Проведено аналіз результатів досліджень вогнестійкості залізобетонних конструкцій і встановлено, що сучасні підходи до оцінювання вогнестійкості не завжди дають змогу отримати оптимальні рішення для теплотехнічного розрахунку вогнезахищеної залізобетонної колони. Створення основ для ефективного оцінювання вогнестійкості вогнезахищених залізобетонних будівельних конструкцій з науково обґрунтованими параметрами вогнезахисних покриттів є актуальною проблемою, розв’язання якої призведе до підвищення точності теплотехнічного розрахунку вогнезахищених залізобетонних колон з необхідною для інженерних розрахунків досконалістю. З огляду на це розроблено комп’ютерну модель для моделювання нестаціонарного прогріву вогнезахищеної залізобетонної колони, що дає змогу оцінювати вогнестійкість як незахищених, так і вогнезахищених залізобетонних колон, враховувати властивості матеріалів колон та вогнезахисного покриття. Алгоритм оцінювання містить виконання експериментальних та розрахункових процедур під час визначення вогнестійкості вогнезахищених залізобетонних колон. За допомогою розробленої моделі проведено моделювання нестаціонарного прогріву вогнезахищеної залізобетонної колони за стандартного температурного режиму пожежі. Особливість моделювання нестаціонарного прогріву вогнезахищеної залізобетонної колони полягає у задаванні теплофізичних характеристик вогнезахисного покриття під час розв’язання задачі нестаціонарної теплопровідності. Під час визначення ефективності розробленої моделі було проведено порівняння результатів чисельного моделювання прогріву залізобетонної колони з результатами експериментального дослідження вогнестійкості залізобетонної колони. Також було запропоновано моделювання вогнезахисту залізобетонної колони для підвищення меж вогнестійкості до необхідних значень межі вогнестійкості. Підтвердженням адекватності розробленої моделі є задовільна збіжність експериментальних та розрахункових температур. Особливістю розробленої комп’ютерної моделі є можливість моделювання нестаціонарного прогріву вогнезахищених залізобетонних колон з урахуванням їх початкових та граничних умов, геометрії, характеристик матеріалів, класу бетону, класу арматури, теплофізичних характеристик вогнезахисних покриттів, умов випробувань та умов обігріву.

Purpose. Development of a computer model for the study of fire resistance of steel structures protected by fire-resistant coatings, using the example of a fire-resistant steel beam created in the LIRA-SAPR software complex (Ukraine). Methods. Finite element method, application of computational methods of numerical modelling of the LIRA-SAPR software complex, mathematical modelling of thermal processes of non-stationary thermal conductivity. Results. A computer model was developed in the LIRA- SAPR software complex, with the help of which thermal engineering calculation of the beam was carried out. The model makes it possible to evaluate the fire resistance of both unprotected and fire-protected steel beams, to take into account the properties of the beam material and the material of the fire-resistant coating. The peculiarity of modelling the non-stationary heating of a fire-resistant steel beam is to specify the thermophysical characteristics of the fire-resistant coating when solving the problem of non-stationary thermal conductivity. The results of the calculated determination of the fire resistance of the fire-resistant steel beam were compared with experimental data. As a result, a satisfactory convergence of the results of the calculation and experimental study of fire resistance was established (the error is no more than 12%). The results of the experimental determination of the fire resistance of unloaded beams under fire conditions of the standard fire temperature regime were analysed. The accuracy of the developed computer model was evaluated with the results of the experiment. Scientific novelty. A finite-element model of a fire-resistant steel beam has been developed in the LIRA- SAPR software complex, which allows calculating the fire resistance limits of beams protected by fire-resistant coatings with scientifically justified parameters with sufficient accuracy for engineering calculations. Practical significance. It consists in creating the basis for the calculated assessment of fire resistance of building structures protected by fire-resistant coatings by creating computer models capable of performing fire resistance calculations. Due to this, there should be a significant reduction in the cost of work on fire resistance assessment and, as a result, an increase in the effectiveness of measures to increase the fire resistance of building structures.

A finite-element model was developed for thermal engineering calculation of a fire-resistant multi-cavity reinforced concrete floor in the ANSYS software complex. With the help of the developed model, a thermal engineering calculation of a fire-resistant reinforced concrete multi-hollow floor slab was carried out, the essence of which was to solve the problem of non-stationary thermal conductivity and was reduced to determining the temperature of the concrete of the reinforced concrete floor at any point of the cross section at a given time (including at the place of installation of the fittings).A comparison of the results of numerical modeling with the results of an experimental study of fire resistance was carried out. An approach is proposed that allows taking into account all types of heat exchange by specifying cavities as a solid body with an equivalent coefficient of thermal conductivity. The model makes it possible to study stationary and non-stationary heating of both unprotected and fire-protected reinforced concrete structures. At the same time, with the help of the developed model, it is possible to take into account various factors affecting fire-resistant reinforced concrete structures: fire temperature regimes, thermophysical characteristics of reinforced concrete structures, coatings for fire protection of reinforced concrete structures. The adequacy of the developed model was tested, as a result of which it was established that the calculated values of temperatures satisfactorily correlate with experimental data. The largest area of deviation in temperature measurement is observed at the 100 th minute of calculation and is about 3 ºС, which is 9 %. The workability of the developed model for evaluating the fire resistance of fire-resistant reinforced concrete structures and its adequacy to real processes that occur during heating of fire-resistant reinforced concrete structures with the application of a load under the conditions of fire exposure under the standard fire temperature regime have been proven.

No abstract

A finite-element model for the heat engineering calculation of fireproof reinforced concrete slab has been built, which is designed to assess the fire resistance of unprotected reinforced concrete structures. A feature of the model is the correct choice of types of heat transfer in the cavities of reinforced concrete ceilings. An algorithm that includes experimental and calculation procedures in determining the fire resistance of unprotected reinforced concrete structures has been applied. The initial, boundary conditions for the construction of the model were formulated; the thermophysical properties of materials were substantiated. Thermal calculation of fireproof multi-hollow reinforced concrete ceiling under conditions of fire was carried out. The adequacy of the developed finite-element model was checked. A satisfactory convergence of experimental and calculated temperatures with an accuracy of 10 % was established, which would suffice for the engineering calculations. The model built makes it possible to assess the fire resistance of unprotected reinforced concrete structures. Thus, there is reason to argue that the model constructed can partially or completely replace the experimental assessment of fire resistance, provided that the construction and setting of the model parameters are correct