Вогнестійкість монолітних залізобетонних конструкцій будівель

А.Ф.Міловановим на основі результатів вогневих випробувань трипрольотної чотириповерхової рамної конструкції, проведених у м. Брауншвейгу (ФРН), показано, що пожежа в одному приміщенні впливає на перерозподіл зусиль в елементах конструкції. З метою виявлення механізму такого перерозподілу проведене чисельне моделювання напружено-деформованого стану описаної конструкції з застосуванням розробленої методики. На рис.4 показані епюри моментів (тЧм) від нормативного навантаження і нагрівання при різному розташуванні вогнищ пожежі. При пожежі на 3 поверсі середнього прольоту пластичні шарніри виникли не тільки в елементах, що нагріваються, але й у конструкціях холодних приміщень. Аналогічна картина спостерігається при інших варіантах вогневого впливу. Найбільш несприятливим з розглянутих варіантів є третій.

На прикладі чисельного моделювання напружено-деформованого стану восьмиповерхового, восьмипрольотного монолітного каркасного будинку лабораторного корпусу досліджений вплив розташування й обсягу вогнищ пожежі. Отримано, що при 90-хвилинному нагріванні одного середнього прольоту першого поверху пластичні шарніри виникають у ригелях і колонах 6 холодних приміщень. При поширенні вогню на два сусідніх прольоти першого поверху рама всього першого поверху перетворилася в геометрично змінювану систему. При виникненні пожежі в середніх прольотах будинку істотно збільшуються зусилля в крайніх колонах, що можуть бути зруйновані задовго до втрати міцності колон у зоні пожежі.

У четвертому розділі викладені результати експериментальних досліджень напружено-деформованого стану однопрольотної, двоповерхової залізобетон-ної рами при моделюванні реального температурного режиму пожежі в першому поверсі. Метою експериментальних досліджень ставилося підтвердження розробленої методики розрахунку вогнестійкості статично невизначних монолітних залізобетонних конструкцій. Задачами експериментів були: виявлення закономірностей деформування при нагріванні навантажених елементів; визначення характеру утворення і розвитку пластичних шарнірів в опорних і прольотних перерізах ригелів і стійок; дослідження зниження міцності при інтенсивному високотемпературному нагріванні опорних і прольотних перерізів; вогнестійкості монолітних конструкцій з новими видами арматури класу (А).

Для випробування розроблена і виготовлена установка, що дозволяє проводити навантаження і нагрівання зразків за допомогою спеціальної електричної печі потужністю 55 квт із нагрівальною камерою розміром 100 х 100 см. Установка складається з металевої рами, тяжів і траверс, за допомогою яких навантаження від 50-ти тонного домкрата передається у вигляді зосередженої сили на верхній проліт рами і за допомогою тяжа з форкопфом і динамометром у центр нижнього ригеля.

Замір скривлення осей ригелів при завантаженні статичним навантаженням і нагріванні замірявся прогиномірами , винесеними з зони нагрівання. Для зниження погрішності від нагрівання силового вузла домкрат також винесений із зони підвищеної температури, а центральне прикладання навантаження на траверсу здійснювалося через додаткову траверсу. Нижній ригель рами нагрівався з боку нижньої розтягнутої грані. Для виміру температури в бетоні і на арматурі встановлювали хромель-копелевые термопари, показання яких автоматично реєструвалися двома 12-ти точечними самописними електронними потенціометрами КСП-2.

Деформації стиснутих фібр бетону й арматури в опорній зоні нижнього ригеля і колони, а також у центрі верхнього ригеля реєструвалися підоймовими тензометрами.

У результаті експерименту виявлені особливості формування напруженого стану конструкції при спільному впливі статичного навантаження і температури, підтверджені результати чисельного моделювання, прийняті розрахункові передумови. Розрахункові значення міцності за розробленою методикою мають задовільну збіжність з результатами досвідів.

У п'ятому розділі розроблені конструктивні рішення монолітних залізобетонних будівель, що мінімізують температурні зусилля при пожежі. Проведено комплекс виробничих досліджень стрижневої арматури класів А400С и А500С, зварених стиків і спільної роботи арматури з бетоном на ЗБК-5 м. Харкова, що дозволило розробити нову серію попередньо напружених залізобетонних 9-и метрових пустотних плит.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Показано, що наведені в нормативних документах дані про коефіцієнти умов роботи арматури gst і коефіцієнти зниження модуля пружності бетону bbt від температури не погоджені, що приводить до істотних погрішностей у розрахунках. Визначено умову, що забезпечує зниження міцності і підвищення деформативності арматури при нагріванні.

2. Розроблена методика дослідження повних діаграм Іs-eІ арматури; запропонована і виготовлена нова установка, що дозволяє проводити випробування по різних режимах, у тому числі в релаксаційному, визначати повну діаграму "напруження - деформація" арматури зі спадною гілкою при підвищених і високих температурах (Заявка на винахід № 99042203 від 3.04.2001 р.).

3. Розроблено методику масштабування машинних діаграм, що дає можливість використання існуючих гідравлічних пресів для визначення повних відносних подовжень при максимальному навантаженні, dmax , що відповідають тимчасовому опору sв.

4. Отримано результати експериментальних досліджень міцнісних і деформативних характеристик арматури класів А500С при нагріванні.

5. Проведено дослідження доцільності додаткового деформаційного зміцнення арматури класу А500С. Установлено, що деформаційне зміцнення стрижневої арматури серповидного профілю класу А500С з витяжкою до контрольованого подовження 3 % збільшує міцність до 14 %.

6. Проведено чисельне моделювання температурних полів у перерізах основних елементів залізобетонних конструкцій будівель при односторонньому, тристоронньому і чотиристоронньому нагріванні і стандартному температурному режимі пожежі. Отримано дані для розрахунку несучої здатності каркасних статично невизначених залізобетонних будівель на сучасних програмних комплексах. Надані графіки розподілу температури в поперечних переріз колон і ригелів найбільш розповсюджених розмірів.

7.Розроблено методику розрахунку напружено-деформованого стану статично невизначних залізобетонних конструкцій при пожежі. Проведено чисельне моделювання зусиль і переміщень у монолітних каркасних багатоповерхових будинках з використанням ПК Ліра Windows. Досліджено вплив розташування й обсягу вогнищ пожежі на формування зусиль у процесі розвитку пожежі в плоскій і просторовій рамній системах з урахуванням фізичної нелінійності.

8. Розроблено алгоритм і програма розрахунку несучої здатності перерізів залізобетонних конструкцій з урахуванням особливостей нелінійного нестаціонарного розподілу температури на ПК.

9. Досліджено вплив розташування й обсягу вогнищ пожежі на формування зусиль у процесі розвитку пожежі в плоскій і просторовій рамній системах з урахуванням фізичної нелінійності. Показано, що при виникненні пожежі в середніх прольотах будівлі і його поширення на сусідні прольоти істотно збільшуються зусилля в крайніх колонах, що можуть бути зруйновані задовго до втрати несучої здатності колон, що безпосередньо піддаються впливу вогню. Розроблено конструктивні рішення, що мінімізують температурні зусилля при пожежі.

10. Проведено експериментальне обґрунтування запропонованого методу розрахунку вогнестійкості. Результати вогневих випробувань залізобетонної рами показують задовільний збіг розрахункових і дослідних значень оцінки її несучої здатності.

11. Розроблено пропозиції з розрахунку вогнестійкості монолітних залізобетонних конструкцій з новими видами арматури

12. Результати роботи впроваджені при розробці нової серії попередньо напружених залізобетонних 9-ти метрових пустотних плит, армованих стержневою арматурою класу А500С і А400С, стиків що зварюються і спільної роботи з бетоном на ЗБК-5 м. Харкова; використані при підготовці інструктивних документів і в методичні рекомендації для курсантів і слухачів ХАПБ МВС України.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Фомин С. Л., Пугачев А. Ф., Эль Мутассим Ларби. Расчет огнестойкости строительных конструкций по потере теплоизолирующей способности // Сталезалiзобетоннi конструкцii: проектування, будiвництво, експлуатацiя: Зб. наук. статей. - Кривий Рiг, 1998.- с. 217 - 219.

Личный вклад - разработан алгоритм расчета огнестойкости железобетонных конструкций при одномерном температурном поле.

2. Фомин С. Л., Эль Мутассим Ларби. Пакет эмпирических формул для учета зависимостей физико-механических характеристик бетона и арматуры от температуры // Науковий вiсник будiвництва.- Вип. 4.- Харкiв: ХГТУБА, ХОТВ АБУ, 1998.- С. 68 - 71.

Личный вклад - на основе статистической обработке собственных и литературных данных выведены эмпирические формулы для определения прочности и деформативности бетона и арматуры при нагреве.

3. Фомин С. Л., Эль Мутассим Ларби. Огнестойкость монолитных железобетонных конструкций многоэтажных зданий // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, 1999. - №7. - С. 291 - 293.

Личный вклад - разработаны методики расчета пределов огнестойкости монолитных железобетонных конструкций на ПК.

4. Шагин А.Л., Фомин С.Л., Бутенко А. А., Эль Мутассим Ларби. Деформационное упрочнение арматурной стали класса А500С // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. -2000. - №10.- С. 61 - 67.

Личный вклад - проведены экспериментальные исследования упрочненной вытяжкой новых видов арматуры класса (А).

5.Эль Мутассим Ларби. К расчету огнестойкости монолитных железобетонных конструкций зданий // Республіканський міжвідомчий науково-технічний збірник ”Комунальне господарство міст”.- Випуск 25.- Київ.: “Технiка”, 2000. -С.98 - 102.

6.Эль Мутассим Ларби. Напряженно-деформационное состояние монолитных железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия пожарной среды.// Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ.- 2000. - №11. - С. 165 - 169.

Размещено на Allbest.ru