, но не всегда оптимальна.

Поэтому применяют методы математического планирования эксперимента, где предполагается, что существует некоторая аналитическая связь между факторами и откликом процесса, и требуется выбрать минимальное число условий проведения опытов, позволяющих найти область оптимальных значений параметров. Или другими словами, найти приближенную зависимость выходного параметра от факторов.

Математическая задача планирования эксперимента состоит в том, чтобы найти

где ƞ – выход процесса, т.е. параметр оптимизации;

Хi – факторы, которые варьируются при проведении эксперимента.

Таким образом, математическое планирование связано с изучением формы поверхности отклика; следовательно, оптимальному значению выхода соответствуют максимальные или минимальные точки этой поверхности.

53

Научный журнал

Для большинства реальных процессов вид поверхности отклика заранее неизвестен,

Точность подобной аппроксимации определяется порядком степенного ряда и диапазоном изменения переменных. Поверхность отклика изучается обычно в сравнительно узком интервале варьирования факторов, поэтому без большой погрешности можно отбросить члены высших порядков.

Задача оптимизации решается в два этапа:

1)сначала осуществляется поиск области оптимума – для чего применяется линейная модель поверхности отклика;

2)затем для описания почти стационарной (оптимальной) области используется степенной ряд, содержащий члены второго порядка, а иногда и третьего порядка.

Коэффициенты степенного ряда β (коэффициенты регрессии) можно оценить с помощью выборочных коэффициентов регрессии, в которых определяется по результатам конечного числа опытов. Тогда уравнение регрессии, получаемое на основании результатов экспериментов имеет вид:

где y - выборочная оценка функции отклика bij, bi - коэффициенты регрессии [2].

Полный факторный эксперимент

Так как при большом количестве факторов число опытов значительно, большинство исследований проводится с 2,3 факторными экспериментами, без степенных знач е- ний факторов.

Рассмотрим двухфакторный эксперимент, для которого уравнение регрессии неполной квадратичной модели имеет вид

где x1, x2– значения факторов;

b0 – свободный член, равный отклику системы на начальной стадии эксперимента при

x1=0, x2= 0;

b1, b2 – коэффициенты регрессии, показывающие степень влияния соответствующих факторов на выход процесса;

b12 – коэффициент, указывающий на наличие эффекта взаимодействия двух факторов (парного взаимодействия).

Мы будем изготавливать образцы изделий мелкозернистого бетона с заполнителем и без. Данный эксперимент является перспективным, т.к. в его ходе планируется получить новые качественные и количественные данные о тепловом воздействии на несущие конструкции с использованием бетонного заполнения и дисперсно-армированного бетона.

Для унификации программы проведения эксперимента была введена специальная скользящая система координат, начало которой совпадает с нулевым уровнем факторов. Мы выбрали масштабы переменных таким образом, чтобы интервалы варьирования факторов были равны единице. Тогда исходному уровню фактора будет соответствовать 0, а верхний и нижний уровни фактора, полученные сложением и вычитанием нулевого уровня и шага,

54

будут равны +1 и -1[3] .

Условия проведения опытов в кодированном масштабе записали в виде таблицы (матрицы) планирования эксперимента, зависящей только от числа факторов и уровней каждого фактора. Для двух факторов, на двух уровнях каждый, матрица планирования представлена в табл. 1.

Таблица 1

Матрица планирования

Матрица составлена с учетом в данном эксперименте всех возможных комбинаций значений факторов. Этот план называется полным факторным планом 22, принадлежит к планам типа 2k, где k – число факторов[3].

В эксперименте приняты следующие значения факторов:

Для определения значения коэффициента bо приняты образцы с 0 значениями факторов на нулевых уровнях: Х1 =2900С, Х2=1%.

Значения температурного воздействия как фактора приняты, исходя из «Требований пожарной безопасности к строительным конструкциям» [1], ГОСТ[6]. СП[5].

При пожаре в зданиях и сооружениях, в которых применяются бетонные и железобетонные конструкции, возможно хрупкое разрушение бетона. Разрушение бетона происходит внезапно, быстро и поэтому является наиболее опасным.

Хрупкое разрушение бетона начинается, как правило, через 5-20 мин от начала огневого воздействия и проявляется как откол от нагреваемой поверхности конструкции кусков бетона в виде площадок площадью примерно от 1 см2 до 0,5-1 м2 и толщиной от 1 мм до 5 см. Разрушение бетона может продолжаться в течение всего огневого воздействия до полного разрушения конструкции.

Хрупкое разрушение бетона может сопровождаться звуковым эффектом в виде легкого хлопка, треска различной интенсивности или "взрыва". При хрупком разрушении бетона возможен разлет кусков весом до нескольких килограммов на расстояние до 10-20 м.

Хрупкое разрушение бетона при пожаре может очень быстро привести к разрушению бетонных или железобетонных конструкций. В этом случае предел огнестойкости конструкций может оказаться значительно ниже требуемого вследствие уменьшения размера бетонного сечения конструкции, уменьшения толщины или полной ликвидации защитного слоя рабочей арматуры, а также образования сквозного отверстия. Уменьшение размера поперечного сечения несущей вертикальную нагрузку колонны или панели при их одностороннем нагреве приводит к увеличению напряжений в оставшейся части сечения как за счет снижения величины ее площади, так и за счет появления дополнительного изгибающего момента.

Уменьшение толщины или откол защитного слоя несущей арматуры в железобетонных балках приводит к быстрому прогреву этой арматуры до критической температуры (500-700 °С) и разрушению конструкции.

Уменьшение толщины ограждающей конструкции приводит к резкому увеличению температуры ее не нагреваемой поверхности до критической (180-220 °С) и в результате - к

55

в ходе технологического процесса волокна должны сохранять значительную часть своей прочности;

волокна надо равномерно распределять по всему объему матрицы, однако они не должны непосредственно соприкасаться друг с другом;

волокна должны иметь хорошее сцепление с раствором и бетоном; матрица должна быть химически инертной по отношению к волокнам;

волокна должны иметь более высокий по сравнению с матрицей модуль упругости; желательно, чтобы матрица имела достаточно высокую прочность на сдвиг; при воз-

можности следует стремиться к ориентированному распределению волокон в матрице (растворе, бетоне)[9][10].

Расчет необходимого для опыта числа и размеров образцов

Минимально необходимое количество образцов принимаем равному трем образцам в каждой точке опытов [4].

В процессе испытания учитываются 2 фактора: наличие дисперсного армирования и температура теплового воздействия

N=3·4=12.

Дополнительно используем три образца при нулевых значениях факторов.

В качестве материалов для изготовления опытных образцов приняты песок (с размером фракции 2.5), цемент, воду и металлическую фибру. Согласно ГОСТ [4] приняты образцы в форме куба с длиной ребра 100 мм. Для данного размера материал наибольшего зерна заполнителя используется 20 мм и менее. Средний внутрисерийный коэффициент вариации прочности бетона принимаем равным 7% - по ГОСТ [4].

Определение гранулометрического состава песка

Песок, используемый в качестве заполнителя в бетонных и растворных смесях, должен состоять как из крупных, так и из средних и мелких зёрен. Песок, сложенный только крупными или мелкими зёрнами, обладает большей пустотностью и требует значительного расхода вяжущего на заполнение межзерновых пустот. У мелкого песка, кроме того, очень большая суммарная поверхность зёрен. Это также требует увеличения расхода вяжущего, так как для обеспечения необходимой подвижности вся поверхность зёрен должна быть покрыта цементным тестом.

Зерновой состав определялся в соответствии c ГОСТ [11]. Для определения зернового состава отбиралась проба песка массой 2 кг и высушивалась до постоянной массы. После этого песок просеивался сквозь сита с крупными отверстиями диаметром 10 и 15 мм.

Остатки на ситах взвешивались и вычислялось содержание в песке фракции гравия с размером зёрен 5–10 мм (Гр5) и выше 10 мм (Гр10) в процентах по формулам:

где М10 – частный остаток на сите с круглыми отверстиями диаметром 10 мм, г; М5 –частный остаток на сите с круглыми отверстиями диаметром 5 мм, г;

М – общая масса пробы, г.

Из пробы песка, прошедшего сквозь указанные выше сита, отобрали навеску массой 1000 г для определения зернового состава песка без фракций гравия.

57

Научный журнал

Подготовленную навеску песка просеяли сквозь стандартный набор сит с круглыми отверстиями диаметром 2.5 мм и сеткой 1.25; 0.63; 0.315; 0.16; расположенных одно над другим исходя их уменьшения размера отверстий сит.

Продолжительность просеивания была такой, что при контрольном интенсивном ручном встряхивании каждого сита в течение 1 мин через него проходило не более 0.1% общей массы просеиваемой навески, при этом практически не наблюдалось падения зёрен песка.

Подбор состава смеси необходимой для изготовления образцов

Компоненты, необходимые для получения нужных изделий, подбираются по ГОСТ [11].

Для приготовления бетонной смеси берем 20-50% первой фракции песка, остальное второй фракцией, более мелкой. Необходимо учесть, что цемент здесь будет играть не только связующую роль, но и несущую. Чтобы «склеить» мелкие частицы песка, цемента потребуется больше, и мы использовали цемент марки М-250.

Мелкозернистый или песчаный бетон – это строительный материал, который получают в результате смешивания песка, цемента и воды. Свойства песка в составе этой смеси обуславливают повышенную прочность полученного материала при растяжении.

Основными связывающими между собой все остальные элементы смеси являются цемент и вода. При производстве бетона важно соблюсти водоцементное отношение, учитывая уровень влажности песка и цемента, а также, насколько активно они поглощают влагу.

Кроме того, в процессе производства используются как крупные – щебень, так и мелкие – песок, заполнители. Именно они создают структурный каркас, благодаря которому готовый бетон имеет большую прочность и упругость. Присутствие заполнителей снижает риск необратимых деформаций бетона в результате воздействия длительных нагрузок.

Для получения обычной бетонной смеси брались материалы в следующих пропорциях: 1 часть цемента; 2 части песка; ½ части воды.

Различают лабораторный состав бетона, устанавливаемый для сухих материалов, и производственный (полевой) — для материалов в естественно-влажном состоянии. Лабораторный состав бетона определяют расчетно-экспериментальным путем. Состав бетона предварительно рассчитывают по абсолютным объемам, используя формулы для определения расхода воды, цемента, песка. В своих опытах мы использовали лабораторный состав бетона.

Выводы

Вработе приведено обоснование необходимости проведения экспериментальных исследований в области поведения мелкозернистого и дисперсноармированного бетона при температурных воздействиях. Проведены исследования и найдены значения факторов при проведении экспериментальных исследований. Проведено математическое планирование эксперимента. Определен состав смеси для образцов.

Внастоящее время образцы изготовлены и находятся на выдерживании.

Библиографический список

1.«Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» Федеральный за-

кон от 22.07.2008 N 123-ФЗ.

2.В.И. Асатурян «Теория планирования эксперимента», Из-во «Радио и связь», Мо-

сква 1983 – 248с.,

3.С.М. Ермаков, А.А. Жиглявский «Математическая теория оптимального эксперимента», Из-во «Наука», Москва 1987 – 320с.

4.ГОСТ 10180-2012 «Методы определения прочности по контрольным образцам».

58

5.СП 52-110-2009 Бетонные и железобетонные конструкции, подвергающиеся технологическим повышенным и высоким температурам.

6.ГОСТ 30247.1-94 « Методы испытания на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции».

7.Рекомендации по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре, 1979.

8.СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции».

9.Ф.Н. Рабинович «Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов», Из-во «Ассоциации строительных вузов», Москва 2004г. - 560с.

10.Николенко С.Д., Ставров Г.Н. «Экспериментальные исследования работы фибробетонных конструкций при знакопеременном малоцикловом нагружении». Известия высших учебных заведений. Строительство. 1986. №1, с. 18-22,

11.ГОСТ 27006-86 «Бетоны. Правила подбора состава бетона».

References

1."Technical regulations about requirements of fire safety" the Federal law from 22.07.2008 N 123-FZ.

2.V. I. Аsaturian "Theory of planning of experiment", in "Radio I Svyaz", Moscow 1983 –

248с.,

3.S. M. Ermakov, A. A. Zhigljavsky "the Mathematical theory of optimal experiment", in "Science", Moscow 1987 – 320c.

4.GOST 10180-2012 "Methods of determining strength on test specimens".

5.SP 52-110-2009 concrete and reinforced Concrete structures exposed to high technological and high temperatures.

6.GOST 30247.1-94 " test Methods for fire resistance. Bearing and enclosing structures".

7.Recommendations for the protection of concrete and reinforced concrete structures from brittle fracture in case of fire, 1979.

8.SNiP 2.03.01-84 "concrete and reinforced Concrete structures".

9.F. N. Rabinovich Composites based on dispersion-reinforced concrete", in "Association building universities, Moscow, 2004. - 560с.

10.Nikolenko, S. D., Stavrov, G. N. "Experimental studies of fiber-reinforced concrete structures with alternating low-cycle loading". News of higher educational institutions. Construction. 1986. No. 1, pp. 18-22,

11.GOST 27006-86 "Concrete. Rules of selection of the composition of concrete."

59

Научный журнал

Технология и организация строительства

АНТОХИНА А.В., ЛАВРОВ А.В.

КОНЦЕПЦИЯ СИСТЕМНОЙ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗВЕДЕНИЯ ЖИЛЫХ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

В работе предложена концепция системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий на основе жизненного цикла здания.

ANTOKHINA A.V., LAVROV A.V.

THE CONCEPT OF SYSTEM EVALUATION PARAMETERS OF TECHNOLOGY

CONSTRUCTION OF RESIDENTIAL BUILDINGS

This paper presents the concept of system evaluation parameters of the technology of construction of residential buildings based on life cycle of the building.

Ключевые слова: затраты, жизненный цикл здания, алгоритм принятия решений.

Key words: expenses, life cycle of a building, the algorithm of decision-making.

Введение Жизненный цикл здания (ЖЦЗ) – период, в течение которого осуществляются инже-

нерные изыскания, проектирование, строительство (в том числе консервация), эксплуатация (в том числе текущие ремонты), модернизация, реконструкция, капитальный ремонт, снос здания или сооружения.

Периоды жизненного цикла здания : I – период проектирования, в том числе:

период по технико-экономическому обоснованию возведения здания;

по конструированию и проектированию II – период конструирования, в том числе:

по возведению с разработкой технологии, организации и технологических регламентов производства работ;

по предэксплуатационному освоению;

III – период эксплуатации здания, позволяющей обеспечить окупаемость средств, вложенных в их создание и освоение, в том числе:

период поддержания конструктивных элементов и инженерных систем здания в нормальном техническом состоянии путем проведения плановопредупредительных и капитальных ремонтов;

период физического и фунционального износа (устаревания),требующий проведения модернизации и реконструкции здания. Если данные мероприятия целесообразны, то этот период предшествует началу нового жизненного цикла здания. Обоснование принимаемого решения о начале нового жизненного цикла здания обязательно должно сопровождаться в данном периоде выполнением ра-

бот по технико-экономическому обоснованию и разработке технической документации реконструкции (модернизации);

IV - период окончания жизненного цикла здания, наступающий в случае, если модернизация или реконструкция, восстанавливающие физикомеханические и эксплуатационные характеристики зданий до нормального рабочего уровня, нецелесообразны. При этом осуществляется ликвидация (снос) здания. Здесь возможна утилизация и повторное использование материалов, конструкций или оборудования

…

60