firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.18322/PVB.2019.28.05.60-70firesmi-791Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, ОБЪЕКТОВSAFETY OF BUILDINGS, STRUCTURES, OBJECTSОгнестойкость железобетонных тюбингов подземных сооружений с полипропиленовой фибройFire resistance of reinforced concrete tubings of underground structures with polypropylene fiberhttps://orcid.org/0000-0001-6043-0537ГоловановВ. И.GolovanovV. I.

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

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

Vladimir I. Golovanov, Dr. Sci. (Eng), Main Researcher

VNIIPO, 12, Balashikha, Mosсow Region, 143903

pavelgol1@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2396-3136ПехотиковА. В.PekhotikovA. V.

Пехотиков Андрей Владимирович, канд. техн. наук, начальник отдела

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

Andrey V. Pekhotikov, Cand. Sci. (Eng.), Head of Department

VNIIPO, 12, Balashikha, Mosсow Region, 143903

pekhotikov.a@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2945-663XНовиковН. С.NovikovN. S.

Новиков Николай Сергеевич, научный сотрудник

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

Nikolay S. Novikov, Researcher

VNIIPO, 12, Balashikha, Mosсow Region, 143903

agps.nick182@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5131-7401ПавловВ. В.PavlovV. V.

Павлов Владимир Валерьевич, начальник сектора

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

Vladimir V. Pavlov, Head of Sector

VNIIPO, 12, Balashikha, Mosсow Region, 143903

vv.pavlov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4711-0210КузнецоваЕ. В.KuznetsovaE. V.

Кузнецова Елена Вячеславовна, старший научный сотрудник

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

Elena V. Kuznetsova, Senior Researcher

VNIIPO, 12, Balashikha, Mosсow Region, 143903

lenkus01@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС РоссииРоссияAll-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of RussiaRussian Federation2019181120192856070Copyright © Голованов В.И., Пехотиков А.В., Новиков Н.С., Павлов В.В., Кузнецова Е.В., 20192019Голованов В.И., Пехотиков А.В., Новиков Н.С., Павлов В.В., Кузнецова Е.В.Golovanov V.I., Pekhotikov A.V., Novikov N.S., Pavlov V.V., Kuznetsova E.V.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/791

Введение. Железобетонные конструкции из тяжелого бетона повышенной влажности (более 3,5 %) имеют склонность к взрывообразному разрушению, которое может привести к преждевременному наступлению предела огнестойкости таких конструкций и частичному или полному обрушению зданий и сооружений. Повышенная влажность железобетонных конструкций обычно встречается в подземных сооружениях и во вновь возводимых зданиях. Огнестойкость железобетонных тюбингов подземных сооружений в значительной степени зависит от взрывообразного (хрупкого) разрушения бетона при воздействии высоких температур пожара на поверхность обделки тоннеля. Материалы и методы. В качестве объекта исследования были выбраны железобетонные тюбинги из тяже­лого бетона влажностью 6 % с добавкой полипропиленовой фибры в количестве 1 кг/м3. Проведены крупномасштабные огневые испытания на специально изготовленном стенде при нагружении образцов вертикальной и горизонтальной нагрузкой. Результаты и обсуждение. Представлены основные результаты экспериментального исследования огне­стой­кости железобетонных тюбингов с добавкой полипропиленовой фибры и без нее. По результатам установ­лено, что предел огнестойкости железобетонного тюбинга с добавкой полипропиленовой фибры согласно ГОСТ 30247.0–94 составил не менее 125 мин (REI 120). Разработана аналитическая модель оценки огнестойкости. Для решения теплотехнической задачи проведен численный эксперимент с помощью программ­ного комплекса “ANSYS”. Предложена аналитическая зависимость определения дополнительного температурного прогиба для геометрически нелинейного элемента. Расчет предела огнестойкости железо­бетонного тюбинга с добавкой полипропиленовой фибры по разработанной аналитической модели с учетом ранее полученных прочностных и теплотехнических характеристик подтвердил результаты огневых испытаний: предел огнестойкости составил REI 120. Заключение. Использование для ограждающих конструкций тоннеля железобетонных тюбингов из фибробетона с полипропиленовой фиброй позволит значительно снизить затраты на устройство огнезащиты и сократить сроки строительства.

Introduction. Reinforced concrete structures made of heavy concrete of high humidity (more than 3.5 %) are ­prone to explosive destruction. This phenomenon can lead to premature onset of the fire resistance of such structures and the partial or complete collapse of buildings and structures. The increased humidity of reinforced ­concrete structures is usually found in underground structures and newly constructed buildings. The fire resistance of reinforced concrete tubes of underground structures largely depends on the explosive (brittle) destruction of concrete when exposed to high temperatures of fire on the surface of the tunnel lining. Materials and methods. As the object of the study were selected reinforced concrete tubes of heavy concrete with a moisture content of 6 % with the addition of polypropylene fiber in the amount of 1 kg/m3. Large-scale fire tests were carried out on a specially manufactured test bench when loading samples with vertical and horizontal loads. Results and discussion. The main results on the study of fire resistance of reinforced concrete tubes with the addition of polypropylene fiber and without additives are presented. According to the results of experimental studies, it was established that the fire resistance limit of reinforced concrete tubing with the addition of polypropylene ­fiber according to GOST 30247.0–94 was at least 125 minutes (REI 120). The analytical model of fire resistance assessment is developed. To solve the thermal engineering problem, a numerical experiment was performed in the ANSYS software package. An analytical dependence is proposed for determining an additional temperature deflection for a geometrically nonlinear element. The calculation of the fire resistance limit of reinforced concrete tubing with the addition of polypropylene fiber according to the developed analytical model, considering the pre­viously obtained strength and thermal characteristics, confirmed the results of fire tests, and amounted to REI 120. Conclusion. The use of reinforced concrete tubing made of fiber-reinforced concrete with polypropylene fiber for building envelopes will significantly reduce the cost of a fire protection device and shorten the construction time.

стандартный температурный режим пожаратеплотехническая задачастатическая (прочностная) задачавзрывообразное (хрупкое) разрушение бетонаобделка тоннеляstandard temperature firethermal engineering problemstatic (strength) problemexplosive (brittle) concrete destructiontunnel liningReferencesMoore D. B., Lennon T. Fire engineering design of steel structures // Progress in Structural Engineering and Materials. — 1997. — Vol. 1, No. 1. — P. 4–9. DOI: 10.1002/pse.2260010104.D. B. Moore, T. Lennon. Fire engineering design of steel structures. Progress in Structural Engineering and Materials, 1997, vol. 1, no. 1, pp. 4–9. DOI: 10.1002/pse.2260010104.Maraveas C., Vrakas A. A. Design of concrete tunnel linings for fire safety // Structural Engineering International. — 2014. — Vol. 24, No. 3. — P. 319–329. DOI: 10.2749/101686614X13830790993041.C. Maraveas, A. A. Vrakas. Design of concrete tunnel linings for fire safety. Structural Engineering International, 2014, vol. 24, no. 3, pp. 319–329. DOI: 10.2749/101686614X13830790993041.Бартелеми 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 p. (in French) (Russ. ed.: Barthélèmy B., Kruppa J. Ognestoykost stroitelnykh konstruktsiy. Moscow, Stroyizdat Publ., 1985. 216 p.).Голованов В. И., Кузнецова Е. В. Эффективные средства огнезащиты для стальных и железобетонных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. — 2015. — № 9. — С. 82–90.V. I. Golovanov, E. V. Kuznetsova. Effective means of fire protection for steel and concrete structures. Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitelstvo / Industrial and Civil Engineering, 2015, no. 9, pp. 82–90 (in Russian).Голованов В. И., Павлов В. В., Пехотиков А. В. Защита железобетонных тюбингов автодорожных тоннелей от хрупкого разрушения при пожаре // Пожарная безопасность. — 2008. — № 2. — С. 50–55.V. I. Golovanov, V. V. Pavlov, A. V. Pekhotikov. Protection of concrete tubing highway tunnels by brittle fracture during a fire. Pozharnaya bezopasnost / Fire Safety, 2008, no. 2, pp. 50–55 (in Russian).Фёдоров В. С., Левитский В. Е., Молчадский И. С., Александров А. В. Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций. — М. : АСВ, 2009. — 408 с.V. S. Fedorov, V. E. Levitskiy, I. S. Molchadskiy, A. V. Aleksandrov. Ognestoykost i pozharnaya opasnost stroitelnykh konstruktsiy [Fire behavior and fire danger of building designs]. Moscow, ASV Publ., 2009. 408 p. (in Russian).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, No. 10. — P. 1547–1554. DOI: 10.1016/j.cemconres.2010.06.011.Y.-S. Heo, J. G. Sanjayan, C.-G. Han, M.-C. Han. Synergistic effect of combined fibers for spalling ¬protection of concrete in fire. Cement and Concrete Research, vol. 40, no. 10, pp. 1547–1554. DOI: 10.1016/j.cemconres.2010.06.011.Werther N. Brandversuche an Tunnelinnenschalenbetonen für den M 30-Nordtunnel in Madrid // Beton- und Stahlbetonbau. — 2006. — Vol. 101, No. 9. — P. 729–731 (in German). DOI: 10.1002/best.200608187.N. Werther. Brandversuche an Tunnelinnenschalenbetonen für den M 30-Nordtunnel in Madrid. Beton- und Stahlbetonbau, 2006, vol. 101, issue 9, pp. 729–731 (in German). DOI: 10.1002/best.200608187.Dutta Dey S., Winterberg R., Korulla M., Gharpure A. D. Steel fibre reinforced concrete for underground structures // 6th Asian Rock Mechanics Symposium. — 2010. — 8 p.S. Dutta Dey, R. Winterberg, M. Korulla, A. D. Gharpure. Steel fibre reinforced concrete for under¬ground structures. In: 6th Asian Rock Mechanics Symposium, 2010. 8 p.Rodrigues J. P. C., Laím L., Correia A. M. Behaviour of fiber reinforced concrete columns in fire // Composite Structures. — 2010. — Vol. 92, Issue 5. — P. 1263–1268. DOI: 10.1016/j.compstruct.2009.10.029.J. P. C. Rodrigues, L. Laím, A. M. Correia. Behaviour of fiber reinforced concrete columns in fire. Composite Structures, 2010, vol. 92, issue 5, pp. 1263–1268. DOI: 10.1016/j.compstruct.2009.10.029.Кузнецова И. С., Рябченкова В. Г., Корнюшина М. П., Саврасов И. П., Востров М. С. Полипропиленовая фибра — эффективный способ борьбы со взрывообразным разрушением бетона при пожаре // Строительные материалы. — 2018. — № 11. — С. 15–20. DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-765-11-15-20.I. S. Kuznetsova, V. G. Ryabchenkova, M. P. Kornyushina, I. P. Savrasov, M. S. Vostrov. Polypropylene fiber is an effective way to struggle with the explosion — like destruction of concrete in case of fire. Stroitel’nye Materialy / Construction Materials, 2018, no. 11, pp. 15–20. DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-765-11-15-20.Dehn F., Werther N., Knitl J. Groβbrandversuche für den City-Tunnel Leipzig // Beton- und Stahlbetonbau. — 2006. — Vol. 101, Issue 8. — P. 631–636 (in German). DOI: 10.1002/best.200608186.F. Dehn, N. Werther, J. Knitl. Groβbrandversuche für den City-Tunnel Leipzig. Beton- und Stahlbetonbau, 2006, vol. 101, issue 8, pp. 631–636 (in German). DOI: 10.1002/best.200608186.Kordina K. Brände in unterirdischen Verkehrsanlagen // Bautechnik. — 2003. — Vol. 80, No. 5. — P. 327–338 (in German). DOI: 10.1002/bate.200302620.K. Kordina. Brände in unterirdischen Verkehrsanlagen. Bautechnik, 2003, vol. 80, no. 5, pp. 327–338 (in German). DOI: 10.1002/bate.200302620.Ройтман В. М., Голованов В. И. Необходимость технического регулирования огнестойкости зданий с учетом возможности комбинированных особых воздействий с участием пожара // Пожарная безопасность. — 2014. — № 1. — С. 86–93.V. М. Roytman, V. I. Golovanov. Need for technical regulation of the buildings fire resistance taking into account the possible combined hazardous fire exposure. Pozharnaya bezopasnost / Fire Safety, 2014, no. 1, pp. 86–93 (in Russian).Яковлев А. И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. — М. : Стройиздат, 1988. — 144 с.A. I. Yakovlev. Raschet ognestoykosti stroitelnykh konstruktsiy [Calculation of fire resistance of building structures]. Мoscow, Stroyizdat Publ., 1988. 143 p. (in Russian).Голованов В. И., Новиков Н. С., Павлов В. В., Кузнецова Е. В. Прочностные и теплофизические свойства бетона с полипропиленовой фиброй в условиях температурного режима стандартного пожара // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. — 2017. — Т. 26, № 5. — С. 37–44. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.05.37-44.V. I. Golovanov, N. S. Novikov, V. V. Pavlov, E. V. Kuznetsova. Strength and thermo-physical properties of concrete with polypropylene fiber under standard temperature regimes. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety, 2017, vol. 26, no. 5, pp. 37–44 (in Russian). DOI: 10.18322/PVB.2017.26.05.37-44.Голованов В. И., Новиков Н. С., Павлов В. В., Антонов С. П. Прочностные характеристики фибробетона для тоннельных сооружений в условиях высоких температур // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. — 2017. — № 2. — С. 63–67.Golovanov V. I., Novikov N. S., Pavlov V. V., Antonov S. P. Strength characteristics of fiber reinforced concrete for tunnel structures in high temperatures. Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, likvidatsiya / Fire and Emergencies: Prevention, Elimination, 2017, no. 2, pp. 63–67 (in Russian).Волков А. А., Ройтман В. М., Приступюк Д. Н., Федоров В. Ю. Влияние влажности строительных материалов на точность расчетов прогрева конструкций при оценке их огнестойкости // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании : cб. матер. VI Международной научной конференции. — М. : НИУ МГСУ, 2018. — С. 207–212.A. A. Volkov, V. M. Roytman, D. N. Pristupyuk, V. Yu. Fedorov. The influence of humidity of construction materials on the accuracy of calculations of the heating of structures in assessing their fire resistance. In: Integratsiya, partnerstvo i innovatsii v stroitelnoy nauke i obrazovanii. Sbornik materialov VI Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii [Partnership and Innovation in Construction Science and Education. Proceedings of VI International Scientific Conference]. 2018, pp. 207–212 (in Russian).Камлюк А. Н., Ширко А. В., Янковский А. Г. Теплотехнический и прочностной расчет железобетонных колонн в программной среде ANSYS // Техносферная безопасность. — 2014. — № 2(3). — С. 26–33.A. N. Kamluk, A. V. Shirko, A. G. Yankovskiy. The thermal and strength calculation of concrete columns in a software environment АNSYS. Tekhnosfernaya bezopasnost / Technosphere Safety, 2014, no. 2(3), pp. 26–33 (in Russian).Ширко А. В., Камлюк А. Н., Полевода И. И., Зайнудинова Н. В. Прочностной расчет железобетонных плит при пожаре с использованием программной среды ANSYS // Вестник Командно-инженерного института МЧС Республики Беларусь. — 2014. — № 1(19). — С. 48–58.A. V. Shirko, A. N. Kamlyuk, I. I. Polevoda, N. V. Zaynudinova. The strength calculation of concrete stabs in a soft-ware environment ANSYS. Vestnik Komandno-inzhenernogo instituta MChS Respubliki Belarus / Vestnik of the Institute for Command Engineers of the MES of the Republic of Belarus, 2014, no. 1(19), pp. 48–58 (in Russian).Камлюк А. Н., Полевода И. И., Ширко А. В. Модели материалов арматуры и бетона для теплотехнических и прочностных расчетов на примере Российского стандарта // Вестник Командно-инженерного института МЧС Республики Беларусь. — 2013. — № 1(17). — С. 104–116.A. N. Kamlyuk, I. I. Polevoda, A. V. Shirko. Models of reinforcement and concrete materials for thermal engineering and strength calculations on the example of the Russian standard. Vestnik Komandno-inzhenernogo instituta MChS Respubliki Belarus / Vestnik of the Institute for Command Engineers of the MES of the Republic of Belarus, 2013, no. 1(17), pp. 104–116 (in Russian).Kordina K., Meyer-Ottens C. Beton brandschutz. Handbuch. 2 Auflage. — Düsseldorf : Verlag Bau + Technik, 1999. — 284 p. (in Germany).K. Kordina, C. Meyer-Ottens. Beton brandschutz. Handbuch. 2 Auflage. Düsseldorf, Verlag Bau + Technik, 1999. 284 p. (in Germany).Nause P. Brandschutztechnische Bewertung tragender Bauteile im Bestand. — Brandschutz-Forum- München, 21.06.2013. — 47 p. URL: https://docplayer.org/2762246-Brandschutztechnische-bewertung-tragender-bauteile-im-bestand.html (дата обращения: 15.05.2019).P. Nause. Brandschutztechnische Bewertung tragender Bauteile im Bestand. Brandschutz-Forum, München, 21.06.2013. 47 p. (in German). Available at: https://docplayer.org/2762246-Brandschutztechnische-bewertung-tragender-bauteile-im-bestand.html (Accessed 15 May 2019).

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