Демчина Богдан Григорович. Вогнестійкість одно- і багатошарових просторових конструкцій житлових та громадських будівель: Дис... д-ра техн. наук: 05.23.01 / Український зональний науково-дослідний і проектний ін-т по цивільному будівництву (КиївЗНДІЕП). - К., 2002. - 367 арк. , табл. - Бібліогр.: арк. 275-304.
Анотація до роботи:
Демчина Б.Г. Вогнестійкість одно- і багатошарових просторових конструкцій житлових та громадських будівель. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – будівельні конструкції, будівлі та споруди. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2003.
Дисертація присвячена вирішенню важливої народногосподарської задачі з широкого впровадження нових енергоефективних одно- та багатошарових просторових будівельних конструкцій через їх атестацію з питань вогнестійкості за допомогою розробленого інженерного методу розрахунку вогнестійкості просторових конструкцій замість дорогих та трудомістких вогневих випробувань. Інженерний метод розрахунку створений на основі класичної теорії пластин з використанням квазістатичної незв’язаної задачі термопружності. Виконано унікальний натурний вогневий експеримент на п’ятиповерховому житловому будинку конструктивної системи ГОЛЬДПЛАН, розроблено нову методику реєстрації температури за допомогою багатоканального термовимірювача МТ-1, вперше застосовано метод акустичної емісії на натурному вогневому експерименті, а також в численних лабораторних дослідженнях бетону, арматури та нових вогнезахисних покриттів. Запропоновано нову універсальну установку багатофункціонального призначення для вогневих випробувань будівельних конструкцій. На основі запропонованого інженерного методу розрахунку створено програмний комплекс КОЛДЕМ для розрахунку межі вогнестійкості просторових конструкцій, який пройшов перевірку на порівнянні результатів розрахунку з експериментальними даними досліджень на вогнестійкість окремих одно- і багатошарових плитних конструкцій, об’ємних блоків, конструктивних системи ПЛАСТБАУ і ГОЛЬДПЛАН. Задовільне співпадіння розрахункових і експериментальних даних підтвердили надійність програмного комплексу КОЛДЕМ і можливість використання його для сертифікації та атестації нових енергоефективних конструктивних систем з метою їх швидкого впровадження в будівництві на Україні.
На основі проведених комплексних експериментально-теоретичних досліджень, робіт з алгоритмізації обчислень і програмування створено інженерний метод розрахунку межі вогнестійкості одно- і багатошарових просторових будівельних конструкцій, який реалізований через обчислювальний комплекс ПК КОЛДЕМ, що дає можливість розрахунковим шляхом визначити межу вогнестійкості великої групи будівельних конструкцій: плит та стінових панелей плоских, пустотних, ребристих, одно- та багатошарових з різним видом опирання і навантаження; об’ємних просторових конструкцій АКТС типу ПЛАСТБАУ та ГОЛЬДПЛАН, відсіків крупнопанельних будівель, об’ємних блоків.
Інженерний метод розрахунку межі вогнестійкості просторових конструкцій створено на основі незв’язаної квазістатичної задачі термопружності пластин. При цьому температурна задача дискретизована за товщиною перерізу з врахуванням залежності теплофізичних параметрів від температури, а силова задача вирішена з урахуванням зележності фізико-механічних властивостей матеріалів від температурної дії.
Температурна задача вирішена в одномірній та тримірній постановці для одно- та багатошарових систем з постійними і періодично змінними властивостями за просторовими координатами із залученням методу скінчених різниць і встановленням відношення кроку сітки до кроку часу, при якому забезпечується стійкість обчислювального процесу.
Для просторових відсіків будівель, які складаються з одно- і багатошарових конструкцій, запропоновано метод розрахунку меж вогнестійкості, який базується на класичній теорії пластин разом з використанням методики "поділу-об’єднання" просторового блоку на окремі пластини, яка дозволила врахувати сумісну роботу та перерозподіл зусиль між окремими елементами блоку при дії пожежі і забезпечила задовільну точність результатів розрахунку не тільки в площинах розглянених елементів, але і у зоні їх контакту.
Для просторових блоків, створених горизонтальними і вертикальними плоскими елементами з періодично змінними властивостями, розроблено методику розв’язку температурної і силової задачі з приведенням її до методики розрахунку регулярних систем, що дозволило значно зменшити і спростити обчислювальний процес.
Врахування зміни фізико-механічних і теплофізичних властивостей матеріалів виконано на основі відомих емпіричних формул і таблиць, що зв’язують зміни згаданих параметрів від температури.
Запропоновано методику розрахунку та програмний комплекс КОЛДЕМ, які дали можливість виконати серію розрахунків меж вогнестійкості для плит та об’ємних блоків і зробити порівняння з результатами, отриманими іншими авторами, та встановити досить високий рівень точності результатів розрахунку за запропонованою методикою і стверджувати про її достовірність.
Для перевірки ефективності запропонованого методу розрахунку просторових систем, складених з багатошарових конструкцій із періодично змінними властивостями матеріалів, у м. Вінниця проведено натурний вогневий експеримент на житловому домі системи ГОЛЬДПЛАН та отримано числові значення температурних полів у зоні вогневої дії та в елементах конструкцій при загальній тривалості пожежі більше ніж 1,5 год. Порівняння результатів натурного вогневого експерименту з результатами розрахунку, виконаного за допомогою програмного комплексу КОЛДЕМ для розрахункової моделі багатошарової системи з періодично змінними властивостям при врахуванні реальної температурної кривої експериментального вогневого впливу, показало задовільне узгодження розрахункових і експериментальних даних температурних і силових полів.
У процесі натурного вогневого впливу вперше було використано метод акустичної емісії (АЕ) з метою отримання більш повної картини про процеси тріщиноутворення в конструкціях. Автором проведено комплекс досліджень бетону та арматури на дію навантаження, високих температур, охолодження бетону водою, що імітувало гасіння пожежі, наявність вогнезахисних покриттів по бетону з використанням методу АЕ. Згаданий об’єм досліджень вказав на велику ефективність застосування методу АЕ при вогневих випробуваннях будівельних конструкцій з метою їх дослідження та діагностики для прийняття раціональних методів реконструкції після пожежі.
У процесі натурного вогневого експерименту вперше було застосовано дві методики запису температур, а саме, відому – за допомогою автоматичних потенціометрів типу КСП-4, та запропоновану автором – за допомогою багатоканального термовимірювача МТ-1, виведеного на персональний комп’ютер. Аналіз результатів заміру температур за двома методиками показав їх ідентичність і значну ефективність у запропонованій автором методиці заміру та запису температур, яка дозволяє в процесі вогневого експерименту проводити одночасний запис температур з необмеженої кількості термопар через довільний інтервал часу, виконувати їх оперативний аналіз та обробку з видачею результатів на моніторі або роздруковуванням на принтері, а також оперативної передачі результатів експерименту по Інтернету (за необхідністю).
Виконано токсико-гігієнічні дослідження, які дозволили встановити межу вогнестійкості за токсичністю при пожежі, для багатошарових конструктивних систем з використанням полімерних утеплювачів, а саме – час досягнення гранично допустимих концентрацій (ГДК) продуктів термодеструкції полімерів на шляхах евакуації людей. Теоретичні розрахунки межі токсичності за програмним комплексом КОЛДЕМ для будинку системи ГОЛЬДПЛАН співпали з експериментальною величиною. Межу вогнестійкості за токсичністю необхідно використовувати у реальному проектуванні будівель для визначення шляхів та тривалості евакуації людей за запропонованою автором методикою.
У процесі роботи автором проведені комплексні дослідження зі створення та випробування нових вогнезахисних покриттів (Патенти України № 38256А та № 47993А), а також запропонована та розроблена універсальна вогнева камера для дослідження вогнестійкості різноманітних будівельних конструкцій (Патент України № 48870А).
Узагальнюючи викладені висновки, можна стверджувати, що створений програмний комплекс КОЛДЕМ, за допомогою якого можуть бути визначені межі вогнестійкості більшості відомих і нових завезених в Україну одно- і багатошарових просторових конструкцій, в тому числі і межа вогнестійкості за токсичністю, можна використовувати не тільки в практичних розрахунках при проектуванні, але і в процесі сертифікації будівельної продукції.
Розроблений, обґрунтований та перевірений в даній роботі програмний комплекс КОЛДЕМ являється кінцевим результатом об’ємного комплексу теоретичних та експериментальних досліджень, алгоритмізації і програмування, є надійним інструментом, який забезпечує достатньо достовірні результати.
Запропонований для широкого застосування метод визначення меж вогнестійкості будівельних просторових конструкцій дозволяє вирішити актуальну теоретично-прикладну проблему, яка має важливе народногосподарське значення не тільки для України, але і для інших країн.
Публікації автора:
Монографії та навчальні посібники
Прокоф’єв О.І., Демчина Б.Г., Шналь Т.М., Лоза М.З., Шевчук А.О. Посібник з основ теорії горіння. –Львів: Вид. НУ “Львівська політехніка”, 2002. –108с.
Особистий внесок: написано і упорядковано тему 1, 7 і додаток 2.
Статті в наукових виданнях
Коляков М.Й., Божинський О.В., Демчина Б.Г. Про методику теоретичного визначення границь вогнетривкості багатошарових полімерзалізобетонних конструкцій та оцінку їх пожежної небезпечності // Збірник “Проблеми теорії і практики залізобетону”. -Полтава: 1997. –С.240-243.
Особистий внесок: наведено шляхи приведення нелінійної задачі теплопровідності до розв’язку системи лінійних задач теплопровідності.
Коляков М.Й., Лундяк В.С., Демчина Б.Г. Застосування методів термопружності до розрахунку границі вогнетривкості об’ємних блоків // Збірник “Проблеми теорії і практики залізобетону”. -Полтава: 1997. –С.244-246.
Особистий внесок: розроблено підходи до спрощення просторової зв’язаної задачі термопружності до незв’язаної квазістатичної задачі термопружності.
Демчина Б.Г. Натурні вогневі випробування фрагмента п’ятиповерхового житлового будинку з полімерзалізобетонних конструкцій системи “ГОЛДПЛАН” // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. №335. Теорія і практика в будівництві. -Львів: Вид. ДУ “Львівська політехніка”, 1997.-С.16-23.
Демчина Б.Г. Удосконалення методики температурних вимірювань в умовах натурних вогневих випробувань // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. №335. Теорія і практика в будівництві. -Львів: Вид. ДУ “Львівська політехніка”, 1997.-С.24-27.
Філоненко С.Ф., Прохоренко С.В., Демчина Б.Г., Божинський О.В., Лундяк В.С. Про застосування методу акустичної емісії при вивченні вогнетривкості будівельних конструкцій // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. №335. Теорія і практика в будівництві. -Львів: Вид. ДУ “Львівська політехніка”, 1997.-С.186-188.
Особистий внесок: запропоновані методики і отримано результати використання методу акустичної емісії у натурному вогневому експерименті.
Демчина Б.Г. Застосування акустичної емісії у випробуваннях бетонних кубиків на дію навантаження, високих температур та охолодження водою // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. №360. Теорія і практика будівництва. –Львів: Вид. ДУ “Львівська політехніка”, 1998.-С.52-61.
Демчина Б.Г. Нові підходи до розрахунку границь вогнетривкості будівельних конструкцій // Вісник КиївЗНДІЕП. Конструкции гражданских зданий. -Київ: Вид. КиївЗНДІЕП, 1999. –С.59-64.
Особистий внесок: запропоновано об’єднувати окремі панелі в об’ємний блок пружними зв’язками відомої жорсткості.
Демчина Б.Г., Філоненко С.Ф., Романюк І.М. Вивчення поведінки бетону при дії високих температур з допомогою акустичної емісії // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Випуск 50. –Київ: НДІБК, 1999. –С.328.
Особистий внесок: розроблено методику використання акустичної емісії при дослідженні бетонних кубиків на дію високих температур та охолодження їх водою.
Демчина Б.Г. Вогнетривкість енергоефективних будівельних конструкцій // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Збірник наукових праць. Випуск 2.-Рівне: Вид. РДТУ, 1999. –С.89-92.
Демчина Б.Г. Врахування перерозподілу моментів між пластинами просторового блоку під час дії статичного навантаження // Вісник НУ “Львівська політехніка”. №409. Теорія і практика будівництва. –Львів: Вид. НУ “Львівська політехніка”, 2000.-С.50-54.
Демчина Б.Г., Коляков М.Й. Пропозиції з розрахунку просторових блоків цивільних будинків на вогнестійкість // Вісник Львівського державного аграрного університету. Архітектура і сільськогосподарське будівництво. №1.-Львів: Вид. ЛДАУ, 2000. –С.112—116.
Особистий внесок: наведено припущення, на основі яких сформульовано узагальнений алгоритм розрахунку межі вогнестійкості просторового блоку з методикою “розчленування-об’єднання”.
Скальський В.Р., Демчина Б.Г., Карпухін І.І. Руйнування бетонів і акустична емісія (огляд). Повідомлення 1. Статичне навантаження і вплив температурного поля // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. -№1.-Київ: Ін-т ім. Е.О. Патона. 2000. -С.12-23.
Особистий внесок: виконано аналіз сигналів акустичної емісії викликаних процесами тріщиноутворення та руйнування в бетоні.
Демчина Б.Г. Часткові випадки розрахунку окремих пластин об’ємних блоків при температурно силових впливах // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Збірник наукових праць. Випуск 4.-Рівне: Вид. РДТУ, 2000.-С.172-181.
Скальський В.Р., Демчина Б.Г., Карпухін І.І. Руйнування бетонів і акустична емісія (огляд). Повідомлення 2. Корозія залізобетону. Апаратурні засоби. АЕ-контроль та діагностика будівельних конструкцій та споруд //Техническая диагностика и неразрушающий контроль.-№2.-Київ: Ін-т ім. Е.О. Патона, 2000. –С.9-27.
Особистий внесок: наведено результати використання акустичної емісії для контролю та діагностики конструкцій і споруд.
Демчина Б.Г. Методика розрахунку термонапруженого стану пластини з допомогою розчленування її на балки-полоски // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Випуск 52. –Київ: НДІБК, 2000. –С.83-93.
Скальський В.Р., Демчина Б.Г. Стан і перспективи розвитку акустико-емісійного-діагностування будівельних конструкцій // Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій. Збірник наукових праць. Випуск 4.-Львів: Каменяр, 2000.-С.520-531.
Особистий внесок: обґрунтовано доцільність використання акустичної емісії для оцінки стану будівельних конструкцій.
Демчина Б.Г., Лундяк В.С., Коляков М.Й., Чибіряков В.К. Розрахункова модель для визначення границі вогнестійкості плоских конструкцій // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Збірник праць. Випуск 5. –Рівне: Вид. РДТУ, 2000.-С.164-170.
Особистий внесок: запропоновано підхід до розрахунку напружено-деформованого стану багатошарової панелі на основі рівнянь просторової задачі теорії пружності.
Демчина Б.Г., Лундяк В.С. Підходи до розрахунку границь вогнестійкості плоских залізобетонних конструкцій // Zeszyty naukowe politechniki rzeszowskiej. Budownictwo i inynieria rodowiska. Z.32.-Rzeszw: 2000.-S.55-62.
Особистий внесок: наведено підходи до розрахунку вогнестійкості плоских залізобетонних конструкцій.
Коляков М.Й., Божинський О.В., Демчина Б.Г. Про можливість застосування пінополістиролу при реконструкції та модернізації будинків третього ступеню вогнестійкості // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Випуск 54. –Київ: НДІБК, 2001. –С.335-340.
Особистий внесок: розроблено спосіб захисту пінополістиролу у будинку системи ГОЛЬДПЛАН двома шарами вогнестійкого гіпсокартону, який був досліджений на натурному експерименті у м. Вінниця.
Демчина Б.Г., Лундяк В.С., Чибіряков В.К., Коляков М.Й. Розрахункова модель для визначення напружено-деформованого стану неоднорідних за товщиною плоских конструкцій // Вісник Львівського державного аграрного університету. Архітектура і сільськогосподарське будівництво. №2.-Львів: Вид. ЛДАУ, 2001. –С.158—165.
Фіцик В.С., Демчина Б.Г., Пелех А.Б. Використання акустичної емісії під час механічних випробувань бетону на стиск і розтяг // Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. Випуск 3. –Львів: Каменяр, 2001. –С.189-194.
Особистий внесок: розроблено методику та отримано результати дослідження бетонних кубиків на дію високих температур з встановленням моментів мікро- та макротріщиноутворень.
Демчина. Б.Г., Пелех А.Б., Фіцик В.С. Ефективність використання вогнезахисного покриття при випробуваннях бетону на дію високих температур // Таврійський науковий вісник. Збірник наукових праць. Випуск 20. –Херсон: Айлант, 2001. –С.236-241.
Особистий внесок: запропоновано експрес-методику перевірки ефективності нового вогнезахисного покриття.
Коваль П.М., Демчина Б.Г., Сташук П.М., Баб’як І.П. Акустична емісія арматурного прокату під час розтягу // Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. Випуск 4. –Львів: Каменяр, 2002. –С.73-83.
Особистий внесок: отримано результати лабораторних досліджень нового класу арматури з використанням акустичної емісії та виконано їх аналіз.
Демчина Б.Г. Розрахунок напружено-деформованого стану відсіків будівель при пожежах з врахуванням залежності властивостей матеріалів від температури // Вісник НУ “Львівська політехніка”. №441 Теорія і практика будівництва. –Львів: Вид. НУ “Львівська політехніка”, 2002.-С.62-69.
Демчина Б.Г., Пелех А.Б. Дослідження нових вогнезахисних покриттів для захисту будівельних конструкцій від дії високих температур // Вісник НУ “Львівська політехніка”. №462 Теорія і практика будівництва. –Львів: Вид. НУ “Львівська політехніка”, 2002.-С.56-63.
Особистий внесок: наведено результати лабораторних досліджень нових вогнезахисних покриттів.
Коваль П.М., Демчина Б.Г., Сташук П.М., Баб’як І.П. Дослідження з використанням методу акустичної емісії арматурного прокату для конструкції мостів // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. Випуск 64. –Київ: НТУ, 2002. –С.106-109.
Особистий внесок: експериментально встановлено відмінність у процесах тріщиноутворення при випробуванні арматури класу А-ІІІ та А500С.
Лундяк В.С., Демчина Б.Г. Перерозподіл зусиль між окремими плоскими елементами об’ємних модулів будинків при дії пожежі // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Випуск 57. –Київ: НДІБК, 2002. –С.123-127.
Особистий внесок: запропоновано об’єднувати сусідні панелі об’ємного блоку за допомогою зв’язків різної жорсткості по трьох просторових координатах.
Демчина Б.Г., Шналь Т.М., Фіцик В.С., Половко А.П. Універсальна піч для вогневих випробувань будівельних конструкцій // Таврійський науковий вісник. Збірник наукових праць. Випуск 23. –Херсон: Айлант, 2002. –С.220-223.
Особистий внесок: розроблено конструктивні принципи універсальної вогневої установки для випробування різних типів будівельних конструкцій.
Тези доповідей
Демчина Б.Г., Божинський О.В., Кагановський А.Б. До визначення границь вогнетривкості багатошарових стержневих просторових конструкцій // Збірник першої всеукраїнської науково-технічної конференції “Науково-практичні проблеми сучасного залізобетону”. -Київ: НДІБК, 1996. -С.97-98.
Особистий внесок: сформульована математична модель розрахунку межі вогнестійкості багатошарових конструктивних будівельних систем.
Демчина Б.Г., Коляков М.Й. До питання розрахунку вогнетривкості залізобетонних конструкцій // Збірник першої всеукраїнської науково-технічної конференції “Науково-практичні проблеми сучасного залізобетону”. -Київ: НДІБК, 1996. -С.99-101.
Особистий внесок: запропоновано шляхи спрощення рівнянь динамічної зв’язаної задачі термопружності пластин до незв’язаної квазістатичної задачі термопружності.
Коляков М.Й., Демчина Б.Г., Лундяк В.С., Божинський О.В. Методика і результати вогневих випробувань сучасних облегшених конструкцій західних технологій // Збірник першої всеукраїнської науково-технічної конференції “Науково-практичні проблеми сучасного залізобетону”. -Київ: НДІБК, 1996.-С.148.
Особистий внесок: виконано аналіз досліджень вогнестійкості багатошарових систем типу ПЛАСТБАУ та ГОЛЬДПЛАН.
Demchyna B.G., M.I. Kolyakov, V.S. Lundyak Advances in the fire-resistance theory for multy-layered structures // II Medzynarodowa konferencja. Bezpieczenstwo pozarowe budowli. –Warszawa: 1997.-S.27-29.
Особистий внесок: запропоновано використання вихідних рівнянь незв’язаної квазістатичної задачі термопружності пластин для розрахунку вогнестійкості багатошарових систем.
Demchyna B.G., Kolyakov M.I., Bozhinskiy A.V., Lundyak V.S. Full-scale fire-resistance tests of spatial single-layered and multilayered structural elements // Challenges for Concrete in the Next Millennium. Volume 2. Proceedings of the 13th FIP Congress. –Rotterdam: 1998. –S.999-1002.
Особистий внесок: обґрунтовано використання незв’язаної задачі тепломасопереносу для розрахунку температурної задачі.
Демчина Б.Г., Лундяк В.С., Фіцик В.С., Половко А.П. Сучасні тенденції у дослідженнях вогнестійкості будівельних конструкцій // Збірник наукових праць “Пожежна безпека - 2001”. -Львів: Сполом, 2001. -С.383-385.
Особистий внесок: наведено сучасні напрямки у дослідженнях вогнестійкості будівельних конструкцій.
Демчина Б.Г., Лундяк В.С. Расчетная модель определения огнестойкости объемных отсеков (модулей) зданий // Материалы XVI научно-практ. конф. “Крупные пожары: предупреждение и тушение”. –ч.1. –М.: ВНИИПО, 2001. –С.209-211.
Особистий внесок: запропоновано приведення розрахунку просторових відсіків будівель до трьох типів об’ємних блоків.
Рекомендації та патенти
Рекомендации по применению арматурного проката по ДСТУ 3760-98 при проектировании и изготовлении железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры / Климов Ю.А., Шмуклер В.С., Фомин С.Л., Шагин А.Л., Демчина Б.Г. и др. –Киев, 2002. –40с.
Особистий внесок: узагальнено результати власних лабораторних досліджень арматури класу А500С.
