Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ЗиС_Учебник / Glava7_1

.pdf
Скачиваний:
54
Добавлен:
12.04.2015
Размер:
2.72 Mб
Скачать

M p,tem = N s,tem Zb,tem = Rsuγs,tem As (h0 0,5xtem ) ,

(7.35)

где As / площадь сечения растянутой арматуры, м2;

 

h0 / рабочая (полезная) высота сечения, м;

 

xtem / высота сжатой зоны, м;

 

из условия равновесия N x = 0 находим

 

xtem =

Rsu Asγs,tem

;

(7.36)

 

 

Rbu b

 

учитывая, что Mp,tem = Mn, уравнение (7.35) можно записать в виде:

 

M n =

Rsuγs,tem As (h0

0,5xtem ) ;

 

 

 

 

(7.37)

подставив в формулу (7.37) значение xtem

(7.36), получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

R

su

A

γ

s,tem

 

 

 

M n =

 

 

 

h0

0,5

 

s

 

 

 

;

(7.38)

Rsu Asγs,tem

 

 

Rbu b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ

 

 

=

 

1

1

2

 

M n

 

 

 

 

 

 

 

s,tem

bh0 Rbu

 

 

 

,

 

 

(7.39)

 

 

As Rsu

 

 

 

bh2 R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

bu

 

 

 

 

 

т.е. значение γs,tem можно определить, не определяя σ

 

s,tem .

 

Таким образом, решение статической задачи при расчете

огнестойкости простых плоских изгибаемых элементов сводится к

определению критической температуры растянутой арматуры, что значительно упрощает расчет.

Коэффициент γs,tem для изгибаемых элементов, разрушающихся в

результате образования пластического шарнира в нормальном сечении за

счет снижения прочности нагретой растянутой арматуры до величины

рабочих напряжений, без больших погрешностей может быть определен

γs,tem =

M n

=

 

 

M n

 

 

 

(7.40)

 

 

 

 

 

 

 

 

M

p

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

0,5

As Rsu

 

 

 

 

As Rsu

h0

 

 

 

 

 

 

 

 

R

b

 

 

 

 

 

 

 

 

bu

 

 

 

где Мр – разрушающий момент в сечении при tн = 20оС.

В работе А.И.Яковлева [50] указывается, что критическую

температуру растянутой арматуры можно также найти по кривым 512

а

б

г

в

Рис.7.54. Кривыеполныхдеформацийарматурыпривысокихтемпературахиразличной степенинагружения γs,tem :

а / класса А/1 (Ст 3); б/ класса А/II (Ст 5);в/ класса А/III(Ст 25 Г 2 С); г/классаА/III (Ст 25 ГС)

рис. 7.54,аIз при максимальных общих деформациях арматуры ε s,tem = 0,03.

В результате испытаний практически всех видов арматурных сталей, применяемых в железобетонных конструкциях, было установлено, что до

определенной температуры деформации стали увеличиваются примерно с

постоянной скоростью в основном за счет температурного расширения. Затем начинает проявляться температурная ползучесть стали, и скорость

роста деформации плавно возрастает. За пределами ε s,tem = 3%, вследствие

резкого увеличения ползучести, кривая полных деформаций стали быстро 513

д

е

з

ж

Рис.7.54. Кривыеполныхдеформацийарматурыпривысокихтемпературахиразличной степенинагружения γs,tem :

д/ класса А/IV (Ст 80 C); е / класса Ат/V; ж/ класса Ат/VI; з / класса Ат/VII

приближается к вертикали. Следовательно, можно принять, что при значении ε s,tem = 3% достигается предел прочности нагретой стали. А

отношение его к начальному сопротивлению равно коэффициенту

снижения начального сопротивления стали с ростом температуры γs,tem .

Опытами установлено, что не все изгибаемые железобетонные конструкции разрушаются от развития общих деформаций растянутой арматуры, равных или больше 3%.

У ряда конструкций разрушение может наступить при существенно

меньших деформациях растянутой арматуры. В этих случаях коэффициент

514

γs,tem определяют при деформациях ε s,tem < 3% из графиков рис. 7.54,аIз.

При этих деформациях практически исчерпывается прочность арматуры под действием постоянной нагрузки и непрерывного нагрева. У сильно

армированных элементов, находящихся под действием значительной рабочей нагрузки, при нагревании разрушение может начинаться не с

растянутой зоны, а по сжатому бетону. В этом случае сжатая зона

разрушается раньше начала резкого увеличения деформаций

температурной ползучести растянутой арматуры.

Такой характер разрушения элементов вызывается криволинейным

распределением температуры по высоте сечения. При этом сжатая зона

нагревается слабо с очень малым перепадом температур по ее высоте, а

растянутая зона, где расположена рабочая арматура, нагревается сильно с

большим перепадом температур по высоте этой зоны.

При этом условии работу нагреваемой снизу железобетонной

конструкции можно представить как работу находящегося под постоянной

нагрузкой элемента, у которого каким/либо способом начали уменьшать

модуль упругости растянутой арматуры, т.е. увеличивать ее деформацию. В

этом случае нейтральная ось в сечении будет подниматься вверх,

увеличивая напряжения в сжатом бетоне. Такими деформациями в

нагреваемом снизу элементе являются температурные удлинения

растянутой арматуры совместно с ее деформациями температурной

ползучести.

Эти суммарные деформации нагреваемой растянутой арматуры

вызывают эффект, аналогичный переармированнию, называются

критическими [50].

Предельные деформации ε s,u с достаточной точностью

определяются на основании зависимости, связывающей относительные значения полных деформаций арматуры и относительную высоту сжатой

зоны, [80]

 

 

 

ε bu

 

ξ0

 

 

ε

s

=

 

1

(7.41)

 

 

 

ξ0

 

ξ

 

 

 

 

1

 

 

,

 

 

1,1

 

 

 

 

где ε s / относительные деформации арматуры;

ε bu / предельная сжимаемость бетона;

ξ0 / характеристика сжатой зоны бетона;

ξ/ относительная высота сжатой зоны бетона.

Эта зависимость использована в [72] для определения граничного значения относительной высоты сжатой зоны и напряжений в арматуре.

Для условий пожара формула (7.41) примет вид

515

 

 

 

 

ε

bu

 

ξ

0

 

 

ε

su

=

 

 

 

 

− 1

(7.42)

 

 

 

 

 

ξ 0

 

ξtem

 

,

 

 

 

1−

 

 

 

 

 

 

1,1

 

 

 

 

 

где ε su / предельные деформации растянутой арматуры;

ε bu / предельная сжимаемость бетона сжатой зоны;

ξ0 / характеристика сжатой зоны бетона ξ0 = а – 0,006 Rbu;

а/ коэффициент, принимаемый равным для бетона: тяжелого / 0,85;

на пористых заполнителях / 0,8;

ξtem / относительная высота сжатой зоны бетона в предельном равновесии

нагретого элементаξ tem

= xtem

h0 .

 

 

Несущая способность Мр,tem нагретого плоского изгибаемого

элемента (M = 0) в предельном равновесии равна

 

M n =

M p,tem =

As Rsuγs,tem (h0 − 0,5xtem ) .

(7.43)

Решая совместно уравнения (7.43) и (7.36), определяем

 

ξ

tem

=

xtem

= 1 1

2 M n .

(7.44)

 

 

h0

 

 

 

bh02 Rbu

 

Тогда формулу (7.39) можно представить в виде

 

 

 

γs,tem

=

bh0 Rbu

ξ tem .

(7.45)

 

 

 

 

 

 

 

 

As Rsu

 

 

Эксперименты показывают, что необогреваемая поверхность плоских железобетонных изгибаемых конструкций в момент их полного разрушения прогревается до температур, не превышающих 100оС.

При этой температуре предельная сжимаемость тяжелых бетонов увеличивается. Это увеличение деформативности компенсируется тепловым расширением сжатого бетона, что дает возможность в формуле

(7.42) ε bu принять равной начальной предельной сжимаемости бетона

0,0025.Поэтому

 

 

0,0025

 

ξ0

 

 

 

 

 

 

 

ε su

=

 

 

 

 

 

− 1 .

(7.46)

 

ξ0

ξtem

 

 

1−

 

 

 

 

 

1,1

 

 

 

 

 

Для бетонов, прочность которых соответствует классу В30,

используемых

при

изготовлении

изгибаемых

элементов,

ξ

0

=

0,85 −

0,006R

= 0,85 −

0,006

 

22

= 0,69

.

 

 

 

 

 

 

 

 

bu

 

 

 

0,83

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставив значение ξ0 = 0,69 в формулу (7.46), получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,69

 

 

 

 

 

 

 

 

ε

su

=

 

0,0067

 

 

− 1 .

(7.47)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξtem

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По

значению ε su

 

из

графиков на рис. 7.54

аIз находят ts,cr

растянутой арматуры в зависимости от степени ее нагружения,

характеризуемой коэффициентом γs,tem .

Затем путем решения обратной задачи теплопроводности по

формуле (7.11) или (7.12) или с помощью номограмм прогрева арматурных стержней в бетоне (см. рис. 7.55,аIк), или по графикам распределения

температур в поперечном сечении железобетонных конструкций при

пожаре (прилож. 17) по найденной ts,cr определяют предел огнестойкости. При пользовании номограммами для определения температуры

арматуры в плитах из обычного тяжелого бетона за величину защитного

слоя необходимо принимать расстояние до центра арматурных стержней. Формула (7.47) может быть применима и для расчета критических

температур простых плоских изгибаемых элементов, разрушающихся по

растянутой зоне.

Таким образом, для изгибаемых элементов расчет критических

температур по критическим деформациям растянутой арматуры является

общим методом.

516

517

а

в

б

г

д

 

е

 

 

 

 

 

 

ж

з

Рис.7.55.Кривые прогрева плоской сплошной конструкциитолщиной,мм: Рис. 7.55. Кривые прогрева плоской сплошной конструкции толщиной, мм: д/100; е/120; ж/140; з /160(продолжение)

а / 20; б / 40; в / 60; г /80

(

 

 

 

бетон наизвестковом щебнепри ρ

c = 2330

кг м3 ;

 

 

 

 

 

 

 

бетоннагранитномщебнепри ρ c =

2250кг

м3 )

 

 

 

 

518

 

 

 

519

 

 

 

 

к

 

 

 

 

и

 

Рис. 7.55. Кривые прогрева плоской сплошной конструкции толщиной, мм:

и/180; к/ 200(окончание)

7.3.3.Плоские изгибаемые многопустотные железобетонные элементы

При решении статической задачи сечение многопустотных

железобетонных плит (с пустотами, расположенными вдоль длины плиты) и

настилов приводят к расчетному – тавровому сечению (рис. 7.56).

Высота сжатой зоны бетона в предельном состоянии определяется по формуле (7.32), если xtem h` f , т.е.

xtem = h0

h02 2

M n .

(7.48)

 

 

Rbu bf

 

Если высота сжатой зоны бетона, полученная из уравнения (7.32)

больше, чем высота полки, т.е. xtem > h`f , то ее необходимо определять,

используя следующее равенство:

hf (bf bp )Rbu (h0 0,5hf ) + bp xtem Rbu (h0 0,5xtem ) Mn = 0 (7.49)

Решение относительно xtem дает следующую формулу

520

x

=

h

 

h

2

 

2[M n

hf (bf

bp)Rbu( h0

0.5hf) ]

(7.50)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rbu bp

.

tem

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Затем определяют σ

s,tem :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

h

 

 

I σ

s ,tem =

bf xtem Rbu

(7.51)

 

 

 

при

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tem

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

>

 

h/

σ

 

 

=

 

Rbu [hf bf + (xtem

hf )bp]

(7.52)

 

при

tem

 

s,tem

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

As

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (7.34) определяют γs,tem , из приложения 6 находят ts,cr

ипо формулам (7.11) или (7.12) / Пф конструкции. Полученный результат

необходимо умножить на коэффициент 0,9, учитывающий более быстрый

прогрев арматуры в многопустотных и ребристых с ребрами вверх панелях

инастилах.

а

Рис.7.56.Схемаприведения сечениямногопустотной железобетоннойплитык

расчетному: б а /сечениеплиты; б/расчетное

сечениепри xtem

h`f ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в/расчетноесечениепри

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xtem > h`f

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

521

7.3.4. Стержневые изгибаемые элементы (балки, прогоны, ригели)

Отличительными особенностями стержневых элементов, по

сравнению с плоскими конструкциями, являются наличие арматуры в

сжатой зоне и, как правило, огневое воздействие на сжатую зону по

боковым сторонам поперечного сечения (рис. 7.57).

Рис.7.57. Расчетная схема железобетонной балки прямоугольного сечения

При обогреве балки с 3/х сторон размеры сжатой зоны бетона уменьшаются по высоте в основном за счет деформаций растянутой

арматуры до величины xtem в момент предельного состояния конструкции,

а по ширине за счет потери прочности наружными слоями бетона толщиной δ x,tem . В результате прогрева сжатой арматуры ее сопротивление

уменьшается по сравнению с первоначальным Rscu на величину коэффициента снижения прочности γ s, tem .

Величину δ x,tem определяют по формуле (7.28). Ширина ядра

сечения составляет btem = b 2δ x,tem .

Температуру сжатых стержней находят по уравнению (7.13) или (7.14). Затем из приложения 6 по рассчитанной температуре находят γ s,tem .

При известных размерах сжатой зоны бетона и сопротивлениях

сжатой арматуры сумма моментов относительно центра тяжести

растянутой арматуры описывается равенством

Rbu xtem btem (h0

0,5 xtem ) +

Rscu γ`s ,tem

A`s (h0

a`)

M n = 0.

(7.53)

Решая уравнение относительно xtem , находим

 

 

xtem = h0

 

h02

2[M

 

R

 

γ

A(h a)]

 

 

 

 

n

 

scu

 

s,tem s

0

 

.

(7.54)

 

 

 

 

 

 

 

btem Rbu

 

 

 

 

Затем, используя условие равновесия проекции всех внутренних и

внешних сил на ось Х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rscu A's γ 's ,tem + Rbu btem xtem

σ

s ,tem As = 0 ,

(7.55)

находят σ

s,tem =

Rbu xtem btem

+

Rscu Asγs,tem

 

(7.56)

 

 

 

 

 

As

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и коэффициент γs,tem = σ

s,tem

Rsu .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По приложению 6 и величине коэффициента γs,tem находят ts,cr.

У балок, ригелей, прогонов сечение обогревается с трех сторон.

Поэтому температура стержней, расположенных даже в один ряд, будет

различна: крайние стержни прогреваются быстрее, чем средние (рис. 7.57).

Расчет температур стержней производят по формуле (7.20), (7.21).

После вычисления температуры каждого растянутого стержня с

координатами Х, Y определяют среднюю температуру стержней

 

 

 

 

 

 

ts,m = As,its,i ,

(7.57)

 

 

 

 

 

As

 

где А

s,i

/ площадь сечения i/го стержня, м2;

 

t

s,i

/температура i/го стержня, оС;

 

А

s /

суммарная площадь сечения растянутой арматуры, м2.

 

Если значение ts,m совпадает с ts,cr, вычисленной для заданного

промежутка времени, расчет заканчивается. Если нет, то снова задаются

временем τ и решение задачи повторяется.

Иногда разрушение изгибаемых элементов в условиях пожара может происходить от хрупкого разрушения сжатой зоны бетона при

сравнительно небольших деформациях растянутой арматуры

(переармированные и нагруженные предельно допустимой нагрузкой элементы).

Используя понятие криволинейного распределения температуры по

высоте сечения (см. 7.3.2), условие разрушения по сжатой зоне балки

(рис. 7.58) можно изобразить в виде эпюр температур и деформаций (рис. 7.59) и записать в виде

xtem

>

 

 

ε

bu

h0,m

,

(7.58)

ε bu

+

ε

s + ε tem

 

 

 

 

 

522

523

Рис.7.58.Расчетнаясхемаусилийвсечениистатическиопределимогоизгибаемогоэлемента, обогреваемого со стороны растянутой зоны

а

б

Рис.7.59.Эпюрытемператур(а)идеформаций(б)всечениистатическиопределимого изгибаемого элемента, обогреваемого со стороны растянутой зоны

где ε bu = 0,0025 – предельная сжимаемость бетона крайней фибры

сжатой зоны;

ε s / деформация растянутой арматуры, отвечающая пределу текучести в

нагретом состоянии;

ε tem / температурная деформация арматуры;

h0, m / средняя рабочая (полезная) высота сечения.

Значения h0, m и ε tem в формуле (7.58) находят:

 

 

 

 

 

h0,m =

h0,1 As,1Rsu,1γs,tem,1 +

h0,2 As,2 Rsu,2γs,tem,2

;

(7.59)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As,1Rsu,1γs,tem,1 +

As,2 Rsu,2γs,tem,2

 

 

 

 

 

 

 

 

ε tem = α s,tem,mts,.m

αb,temtb ,

(7.60)

где α

 

s,tem,.m / средний коэффициент линейного расширения арматуры;

 

α

 

b,tem

/ коэффициент линейного расширения бетона;

 

t

s,m

/ средняя температура арматуры, оС;

 

 

 

 

 

 

t

b

/ температура бетона сжатой грани, оС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее значение коэффициента линейного расширения

 

 

 

 

 

растянутой арматуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α s,tem,m =

α s,tem,1As,1 +

α s,tem,2 As,2

.

(7.61)

 

 

 

 

 

 

 

As,1 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для арматуры классов А/I и А/II:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α s,tem

= 0,000012 + 4,3 109 (ts

100) , град/1

(7.62)

где t

s

/ температура арматуры, оС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для арматуры классов А/III, А/IIIВ, А/IV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α

s ,tem = 0,000012

+

4 ,3 10 9 t s .

(7.63)

 

 

 

 

 

Коэффициент

α b,tem , применяемый

до 100оС, для бетона на

гранитном заполнителе α b,tem = 0,0000095 град/1, на известняковом

заполнии α b,tem = 0,0000068 град/1.

Среднее значение температуры в арматуре определяется по

формуле

ts ,tem , m

=

ts ,1 As ,1 +

ts , 2 As , 2

(7.64)

As ,1

+

As , 2

 

 

.

524

525

Вформулах (7.61), (7.64):

αs,tem,1 , α s,tem,2 – коэффициенты линейного расширения арматуры;

ts,1, ts,2 / температура растянутой арматуры.

Вформуле (7.58) деформация растянутой арматуры

ε s =

Rsuγs,tem

+ 0,002 ,

(7.65)

 

 

Es,tem

 

где Еs, tem – модуль упругости арматуры, МПа.

Если условие (7.58) выполняется, что иногда имеет место у сильно

армированных балок, ригелей, прогонов, то прочность сечения

определяется по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

p,tem

= b

 

x

 

R

(h

0,5x

) + R

A(h

a) ,

(7.66)

 

 

 

 

tem

tem

bu

0,m

tem

 

scu s 0,m

 

где x

=

 

ε

bu

 

h

0 , m

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tem

 

ε b

+

ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tem

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.3.5. Статически неопределимые изгибаемые конструкции

Плиты, опертые по контуру.

Учитывая характер работы таких конструкций (см. п.7.1.1.б и

рис.7.23),значение критической температуры определяется по эмпирической формуле

ts,cr

= 350

+

150

+

470 ,

(7.67)

 

i2

 

i

 

 

 

где i = As1 – соотношение площадей сечения арматуры в коротком А и

As2 s1

длинном А s2 пролетах плиты.

Формула (7.67) справедлива при i ≥ 1,3 . При меньших значениях i

критическую температуру арматуры ts,cr принимают равной 800оС, т.к. при

дальнейшем нагревании начинают образовываться сквозные трещины в центре плит, и они утрачивают целостность (Е), т.е. огнепреграждающую

способность.

Для определения предела огнестойкости плит с помощью

теплотехнического расчета строят кривую изменения средней температуры арматуры ts,m от времени действия пожара τ

t = ts,1 As,1 + ts,2 As,2

s,m As,1 + As,2 ,

526

где ts,1 и ts,2 / температуры арматуры в коротком и длинном пролетах, оС.

Время, через которое средняя температура ts, m будет равна ts,cr ,

принимают за предел огнестойкости плиты.

Балки и балочные плиты с заделкой на опорах.

Снижение несущей способности таких элементов при

кратковременном нагревании снизу происходит за счет уменьшения

прочности опорных и пролетных сечений.

Прочность пролетных сечений уменьшается в результате

нагревания растянутой арматуры. Снижение прочности опорных сечений

происходит вследствие нагревания сжатого бетона и сжатой арматуры до высоких температур.

Несущая способность Мр,tem рассматриваемых элементов в условиях

пожара и величина действующего на них нормативного момента Мn равны: для равномерно распределенной нагрузки (рис. 7.60, а)

а

Рис.7.60.Расчетныеэпюрыизгиба/ ющихмоментов статически

неопределимыхконструкцийпри действии:

а/равномернораспределенной нагрузки; б/сосредоточенной

нагрузки б

527

M p ,tem = M p ,l

,tem + M p , suр , A,tem +

x

(M p ,suр , B ,tem

+

M p ,suр , A,tem ) ;

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

x =

l

 

M p , suр , B ,tem + M p , suр , A,tem

;

M n

=

qnl2

;

(7.68)

 

 

 

 

 

8

2

 

qn l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для сосредоточенной нагрузки (рис. 7.60,б)

M p,tem =

M p,l,tem + M p ,suр, A,tem

b

+

M p,suр ,B ,tem

a

;

l

 

 

 

 

 

 

 

l

 

M n =

Pn ab

,

 

 

 

(7.69)

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где M p,l,tem и M p,sup, tem

– прочность пролетных и опорных сечений;

l / пролет, м;

qn / интенсивность равномерно распределенной нагрузки; Pn/ сосредоточенная нормативная нагрузка.

Прочность пролетных сечений снижается за счет нагрева

растянутой арматуры и полное разрушение данных сечений происходит за счет снижения прочности нагретой растянутой арматуры до рабочих

напряжений. Но преждевременного разрушения сжатой зоны пролетных

сечений до начала резкого увеличения температурной ползучести арматуры не происходит, т.к. вследствие перераспределения моментов она

находится под действием существенно меньших усилий, чем до начала

нагрева. Поэтому

M p,l,tem = Asγs,tem Rsu (h0,1 0,5

As,1γs,tem Rsu

) ,

(7.70)

 

 

btem Rbu

 

где btem – ширина сечения элемента, воспринимающего нагрузку при пожаре.

Прочность опорных сечений (рис. 7.61)снижается в основном за

счет нагрева до высоких температур сжатого бетона и уменьшения вследствие этого размеров этих сечений.

Размеры сечений уменьшаются на толщину слоев, прогретых до

расчетных температур (tb,cr ). Поэтому:

M p,suр,tem = (As,suр Rsu A`s,suр γ`s,tem Rscu )(h0,tem 0,5xtem ) + A`s,suр γ`s,tem Rscu )(h0,suр a`), (7.71)

где xtem – высота сжатой зоны расчетного сечения, м;

btem и ho,tem – ширина и полезная высота расчетного сечения, м.

В формуле (7.71) значение h0,tem следует принимать равным

h0,tem = h0,suр 1,05δ y,tem [50].

Высота сжатой зоны сечения равна

528

а

Рис.7.61.Расчетныеразмеры

 

 

 

опорныхсеченийстатически

 

 

 

неопределимыхизгибаемых

 

 

 

элементов:

 

 

 

а / балки; б / плиты

б

 

 

 

 

 

 

xtem =

As,sup Rsu AsRscu .

(7.72)

 

 

btem Rbu

 

Расчет предела огнестойкости элементов с заделкой на опорах

выполняют по общему методу путем нахождения снижения несущей

способности этих элементов при нагреве и при Мр,tem = Мn определяют

искомый предел огнестойкости.

7.3.6. Сжатые элементы

Расчет пределов огнестойкости сжатых элементов связан с

определением предельных усилий, которые могут воспринимать

неравномерно прогретое сечение бетона и нагретая арматура.

Для решения этой задачи могут применяться различные методы:

метод ядра сечения, ограниченного изотермой с критической

(расчетной) температурой;

529

метод предельных усилий в бетонном сечении с учетом полных

деформаций нагретого бетона;

расчет по критическим деформациям.

В общем случае расчет несущей способности сжатых элементов

следует производить с учетом полных деформаций нагретого бетона при

неравномерном прогреве поперечного сечения, применяя метод конечных элементов.

Применение этого метода связано с использованием сложного

математического аппарата, что затрудняет его применение в простых инженерных расчетах, для которых наиболее приемлемым является метод,

основанный на определении площади ядра сечения Ая, ограниченного

критической (расчетной) температурой.

Несущая способность колонны со случайным эксцентриситетом ea

приложения нагрузки при обогреве ее в условиях пожара с 4/х сторон

определяется (рис. 7.62) по формуле

N p,tem,τ = ϕ tem ( Aя Rbu + Rsu As,totγs,tem ) ,

(7.73)

где Ая – площадь ядра сечения (Ая = bя hя), м2;

Аs,tot – суммарная площадь арматуры, м2;

ϕ tem – коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность

загружения и гибкость колонны.

Коэффициент ϕ tem принимается по приложению 7 в зависимости от

l 0 / bя , где l 0 – расчетная длина колонны, м.

Расчетную длину принимают в соответствии с [72] .

Задаваясь интервалами времени τ 1.....τ i , определяют несущую

способность колонны. При этом для каждого интервала времени находят по

формулам (7.22)/ (7.24) величины bя, hя.

Температуру стержней для тех же интервалов времени определяют

по формуле (7.20), используя формулы (7.13 / 7.15). По найденным температурам из приложения 6 находят коэффициенты γs,tem,i .

Допускается определять коэффициент γs,tem при средней температуре по

формуле (7.57).

Затем строится график снижения несущей способности колонны в условиях пожара (рис. 4.7) и определяется Пф при N p,tem,τ = Nn .

В том случае, когда на колонну действует нагрузка с расчетным

(известным) эксцентриситетом, расчет пределов огнестойкости производится как для внецентренно / сжатой конструкции.

Условия работы внецентренно / сжатых элементов сложнее, чем

изгибаемых. Объясняется это одновременным действием продольной сжимающей силы и изгибающего момента. При этом могут иметь место как

530

Рис.7.62.Расчетнаясхемаколоннысослучайнымэксцентриситетомеa приложениянагрузки при обогреве с 4/х сторон

первый (случай больших эксцентриситетов /

xtem

ξ R

h0,tem ), так и второй

 

 

tem

(случай малых эксцентриситетов / xtem > ξ Rtem h0,tem ) случаи внецентренного сжатия.

531

Соседние файлы в папке ЗиС_Учебник