INNOVATIVE APPROACH TO THE EXPERIMENTAL REPRODUCTION OF NOMINAL AND ALTERNATIVE FIRE REGIMES

Р. Веселівський; В. Ковалишин; Р. Яковчук; А. Гаврись; А. Тарнавський

doi:10.15407/scine22.03.066

Автор(и)

Р. Веселівський Львівський державний університет безпеки життєдіяльності https://orcid.org/0000-0003-3266-578X
В. Ковалишин Львівський державний університет безпеки життєдіяльності https://orcid.org/0000-0002-5463-0230
Р. Яковчук Львівський державний університет безпеки життєдіяльності https://orcid.org/0000-0001-5523-5569
А. Гаврись Львівський державний університет безпеки життєдіяльності https://orcid.org/0000-0003-2527-7906
А. Тарнавський Львівський державний університет безпеки життєдіяльності https://orcid.org/0000-0002-4625-2022

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine22.03.066

Ключові слова:

вогнестійкість, вогнезахист, номінальні та альтернативні режими пожежі, номінальні та альтернативні режими пожежі, будівельна конструкція, випробувальна установка, електричний нагрівальний елемент

Анотація

Вступ. Запобігання руйнуванню будівель і конструкцій під час пожежі забезпечується суворим дотриманням норм щодо необхідної межі та класу вогнестійкості. Для гарантування надійної та безпечної експлуатації під час проєктування і зведення слід застосовувати будівельні вироби й конструкції, класифіковані за реакцією на вогонь і оцінені за класом вогнестійкості.
Проблематика. Оскільки сучасні установки (печі) здебільшого відтворюють лише температурний режим стандартної пожежі, а інші режими нагріву є складними або неможливими для моделювання, актуальним є створення та застосування спеціальних випробувальних установок і камер, здатних експериментально забезпечити потрібні температурні впливи.
Мета. Вивчення можливості експериментального відтворення температурного впливу номінальних та
альтернативних режимів пожежі з використанням інноваційної установки.
Матеріали й методи. Дослідження виконано на установці з камерою 500 × 500 × 500 мм для оцінки вогнезахисної ефективності покриттів. Зразки — сталеві пластини 500 × 500 мм із покриттям. Режими зовнішньої, повільно розвиваючої та параметричної пожеж моделювали регулюванням потужності нагрівальних
елементів і відстані до зразка. Параметричну криву для відсіку 60 м² розраховано у програмі FIN EC.
Результати. Експериментальні випробування підтвердили ефективність відтворення номінальних і
альтернативних режимів пожежі за допомогою розробленої установки. Конструкція та технічні рішення
забезпечують регулювання нагріву й охолодження камери з відхиленнями температурно-часових залежностей у межах, допустимих ДСТУ EN 1363-1:2023 та ДСТУ EN 1363-2:2023.
Висновки. Стабільна робота електронагрівальних елементів забезпечила ефективне відтворення теплових режимів із розбіжністю зі стандартними менше 10 %. Установку можна застосовувати для оцінки
вогнестійкості конструкцій, визначення ефективності вогнезахисних покриттів і розроблення експериментально-теоретичних методів дослідження теплофізичних властивостей матеріалів за номінальних і альтернативних режимів пожежі.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Fire safety objects of construction. General requirements. (2016). DBN V.1.1-7: 2016 from 31st October 2016. Kyiv [in Ukrainian].

Fire classification of building products and building structures. Part 1: Classification based on the results of fi re reaction tests. (2023). DSTU EN 13501-1:2024 (EN 13501-1:2018, IDT), from 1st January 2025. Kyiv [in Ukrainian].

Kovalov, A., Otrosh, Y., Tomenko, V., Slovinskyi, V. (2021). Evaluation of fire resistance of fire protected steel structures by calculation and experimental method. Mechanics and Mathematical Methods, 3(2), 29—39. https://doi.org/10.31650/2618-0650-2021-3-2-29-39

Kovalov, A., Slovinskyi, V., Udianskyi, M., Ponomarenko, I., Anszczak, M. (2020). Research of Fireproof Capability of Coating for Metal Constructions Using Calculation-Experimental Method. Materials Science Forum, 1006, 3—10. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1006.3

Golovanov, V., Novikov, N., Kryuchkov, G. (2024). Thermophysical characteristics of steel and fireproof coatings under standardized fire temperature conditions. Fire and Emergencies prevention elimination, 2023, 69—78. https://doi.org/10.25257/FE.2023.4.69-78

Pires, D., Barros, R. C., Lemes, Í. J. M., Rocha, P. A. S., da Mota Silveira, R. A. (2017). 10.36: Advanced numerical analysis of steel, concrete and composite structures under fire conditions. Ce/Papers, 1(2—3), 2821—2830. https://doi.org/10.1002/CEPA.333

DalilahPires, Rafael C. Barros, Ricardo A. M. Silveira, Igor J. M. Lemes, Paulo A. S. Rocha. (2019). Thermostructural analysis of reinforced concrete beams. Fire Research, 3(1). https://doi.org/10.4081/fire.2019.74

Qingfeng Xu, Lingzhu Chen, Xiangmin Li, Chongqing Han, Yong C. Wang, Yang Zhang. (2020). Comparative experimental study of fire resistance of two-way restrained and unrestrained precast concrete composite slabs. Fire Safety Journal, 118, 103225. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2020.103225

Guo-Qiang Li, Nasi Zhang, Jian Jiang. (2017). Experimental investigation on thermal and mechanical behaviour of composite floors exposed to standard fire. Fire Safety Journal, 89, 63—76. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2017.02.009

Naser, M. Z., Kodur, V. K. R. (2017). Comparative fire behavior of composite girders under flexural and shear loading. Thin-Walled Structures, 116, 82—90. https://doi.org/10.1016/j.tws.2017.03.003

Claasen, J., Cicione, A., Streicher, D., Walls, R. (2023). Behavior of a Composite Steel Decking and Boarding System in Fire Based on Large-Scale Experimental Testing and Numerical Modelling. Fire Technology, 59, 2389—2414. https://doi.org/10.1007/s10694-023-01443-2

Qusay Al-Kaseasbeh. (2023). Analysis of hydrocarbon fire-exposed cold-formed steel columns. Results in Engineering, 20, 101400. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101400

Song, C., Zhang, G., Hou, W., He, S. (2020). Performance of prestressed concrete box bridge girders under hydrocarbon fire exposure. Advances in Structural Engineering, 23(8), 1521—1533. https://doi.org/10.1177/1369433219898102

Novak, S., Dobrostan, O., Pustovyi, M. (2015). The influence of the temperature-time curve on the time period of preservation of fire resistance of steel structures. Scientific Bulletin: Civil Protection and Fire Safety, 1(15), 18—31. https://doi.org/10.33269/nvcz.2023.1(15).18-31 [in Ukrainian].

Vakhitov, R., Kalafat, K., Taran, N., Rayenko, G., Shologon, V., Vakhitova, L. (2024). Research of fire resistance of reactive type coating in hydrocarbon fire conditions. Scientific Bulletin of Donetsk National Technical University, 59—68. https://doi.org/10.31474/2415-7902-2024-1-12-59-68/

Garg, K., Singh, S., Rokade, M., Singh, Sh. (2023). The Behavior of Passive Fire Protection Materials Used for Fire Protection of Steel Structures in Standard, Hydrocarbon, and Jet Fire Exposure. Fire Technology, 59(5), 2517—2541. https://doi.org/10.1007/s10694-023-01434-3

Murugavel, P., Chandrasekaran, S. (2024). Modelling the influence of hydrocarbon fire on offshore topside. Journal of Mechanical Science and Technology, 38, 5927—5935. https://doi.org/10.1007/s12206-024-1013-0

Imran, M., Liew, M. S., Nasif, M. S., Niazi, U. M., Yasreen, A. (2017). Hydrocarbon fire and explosion’s safety aspects to avoid accidents calation for offshore platform. In M. Awangetal. (Eds.). ICIPEG 2016 (pp. 801—808). Springer Nature Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-10-3650-7_69

Yang, R. (2019). Risk assessment of fire accidents in chemical and hydrocarbon processing industry. Master’s thesis. Memorial University of Newfoundland. 157 p.

Weiyong Wang, Linbo Zhang. (2017). An approach for evaluating fire resistance of steel beams considering creep effect. Procedia Engineering, 210, 544—550. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.11.112

Pozdieiev, S., Shnal, T., Kholod, P., Fedchenko, S., Nedilko, I. (2023). Evaluation of fire resistance of reinforced concrete beams on the basis of use of parametric temperature curves of fire modes. AIP Conference Proceedings, 2684, 030034. https://doi.org/10.1063/5.0120002

Major, Z., Bodnár, L., Merczel, D., Szep, J., Lublóy, É. (2024). Analysis of the Heating of Steel Structures During Fire Load. Emerging Science Journal, 8, 1—16. https://doi.org/10.28991/ESJ-2024-08-01-01

Araújo, M. C. Q., Rodrigues, J. P. C. (2024). Behavior of in tumescent paints protecting steel beams in case of natural fires [Preprint]. Research Square. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-5025881/v1

Shnal, T., Pozdieiev, S., Nuianzin, O., Sidnei, S. (2020). Improvement of the Assessment Method for Fire Resistance of Steel Structures in the Temperature Regime of Fire under Realistic Conditions. Materials Science Forum, 1006, 107—116. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1006.107

Fire resistance tests. Part 1: General requirements. (2023). DSTU EN 1363-1:2023 (EN 1363-1:2020, IDT), from 1st March 2024. Kyiv: State Enterprise “Ukrainian Research and Training Center for Standardization, Certification and Quality” [in Ukrainian].

Basic requirements for construction works SAFETY IN CASE OF FIRE. (2021). DBN V.1.2-7:2021 from 1st September 2022. Kyiv [in Ukrainian].

Eurocode 1. Actions on Structures. Part 1—2. General actions. Actions on structures exposed to fire. (2010). DSTU-N B EN 1991-1-2:2010 Eurocode 1 (EN 1991-1-2:2002, IDT), from 1st July 2013. Kyiv [in Ukrainian].

Fire resistance tests Part 2. Alternative and additional procedures. (2023). DSTU EN 1363-1:2023 (EN 1363-2:1999, IDT), from 1st March 2024. Kyiv [in Ukrainian].

Fire Resistance Test Furnace, Fire Resistance Test Furnace & Fire Test Apparatus — CMTS. URL: https://www. cmtsproduct.com/fire-resistance-test-furnace/ (Last accessed: 30.04.2025).

Demchyna, B. G. (2003). Fire resistance of one-layer and multi-layer spatial structures of residential and public buildings. Doctor thesis. Kharkiv [in Ukrainian].

Veselivskyy, R. B. (2012). Substantiation of application of vertical multilayer envelope structures of buildings and constructions according to their fire-resistance. Candidate’s thesis. Lviv [in Ukrainian].

Kosiorek, M., Pogorzelski, J. A., Laskowska, Z., Pilich, K. (1998). Fire resistance of building structure. Warsaw [in Polish].

Harmathy, T. Z. (1979). Design to cope with fully developed fires. In Design of buildings for fire safety (ASTM STP 685). (Eds. E. E. Smith, T. Z. Harmathy). ASTM International, 198—276. https://doi.org/10.1520/STP34998S

Polovko, A. P., Veselivskyi, R. B., Vasylenko, O. O., Shelyukh, Yu. Ye. (2011). Experimental study of fire resistance of multilayer enclosing wall structures. Fire Safety, 19, 118—123 [in Ukrainian].

Veselivskyi, R., Yakovchuk, R., Vasylenko, O., Polovko, A. (2019). Fire resistance of enclosing structures of buildings and structures: monograph. Lviv [in Ukrainian].

Veselivskyi, R. B. (2021). Justification of the method of matching of fire resistance limit obtained during of the fire test to the fire resistance limit according to the standard temperature mode. Scientific bulletin: Сivil protection and fire safety, 1(11), 56—63. https://doi.org/10.33269/nvcz.2021.1(11).56-63 [in Ukrainian].

Hryhorian, B. V. (2001). Fire resistance of compressed reinforced concrete elements under temperature conditions close to real. Extended abstract of candidate’s thesis. Kharkiv [in Ukrainian].

Maślak, M. (2004). Equivalent exposure time in estimating the fire resistance of steel construction elements. Konstrukcje Stalowe, April, 27—28 [in Polish].

Maślak, M. (2004). Modeling of the course of fire in the assessment of the fire capacity of building structure elements. Engineering and construction, 7, 387—391 [in Polish].

Veselivskyi, R. B., Yakovchuk, R. S., Petrovskyi, V. L., Havrys, А. P., Smolyak, D. V., Kahitin, О. І. (2024). Environmentally safe installation for determining the fire resistance of coatings and fire resistance tests of small fragments building structures. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific and-technical collected articles, 112, 248—257. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2024.112.248-257

FIN Software (2024). Structural Software FIN EC, Heat Transfer, Prague, Czech Republic. URL: https://www. finesoftware.eu/structural-analyses/parametric-curve/ (Last accessed: 30.04.2025).