Материал: Инженерные системы и сооружения

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