УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ОГНЕСТОЙКОСТИ ПЛОСКОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ

В Российской федерации существует множество нормативных документов и приказов, обязывающих работодателей выполнять меры по охране труда и здоровья рабочих. Законодательная база постоянно изменяется и наказание становится намного строже. Так, если ранее работодателю приходилось платить один раз за все нарушения и штраф не превышал 50 тысяч рублей, то в настоящее время каждое нарушение рассматривается отдельно и все нарушения суммируются, достигая по стоимости 100 тысяч рублей за каждый состав нарушения. В особых случаях, согласно ст. 143 УК РФ, работодатель может быть привлечен к уголовной ответственности в следствии умышленного допуска на работу без медицинского осмотра, повлекшего причинение тяжкого вреда здоровью как минимум одного человека. В этом случае санкции предусматривают: штраф (до 400 тысяч рублей); обязательные работы (от 180 до 240 часов); лишение свободы (от 2 месяцев до 1 года) и др.

Заключение

По статистическим данным за 2014 год, в России выявлено более 162 тысяч случаешь профессиональных заболеваний. Среднегодовые потери для российской экономики, обусловленные профессиональными заболеваниями, составляют 1,5 триллиона рублей в год. Действительные показатели намного превышают официальные данные в несколько раз за счет сокрытия своих болезней работниками, халатности руководства, желающего скрыть реальное состояние здоровья своих подчиненных, отсутствия эффективной системы контроля и проверки деятельности по охране труда на предприятии и множества других факторов. В настоящее время проводится множество изменений в области охраны труда, способствующих разви-

тию сферы безопасного и комфортного труда. Введение международных стандартов, использование опыта стран, развитых в области охраны труда, государственное стимулирование предприятий, выполняющих требования охраны труда и ужесточение санкций в отношении недобросовестных работодателей являются важными факторами в развитии системы охраны труда и здоровья.

Список литературы

1. Как проводить медицинские осмотры работников по новым правилам 2021 ГОДА

2. Приказ министерства здравоохранения и социального развития российской федерации № 417н от 27.04.2012

3. Профессиональные заболевания в РФ

4. Розенфельд Л.Г., Бастрон А.С., динамика заболеваемости рабочих промышленных предприятий (по данным медицинских профилактических осмотров, проблемы управления здравоохранением. 2007 -с- 24-29

5. ТК РФ Статья 212. обязанности работодателя по обеспечению безопасных условий и охраны труда.

6. предварительные и переодические осмотры

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ОГНЕСТОЙКОСТИ ПЛОСКОЙ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ

Сидней С.А.

доцент кафедры безопасности объектов строительства та охраны труда Черкасского института пожарной безопасности имени Героев Чернобыля Национального университета гражданской защиты Украины

IMPROVEMENT OF THE METHOD FOR CALCULATING THE FIRE RESISTANCE OF A FLAT

REINFORCED CONCRETE SLAB

Sidnei S.

Associate Professor of the Department of Construction Objects safety and labor protection of the Cherkassy Institute of Fire Safety Named after Chernobyl Heroes of National University of Civil Defense in Ukraine

Аннотация

В работе представлены и проанализированы методы, с помощью которых возможно определять пределы огнестойкости плоских железобетонных плит.

При проведении многочисленных вычислительных экспериментов, установлено, что для определения температуры в сечении железобетонных плит наиболее эффективно использование математического аппарата с применением вычислительной термогазодинамики, на основе метода конечных элементов.

Для решения прочностной задачи использовались результаты решенной тепловой задачи.

Полученные результаты по определению несущей способности при пожаре по истечению 90 мин. исследуемой конструкции показывают, что максимальная погрешность по предлагаемой методике наблюдается до 8 % по сравнению с зонным методом. Такие показатели позволяют использовать данную методику не применяя, уточненный способ решения, основаный на использовании дифференциального нестационарного уравнения теплопроводности, что значительно упрощает подобные расчеты, и при этом обеспечивает достаточную точность результатов.

Abstract

The paper presents the methods intended to help to determine the limits of fire resistance of flat reinforced concrete slabs.

To carry out the computational experiments in the conditions of a fire there were proposed the mathematical models of heat transfer of flat reinforced concrete slabs, based on a non-stationary differential equation of thermal conductivity with numerical approximation using the finite element method.

There was proposed a simplified zone method based on a temperature nomogram for calculating the fire resistance of flat reinforced concrete slabs.

Using the proposed simplified zone method and the zone method, recommended by the standards [8, 10], there was determined the bearing capacity of a flat reinforced concrete slab for 30 minutes, 45 minutes, 60 minutes, 90 minutes of exposure to a standard temperature mode of a fire.

Based on the results, there was carried out an analysis of the results obtained using the proposed simplified zone method in comparison with the results obtained using the zone method. The analysis showed that the results differ by no more than 8%, signaling about high efficiency in the application of the proposed method and the possibility of its alternative use in carrying out calculations for the fire resistance of flat reinforced concrete slabs.

Ключевые слова: железобетонная плита, огнестойкость плоских плит, поведение железобетонных конструкций при пожаре.

Keywords: reinforced concrete slab, fire resistance of flat slabs, behavior of reinforced concrete structures in case of fire.

Постановка проблемы, анализ последних достижений и публикаций.

Несущие конструкции современных зданий изготавливаются из железобетона. Сравнивая с другими строительными материалами, которые используются для монтажа ответственных конструкций, железобетон, лидирует. Преимущества этого материала - большая прочность, долговечность, высокая огнестойкость, что делает этот материал наиболее востребованным. Одним из основных аспектов обеспечения пожарной безопасности при проектировании или при эксплуатации уже существующих зданий и сооружений это использования строительных конструкций с гарантированными классами огнестойкости. Соответствие конструкций требуемым классам огнестойкости, позволяет обеспечить безопасную эвакуацию людей при пожаре, а также предоставляет возможность эффективно выполнять аварийно-спасательную работу специальным подразделениям. Наиболее достоверные показатели огнестойкости строительных конструкций возможно получить при проведении специальных огневых испытаний [1, 2]. Также, предусматривается возможность оценки огнестойкости конструкций при помощи расчетных методов. Решения подобных задач при проведении вычислительных экспериментов описаны в работах многих известных ученых [3, 4]. Математические аппараты представляют возможность предусмотреть различные материалы, геометрические параметры, при этом расчетные методы значительно менее стоимостные и трудоемкие по сравнению с огневыми испытаниями. Однако единой универсальной методики для определения предела огнестойкости плоских железобетонных плит не представлено [5, 6]. Теоретическая и методическая база, таких подходов содержится в нормативных документах [7, 8].

Применение упрощенного метода оценки огнестойкости плоских железобетонных плит [8] геометрически ограничено высотой сечения, только толщиной 200 мм. Табличный метод [8] имеет несколько большую вариативность, но всё равно ограничен высотой сечений в 150 мм, 180 мм и 200 мм, и при этом его показатели имеют существенный запас, что не дает возможности более объективно провести оценку огнестойкости данных строительных конструкций при помощи данного метода. Проведение расчетов при помощи уточненного метода [7, 8] предусматривает универсальный теоретический подход, основанный на использовании дифференциального нестационарного уравнения теплопроводности, однако для реализации подобного метода необходимо задействовать специализированные программные комплексы, что требует определенные ресурсы вычислительных устройств.

Таким образом, исследования проведения оценки огнестойкости плоских железобетонных плит является актуальным.

Постановка задачи и ее решение. Цель работы является усовершенствование методики определения огнестойкости плоских железобетоных плит. Для достижения данной цели сформированы следующие задачи:

1. Создать тепловые математические модели, используя методику [9] с целью определения распределения температуры по исследуемой плоской железобетонной плите в условиях пожара по истечению 30 мин, 45 мин, 60 мин, 90 мин.

2. Определить несущую способность исследуемой плоской железобетонной плиты в условиях воздействия пожара по истечению 30 мин, 45 мин, 60 мин, 90 мин применяя упрощенную методику зонного метода [8].

3. Определить несущую способность исследуемой плоской железобетонной плиты при условиях воздействия пожара по истечению 30 мин, 45 мин, 60 мин, 90 мин, разделив половину сечения на 5 равных зон.

4. Проанализировать полученные результаты расчетов и на основе полученных данных усовершенствовать существующую методику оценки огнестойкости плоских железобетонных плит.

Конструктивная схема сечения исследуемой плоской железобетонной плиты представлены на рис. 1.

Рис. 1

- Конструктивная схема сечения исследуемой плоской железобетонной плиты (1 стержни 0 16 мм, 2 центры зон 10 мм, 30 мм, 50 мм, 70 мм, 90 мм).

арматурные

Изложение основного материала исследования с полным обоснованием полученных результатов. Для получения показателей распределения температуры по исследуемой плоской железобетонной плите в условиях пожара по истечению 30

мин, 45 мин, 60 мин, 90 мин созданы тепловые математические модели, используя методику [9]. На рис. 2 представлена конечноэлементная сеточная модель, для решения указанных теплотехнических задач.

Рис. 2 - Конечноэлементная сеточная модель исследуемой плоской железобетонной плиты.

Для получения наиболее достоверных результатов при проведении вычислительных экспериментов, параметры плиты воссозданы, в соответствии с реальными размерами [9]. Исследуемая плита состоит из бетона класса С 35 и арматурных стержней, которые изготовлены из стали класса С

250. Для проведения вычислительных экспериментов приняты теплофизические характеристики бетона и стали зависимые от температуры. Температурные зависимости данных характеристик представлены на рис. 3, 4. Комплекс свойств бетона и стали также учтены при проведении расчетов.

l, Вт/

1.5-

1 -

0 . 5

, °С

500

3 3

1x103 1.5x103

2.5x10

ср, Дж/

2x10 T

3

1.5x10T

3

1 x103

500 0

500

б.

Рис. 3 - Теплофизические характеристики бетона С35 (теплопроводность - а, теплоемкость - б).

а.

,°С

1 x103

2

0

а. б.

Рис. 4 - Теплофизические характеристики стали С250 (теплопроводность - а, теплоемкость - б).

Параметры граничных условий, учитывающих влияние стандартного температурного режима пожара по истечению 30 мин, 45 мин, 60 мин, 90 мин заданы и представлены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры граничных условий.___

Характеристика Единица измерения Величина Источник

Параметры граничных условий теплотехнической задачи

Номинальное тепловое влияние 345lg( 8t +1) + 20

Постоянная Стефана-Больцмана Вт/(м2-К4) 5.67-10"8 [8]

Степень черноты - 0.7 [8]

Коэффициент конвекционного теплообмена на обогреваемой поверхности Вт/(м2-К) 25 [8]

Коэффициент конвекционного теплообмена на необогрева-емых поверхностях Вт/(м2-К) 9 [8]

Результаты расчетов теплотехнических задач представлены в табл. 2, 3 и на рис. 5. Для решения первого варианта прочностной задачи, использовался упрощенный зонный метод [8, 9]. Зонный метод предусматривает разделение сечения на повре-

жденные зоны от воздействия пожара, не способные сопротивляться силовому воздействию нагрузки и зоны, которые эффективно сопротивляются механической нагрузке на уровне ненагретого бетона.

Таблица 2

Результаты распределения температуры в центре зон всего сечения плиты и показатели температуры в _арматурных стержнях при пожаре по истечению 30 мин, 45 мин, 60 мин, 90 мин._

Толщина сечения конструкции (мм) 20 60 100 140 180 От,* (°С) в арматурных стержнях

Усредненные показатели температуры (°С), полученные при помощи расчетного метода

Время теплового воздействия стандартного температурного режима (мин) 30 325,2 87,9 39,7 25,2 22,4 360,98

45 420,4 134,3 57,2 32,9 24,7 469,4

60 486,1 165,8 75,2 41,3 28,8 544,9

90 589,8 243,2 108,1 61,8 42,3 641,8

Таблица 3

Результаты распределения температуры в центре зон половины сечения плиты и показатели температуры

Толщина сечения конструкции (мм) 10 30 50 70 90 От,* (°С) в арматурных стержнях

Усредненные показатели температуры (°С), полученные при помощи расчетного метода

Время теплового воздействия стандартного температурного режима (мин) 30 474,2 220,5 114,6 70,2 46,4 360,98

45 568,7 304,8 164,6 101,9 69,2 469,4

60 663,1 388,2 234,1 129,3 90,6 544,9

90 740,2 480,8 282,4 202,3 132,6 641,8

в

Рис. 5. Распределение температуры в сечении и в арматурных стержнях исследуемой плоской железобетонной плиты при воздействии стандартного температурного режима пожара (а - 30 мин,

- 45 мин, в - 60 мин, г - 90 мин).

г

б

Результаты механических расчетов отображены в таблице 4, в которой представлены также результаты вычислений несущей способности при пожаре по предлагаемой методике. Предлагаемый метод основан на выполнении следующих процедур.

1. Половину сечения всей плиты было поделено по высоте на 5 равных зон (рис. 1), что составило по 20 мм каждая. Соответственно центры этих зон находятся на высоте сечения 10 мм, 30 мм, 50 мм, 70 мм и 90 мм. В указанных местах при помощи методики [9] установлены показатели распределения температуры при пожаре по истечении 30 мин, 45 мин, 60 мин, 90 мин. Результаты данных расчетов представлены в табл. 3.

2. Определяется соответствующий коэффициент кс (в,) снижения прочности бетона на сжатие для каждой из зон по диаграмме «напряжения-дефор-мация» для бетона при повышенных температурах [8].

3. Определяется средний коэффициент снижения прочности бетона на сжатие для сечения плиты, учитывающий при расчете изменение температуры каждой зоны по формуле [8]:

kc,m

п

где п - количество параллельных зон по высоте сечения.

4. Определение высоты поврежденной зоны бетона а2 в сечении исследуемой плиты проводилось по формуле:

: w

1

k

c,m

kc 0m ).

где кс(вм) - коэффициент снижения прочности бетона в середине всего сечения конструкции;

^ - половина высоты сечения исследуемой плиты.

5. Определение коэффициента уменьшенной прочности арматуры по диаграмме «напряжения-деформация» при повышенных температурах проводилось по соответствующим температурным зависимостям [8].

Таким образом, представляется возможность произвести расчет исследуемой плоской железобетонной плиты при нормальных условиях без учета поврежденного слоя бетона и с учетом потери прочности арматуры от влияния повышенных температур пожара.

a

z

Таблица - 4

Результаты расчетов несущей способности исследуемой плоской железобетонной плиты при пожаре

_ Мщц (кНм) __

Время действия стандартного температурного режима пожара (мин) При помощи зонного метода, (кНм) При помощи предлагаемой методики, (кНм) Погрешность

30 30,4 29,69 2,3 %

45 25,55 24,46 4,27 %

60 19 17,873 5,93 %

90 10,741 9,896 7,87%

Полученные результаты по определению несущей способности при пожаре по истечению 90 мин. исследуемой конструкции показывают, что максимальная погрешность по предлагаемой методике наблюдается до 8 % по сравнению с зонным методом. Такие показатели позволяют использовать данную методику не применяя, уточненный способ

решения, основаный на использовании дифференциального нестационарного уравнения теплопроводности, что значительно упрощает подобные расчеты, и при этом обеспечивает достаточную точность результатов.

Выводы. Учитывая проведенные исследования можно сделать следующие выводы:

1. Для проведения вычислительных экспериментов в условиях пожара предложены математические модели теплопередачи плоских железобетонных плит, на основе нестационарного дифференциального уравнения теплопроводности с численной аппроксимацией при помощи метода конечных элементов.

2. Предложен упрощенный зонный метод на основе температурной номограммы для расчета огнестойкости плоских железобетонных плит.

3. Используя предложенный упрощенный зонный метод и зонный метод рекомендуемый стандартами [8, 10] была определена несущая способность плоской железобетонной плиты для 30 мин, 45 мин, 60 мин, 90 мин воздействия стандартного температурного режима пожара.

4. Проведен анализ полученных результатов по предложенному упрощенному зонному методу в сравнении с результатами, полученными при помощи зонного метода. Данный анализ показал, что результаты отличаются не более чем на 8%, что показывает высокую эффективность в применении предлагаемого метода и возможность его альтернативного использования в проведении расчетах по огнестойкости плоских железобетонных плитах.

Список литературы

1. Shnal, T., Pozdieiev, S., Yakovchuk, R., Nekora, O. Development of a Mathematical Model of Fire Spreading in a Three-Storey Building Under Full-Scale Fire-Response Tests// Lecture Notes in Civil Engineering, 2021, 100 LNCE, pp. 419-428.

2. I. Fletcher, S. Welch, Behaviour of concrete structures in fire// Environmental Science, Physics.

3. Поздеев С.В. Разработка уточненного расчетного метода для определения предела огнестойкости несущих железобетонных конструкций. / Поздеев С.В., Левченко А.Д. // Вестник национального технического университета «Львовская политехника». - Львов: НТУ «Львовская политехника». - 2011. - С. 264 - 269.

4. Dao Duy Kien; Do Van Trinh; Khong Trong Toan; Le Ba DanhFire Resistance Evaluation of Reinforced Concrete Structures// 2020 5th International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD).

5. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий / В.М. Ройтман. - М.: Пожарная безопасность и наука, 2001. - 382 с.

6. Леннон Т., Мур Д.Б., Ван Ю.К., Бейли К.Г. Руководство для проектировщиков к EN 1991-12:2002, EN 1992-1-2:2002, EN 1993-1-2:2002 и EN 1994-1-2:2002: справочник по проектированию противопожарной защиты стальных, сталежелезо-бетонных и бетонных конструкций зданий и сооружений в соответствии с Еврокодами: пер. с англ. / Т. Леннон и др.; ред. Серии Х. Гульванесян; М-во образования и науки Росс. Федерации, ФГБОУ ВПО «Моск. гос. строит. ун-т»; науч ред. пер. В.М. Ройтман, И.А. Кириллов, А.И. Плотников; 2-е изд., Москва - МГСУ, 2013. - 196 с.

7. ДСТУ-Н Б EN 1992-1-1:2010. Еврокод 2. Проектирование железобетонных конструкций. Часть 1-1. Общие правила и правила для сооружений (EN 1992-1-1:2004, IDT).

8. ДСТУ-Н Б EN 1992-1-2:2012 Еврокод 2. Проектирование железобетонных конструкций. Часть 1-2. Общие положения. Расчет конструкций на огнестойкость (EN 1992-1-2:2004, IDT).

9. Sidnei S. «THE STUDY OF TEMPERATURE DISTRIBUTION IN A CROSS-SECTION OF A REINFORCED CONCRETE PLATE UNDER CONDITIONS OF A STANDARD VOL 1, No 75 (75) (2021) The scientific heritage (Budapest, Hungary) pp. 47-53 TEMPERATURE FIRE».

10. Шналь Т. М. Развитие научных основ расчетной оценки огнестойкости строительных конструкций при воздействии параметрических температурных режимов пожаров: дис. докт. техн. наук: 21.06.02 / Шналь Тарас Николаевич - Львов, 2019. - 395 с.

ПОСТРОЕНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ЗА РУБЕЖОМ: ОТ НАЧАЛА

И ДО НАШИХ ДНЕЙ

Смирнов С.В.

Старший научный сотрудник, кандидат технических наук ФГБУН ИПУ РАН, г. Москва, Россия

BUILDING CARS WITH ELECTRIC MOTORS ABROAD: FROM THE BEGINNING TO THE

PRESENT DAY

Smirnov S.

Senior Researcher, Candidate of Technical Sciences FSBIS ICS RAS, Moscow, Russia

Аннотация

Доклад посвящён развитию построения автомобилей с электродвигателем за рубежом. Разобраны основные моменты развития, продвижения и сложности при внедрении автомобилей с электродвигателями в США и странах Европы, а также преимущества электромобилей перед автомобилями с двигателями