- •Фондовая лекция
- •Введение
- •1. Исходные сведения о железобетоне
- •1.1. Понятие железобетона
- •1.2. Способы армирования железобетона
- •1.3.Общие сведения о монолитном железобетоне
- •2. Основные типы железобетонных конструкций
- •2.1. Изгибаемые конструкции
- •2.1.1. Плиты (панели) перекрытий (покрытий)
- •2.1.2. Балки (ригели) перекрытий (покрытий)
- •2.2. Сжатые конструкции
- •2.3. Растянутые элементы конструкций
- •3. Поведение железобетонных конструкций в условиях пожара
- •3.1. Причины разрушения (снижения прочности) железобетона в условиях пожара
- •3.2. Поведение изгибаемых конструкций в условиях пожара
- •Теоретические основы и общие закономерности поведения железобетонных конструкций в условиях пожара
- •Определяющие факторы
- •Внешние факторы (рис. 3.1):
- •Внутренние факторы:
- •3.3 Поведение сжатых конструкций в условиях пожара
- •3.4. Особенности поведения растянутых (элементов)
- •Список использованных источников
3.1. Причины разрушения (снижения прочности) железобетона в условиях пожара
Длительное воздействие пожара на железобетон приводит в итоге к его разрушению. Основные причины разрушения железобетона следующие:
Нарушение сцепления между бетоном и арматурой.
Снижение прочности арматурной стали.
Снижение прочности бетона.
Поведение основных компонентов железобетона (бетона и стальной арматуры) ранее рассматривались в темах №№ 3, 4.
Относительно первой причины разрушения железобетона в условиях пожара следует иметь в виду, что гладкая арматура класса А-I легко утрачивает прочность сцепления с бетоном (при температуре 250 0C прочность сцепления снижается вдвое). Это объясняется различием коэффициентов температурного линейного расширения стали и бетона. Свой вклад вносит в это и гладкая поверхность арматуры. Чтобы конструкция обладала достаточным пределом огнестойкости, необходимо в процессе её изготовления предусматривать установку специальных закладных деталей, увеличивающих прочность сцепления арматуры с бетоном.
Арматура периодического профиля лучше работает при нагреве в сочетании с бетоном. Утрата прочности её сцепления с бетоном происходит при температуре t > 600 0C. До 600 0C прочность сцепления превышает первоначальную, т. к. у рифленой арматуры имеются выступы; удаление влаги из бетона вызывает его усадку, а арматура при этом расширяется. В этом случае можно обойтись и без закладных деталей.
3.2. Поведение изгибаемых конструкций в условиях пожара
При пожаре и натурных испытаниях изгибаемые конструкции, в частности плиты, обогреваются снизу. Полки ребристых плит (где расположена рабочая арматура), претерпевают двусторонний обогрев (снизу и сбоку), что приводит к более интенсивному прогреву рабочей арматуры. Балки (ригели) могут обогреваться как с одной стороны, так и с трех сторон.
Предел огнестойкости плит перекрытия может наступить по каждому из 3-х предельных состояний конструкций по огнестойкости, балок - лишь по первому предельному состоянию - в результате прогрева рабочей арматуры до критической температуры, что приводит к деформации конструкции (прогибу выше допустимой величины – (1\15L длины пролёта), либо образованию «пластического шарнира» (излома конструкции в середине пролёта, либо у опоры – для неразрезных плит). Это происходит в результате снижения предела текучести (временного сопротивления) растянутой арматуры (температурная ползучесть – нарастание деформации при нагреве при постоянной величине нагрузки), что вызывает интенсивное раскрытие трещин в бетоне и ускорение прогрева арматуры.
Теоретические основы и общие закономерности поведения железобетонных конструкций в условиях пожара
Определяющие факторы
Внутренние факторы: |
Внешние факторы: | |
Теплофизические свойства материалов |
Воздействие пожара (либо стандартное) | |
Поведение материалов при пожаре |
Схема обогрева конструкции | |
Конструктивные особенности |
скорость обогрева конструкции | |
Характер армирования конструкции |
Характер приложения нагрузки | |
Критическая температура арматуры |
Величина внешней нагрузки | |
Толщина защитного слоя (из бетона) |
Характер опирания, закрепления конструкции | |
Размеры конструкции |
| |
Несущая способность конструкции |
|
Негативные процессы
Физические: |
Физико-химические: | |
Снижение прочности материалов |
Горение материалов | |
Деформирование элементов конструкции |
Распространение пламени по к конструкции и внутри ее | |
Деформирование конструкции | ||
Прогревание конструкции |
| |
Образование сквозных трещин, отверстий в конструкции |
| |
Снижение прочности элементов крепления конструкции |
| |
|
| |
Необратимые деформации |
| |
Потеря целостности конструкции |
| |
Разрушение конструкции |
| |
Обрушение конструкции |
| |
Выгорание слоев материала |
| |
Появление опасных факторов |
|
Рис. 3.1. Структурная схема - ключ к изучению, оценке, прогнозированию и регулированию поведения железобетонных конструкций в условиях пожара, их огнестойкости и определению области ихдопустимого применения в строительстве.
Особенностью тонкостенных плит является их разрушение при пожаре возле опор. В этих местах при нагреве появляются наклонные трещины в результате действия поперечной силы. В итоге может произойти срез (скалывание) плиты по наклонному сечению (по аналогии с деревянной балкой – тема № 16).То же самое можно отнести к многопустотным панелям, ребристым плитам, статически неопределимым (неразрезным) многопролетным балкам. Статически неопределимые балки в условиях пожара сохраняют дольше свою несущую способность, чем статически определимые. Это связано с частичной передачей усилий, воспринимаемых арматурой в пролёте, растянутой арматуре над опорой (перераспределением величины моментов - уменьшением пролётного и увеличением опорного), в результате большого температурного расширения нижних слоев сечения конструкции при нагреве.
Статически неопределимые балки, защемлённые по концам, ведут себя следующим образом (рис. 3.2): в начале нагрева (в первые 5-15 мин стандартного испытания конструкции на огнестойкость) происходит перераспределение изгибающих моментов - снижение изгибающего момента в пролёте и увеличение на опоре в результате температурного расширения нижней части балки и создания дополнительных распорных усилий на стены.
Рис. 3.2. Изменение усилий, воспринимаемых балкой от внешний нагрузки (изгибающих моментов), в статически неопределимой(защемленной на опорах)железобетонной балке во время пожара. а - схема защемления балки и нагружения; б) эпюры моментов: 1 - от внешней нагрузки; 2 - от внешней нагрузки через 5 - 15 мин пожара; 3 – то же - через 20 - 30 мин пожара.
При дальнейшем нагреве (через 20-30 мин) идет обратный процесс увеличения момента в пролете, уменьшения на опоре, т. к. балка прогревается, прочность арматуры снижется. Это продолжается до образования пластического шарнира в пролёте.
Наступление предела огнестойкости происходит в результате разрушения балки у опоры под воздействием поперечной силы.
Предварительное напряжение арматуры увеличивает предел огнестойкости плит на случай разрушения по бетону сжатой зоны. В растянутой зоне предварительное напряжение отрицательно влияет на огнестойкость конструкции, т. к. при нагреве арматуры утрачивается предварительное напряжение. Но конструкции с предварительным напряжением более прочные, они нагружены и большой нагрузкой (чем конструкции с предварительно не напряженной арматурой), что способствует более быстрому наступлению предела огнестойкости конструкции, и предварительное напряжение арматуры не восстанавливается.
Предел огнестойкости плит покрытия следует определять согласно ГОСТ 30247.1-94 лишь по 1-му и 2-му предельным состояниям по огнестойкости.
Таким образом, на поведение изгибаемых железобетонных конструкций в условиях пожара влияют 2 группы основных факторов - внешних и внутренних.