constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2024-113-3-72-82construction-753Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙBUILDING AND STRUCTURE SAFETYТепломассоперенос в железобетонных колоннах при огневом воздействии с учетом стадии охлажденияHeat and mass transfer in reinforced concrete columns under fire action with consideration of the cooling stageТамразянА. Г.TamrazyanA. G.

Ашот Георгиевич Тамразян - д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой железобетонных и каменных конструкций

г. Москва

Tamrazyan Ashot G. - doctor in tech. sc., prof., head of the department of reinforced concrete and masonry structures

Moscow

tamrazian@mail.ruЧерникВ. И.ChernikV. I.

Владимир Игоревич Черник - преподаватель кафедры железобетонных и каменных конструкций, аспирант

г. Москва

Chernik Vladimir I. - lecturer of the department of reinforced concrete and stone structures, postgraduate student

Moscow

chernik_vi@mail.ruМосковский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»)Moscow State University of Civil Engineering202402072024037282Copyright © Тамразян А.Г., Черник В.И., 20242024Тамразян А.Г., Черник В.И.Tamrazyan A.G., Chernik V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://construction.elpub.ru/jour/article/view/753

Статистика пожаров на территории Российской Федерации показывает, что в ряде регионов, находящихся в зонах с высокой сейсмической активностью, происходит наибольшее количество пожаров по стране. Это приводит к риску обрушений зданий при воздействии сейсмических нагрузок на вертикальные несущие конструкции, поврежденные в результате пожара. Нормативный подход к расчету огнесохранности железобетонных конструкций не учитывает тепломассоперенос на этапе, который следует после прекращения пожара. Проводится анализ распределения температурных полей по сечению железобетонной колонны с учетом стадий нагрева и охлаждения. Выполнены стандартные огневые испытания опытных железобетонных образцов. Продолжительность стандартного огневого воздействия 15, 30 и 45 мин. Для центральных областей сечения наибольшие температуры получены уже после нагрева, рост температуры составляет до 222%. Для уточнения картины распределения температурных полей выполняется численный теплотехнический КЭ расчет опытных образцов в ПК SOLIDWORKS. Основываясь на экспериментальных данных по термопарам, для каждого образца уточнены теплотехнические характеристики λ и C. По сравнению с нормативными значения вычисленных характеристик отличаются до 7,14 раза. Из результатов исследования следует, что для нахождения максимальных температур помимо стадии нагрева, необходимо рассматривать тепломассоперенос и в стадии охлаждения, когда температура на наружной поверхности образца начинает снижаться.

Statistics on fire incidents in the Russian Federation indicate that a number of regions with high seismic activity have the highest number of fires in the country. This poses a risk of building collapses due to seismic loads on vertical load-bearing structures damaged by fire. The current normative approach to the calculation of fire safety of reinforced concrete structures does not consider heat and mass transfer at the stage following the termination of the fire. The distribution of temperature fields along the cross-section of a reinforced concrete column is analyzed, taking into account the stages of heating and cooling. Standard fire tests of experimental reinforced concrete specimens are performed. The duration of standard fire exposure is 15, 30 and 45 minutes. For the central areas of the cross[1]section, the highest temperatures were obtained after heating, with a temperature increase of up to 222%. To elucidate the distribution of temperature fields, a numerical heat-technical FE calculation of experimental specimens in SOLIDWORKS PC is conducted. Based on the experimental data on thermocouples, the thermal characteristics λ and C are specified for each sample. ts of the study indicate that in order to identify the maximum temperatures, it is necessary to consider both the heating and cooling stages.

железобетонные колоннытепломассопереносстандартный пожартемпературная криваяземлетрясение после пожараreinforced concrete columnsheat and mass transferstandard firetemperature curveearthquake after fireReferencesTamrazyan A. Reduce the impact of dynamic strength of concrete under fire conditions on bearing capacity of reinforced concrete columns // Applied Mechanics and Materials. 2014. No. 475-476. Pp. 1563-1566. DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.475-476.1563.Tamrazyan A. Reduce the impact of dynamic strength of concrete under fire conditions on bearing capacity of reinforced concrete columns. Applied Mechanics and Materials. 2014. No. 475-476. Pp. 1563-1566. DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.475-476.1563.Тамразян А.Г., Алексейцев А.В. Оптимальное проектирование несущих конструкций зданий с учетом относительного риска аварий // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 7. С. 819-830. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.7.819-830.Tamrazyan A.G., Aleksejcev A.V. Optimal structures design: accounting of costs and relative accidents risk. Vestnik MGSU. 2019. Vol. 14. No. 7. Pp. 819-830. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.7.819-830. (rus).Тамразян, А. Г., Попов Д. С. Напряженно-деформированное состояние коррозионно-поврежденных железобетонных элементов при динамическом нагружении // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 2. С. 19-26. DOI 10.33622/0869-7019.2019.02.19-26.Tamrazyan A. G., Popov D. S. Stress-strain State of Corrosion-Damaged Reinforced Concrete Elements under Dynamic Loading. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel’stvo [Industrial and Civil Engineering], 2019, No. 2, Pp. 19–26. DOI:10.33622/0869-7019.2019.02.19-26. (rus).Тамразян А. Г., Черник В. И. Жесткость поврежденной пожаром железобетонной колонны при разгрузке после высокоинтенсивного горизонтального воздействия // Вестник МГСУ. 2023. №18(9). С. 1369- 1382. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2023.9.1369-1382.Tamrazyan A.G., Chernik V.I. Stiffness of a fire-damaged reinforced concrete column during unloading after high-intensity horizontal impact. Vestnik MGSU. 2023. No.18(9). Pp. 1369-1382. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2023.9.1369-1382 (rus).Алмазов В. О., Плотников А. И., Расторгуев Б. С. Проблемы сопротивления зданий прогрессирующему разрушению // Вестник МГСУ. 2011, №2-1, С. 16-20.Almazov V.O., Plotnikov A.I., Rastorguev B.S. Problems of building's strength to progressive collapse. Vestnik MGSU. 2011. No. 2-1. Pp. 16-20. (rus)Гончаренко В. С. и др. Пожары и пожарная безопасность в 2021 году: статист. сб. Балашиха: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2022. 114 с.Goncharenko V. S. et al. Pozhary` i pozharnaya bezopasnost` v 2021 godu: statist. sb. Balashixa [Fires and fire safety in 2021: stat. coll. Balashikha]: FGBU VNIIPO MChS Rossii, 2022. 114 p. (rus)Жарницкий В.И., Голда Ю.Л., Курнавина С.О. Развитие повреждений в железобетонной раме при сейсмических воздействиях // Бетон и железобетон - взгляд в будущее. 2014, С.57-67.Zharniczkij V.I., Golda Yu.L., Kurnavina S.O. Razvitie povrezhdenij v zhelezobetonnoj rame pri sejsmicheskix vozdejstviyax [Damage development in reinforced concrete frame under seismic impacts]. Beton i zhelezobeton - vzglyad v budushhee. 2014, Pp.57-67. (rus)Ilki A., Demir U. Factors affecting the seismic behavior of reinforced concrete structures after fire exposure // NED University Journal of Research. 2019. No.1 (special). pp. 31-42. DOI: 10.35453/NEDJR-STMECH-2019-0003.Ilki A., Demir U. Factors affecting the seismic behavior of reinforced concrete structures after fire exposure. NED University Journal of Research. 2019. No.1 (special). Pp. 31-42. DOI: 10.35453/NEDJR-STMECH-2019-0003.Korsun V., Baranov A. Mechanical properties of high-strength concrete after heating at temperatures up to 400 °C // Proceedings of EECE 2020. 2021, Pp. 454-463 DOI: 10.1007/978-3-030-72404-7_44.Korsun V., Baranov A. Mechanical properties of high-strength concrete after heating at temperatures up to 400 °C. Proceedings of EECE 2020. 2021, Pp. 454-463 DOI: 10.1007/978-3-030-72404-7_44Милованов А.Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре. – М.: Стройиздат, 1998. – 304 с.: ил. – ISBN 5-274-01695-2.Milovanov A.F. Stojkost` zhelezobetonny`x konstrukcij pri pozhare [Resistance of Reinforced Concrete Structures at Fire]. Moscow: Stroyizdat, 1998. 304 p. ISBN 5-274-01695-2. (rus)Федоров В. С., Левитский В. Е., Матвиенко В. Е. Методика построения температурных профилей для расчёта огнестойкости железобетонных конструкций методом нормализованной кривой // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2021, №1(35), с. 5-8.Fedorov V. S., Levitskij V. E., Matvienko V. E. Technique for constructing temperature profiles for calculation of fire resistance of reinforced concrete structures by the normalized curve method. Inzhenerno-stroitel`ny`j vestnik Prikaspiya. 2021, No. 1(35), Pp. 5-8. (rus)Franssen, J. M., and T. Gernay. Modeling Structures in Fire with SAFIR: Theoretical Background and Capabilities // Journal of Structural Fire Engineering. 2017. No. 8 (3). Pp. 300–323. https://doi.org/10.1108/JSFE-07-2016-0010.Franssen, J. M., and T. Gernay. Modeling Structures in Fire with SAFIR: Theoretical Background and Capabilities. Journal of Structural Fire Engineering. 2017. No. 8 (3). Pp. 300–323. https://doi.org/10.1108/JSFE-07-2016-0010Bisby L, Gales J, Maluk C. A contemporary review of large-scale non-standard structural fire testing // Fire Science Reviews. 2013. No. 2(1). Pp.1-27. https://doi.org/10.1186/2193-0414-2-1Bisby L, Gales J, Maluk C. A contemporary review of large-scale non-standard structural fire testing. Fire Science Reviews. 2013. No. 2(1). Pp.1-27. https://doi.org/10.1186/2193-0414-2-1Melo J. et al. Cyclic behaviour of as-built and strengthened existing reinforced concrete columns previously damaged by fire // Engineering Structures. 2022, No. 266, 114584, DOI: 10.1016/j.engstruct.2022.114584.Melo J. et al. Cyclic behaviour of as-built and strengthened existing reinforced concrete columns previously damaged by fire. Engineering Structures. 2022, No. 266, 114584, DOI: 10.1016/j.engstruct.2022.114584Tamrazyan A. G., Avetisyan L. A. Experimental and theoretical study of reinforced concrete elements under different characteristics of loading at high temperatures // Procedia Engineering. – 2016. No. 153. pp. 721-725. DOI:10.1016/j.proeng.2016.08.232.Tamrazyan A. G., Avetisyan L. A. Experimental and theoretical study of reinforced concrete elements under different characteristics of loading at high temperatures. Procedia Engineering. 2016. No. 153. Pp. 721-725. DOI:10.1016/j.proeng.2016.08.232Корсун В.И., Баранов А.О. Расчёт температурно-усадочных деформаций высокопрочных бетонов применительно к условиям воздействия повышенных температур // Сборник научных трудов РААСН. Том 2. Российская академия архитектуры и строительных наук. 2020, с. 314-321.Korsun V.I., Baranov A.O. Calculation of Temperature and Shrinkage Deformations of High-Strength Concrete under Conditions of Elevated Temperatures. Sbornik nauchny`x trudov RAASN. Tom 2. Rossijskaya akademiya arxitektury` i stroitel`ny`x nauk. 2020. Pp. 314-321. (rus)Demir U. et al. Post fire seismic performance of reinforced precast concrete columns // PCI Journal. – 2020. No.65(6). Pp. 62-80. DOI: 10.15554/pcij65.6-01.Demir U. et al. Post fire seismic performance of reinforced precast concrete columns. PCI Journal. 2020. No. 65(6). Pp. 62-80. DOI: 10.15554/pcij65.6-01Xu Y. et al. Post-fire seismic behaviors of concrete stub columns in different fire exposure cases // Zhendong yu Chongji/Journal of Vibration and Shock. 2020. No. 39(18). Pp. 11-19.Xu Y. et al. Post-fire seismic behaviors of concrete stub columns in different fire exposure cases. Zhendong yu Chongji/Journal of Vibration and Shock. 2020. No. 39(18). Pp. 11-19

The authors declare that there are no conflicts of interest present.