Огнестойкость железобетонных тюбингов подземных сооружений с полипропиленовой фиброй

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.

1. Moore 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.

2. 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.

3. Бартелеми Б., Крюппа Ж. Огнестойкость строительных конструкций / Пер. с фр. — М. : Стройиздат, 1985. — 216 с.

4. Голованов В. И., Кузнецова Е. В. Эффективные средства огнезащиты для стальных и железобетонных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. — 2015. — № 9. — С. 82–90.

5. 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.

6. Фёдоров В. С., Левитский В. Е., Молчадский И. С., Александров А. В. Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций. — М. : АСВ, 2009. — 408 с.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Kordina K. Brände in unterirdischen Verkehrsanlagen // Bautechnik. — 2003. — Vol. 80, No. 5. — P. 327–338 (in German). DOI: 10.1002/bate.200302620.

14. 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.

15. Яковлев А. И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. — М. : Стройиздат, 1988. — 144 с.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. Kordina K., Meyer-Ottens C. Beton brandschutz. Handbuch. 2 Auflage. — Düsseldorf : Verlag Bau + Technik, 1999. — 284 p. (in Germany).

23. 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).