firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/0869-7493.2022.31.02.52-62firesmi-1104Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, ОБЪЕКТОВSAFETY OF BUILDINGS, STRUCTURES, OBJECTSИсследование механических свойств современного металлопроката строительного назначения при повышенных температурахA study on mechanical properties of modern rolled structural metal at elevated temperatureshttps://orcid.org/0000-0001-6043-0537ГоловановВ. И.GolovanovV. I.

Голованов Владимир Ильич, д-р техн. наук, главный научный сотрудник

РИНЦ ID: 731807

143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12

Vladimir I. Golovanov, Dr. Sci. (Eng.), Chief researcher

ID RISC: 731807

12, Balashikha, Moscow Region, 143903

pavelgol1@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6906-1624КрючковГ. И.KryuchkovG. I.

Крючков Геннадий Игоревич, адъюнкт

РИНЦ ID: 1106326; Researcher ID: ACV-2350-2022

129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4

Gennadiy I. Kryuchkov, Adjunct

ID RISC: 1106326; Researcher ID: ACV-2350-2022

Borisa Galushkina St., 4, Moscow, 129366

dmuxa@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6146-7833СтрекалевА. Н.StrekalevA. N.

Стрекалев Александр Николаевич, заведующий сектором

РИНЦ ID: 761041

109428, г. Москва, ул. 2-я Институтская, 6, стр. 1

Aleksandr N. Strekalev, Head of Sector

ID RISC: 761041

2-ya Institutskaya St., 6, bld. 1, Moscow, 109428

alstrek@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5125-9870КомиссаровА. А.KomissarovA. A.

Комиссаров Александр Александрович, канд. техн. наук, заведующий лабораторией

РИНЦ ID: 755807; Scopus Author ID: 56553875000; Researcher ID: G-6717-2014

119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4, стр. 1

Aleksandr A. Komissarov, Cand. Sci (Eng.), Head of Laboratory

ID RISC: 755807; Scopus Author ID: 56553875000; Researcher ID: G-6717-2014

Leninskiy Prospect, 4, bld. 1, Moscow, 119049

komissarov.alex@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5305-9899ТихоновС. М.TikhonovS. M.

Тихонов Сергей Михайлович, канд. техн. наук, старший научный сотрудник

РИНЦ ID: 597006; Scopus Author ID: 7004844557; Researcher ID: AGJ-2867-2022

119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4, стр. 1

Sergey M. Tikhonov, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

ID RISC: 597006; Scopus Author ID: 7004844557; Researcher ID: AGJ-2867-2022

Leninskiy Prospect, 4, bld. 1, Moscow, 119049

tserg491@yandex.ruВсероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствийРоссияAll-Russian Research Institute for Fire Protection of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural DisastersRussian FederationАкадемия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствийРоссияThe State Fire Academy of the Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination on Consequences of Natural DisastersRussian FederationЦентральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. В.А. Кучеренко (ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко), НИЦ «Строительство»РоссияResearch Institute of Building Constructions (TsNIISK) named after V.A. Koucherenko, JSC Research Center of ConstructionRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology «MISIS»Russian Federation2022030620223125262Copyright © Голованов В.И., Крючков Г.И., Стрекалев А.Н., Комиссаров А.А., Тихонов С.М., 20222022Голованов В.И., Крючков Г.И., Стрекалев А.Н., Комиссаров А.А., Тихонов С.М.Golovanov V.I., Kryuchkov G.I., Strekalev A.N., Komissarov A.A., Tikhonov S.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1104Введение

Введение. Значимым недостатком расчетно-аналитических методов определения пределов огнестойкости строительных металлоконструкций является отсутствие практической информации по особенностям изменения прочностных характеристик наиболее распространенных марок современных строительных сталей при высокотемпературном воздействии. Целью настоящей работы стало получение таких данных для проката с повышенными показателями термостойкости при нагреве до критических температур.

Материалы и методы

Материалы и методы. В качестве объекта исследования использовали образцы металлопроката классов прочности: С255 (сталь Ст3сп), С345 (сталь 09Г2С), С390 (сталь 14Г2), а также проката с повышенными показателями термостойкости С355П (сталь 06МБФ). Статические испытания механических свойств на растяжение и сжатие проводили на малогабаритных цилиндрических образцах типа В, с резьбой М10 на головках и рабочим диаметром 4 мм. Методика определения высокотемпературных механических свойств проката предусматривала нагрев указанных образцов со скоростью не более 10 °С/мин до заданной температуры испытания, выдержку в течение 15 мин и проведение испытания на статическое одноосное растяжение/сжатие.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. Представлены результаты экспериментальных исследований механических свойств различных марок сталей наиболее широко применяемого в настоящее время строительного металлопроката, включая прокат с повышенными показателями термостойкости в условиях огневого воздействия. Полученные данные оформлены в виде графиков, позволяющих провести количественную оценку влияния повышения температуры в условиях огневого воздействия на прочностные характеристики строительного проката, что позволяет использовать эту информацию при проектировании и эксплуатации строительных металлоконструкций, а также при разработке расчетно-аналитических методов определения пределов огнестойкости строительных металлоконструкций.

Заключение

Заключение. Полученные данные по огнестойкости указанной металлопродукции позволяют осуществлять более обоснованное проектирование в строительстве, обеспечивая повышение безопасности и устойчивости зданий и сооружений к огневому воздействию при пожаре. Расширение возможностей для использования сортамента проката с повышенной термостойкостью позволит снизить металлоемкость и себестоимость строительства, повысит конкурентоспособность и привлекательность применения стальных конструкций в строительстве зданий и сооружений различного назначения.

Introduction

Introduction. The purpose of this work is to obtain experimental data on the numerical dependence between the strength characteristics of the most widely used grades of rolled structural metal products (including those featuring high heat resistance) and a critical increase in temperature.

Materials and methods

Materials and methods. As the subject of research we used specimens of rolled metal of the following strength classes: С255 (steel St3sp), С345 (steel 09G2S), С390 (steel 14G2), and rolled metal that had high heat resistance properties S355P (steel 06MBF). Small cylindrical specimens of type B, with M10 thread on heads and the working diameter of 4 mm were used to conduct the static tension and compression tests of mechanical properties. The procedure encompassed the heating of the specimens to the pre-set testing temperature at the rate of not more than 10 °C/min, their 15-minute exposure, and testing for static uniaxial tension/compression.

Results and discussion

Results and discussion. The results of the experimental research on mechanical properties of different widely used grades of rolled structural steel, including heat resistant rolled metal, subjected to the fire impact, are presented in the article. The data are presented in the form of diagrams used to make a quantitative assessment of the effect of elevated temperature on the strength properties of rolled structural metal under the impact of fire. This information can be contributed to the design and operation of structural metal constructions to develop analytical methods of identifying the fire-resistance limits of constructions made of structural metal.

Conclusion

Conclusion. The new data on the fire resistance of metal products allow for a more reasonable building design, higher safety and resistance of buildings and structures to the effect of fire. A wider area of application of the whole range of rolled products featuring higher heat resistance will reduce metal consumption and construction costs, boost competitiveness and attractiveness of steel structures and their application in the construction of buildings and structures of various purposes.

огнестойкостькласс прочностимодуль упругостипредел текучестивременное сопротивлениеfire resistancestrength classmodulus of elasticityyield strengthtemporary resistanceИсследования проведены в рамках комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства по теме «Разработка и освоение инновационной технологии производства высокопрочного стального проката для изготовления строительных конструкций с нормируемым пределом огнестойкости с целью обеспечения эксплуатационной безопасности производственных и гражданских объектов в экстремальных условиях» (Постановление Правительства РФ № 218 от 09.04.2010, договор № 075-11-2020-042 от 14.12.2020).The research was conducted within the framework of an integrated project on the establishment of a high-tech production facility. The project is titled «Development and assimilation of an innovative high-strength rolled steel production technology towards the manufacturing of building structures featuring a regulated fire resistance limit to ensure the operating safety of production and civil engineering facilities under extreme conditions» (RF Government Resolution No. 218 of October 9, 2010, Agreement № 075-11-2020-042 of December 14, 2020).ReferencesЯковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. М. : Стройиздат, 1988. 144 с.Yakovlev A.I. Calculation of fire resistance of building structures. Мoscow, Stroyizdat Publ., 1988; 143. (rus).Голованов В.И., Пронин Д.Г. Влияние развития нормативной базы в области пожарной безопасности на применение стали в строительстве // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 10. С. 24–29. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.10.24-29Golovanov V.I., Pronin D.G. The impact of the development of the regulatory framework in the field of fire safety on the use of steel structures in construction. Promyshlennoe i Grazhdanskoe Stroitelstvo/Industrial and Civil Engineering. 2021; 10:24-29. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.10.24-29Kordina K., Meyer-Ottens C. Beton Brandschutz Handbuch. 2 Auflage. Düsseldorf : Verlag Bau + Technik, 1999. 284 p.Kordina K., Meyer-Ottens C. Beton brandschutz. Handbuch. 2 Auflage. Düsseldorf, Verlag Bau +Technik, 1999; 284. (ger).Heo Y.-S., Sanjayan J.G., Han C.-G., Han M.-C. Synergistic effect of combined fibers for spalling protection of concrete in fire // Cement and Concrete Research. 2010. Vol. 40. Issue 10. Pp. 1547–1554. DOI: 10.1016j.cemconres.2010.06.011Heo Y.-S., Sanjayan J.G., Han C.-G., Han M.-C. Synergistic effect of combined fibers for spalling protection of concrete in fire. Cement and Concrete Research. 2010; 40(10):1547-1554. DOI: 10.1016j.cemconres.2010.06.011Дешевых Ю.И. Гармонизация российских и международных нормативных документов в области пожарной безопасности // Стандарты и качество. 2013. № 10. С. 42–43. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20465897Deshevykh Yu.I. Harmonization of the Russian and international regulatory documents in the field of fire safety. Standards and Quality. 2013; 10:42-43. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20465897 (rus).Голованов В.И., Пехотиков А.В., Павлов В.В. Огнезащита стальных и железобетонных конструкций производственных зданий и сооружений // Безопасность труда в промышленности. 2021. № 9. С. 50–56. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-9-50-56Golovanov V.I., Pekhotikov A.V., Pavlov V.V. Fire protection of steel and reinforced concrete structures of industrial buildings and structures. Occupational Safety in Industry. 2021; 9:50-56. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-9-50-56 (rus).Zilch K., Müller A., Reitmayer C. Erweiterte Zonenmethode zur brandschutztechnischen Bemessung von Stahlbetonst tzen. URL: https://www.zm-i.de/wp-content/uploads/2021/03/erweiterte-zonenmethode-zur-brandschutztechnischen-bemessung-von-stahlbetonstutzen.pdf (дата обращения: 30.06.2021).Zilch K., Müller A., Reitmayer C. Erweiterte zonenmethode zur brandschutztechnischen bemessung von stahlbetonst tzen. URL: https://www.zm-i.de/wp-content/uploads/2021/03/erweiterte-zonenmethode-zur-brandschutztechnischen-bemessung-von-stahlbetonstutzen.pdf (accessed: June 30, 2021).Голованов В.И., Павлов В.В., Пехотиков А.В. Оценка огнезащитной эффективности покрытий для стальных конструкций // Пожарная безопасность. 2020. № 4. C. 43–54. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2020.101.4.004Golovanov V.I., Pekhotikov A.V., Pavlov V.V. Evaluation of fire-retardant effectiveness of coatings for steel structures. Pozharnaya bezopasnost/Fire Safety. 2020; 4:43-54. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2020.101.4.004 (rus).Gravit M., Klementev B., Shabunina D. Fire protection of steel structures with epoxy coatings under cryogenic exposure // Buildings. 2021. Vol. 11. Issue 11. P. 537. DOI: 10.3390/buildings11110537Gravit M., Klementev B., Shabunina D. Fire protection of steel structures with epoxy coatings under cryogenic exposure. Buildings. 2021; 11(11):537. DOI: 10.3390/buildings11110537Клементьев Б.А., Калач А.В., Гравит М.В. Сравнительный анализ требований России и США к огнестойкости строительных конструкций нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2021. Т. 30. № 5. С. 5–22. DOI: 10.22227/0869-7493.2021.30.05.5-22Klementev B.A., Kalach A.V., Gravit M.V. A comparative analysis of the requirements of Russia and the United States to the fire resistance of building structures of oil refineries and petrochemical plants. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2021; 30(5):5-22. DOI: 10.22227/0869-7493.2021.30.05.5-22 (rus).Голованов В.И., Крючков Г.И. Оценка огнестойкости стальных конструкций при нормируемых температурных режимах пожара // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2021. № 3. С. 52–60. DOI: 10.25257/FE.2021.3.52-60Golovanov V., Kryuchkov G. Steel structures fire resistance assessment under standardized fire temperature regimes. Fires and Emergencies: Prevention, Elimination. 2021; 3:52-60. DOI: 10.25257/FE.2021.3.52-60 (rus).Moore D.B., Lennon T. Fire engineering design of steel structures // Progress in Structural Engineering and Materials. 1997. Vol. 1. Issue. 1. Pp. 4–9. DOI: 10.1002/pse2260010104Moore D.B., Lennon T. Fire engineering design of steel structures. Progress in Structural Engineering and Materials. 1997; 1(1):4-9. DOI: 10.1002/pse2260010104Федоров В.С., Левитский В.Е., Молчадский И.С., Александров А.В. Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций. М. : Изд-во АСВ, 2009. 408 с.Fedorov V.S., Levitskiy V.E., Molchadskiy I.S., Aleksandrov A.V. Fire behavior and fire danger of building designs. Moscow, ASV Publ., 2009; 408. (rus).Maraveas C., Vrakas A.A. Design of concrete tunnel linings for fire safety // Structural Engineering International. 2014. Vol. 24. Issue 3. Pp. 319–329. DOI: 10.2749/101686614X13830790993041Maraveas C., Vrakas A.A. Design of concrete tunnel linings for fire safety. Structural Engineering International. 2014; 24(3):319-329. DOI: 10.2749/101686614X13830790993041Бартелеми Б., Крюппа Ж. Огнестойкость строительных конструкций / пер. с фр. М. : Стройиздат, 1985. 216 с.Barthélèmy B., Kruppa J. Résistace au feu des structurs beton — acier — bois. Paris, Ediitions Eyrolles, 1978; 216. (fra).Комиссаров А.А., Тихонов С.М., Тен Д.В., Матросов М.Ю., Глухов П.А., Пехотиков А.В., Кузнецов Д.В. Сравнительная огнестойкость современных строительных сталей // Сталь. 2021. № 11. С. 40–45.Komissarov A.A., Tikhonov S.M., Ten D.V., Matrosov M.Yu., Glukhov P.A., Pekhotikov A.V., Kuznetsov D.V. Comparative fire resistance of modern building steels. Steel. 2021; 11:40-45. (rus).Одесский П.Д., Ведяков И.И. Сталь в строительных металлических конструкциях. М. : Металлургиздат, 2018. 906 с.Odessky P.D., Vedyakov I.I. Steel in building metal structures. Moscow, Metallurgizdat Publ., 2018; 906. (rus).Одесский П.Д., Кулик Д.В. Стали с высоким сопротивлением экстремальным воздействиям. М. : Интермет Инжиниринг, 2008. 239 с.Odessky P.D., Kulik D.V. Steels with high resistance to extreme impacts. Moscow, Intermet Engineering Publ., 2008; 239. (rus).Ройтман В.М., Голованов В.И. Необходимость технического регулирования огнестойкости зданий с учетом возможности комбинированных особых воздействий с участием пожара // Пожарная безопасность. 2014. № 1. C. 86–92.Roytman V.M., Golovanov V.I. Need for technical regulation of the buildings fire resistance taking into account the possible combined hazardous fire exposure. Pozharnaya bezopasnost/Fire Safety. 2014; 1:86-93. (rus).Гордиенко Д.М., Лагозин А.Ю., Мордвинова А.В., Шебеко Ю.Н., Некрасов В.П. Обеспечение пожарной безопасности морских стационарных нефтегазодобывающих платформ // Научно-технический сборник. Вести газовой науки. 2019. № 2 (39). С. 136–142.Gordiyenko D.M., Lagozin A.Yu., Mordvinova A.V., Shebeko Yu.N., Nekrasov V.P. Fire protection support of fixed offshore platforms for oil and gas roduction. Scientific-Technical Collection Book “Vesti gazovoy nauki”. 2019; 2(39):136-142. (rus).Гордиенко Д.М., Вогман Л.П., Горшков В.И., Шебеко Ю.Н., Мелихов А.С., Леончук П.А., Мордвинова А.В. Обеспечение пожарной безопасности производственных объектов, исследования и разработка нормативных документов ФГБУ ВНИИПО МЧС России в области предупреждения пожаров и взрывов // Безопасность труда в промышленности. 2017. № 6. С. 5–20. DOI: 10.24000/0409-2961-2017-6-5-20Gordienko D.M., Vogman L.P., Gorshkov V.I., Shebeko Yu.N., Melihov A.S., Leonchuk P.A., Mordvinova A.V. Ensuring fire safety of production objects, researches and development of normative documents of FGBU VNIIPO EMERCOM of Russia in the field of fires and explosions prevention. Occupational Safety in Industry. 2017; 6:5-20. DOI: 10.24000/0409-2961-2017-6-5-20 (rus).Stucchi R., Amberg F. A practical approach for tunnel fire // Structural Engineering International. 2020. Vol. 30. Issue 4. Pp. 515–529. DOI: 10.1080/10168664.2020.1772697Stucchi R., Amberg F. A practical approach for tunnel fire. Structural Engineering International. 2020; 30(4):515-529. DOI:10.1080/10168664.2020.1772697Dehn F., Werther N., Knitl J. Groβbrandversuche fur den City-Tunnel Leipzig. 2006 Ernst&Sohn Verlag fur Architektur und technische Wissenschaften GmbH&Co.KG. Berlin : Beton-und Stahlbetonbau, 2006. Vol. 101. Heft 8. S. 631–635. DOI: 10.1002/best200608186Dehn F., Werther N., Knitl J. Gro_brandversuche für den City-Tunnel Leipzig. Beton- und Stahlbetonbau. 2006; 101(8):631-636 DOI: 10.1002_best.200608186 (ger).Dehn F., Werther N. Brandversuche an Tunnelinnenschalenbetonen fur den 30-Nordtunnel in Madrid. 2006 Ernst&Sohn Verlag fur Architektur und technische Wissenschaften GmbH&Co. KG. Berlin : Beton-und Stahlbetonbau, 2006. Vol. 101. Heft 9. S. 729–731. DOI: 10.1002/best.200608187Dehn F., Werther N. Brandversuche anTunnelinnenschalenbetonen fur den 30-Nordtunnel in Madrid. 2006 Ernst&Sohn Verlag fur Architektur und technische Wissenschaften GmbH&Co.KG. Beton- und Stahlbetonbau. 2006; 101(9):729-731. DOI: 10.1002/best.200608187 (ger).

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