Диаграммный метод решения статической задачи расчета огнестойкости железобетонных конструкций

Левитский, Валерий Евгеньевич

Строительные конструкции, здания и сооружения

автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Диаграммный метод решения статической задачи расчета огнестойкости железобетонных конструкций

кандидата технических наук: Левитский, Валерий Евгеньевич
город: Москва
год: 2006
специальность ВАК РФ: 05.23.01

Диссертация по строительству на тему «Диаграммный метод решения статической задачи расчета огнестойкости железобетонных конструкций»

Автореферат диссертации по теме "Диаграммный метод решения статической задачи расчета огнестойкости железобетонных конструкций"

На правах рукописи

Левитский Валерий Евгеньевич

ДИАГРАММНЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ РАСЧЁТА ОГНЕСТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена на кафедре «Строительные конструкции» Московского государственного университета путей сообщения (МНИТ)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор Фёдоров Виктор Сергеевич

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Жуков Владимир Васильевич

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Карпенко Сергей Николаевич

Московский государственный строительный университет (МГСУ)

Защита состоится « 1& » октября 2006 г. в 14,50 на заседании диссертационного совета Д 218.005.05 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, 15, ауд. 7501.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ).

Автореферат разослан « 1& » сентября 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 218.005.05 кандидат технических наук, доцент

М.В. Шавыкина

Сообщаем, что в связи с кончиной официального оппонента д.т.н., проф. Жукова В.В., защита диссертации Левитского В.Е. на тему «Диаграммный метод решения статической задачи расчёта огнестойкости железобетонных конструкций» на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения, переносится.

Защита состоится 02 ноября 2006 г. в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 218.005.05 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, 15, ауд. 7501 (7-ой корпус).

Оффициальным оппонентом вместо выбывшего назначен д.т.н., проф. Бондаренко Виталий Михайлович (Московский институт коммунального хозяйства и строительства).

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 218.005.05

кандидат технических наук, доцент

М.В. Шавыкина

Цель исследования состоит в разработке инженерной методики расчётной оценки огнестойкости железобетонных конструкций, основанной на численном моделировании фактического напряжённо-деформированного состояния нормальных сечений с использованием нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры при нагреве под нагрузкой.

На защиту выносятся:

1. Рекомендации по определению основных параметров и аналитическому описанию нелинейных изотермических диаграмм деформирования бетона и арматуры в условиях кратковременного нестационарного нагрева под нагрузкой.

2. Исходные предпосылки и основные соотношения деформационной модели Термосилового сопротивления нормальных сечений стержневых железобетонных элементов, позволяющей определять напряжённо-деформированное состояние и жесткостные характеристики элементов при действии нагрузки и неравномерного нагрева.

3. Методики расчётной оценки огнестойкости железобетонных балочных плит и внецентренно сжатых колонн, основанные на численном моделировании их фактического напряжённо-деформированного состояния с использованием деформационной модели и нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры при нагреве под нагрузкой.

4. Результаты численного моделирования поведения при пожаре и оценки огнестойкости

• балочных плит сплошного сечения без предварительного напряжения (включая оценку огнестойкости по прогибам);

• внецентренно сжатых колонн со случайным эксцентриситетом (с учётом возможного ограничения продольных температурных деформаций и разрушения вследствие потери устойчивости).

Научная новизна работы:

1. Разработаны методики определения основных параметров нелинейных изотермических диаграмм деформирования бетона и арматуры при нестационарном нагреве под нагрузкой, не требующие трудоёмких графических построений и позволяющие определять необходимые характеристики непосредственно по экспериментальным кривым развития полных деформаций при нагреве нагруженных образцов. , :

2. Предложены аналитические зависимости для описания диаграмм термомеханического состояния бетона И арматуры, имеющие единую структуру и требующие наименьшего количества опытных коэффициентов.

3. Разработаны и реализованы методики расчётной оценки огнестойкости железобетонных балочных плит и внецентренно сжатых колонн на основе численного моделирования их фактического напряжённо-деформированного состояния с использованием нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры при нагреве под нагрузкой.

4. В результате проведённых численных исследований выявлены особенности

перераспределения напряжений по сечению сжатых железобетонных элементов в процессе неравномерного нестационарного нагрева.

Достоверность положений и выводов обеспечивается использованием общепринятых допущений сопротивления материалов, строительной механики и современной нелинейной теории железобетона, а также подтверждается удовлетворительным соответствием результатов расчёта по разработанным методикам с результатами существующих экспериментальных исследований.

Практическое значение результатов работы:

Разработанные методики описания диаграмм термомеханического состояния учитывают реальные условия нагрева материалов в конструкциях под нагрузкой и позволяют в наиболее компактном виде задавать температурные зависимости прочностных и деформативных характеристик бетона и арматуры, что существенно облегчает их нормирование и использование в современной автоматизированной расчётной среде.

Предлагаемые методики оценки огнестойкости железобетонных плит и колонн позволяют осуществлять расчёт на основе достаточно строгих физических предпосылок, не требуют применения дополнительных эмпирических зависимостей и дают более надёжные и достоверные результаты по сравнению с расчётом на основе традиционных методов.

Применение разработанных предложений в практических расчётах будет способствовать повышению уровня конструктивной безопасности зданий при пожаре.

Реализация результатов работы. Предложенные рекомендации используются ГУП «НИИЖБ» при разработке Свода Правил СП 21-00-00 «Огнестойкость и ог-несохранность железобетонных конструкций» в обновлённой системе нормативных документов по строительному проектированию в Российской Федерации.

Методика расчётной оценки огнестойкости внецентренно сжатых колонн с учётом ограничения продольных температурных деформаций была использована ОАО «Орёлагропромпроект» при проектировании монолитного каркаса главного здания Агрокомбината «Орёл» по адресу г. Орёл, ул. Комсомольская, д. 287.

Материалы работы используются в учебном процессе Московского государственного университета путей сообщения в рамках спецкурса «Долговечность и огнестойкость строительных конструкций», а также при проведении курсов повышения квалификации специалистов проектных организаций строительной отрасли.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Вторых Международных академических чтениях «Новые энергосберегающие архитектурно-конструктивные решения жилых и гражданских зданий» (Орёл, 2003), Третьих Международных академических чтениях «Проблемы обеспечения безопасности строительного фонда России» (Курск, 2004), Третьей Международной научно-практической конференции «Развитие современных городов и реформа жилищно-коммунального хозяйства» (Москва, 2005), и ежегодных научно-практических конференциях «Неделя науки в МИИТе» (Москва, МИИТ, 2002-2005). Основные положения работы опубликованы в сборниках трудов РААСН и материалах научно-практических конференций. Всего по теме диссертации опубликовано 15 научных работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения с основными результатами и выводами, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 226 страницах, включающих 129 страниц основного текста, 4] рисунок, 30 таблиц, библиографический список из 211 наименований и б приложений на 35 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, приведена общая характеристика работы, изложены основные положения, которые автор выносит на защиту.

В первой главе представлен обзор существующих методов решения статической задачи расчётной оценки огнестойкости железобетонных конструкций; обобщены и проанализированы существующие экспериментальные методики определения прочностных и деформативных характеристик бетона и арматуры при нагреве; рассмотрены современные модели и методы расчётного анализа силового сопротивления железобетона с позиций возможности и целесообразности их применения к оценке поведения конструкций при пожаре.

В общем случае расчётная оценка огнестойкости несущих конструкций состоит из решения двух задач - теплотехнической и статической. Результатом решения теплотехнической задачи является распределение температуры по сечению конструкции, а статической - выводы о способности конструкции воспринимать действующую нагрузку.

Разработкой методов решения статической задачи расчёта огнестойкости железобетонных конструкций и связанными с ней экспериментально-теоретическими исследованиями механических свойств бетона и арматуры при нагреве в нашей стране занимались; во ВНИИПО - А.И. Яковлев, В.П. Бушев, В.А. Пчелинцев,

B.C. Федоренко, В.Г. Олимпиев, Ф.Е. Гитман; в НИИЖБ — К.Д. Некрасов, А.Ф. Милованов, В.В. Жуков, Б.А. Альтшулер, A.A. Гусев, В.В. Соломонов, И.С. Кузнецова; в МИСИ (МГСУ) - H.A. Ильин, В.М. Ройтман; в ВИПТШ -М.Я. Ройтман, Н.И. Зенков; в МИИТе — B.C. Фёдоров; на Украине (г. Харьков) -

C.JI. Фомин.

За рубежом данное направление развивали: в Германии — Кордина (Karl Kordina) и Майер-Оггенс (Claus Meyer-Ottens), Шнайдер (U. Schneider), Вайглер (H. Weigler), Фишер (R. Fischer); в Швеции - Андерберг (Y. Anderberg), Петтерссон (О. Pettersson), Теландерссон (S. Thelandersson); в Великобритании -Мальхотра (H.L. Malhotra); во Франции - Бартелеми (В. Barthélémy), Крюппа (J.Kruppa); в США - Лай (Т.Т. Lie), Аллен (D.E. Allen), Абраме (M.S. Abrams); в Японии - Харада (T. Harada), Хатано (T. Hatano), Цуцуми (H. Tsutsumi).

Традиционный подход к решению статической задачи расчёта огнестойкости основан на сравнении несущей способности сечений с усилиями от внешней нагрузки (метод критических температур А.И.Яковлева; метод приведённого сечения А.Ф. Милованова; варианты диаграммного метода, представленные в исследованиях С.Л. Фомина и в рекомендациях НИИЖБ МДС 21.2-2000).

В то же время, имеется сравнительно небольшое число предложений по решению статической задачи расчёта огнестойкости на основе численного моделирова-

ния фактического напряжённо-деформированного состояния конструкций при нагреве (метод критических деформаций А.И. Яковлева, общая схема расчёта пределов огнестойкости статически неопределимых конструкций B.C. Фёдорова). В этих работах показано, что методологическое единство при определении прочно- . сти, деформаций, жёсткостных характеристик конструкций и внутренних усилий в них позволяет получать не только-количественно более точные, но и качественно новые результаты. Необходимо дальнейшее развитие данного направления с использованием реальных нелинейных законов деформирования бетона и арматуры при нагреве и современных достижений теории силового сопротивления железобетона.

Существующие расчётные модели силового сопротивления железобетона в зависимости от исходных предпосылок можно разделить на интегральные и дискретные. Интегральные модели, развитию которых посвящены исследования В.М. Бондаренко, C.B. Бондаренко, В.Г. Назаренко, В.И. Римшина, А.Б. Голышева, В.Я. Бачинского, В.И. Колчунова, Вл.И. Колчунова, А.И. Никулина и др., основываются на предварительном задании вида напряжённого состояния сечения в предельной или эксплуатационной стадиях.

Для оценки огнестойкости железобетонных конструкций более предпочтительными являются дискретные модели, которые не требуют предварительного задания напряжённого состояния сечения, а позволяют получать его непосредственно в ходе расчётного анализа. Развитием дискретных (деформационных) моделей сопротивления железобетона в нашей стране занимались A.B. Носарев, Н.И. Карпенко, В.Н. Банков, М.И. Додонов, Б.С. Расторгуев, A.C. Залесов, Т.А. Мухамедиев, Е.А. Чистяков и другие. Деформационные модели включены в Нормы проектирования железобетонных конструкций в странах Европейского Сообщества, США и Японии, в Национальные нормы Украины и Белоруссии, в новейшие Российские нормативные документы (СНиП 52-01-03, СП 52-Î0I-03 и др.).

Идея применения метода трансформации диаграмм деформирования для анализа термосилового сопротивления бетона в условиях воздействия повышенных температур (до 200°С) была впервые реализована А.П. Кричевским, а дальнейшее развитие получила в исследованиях Н.И. Карпенко и С.Ф. Клованича. Трансформация диаграмм деформирования при характерном для условий пожара кратковременном нагреве до 900°С была впервые осуществлена B.C. Фёдоровым применительно к полимербетону, а затем в работах С.Л. Фомина, А.Ф. Миловано-ва, В.В. Соломонова и И.С. Кузнецовой были предложены соответствующие методики трансформации диаграмм при нагреве обычных видов бетона и арматуры.

Анализ перечисленных предложений показывает, что рекомендуемые для • расчёта диаграммы получены по результатам испытаний образцов после нагрева до требуемой температуры, а существующие аналитические и табличные способы описания температурных зависимостей основных параметров диаграмм неудобны для расчётной реализации, поскольку связаны с использованием неоправданно большого числа нормируемых коэффициентов. Необходимо разработать' методику построения нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры по данным испытаний образцов при кратковременном нестационарном нагреве под нагрузкой и предложить эффективные аналитические зависимости для описания их основных параметров. . ;

: Представленные соображения позволили определить актуальность, цель и задачи данного исследования.

Во второй главе осуществляется разработка методики построения и аналитического описания нелинейных изотермических диаграмм деформирования бетона и арматуры в условиях кратковременного нестационарного нагрева под нагрузкой.

Анализ экспериментальных данных ВНИИПО и НИИЖБ показал, что при условии равномерного прогрева сечения скорость роста температуры не оказывает существенного влияния на деформации и прочность нагруженных образцов, поэтому их деформирование во всём интервале исследуемых температур кратковременного нагрева можно считать равновесным, то есть не зависящим от фактора времени. Некоторой неравновесностью в относительно непродолжительной стадии работы, предшествующей разрушению, благодаря которой существуют различия в поведении компонентов железобетона в условиях стандартного и реального пожаров, допустимо пренебречь.

Построение изотермических диаграмм равновесного деформирования бетона и арматуры (диаграмм термомеханического состояния) при нагреве под нагрузкой заключается в переносе точек, соответствующих значениям силовых деформаций при данной температуре и выбранных уровнях загружения, в систему координат «напряжения-деформации» (рис. 1,2).

При испытаниях уровень наружения образцов оставался постоянным на протяжении всего времени нагрева, поэтому построенные диаграммы не учитывают особенности фактического режима действия напряжений и в этом смысле они аналогичны диаграммам-изохронам в теории старения.

Однако, в отличие от изохрон, предлагаемые диаграммы отражают развитие деформаций не с течением времени, а с ростом температуры нагрева, поэтому называются изотермическими диаграммами деформирования при нестационарном нагреве под нагрузкой.

Диаграмма термомеханического состояния бетона. При построении диаграмм использовались результаты испытаний бетонных образцов, которые для обеспечения равномерного прогрева были выполнены в форме пустотелых цилиндров и нагревались с обеих сторон.

Построенные диаграммы деформирования бетона при нагреве под нагрузкой оказались аналогичными соответствующим диаграммам при нагружении после нагрева, но отличались значениями прочностных и деформативных параметров, прежде всего - начальным модулем деформаций, который при нагреве под нагрузкой был примерно в два раза меньше, чем при нагружении после нагрева.

В ходе обработки результатов испытаний образцов при нагружении после нагрева до 200...900°С была выявлена достаточно интересная особенность термосилового сопротивления бетона: точки пересечения касательных к кривым деформирования в начале координат и вертикальных прямых, проходящих через вершины диаграмм при различных температурах нагрева, лежат практически на одной горизонтальной прямой. С позиций статистической теории прочности, основы которой заложены в работах В. Вейбулла, В.В. Болотина, М.М. Холмянского, В.Д. Харлаба и Л.Г.Седракяна,. полученный результат означает, что предельные структурные напряжения в бетоне не зависят от температуры нагрева.

Применение этой предпосылки позволяет достаточно простым путём определять начальные модули изотермических диаграмм деформирования бетона при нагреве под нагрузкой, а кроме того, отказаться от нормирования температурной зависимости коэффициента упругости бетона и характеризовать его термомеханиче-

ское состояние не тремя, а только двумя определяющими параметрами - прочностным , и деформативным р4 (.

Тогда прочность о<,„„ при сжатии и начальный модуль деформаций для данной температуры нагрева бетона: ■

в»».«'= <Зьи,о • Уь,п'> Еь.ч ~ Еь.а ■ Р»,«, (1)

где С(,„,о и Еьо - соответственно прочность и начальный модуль деформаций бетона до нагрева.

Предельная сжимаемость в4и„ и предельный коэффициент секущего модуля деформаций бетона Уг,„/( при нагреве:

£ьи,н — ЬЬи,01 р4.г,; Vbu.lt ~ УЬ«.0 ■ Уь.п, (2)

где еки,а и о — соответственно предельная сжимаемость и предельный коэффициент секущего модуля бетона до нагрева; 0 = о-4„ о /(ЕЬ 0-сЬи й).

Более детальный анализ термосилового сопротивления бетона с позиций структурно-статистического подхода показал, что независимость предельных структурных напряжений в бетоне от температуры нагрева может существовать только в том случае, если температурные повреждения структуры бетона не вносят изменений в статистическое распределение прочности структурных связей, иными словами - если температурные повреждения не оказывают влияния на развитие силовых повреждений.

Необходимые для проведения практических расчётов зависимости коэффициента секущего модуля бетона от уровня деформаций г|Е, и коэффициента снижения прочности бетона уь,1 от температуры нагрева в разработанной структурно-статистической модели рассматриваются как интегральные функции статистических распределений прочности и температуры разрушения структурных связей. Это определяет подход к эффективному аналитическому описанию указанных зависимостей.

В качестве исходного принято кинетическое уравнение нелинейного накопления повреждений в структуре материала, основанное на распределении Вейбулла:

± = -к-(у-а)тГ-1 , (3)

где у, а — соответственно текущее и предельное значения исследуемой характеристики; I — параметр активного воздействия (температура или уровень деформаций); к - параметр затухания процесса; т - показатель интенсивности. Решения уравнения (3) имеют вид: при а — 0 и начальном условии / = 0,у = А

У = Ае-к,т ; (4)

при а* 0 и начальном условии 1 = 0,у = 0

^-а-^-в"*"]. (5)

На основе решения (4) получены аналитические выражения, которые при минимальном количестве опытных параметров описывают температурные зависимости коэффициентов снижения прочности уь.я и начального модуля деформаций бетона Р(,„:

Рис. 1. Построение диаграмм деформирования тяжёлого бетона на гранитном заполнителе

при нагреве под нагрузкой. а — кривые развития полных деформаций при различных уровнях начального нагружения г|0; б - температурные зависимости коэффициентов снижения прочности уь., (1) и начального модуля

деформаций {3¿.( (2); в - кривые развития силовых деформаций бетона (3); кривая предельных силовых деформаций (4); а — кривая максимально-граничного состояния (S), изотермические диаграммы деформирования (6}.

Уьл =ехр

-У

hj-(о 1000

Рм = ехР

-р.

/л,,-/о Г

1000 J

(б)

где 1Ь1 - температура нагрева бетона; 1а - начальная температура (70 = 20°С); у, Р, т, п -опытные параметры; 1000 - размерный коэффициент. Зависимость для температурных деформаций бетона формируется на основе решения (5):

1-ехр

hj-tp 1000

(7)

где е„ - некоторое предельное значение температурных деформаций, к которому они асимптотически приближаются; а,р — опытные параметры.

Уравнение связи напряжений а4|,; и деформаций е4,„- бетона при нагреве записывается в форме закона Гука с применением секущих модулей Еь ^ьл'

^¿.(У= бм • Еь.н • Vi,l,,. (8)

Рис. 2. Построение диаграмм деформирования арматуры класса А400 (А-Ш) при нагреве

под нагрузкой.

а - кривые развития полных деформаций при различных уровнях начального нагружения По! б - температурные зависимости коэффициентов снижения предела текучести и предела упругости в - кривые развития силовых деформаций; г - изотермические диаграммы деформирования.

Аналитическая зависимость для коэффициента секущего модуля получена на основе решения (4) с учётом требований к углу наклона касательной к кривой деформирования в начале координат и в её вершине:

Ум=ехР[-*м.{п6,,,)''*м]; (9)

кк„ = - Ь (V6„,„) ; Ле.и (Ю)

ъЬи,а

где — параметр нелинейности диаграммы деформирования бетона;

г|с „ - уровень деформаций бетона, равный отношению фактических силовых деформаций е4 л к их предельной величине при данной температуре нагрева е6„ „.

Если уровень деформаций бетона превышает максимально допустимое значение т)'™"0, то коэффициент секущего модуля \ъ,ч — 0 (разрушение). При однородном напряжённом состоянии г)^* = 1,0; при неоднородном напряжённом состоянии (изгиб, внецентренное сжатие) принят условный уровень т)®"1"' = 1,8.

Предлагаемая методика позволяет использовать в расчёте непосредственно коэффициенты секущего модуля; описывать восходящую и нисходящую ветвь единой зависимостью; учитывать без применения каких-либо дополнительных

опытных параметров изменение характера нелинейности диаграмм при их трансформации.

Для описания диаграммы термомеханического состояния бетона при сжатии используется 7 опытных параметров (табл. 1), а также три характеристики прочностных и деформативных свойств бетона при нормальных условиях (ст4„,о, £ь,о> £41л0). В случае растяжения температурная зависимость прочности бетона принимается такой же, как и при сжатии, а исходные характеристики аЬи 0 и е4„ 0 заменяются на Оьт,0 И £д/и,о>

Таблица I

Характеристики изменения свойств бетона при нагреве

Опытные параметры Вид бетона

тяжелый на гранитном заполнителе тяжелый на известняковом заполнителе керамзито-бетон

Характеристики снижения прочности т 4,0 6,0 4,0

У 2,6 6,0 2,2

Характеристики снижения нач. модуля деформаций п 0,6 1,0 1,0

0 3,0 3,7 3,4

Характеристики температурных деформаций р 2,5 3,0 2,0

а 4,4 3,6 2,6

ва, % 2,3 2,2 1,3

Данная методика не учитывает влияние фактического состава и влагосодер-жания бетона на изменение его прочностных и деформативных характеристик при нагреве. Перечисленные особенности являются предметом самостоятельных исследований и обязательно будут учтены в дальнейшем.

Диаграмма термомеханического состояния арматуры. Изотермические диаграммы деформирования арматуры при нагреве представлены в виде трёх участков: первый соответствует линейно-упругому деформированию, второй — нелинейной работе, третий (горизонтальный) - стадии текучести.

Предлагаемая методика позволяет определять основные параметры изотермических диаграмм непосредственно по экспериментальным кривым развития полных деформаций (см. рис. 2,а). Начальные участки указанных кривых остаются параллельными, поэтому модуль упругости арматуры E¡ считается не зависящим от температуры нагрева.

Положение координат начала и окончания нелинейного участка определяется коэффициентами снижения предела упругости и предела текучести утМ при нагреве (см. рис. 2,6), температурные зависимости для которых получены на основе решения (4):

r«,¡/=exp

где tsj - температура нагрева арматуры; <о„, с, d— опытные параметры.

Тогда напряжения предела упругости и предела текучести арматуры для данной температуры нагрева:

1000

Г*„,9 = ехр

1 ООО J

(11)

- ст„,о • ; = ст„,о • У™.;,, (12)

где ст„,о, о„,о - предел упругости и предел текучести арматуры до нагрева. Деформации, соответствующие напряжениям предела упругости:

е«,9 = сг„.9 / £,. (13)

Деформации соответствующие началу стадии текучести арматуры, принимаются не зависящими от температуры нагрева (см. рис. 2,а).

Температурные деформации арматуры определяются при помощи коэффициента температурного расширения а,,,, который с незначительной погрешностью может быть принят не зависящим от температуры:

Уравнение связи напряжений и деформаций арматуры при нагреве записывается в форме закона Гука с применением секущего модуля деформаций Е,

<У,.О - Е..У • Е, • . (15)

Выражение для коэффициента устанавливается различным на каждом из трёх участков изотермической диаграммы.

В стадии линейно-упругой работы < е„ 0) «= 1,

тогда ~ *£.,.

В стадии текучести (е!(1 £ е5„,) принимается

о.

(16)

тогда а5(, = о"л„.,у (неограниченный горизонтальный участок). 5 стадии нелинейной работы (еКЛ < < £,„.,):

(17)

е1,1)

V*.,, = ехр [ -• (пЛ£Л) ]; т,^ = в'-» ; (18)

Ея1,1 —

¿д,.,/ = - 1п(у^в); Уд^у =——^—(19)

где Уд, # - локальный коэффициент секущего модуля на нелинейном участке, определяется на основе решения (4) по аналогии с диаграммой деформирования бетона; г^- уровень приращения деформаций арматуры по отношению к деформациям предела упругости;

кш] ~ параметр нелинейности деформирования; - предельный локальный коэффициент секущего модуля на нелинейном участке диаграммы.

Разработанная методика аналитического описания диаграмм термомеханического состояния арматуры позволяет единообразно описывать связь напряжений и деформаций арматуры любых классов как при нагреве, так и при нормальной температуре.

Термомеханическое состояние арматуры характеризуют 6 опытных параметров и три характеристики прочностных и деформативных свойств при нормальной

температуре (ст^о, сгко, Е^. При сжатии и растяжении характеристики диаграмм принимаются одинаковыми.

Основные температурные параметры арматуры класса А400 (А-Ш) показаны в табл. 2.

Таблица 2

Основные температурные параметры арматуры класса А400 (А-Ш)

Температурные параметры Характеристики изменения предела текучести с 5

<в„ 13,25

Характеристики изменения предела упругости й 3

12,42

Деформации начала стадии текучести Сли. % 1,25

Коэффициент температурного расширения 1/°С 15-Ю'6

В третьей главе приведены исходные предпосылки и основные соотношения деформационной модели термосилового сопротивления нормальных сечений стержневых железобетонных элементов, а также разработанные на её основе методики расчётной оценки огнестойкости балочных плит и внецентренно сжатых колонн по деформационным критериям (с учётом возможного ограничения продольных температурных деформаций колонн и разрушения их вследствие потери устойчивости).

Для расчёта по деформационной модели стержневая железобетонная конструкция делится по длине на некоторое количество элементов, в пределах каждого из которых принимаются постоянными внутренние усилия и условия обогрева наружной поверхности конструкции. Поперечное сечение каждого элемента конструкции разбивается на некоторое число элементарных участков (компонентов сечения), в пределах которых все характеристики - температура, напряжения, деформации — принимаются постоянными (по значению в центре тяжести участка). Количество и размеры элементарных участков определяется особенностями напряженно-деформированного состояния, схемой нагрева и градиентом температур.

Предлагаемая деформационная модель термосилового сопротивления нормальных сечений стержневых железобетонных элементов является развитием общей модели силового сопротивления железобетона, рекомендованной СП 52-101-03, и содержит три группы условий:

• статические соотношения (уравнения равновесия);

• геометрические соотношения (уравнения совместности деформирования компонентов сечения в соответствии с гипотезой плоских сечений);

• физические соотношения (уравнения термомеханического состояния бетона и арматуры).

Дополнительно принимается предпосылка о том, что полные деформации компонентов сечения, определяемые в соответствии с гипотезой плоских сечений, равны сумме силовых и температурных деформаций, которые являются независимыми.

Разрешающая система уравнений для случая плоского изгиба имеет вид:

или в более компактной форме

{Р}=[ОМи}-{В}, (21)

где {Г} - вектор внешних сил; [Б] — матрица жёсткости элемента; {и} - вектор обобщённых деформаций элемента (е, -линейная деформация, — угловая деформация); {В} — вектор температурных усилий.

Компоненты матрицы жёсткости и вектора температурных усилий определяются суммированием характеристик по элементарным участкам сечения:

' ) ' j

£>22 = 2 Еь,^Ь.<Л,.У1,1 +Х (22)

I У

I )

' ) где — площади элементарных участков бетона и арматуры;

Уь.ь Уч - координаты центров тяжести элементарных участков бетона и арматуры относительно выбранной моментной оси.

Система уравнений (20) является нелинейной, и сё решение выполняется путём последовательных приближений в форме метода переменных параметров упругости. В первом приближении задаются некоторыми коэффициентами секущего модуля бетона и арматуры (например, принимают Уь.п -1, \s.ij = 1» что соответствует линейной работе).

Решением системы (20) являются обобщённые деформации элемента е, и х» по которым на основе гипотезы плоских сечений определяют полные деформации компонентов сечения:

С' = 8, + X, ■ Уь.,; =8« + X, • У и ■ (23)

В соответствии с принятой гипотезой о взаимонезависимости частных деформаций силовые деформации компонентов сечения находят путём вычитания из полных деформаций их температурной составляющей:

с -„('»О _■.('«"). Р _ о('°') _•,('""> пл\

ЕМ ~ Ем ьг>,« > ь1.!/— ь1,а • \

Затем по значениям силовых деформаций вычисляют коэффициенты секущего модуля бетона и арматуры VЬ1/, V, ,,, после чего вновь решают систему уравнений (20), уточняя значения обобщённых деформаций в, и X,. Расчёт продолжают до тех пор, пока значения соответствующих деформаций на двух смежных итерациях не будут совпадать с заданной степенью точности (0,1%).

Потеря сходимости итерационного процесса свидетельствует либо о недостаточной точности начального приближения, либо о разрушении элемента. По этой причине после 100 итераций расчёт продолжать нецелесообразно, и он прекращается,

В случае успешного завершения итерационного процесса определяются напряжения в различных компонентах сечения с использованием выражений (8) и

(15), а также вычисляются осевая В, и изгибная £>, жёсткости элемента как отношение действующего усилия к соответствующим силовым деформациям:

Осевая е,/ и изгибная х</ силовые деформации элемента определяются путём решения системы (20) при равенстве нулю компонентов вектора температурных усилий В\„ Вг, и значениях коэффициентов секущего модуля бетона и арматуры \ь,и> \,ф полученных в ходе проведённого итерационного расчёта. Конечно, этот приём является несколько условным, поскольку в рассматриваемой нелинейной постановке задачи принятая гипотеза о независимости силовых и температурных деформаций применима только к деформациям отдельных компонентов сечения, но не к деформациям элемента.

При оценке огнестойкости конструкций на основе предлагаемой деформационной модели напряжённо-деформированное состояние их элементов рассматривается в заданные моменты времени нагрева по стандартному температурному режиму. Расчёт продолжается до момента разрушения конструкции, определяемого согласно принятым критериям.

Оценка огнестойкости балочных конструкций. Критерием наступления предела огнестойкости балочных конструкций является достижение максимальным прогибом конструкции предельно допустимой величины Уиь, регламентированной ГОСТ 30247-94. Как и при нормальной температуре, максимальный прогиб /пах,, допустимо определять по кривизне наиболее нагруженного элемента расположенного посередине пролёта.

Оценка огнестойкости внецентренно сжатых колонн, работающих как со случайным, так и с расчётным эксцентриситетом, в данной работе осуществляется на основе единого методологического подхода. Принимается, что колонна воспринимает воздействие продольного усилия N и изгибающего момента А/, причём

где е0 - случайный или расчётный эксцентриситет; г| - коэффициент, учитывающий увеличение эксцентриситета вследствие продольного изгиба колонны; Лсг,г - критическое усилие потери устойчивости колонны; 1а - расчётная длина колонны; £>, - изгибная жёсткость наиболее нагруженного элемента колонны, расположенного посередине её расчётной длины.

Критерием наступления предела огнестойкости колонны является достижение продольными перемещениями и, предельно допустимой величины ии1„ регламентированной ГОСТ 30247-94 (разрушение из-за исчерпания прочности), или снижение критического усилия потери устойчивости Л^,, до величины рабочей нагрузки N (разрушение вследствие потери устойчивости).

При учёте возможного ограничения продольных температурных деформаций полное продольное усилие в колонне Л',« складывается из усилия от внешней нагрузки N и усилия температурного распора Л^, которое определяется по величине перемещения и, и осевой жёсткости В, внецентренно сжатой колонны:

(25)

М = N -е0-Т1

N„,=—■0,, (26)

'о

N, = Br(u,-u0), (27)

где u0 — продольное перемещение нагруженной колонны до начала нагрева.

В случае неполного ограничения температурных деформаций вместо жёсткости колонны В, в формуле (27) используется приведённая жёсткость системы «колонна-сооружение» B„d.

В четвёртой главе осуществлена расчётная реализация разработанных методик, показан общий вид алгоритма и приведены основные результаты численных исследований огнестойкости железобетонных плит и колонн.

В общем виде алгоритм расчётной оценки огнестойкости железобетонных конструкций состоит из шести блоков, соответствующих основным этапам проведения расчёта: 1 - формирование исходных данных; 2 — расчёт температурных полей; 3 - определение характеристик бетона и арматуры при нагреве; 4 - моделирование НДС нормальных сечений; 5 — оценка перемещений; 6 - уточнение внутренних усилий.

Для численного анализа огнестойкости железобетонных плит и колонн использованы данные экспериментальных исследований, проведённых А.Ф. Миловановым и Х.У. Камбаровым в НИИЖБ. Опытные образцы были выполнены из конструкционного керамзитобетона класса В15 и арматуры класса А-Ш. Исследуемые моменты времени задавались через каждые 20 мин нагрева по стандартному температурному режиму. Чтобы погрешности теплотехнического расчёта не искажали результаты решения статической задачи, температура компонентов сечения определялась непосредственно по экспериментальным кривым прогрева.

Оценка огнестойкости плит. Опытные образцы - балочные плиты сплошного сечения высотой 120 мм и размером в плане 1200x3000 мм — выполнялись без предварительного напряжения. Нагрев осуществлялся со стороны нижней поверхности и равномерно по длине пролёта. Для расчёта поперечное сечение плит было разделено на 12 горизонтальных бетонных полос толщиной 1 см.

Полученные кривые развития прогибов (рис. 3, а) и найденные по ним пределы огнестойкости плит хорошо соответствуют экспериментальным (табл. 3). Неравномерность деформирования бетона и арматуры в элементах с трещинами оказывает влияние на прогибы только в первые 40...60мин нагрева, а при дальнейшем нагреве её учитывать нецелесообразно.

Анализ расчётных кривых изменения напряжений в бетоне и арматуре опасного сечения (рис. 3, б-в) показывает, что разрушение опытных образцов в обеих сериях началось с арматуры из-за снижения её предела текучести до величины напряжений от действующей нагрузки.

Расчёт пределов огнестойкости плит по методу критических температур (традиционный подход) в данном случае также даёт адекватные результаты, что обусловлено правильным заданием механизма разрушения сечения и его напряжённого состояния в предельной стадии. Вместе с тем, предлагаемая методика не требует предварительного задания механизма разрушения, а позволяет получать его непосредственно в ходе расчёта.

Оценка огнестойкости колонн. Опытные образцы — колонны квадратного сечения 300x300 мм и высотой 3500 мм — были нагружены осевым сжимающим усилием. Нагрев осуществлялся с четырёх сторон и равномерно по высоте колонны.

60 80 100 время нагрева, мин

180

~1Г

^-чег-

-п-1 -ги

предельные напряжения

140 160

время нагрева, мин

ВО 100 120 140

Рис. 3. Оценка огнестойкости плит на основе деформационной модели:

а - развитие прогибов плит при нагреве; б - изменение напряжений в крайнем сжатом волокне бетона; в - изменение напряжений в растянутой арматуре.

В ходе численных исследований был рассмотрен как случай осевого нагруже-ния, позволяющий определить несущую способность нормального сечения так и случай внецентренного нагружения со случайных эксцентриситетом, при котором осуществлялась оценка критического усилия потери устойчивости колонны

Как показывают расчёты, только у более нагруженной колонны второй серии исчерпание прочности нормального сечения и потеря устойчивости произошли практически одновременно. Остальные колонны разрушились из-за потери устойчивости при сохранении достаточного резерва прочности (рис. 4). Полученные в результате расчёта пределы огнестойкости колонн удовлетворительно соответствуют фактическим (см. табл. 3).

Длина менее нагруженных колонн в каждой серии непосредственно перед разрушением превышала их первоначальную длину до нагрева, поэтому оценка огнестойкости указанных колонн была проведена с учётом ограничения продольных температурных деформаций. Расчёты показали, что в этом случае пределы огнестойкости снижаются соответственно на 58 и 16 мин (или на 35,2 и 13,1%).

В литературе по огнестойкости отмечается, что при нагреве нагруженных колонн напряжения с более нагретых слоёв перераспределяются на менее нагретые центральные слои, имеющие более высокую прочность и меньшую деформатив-ность. Проведённые нами численные исследования позволили уточнить это положение.

После начала нагрева интенсивное температурное расширение периферийных слоёв приводит к возникновению в них максимальных напряжений и образованию трещины в центральной части сечения. По мере прогрева сечения температура, а соответственно, и деформативность наружных слоёв бетона и арматуры повышается, что приводит к их разгрузке и перемещению зоны действия максимальных напряжений вглубь сечения. К моменту исчерпания несущей способности сечения колонны в работу включается вся его центральная часть, и напряжения на ней достигают своего предельного значения.

Таким образом, достижение максимальных напряжений в центральной части сечения в предельной стадии работы характерно только для колонн, разрушение которых происходит из-за исчерпания прочности. Если колонна разрушается вследствие потери общей устойчивости, то принятая в методе критических температур предпосылка о действии в момент разрушения максимальных напряжений в пределах центральной части сечения, ограниченной изотермой с критической температурой, в действительности не реализуется (рис. 5).

По этой причине, а также из-за достаточно условного назначения коэффициента продольного изгиба ц>, пределы огнестойкости исследуемых колонн, найденные по методу критических температур, имеют большие отклонения от фактических (см. табл. 3). Вместе с тем, предлагаемая методика не требует предварительного задания напряжённого состояния сечения и эмпирических коэффициентов продольного изгиба, благодаря чему позволяет получать более надёжные и достоверные результаты.

В приложения к работе включены алгоритмы расчёта и результаты численного моделирования напряжённого состояния железобетонных плит и колонн при нагреве, а также методика определения опытных коэффициентов в аппроксимирующих выражениях температурных зависимостей основных прочностных и де-формативных параметров бетона и арматуры.

а) Ысг., при ограничении температурных деформаций

время нагрева, мин

б)

Л^, при ограничении температурных деформаций

время нагрева, мин

Рис. 4. Оценка пределов огнестойкости колонн по деформационной модели и по методу критических температур: а) К-1, б) К-2.

1 арм. 3 4 5 6 7 в в 10 11 12 13 арм. 16 край центр край

Рис. 5. Распределение температур, °С, и напряжений, кН/см1, по сечению внецентренно нагруженной колонны К-2 в стадии, предшествующей потере устойчивости (1... 15 - номера участков).

Таблица 3

Экспериментальные и расчётные пределы огнестойкости плит н колонн

Опытные Нагрузка Предел огнестойкости, мин Отклонение, %

образцы эксп. расчёт по ме- расчет по расчет по ме- расчёт по де-

тоду критиче- деформ. тоду критиче- форм. модели

ских темпера- модели ских темпера-

тур тур

П-1-1 М= 1113 102 106 105 3,9 2,9

н П-1-2 кН-см 103 2.9 1,9

? П-2-1 М= 2413 153 175 168 14,4 9,8

П-2-2 кН-см 165 6,1 1,8

K-1-I JV = 820 89 110 82 23,6 -7,9

К-1-2 кН 86 27,9 -4,7

К-1-3 N=550 145 220 165 51,7 13,8

X s К-1-4 кН 183 20,2 -9,8

s К-2-1 N= 1000 107 80 112 -25,2 4,7

» К-2-2 кН 117 -31,6 -4,3

К-2-3 N =670 ,_ 130 185 122 42,3 -6,2

К-2-4 кН 133 39.1 -8,3

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В данном исследовании разработана и реализована инженерная методика расчётной оценки огнестойкости железобетонных конструкций, основанная на численном моделировании фактического напряжённо-деформированного состояния нормальных сечений с использованием нелинейных законов деформирования бетона и арматуры при нагреве под нагрузкой.

2. На основе анализа результатов существующих экспериментальных исследований сформулированы исходные предпосылки и осуществлено построение нелинейных изотермических диаграмм деформирования бетона и арматуры при кратковременном нестационарном нагреве под нагрузкой, а также предложены методики определения их основных параметров непосредственно по экспериментальным кривым развития полных деформаций при нагреве нагруженных образцов, позволяющие в дальнейшем обходиться без трудоёмких графических построений.

3. Определение начальных модулей изотермических диаграмм деформирования бетона при нагреве под нагрузкой предлагается осуществлять на основе гипотезы о независимости предельных структурных напряжений в бетоне от температуры нагрева, которая хорошо подтверждается результатами испытаний образцов при нагружении после нагрева (по крайней мере, в интервале температур до 900°С). Применение предлагаемой гипотезы позволяет отказаться от температурной зависимости коэффициента упругости бетона и характеризовать его термомеханическое состояние не тремя, а только двумя определяющими параметрами — прочностным и деформативным.

4. Проведённый анализ термосилового сопротивления бетона с позиций структурно-статистического подхода позволил представить зависимости его прочностных и деформативных характеристик от температурных и силовых факторов как интегральные функции соответствующих статистических распределений. В качестве исходного соотношения математических моделей термомеханического состояния бетона и арматуры принято кинетическое уравнение нелинейного накопления повреждений в структуре материала, основанное на распределении Вейбулла. В результате решения этого уравнения, получены эффективные аналитические выражения, которые имеют единую структуру и описывают диаграммы термомеханического состояния бетона и арматуры при наименьшем количестве опытных коэффициентов.

5. С использованием предложенных диаграмм и деформационной модели термосилового сопротивления нормальных сечений стержневых железобетонных элементов составлены методики и алгоритмы расчётной оценки огнестойкости железобетонных плит и колонн, основанные на численном моделировании их фактического напряжённо-деформированного состояния в процессе нагрева и позволяющие определять пределы огнестойкости конструкций с различными схемами разрушения нормального сечения на основе деформационных критериев (с учётом возможного ограничения температурных деформаций колонн и разрушения их вследствие потери устойчивости).

6. Расчёты показали, что ограничение продольных температурных деформаций слабонагруженных колонн снижает их пределы огнестойкости на 13...35% (или на 16...58 мин), приближая их к пределам огнестойкости аналогичных более нагруженных колонн, на которые ограничение температурных деформаций влияния не оказывает.

лонн, разрушение которых происходит из-за исчерпания прочности. Если колонна разрушается вследствие потери общей устойчивости, то традиционно принимаемая в методе критических температур предпосылка о действии в момент разрушения максимальных напряжений в центральной части сечения в действительности не реализуется, что может приводить к получению недостоверных результатов расчёта.

8. В дальнейших исследованиях необходимо применить основные положения разработанных методик к оценке огнестойкости пустотных и рёбристых панелей перекрытий (в том числе предварительно напряжённых) в сборном и монолитном вариантах исполнения; внецентренно сжатых колонн с расчётным эксцентриситетом; статически неопределимых рамных конструкций при различных вариантах конструктивных решений с учётом их специфических особенностей работы в условиях совместного воздействия нагрузки и кратковременного нестационарного высокотемпературного нагрева.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Левитский В.Е. Диаграмма термомеханического состояния лёгкого бетона при сжатии // Новые энергосберегающие архитектурно-конструктивные решения жилых и гражданских зданий: Труды вторых академич. чтений. - Орёл: ОрёлГТУ, 2003. - С. 223-226.

2. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Теоретические основы прогнозирования изменения прочностных и деформативных характеристик бетона в условиях пожара // Проблемы обеспечения безопасности строительного фонда России: Труды Третьих Международных академических чтений. - Курск: КурскГТУ,

2004. - С. 236-244.

3. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Диаграмма деформирования арматуры инженерных сооружений в условиях кратковременного нестационарного нагрева под нагрузкой // Развитие современных городов и реформа жилищно-коммунального хозяйства: Материалы Третьей Международной научно-практической конференции. - М.: ИПЦ МИКХиС, 2005. - С. 404-409.

4. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Развитие теоретических основ и методов оценки огнестойкости железобетонных конструкций на основе деформационной модели // Известия ОрёлГТУ. - Серия «Строительство. Транспорт». -

2005. - №1. - С. 40-41.

5. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Эффект повышения деформативности бетона в условиях кратковременного нестационарного нагрева год нагрузкой // Вестник центрального регионального отделения РААСН. - Воронеж-Иваново, 2005. - С. 125-134.

6. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Модели и методы расчётного анализа силового сопротивления железобетона // Вестник центрального регионального отделения РААСН. - Воронеж-Орёл, 2006. - С. 240-251.

7. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Диаграммный метод расчётной оценки огнестойкости железобетонных конструкций // Проект и реализация - гаранты безопасности жизнедеятельности: Труды общего собрания РААСН: В 2-х т. -СПб.: СПб гос. архит.-строит. ун-т, 2006. - Т. 2 - С. 71-79.

8. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Численные исследования огнестойкости железобетонных плит и колонн на основе деформационной модели // Вестник отделения строительных наук РААСН. - Владивосток, 2006. - С. 243-254.

HNasdHeiaB ÑNqsADa RNXDTNSSA

NPAAAC ЙОЛОЗНЫТАТЭ RNH3UJ34 ДОТЗМ Ñ Id H ЛАМ АП ANA ЙЩМУЧТОНОЯ хмннотзаоеэлзж ЯТЭОЛЙОТЭЗНЮ атЭкэач

RNHexyqOOD N RNHDAE .NNXJXyqTOHOX 9WHdASTNOqT3 - fOXS.SO dTDOHdADKUenO NNjjDTqsoDNA Toqec|DeqoT8A

>yOH XNX09HNHX9T DTDANAHD> ННЭПЭТО ÑOHSHy 9NHD>DNOO DM

хяс 08 wsquT вЛ' Мхоа твмцоФ .dTscen а онвдмпдоП ___5, h - -п .нэп .пзУ

51 ,ßaoyeßqdO .л^ .ваяэоМ ,£e(?Y2I jbTNNM RH<|>ßqionHT

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Левитский, Валерий Евгеньевич

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Огнестойкость железобетонных конструкций и основы её расчётной оценки.

1.2. Исходные предпосылки и основные положения традиционных методов решения статической задачи расчёта огнестойкости железобетонных конструкций.

1.2.1. Физические представления о поведении несущих железобетонных конструкций при пожаре.

1.2.2. Метод критических температур.

1.2.3. Метод приведённого сечения.

1.2.4. Метод критических деформаций.

1.3. Анализ методов определения прочностных и деформативных характеристик бетона и арматуры для расчёта огнестойкости.

1.4. Анализ предложений по решению статической задачи расчёта огнестойкости железобетонных конструкций на основе диаграммного подхода.

1.5. Модели и методы расчётного анализа силового сопротивления железобетона.

Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Диаграммы термомеханического состояния бетона и арматуры при кратковременном нагреве под нагрузкой

2.1. Анализ результатов экспериментальных исследований термосилового сопротивления бетона.

2.2. Анализ термосилового сопротивления бетона с позиций структурно-статистического подхода.

2.3. Аналитическая аппроксимация основных параметров диаграммы

• термомеханического состояния бетона.

2.4. Формирование определяющих соотношений между напряжениями и деформациями бетона при нагреве.

2.5. Диаграммы термомеханического состояния арматуры при кратковременном нестационарном нагреве под нагрузкой.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Развитие методов расчётной оценки огнестойкости железобетонных конструкций на основе деформационной модели.

3.1. Построение деформационной модели термосилового сопротивления железобетонного элемента.

3.2. Проблема учёта неравномерности деформирования элементов с трещинами при нагреве.

3.3. Методика оценки огнестойкости статически определимых балочных конструкций.

3.4. Методика оценки огнестойкости внецентренно нагруженных колонн.

3.5. Рекомендации по оценке огнестойкости колонн с учётом ограничения продольных температурных деформаций.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Численный анализ огнестойкости железобетонных конструкций на основе деформационной модели.

4.1. Алгоритм численного анализа и основные расчётные задачи.

4.2. Численные исследования огнестойкости балочных железобетонных плит

4.3. Численные исследования огнестойкости железобетонных колонн при случайных эксцентриситетах.

Выводы по главе 4.

Введение 2006 год, диссертация по строительству, Левитский, Валерий Евгеньевич

Актуальность темы. Важным аспектом актуальной в последнее время проблемы обеспечения конструктивной безопасности зданий и сооружений при « различных ординарных и запроектных воздействиях является расчётная оценка работоспособности несущих конструкций при пожаре, который, несомненно, следует отнести к числу наиболее вероятных и весьма опасных экстремальных воздействий.

Традиционные методы расчётной оценки огнестойкости железобетонных конструкций основаны на анализе предельной стадии работы опасного сечения в процессе нагрева и сравнении его несущей способности с усилиями от внешней нагрузки. Эти методы могут эффективно применяться при решении ограниченного диапазона задач, поскольку механизм разрушения сечения, необходимый для определения его несущей способности, не всегда бывает известен заранее, а внутренние усилия в геометрически нелинейно деформируемых или статически « неопределимых конструкциях зависят от фактических значений их жёсткостных характеристик и перемещений при нагреве.

Для преодоления отмеченных недостатков необходимо развитие методов расчёта огнестойкости, основанных на численном моделировании фактического напряжённо-деформированного состояния конструкций при нагреве и позволяющих осуществлять оценку огнестойкости по деформационным критериям, а при необходимости - определять внутренние усилия в конструкциях по фактическим значениям их жёсткостных характеристик и перемещений.

Для получения достоверных результатов численное моделирование должно быть основано на использовании нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры при нагреве. Анализ диаграмм, представленных в нормативной и научной литературе, показывает, что они получены в основном по результатам испытании образцов при нагружении после нагрева до заданных температур, однако в действительности при пожаре несущие железобетонные конструкции подвергаются нестационарному нагреву в нагруженном состоянии.

Влияние последовательности приложения температурного и силового воздействий на деформации и прочность материалов отмечается в экспериментах большого числа отечественных и зарубежных исследователей. В частности, деформации бетона при нагреве под нагрузкой оказываются примерно в два раза больше, чем при нагружении после нагрева. Тем не менее, методика определения деформативных характеристик бетона и арматуры по результатам испытаний образцов в условиях кратковременного нестационарного нагрева под нагрузкой пока ещё не разработана.

Кроме того, известные варианты аналитического и табличного описания температурных зависимостей прочностных и деформативных характеристик бетона и арматуры оказываются неудобными для расчётной реализации из-за необходимости использования неоправданно большого числа нормируемых параметров.

Существующие методики расчётной оценки огнестойкости железобетонных конструкций на основе диаграмм деформирования бетона и арматуры предусматривают анализ только предельной стадии работы элементов. Не разработаны предложения по применению диаграммного метода к оценке огнестойкости балочных конструкций по прогибам, а также оценке огнестойкости внецентренно сжатых колонн с учётом возможного ограничения продольных температурных деформаций и разрушения вследствие потери устойчивости.

На защиту выносятся:

2. Исходные предпосылки и основные соотношения деформационной модели термосилового сопротивления нормальных сечений стержневых железобетонных элементов, позволяющей определять напряжённо-деформированное состояние и жесткостные характеристики элементов при действии нагрузки и неравномерного нагрева.

9 4. Результаты численного моделирования поведения при пожаре и оценки огнестойкости

Научная новизна работы:

1. Разработаны методики определения основных параметров нелинейных • изотермических диаграмм деформирования бетона и арматуры при нестационарном нагреве под нагрузкой, не требующие трудоёмких графических построений и позволяющие определять необходимые характеристики непосредственно по экспериментальным кривым развития полных деформаций при нагреве нагруженных образцов.

2. Предложены аналитические зависимости для описания диаграмм термомеханического состояния бетона и арматуры, имеющие единую структуру и требующие наименьшего количества опытных коэффициентов.

4. В результате проведённых численных исследований выявлены особенности перераспределения напряжений по сечению сжатых железобетонных элементов в процессе неравномерного нестационарного нагрева.

Практическое значение результатов работы:

Реализация результатов работы. Предложенные рекомендации используются ГУП «НИИЖБ» при разработке Свода Правил СП 21-00-00 «Огнестойкость и огнесохранность железобетонных конструкций» в обновлённой системе нормативных документов по строительному проектированию в Российской Федерации.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Вторых Международных академических чтениях «Новые энергосберегающие архитектурно-конструктивные решения жилых и гражданских зданий» (Орёл, 2003), Третьих Международных академических чтениях «Проблемы обеспечения безопасности строительного фонда России» (Курск, 2004), Третьей Международной научно-практической конференции «Развитие современных городов и реформа жилищно-коммунального хозяйства» (Москва, 2005) и ежегодных научно-практических конференциях «Неделя науки в МИИТе» (Москва, МИИТ, 2002-2006).

Основные положения работы опубликованы в сборниках трудов Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН) и материалах Международных научно-практических конференций. Всего по теме диссертации опубликовано 15 научных работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения с основными результатами и выводами, библиографического списка и шести приложений.

Заключение диссертация на тему "Диаграммный метод решения статической задачи расчета огнестойкости железобетонных конструкций"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

3. Определение начальных модулей изотермических диаграмм деформирования бетона при нагреве под нагрузкой предлагается осуществлять на основе гипотезы о независимости предельных структурных напряжений в бетоне от температуры нагрева, которая хорошо подтверждается результатами испытаний образцов при нагружении после нагрева (по крайней мере, в интервале температур до 900°С). Применение предлагаемой гипотезы позволяет отказаться от температурной зависимости коэффициента упругости бетона и характеризовать его термомеханическое состояние не тремя, а только двумя определяющими параметрами - прочностным и деформативным.

4. Проведённый анализ термосилового сопротивления бетона с позиций структурно-статистического подхода позволил представить зависимости его прочностных и деформативных характеристик от температурных и силовых факторов как интегральные функции соответствующих статистических распределений. В качестве исходного соотношения математических моделей термомеханического состояния бетона и арматуры принято кинетическое уравнение нелинейного накопления повреждений в структуре материала, основанное на распределении Вейбулла. В результате решения этого уравнения получены эффективные аналитические выражения, которые имеют единую структуру и описывают диаграммы термомеханического состояния бетона и арматуры при наименьшем количестве опытных коэффициентов.

5. С использованием предложенных диаграмм и деформационной модели термосилового сопротивления нормальных сечений стержневых железобетонных элементов составлены методики и алгоритмы расчётной оценки огнестойкости к') железобетонных плит и колонн, основанные на численном моделировании их фактического напряжённо-деформированного состояния в процессе нагрева и позволяющие определять пределы огнестойкости конструкций с различными схемами разрушения нормального сечения на основе деформационных критериев (с учётом возможного ограничения температурных деформаций колонн и разрушения их вследствие потери устойчивости).

6. Расчёты показали, что ограничение продольных температурных деформаций слабонагруженных колонн снижает их пределы огнестойкости на 13.35% (или на 16.58 мин), приближая их к пределам огнестойкости аналогичных более нагруженных колонн, на которые ограничение температурных деформаций влияния не оказывает.

7. В ходе численного моделирования напряжённо-деформированного состояния нормальных сечений при нестационарном нагреве колонн, сжатых со случайным эксцентриситетом, выявлено, что достижение максимальных напряжений в центральной наименее прогретой части сечения характерно только для колонн, разрушение которых происходит из-за исчерпания прочности. Если колонна разрушается вследствие потери общей устойчивости, то традиционно принимаемая в методе критических температур предпосылка о действии в момент разрушения максимальных напряжений в центральной части сечения в действительности не реализуется, что может приводить к получению недостоверных результатов расчёта.

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Г/„ ts - температура нагрева бетона и арматуры соответственно; к - нормальная температура (t0 = 20°С); х - время нагрева; ybJ - коэффициент, учитывающий снижение прочности бетона при нагреве; i, - коэффициент, учитывающий снижение начального модуля деформаций бетона при нагреве; у , - коэффициент, учитывающий снижение предела текучести арматуры при нагреве;

Уse,i ~ коэффициент, учитывающий снижение предела упругости арматуры при нагреве; с?/, ,, аЛ / - напряжения соответственно в бетоне и арматуре при нагреве; гь ,, вs t - силовые деформации соответственно бетона и арматуры при нагреве; lem) Jtem) - температурные деформации соответственно бетона и арматуры; b,t 'bs,t tot) £(tot) - полные деформации соответственно бетона и арматуры при нагреве, являющиеся суммой b>' ' S'1 силовых и температурных;

Gbu о, <3bu,t ~ прочность бетона на сжатие соответственно при нормальной температуре и при нагреве; аы„ о, (5ь„и - прочность бетона на растяжение соответственно при нормальной температуре и при нагреве;

Ebfi, Еь^ - начальный модуль деформаций бетона соответственно при нормальной температуре и при нагреве; zhufi, гь„, - предельная сжимаемость бетона соответственно при нормальной температуре и при нагреве; еЬш о, Еы,и - предельная растяжимость бетона соответственно при нормальной температуре и при нагреве;

Vbu о, VjHj, - предельный коэффициент секущего модуля бетона при сжатии соответственно при нормальной температуре и при нагреве;

V¡)[и о, V¡а,,j - предельный коэффициент секущего модуля бетона при растяжении соответственно при нормальной температуре и при нагреве; h,h hi,t - параметр нелинейности деформирования бетона в условиях нагрева соответственно при сжатии и при растяжении; г|Е, - уровень деформаций бетона при нагреве; vb 0, vj, - коэффициент секущего модуля бетона соответственно при нормальной температуре и при нагреве; ст.га о, а.щ, ~ предел текучести арматуры соответственно при нормальной температуре и при нагреве;

Ojе 0) crJe>, - предел упругости арматуры соответственно при нормальной температуре и при нагреве; е5(М, zstn -деформации арматуры, соответствующие пределу упругости и пределу текучести при нагреве:

Es - модуль упругости арматуры; v^,г, v.,., - локальный и общий коэффициент секущего модуля арматуры при нагреве; Уд™,г - предельный локальный коэффициент секущего модуля арматуры при нагреве; kbsit ~ параметр нелинейности деформирования арматуры при нагреве; Л де,< ~ локальный уровень деформаций арматуры при нагреве; Ah Aj - площади элементарных участков бетона и арматуры в сечении; у,, yj - координаты центра тяжести элементарных участков бетона и арматуры относительно выбранной моментной оси; в,, х, - осевая и изгибная деформации элемента при нагреве; В,, D, - осевая и изгибная жёсткости элемента при нагреве; - коэффициент, учитывающий неравномерность деформирования арматуры по длине элемента при нагреве.

Библиография Левитский, Валерий Евгеньевич, диссертация по теме Строительные конструкции, здания и сооружения

1. Нормативная и инструктивно-методическая литература

2. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 24 с.

3. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения. М.: ФГУП ЦПП, 2003. - 53 с.

4. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. Нормы проектирования / Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2001.

5. МДС 21.2-2000. Методические рекомендации по расчёту огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций. Второе издание. М.: ГУП НИИЖБ, 2000. - 92 с.

6. СП 21-00-00. Огнестойкость и огнесохранность железобетонных конструкций (проект). М.: ГУП НИИЖБ, 2004. - 88 с.

7. СНиП 2.03.04-84*. Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур. Нормы проектирования / Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2001.

8. ГОСТ 30247-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Взамен СТ СЭВ 1000-78; Введ. 01.01.96.

9. Рекомендации по оценке огнестойкости и остаточной несущей способности железобетонных конструкций в условиях реального пожара / МИСИ, НИИЖБ. М., 1990.

10. Рекомендации по расчёту пределов огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций / НИИЖБ. М.: Стройиздат, 1986. - 40с.

11. Инструкция по расчёту фактических пределов огнестойкости железобетонных строительных конструкций на основе новых требований строительных норм и правил / ВНИИПО МВД ССР М.: ВНИИПО, 1982. - 452 с.

12. Инструкция по расчёту фактических пределов огнестойкости железобетонных строительных конструкций на основе применения ЭВМ / ВНИИПО МВД ССР М.; ВНИИПО, 1975. - 220 с.

13. СН 482-76. Инструкция по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур. М.: Стройиздат, 1976. - 95 с.

14. Методические рекомендации по уточнённому расчёту железобетонных элементов с учётом полной диаграммы сжатия бетона / НИИСК Госстроя СССР. -Киев, 1987. 25 с.

15. CEB-FIP Model Code 1990. Bulletin D 5.0 Information, 1990. - N 213/214.

16. ENV 1992-1. Eurocode 2: Design of concrete structures. Part 1. General rules and rules for buildings. Brussels: CEN 2003. - 225 p.

17. ENV 1992-1. Eurocode 2: Design of concrete structures. Part 1-2: General rules -Structural fire design. - Brussels: CEN 1992.

18. ENV 1992-1. Eurocode 1: Basis of design and actions of structures. Part 2-2: Actions of structures exposed to fire. - Brussels: CEN 1994.

19. Научно-исследовательская литература по работе конструкций в условияхнормальных температур1. Монографии

20. Лолейт А.Ф. О подборе сечений железобетонных элементов по критическим усилиям. М.-Л.: Госстройиздат, 1933. - 68 с.

21. Гвоздев A.A. Расчёт несущей способности конструкций по методу предельного равновесия. М.: Госстройиздат, 1949. - 280 с.

22. Мурашёв В.И. Трещиноустойчивость, жесткость и прочность железобетона. М.: Машстройиздат, 1950. - 267 с.

23. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. М.: Стройиздат, 1961. - 201 с.

24. Болотин В.В. Неконсервативные задачи теории упругой устойчивости. М.: Физматгиз, 1961. - 340 с.

25. Берг О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М.: Стройиздат, 1962. - 96 с.

26. Рейнер М. Реология. Пер. с англ. М.: Наука, 1965. - 244 с.

27. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1966. - 752 с.

28. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. -Харьков: Изд. ХГУ, 1968. 323 с.

29. Седракян Л.Г. Элементы статистической теории деформирования и разрушения хрупких материалов. Ереван: Айастан, 1968. - 278 с.

30. Работнов Ю.Н., Милейко С.Т. Кратковременная ползучесть. М.: Наука, 1970. -220 с.

31. Берг О.Я., Щербаков E.H., Писанко Г.Н. Высокопрочный бетон. М.: Стройиздат, 1971. - 208 с.

32. Карпенко Н.И. Теория деформирования железобетона с трещинами. М.: Стройиздат, 1976. - 208 с.

33. Шейкин А.Е., Чеховской Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. М.: Стройиздат, 1979. - 344 с.

34. Холмянский М.М. Контакт арматуры с бетоном. М.: Стройиздат, 1981. - 184 с.

35. Бондаренко В.М., Бондаренко С.В. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. М.: Стройиздат, 1982. - 287 с.

36. Бондаренко В.М., Шагин А.Л. Расчёт эффективных многокомпонентных конструкций. М.: Стройиздат, 1987. - 175 с.

37. Пересыпкин E.H. Расчёт стержневых железобетонных конструкций М.: Стройиздат, 1988. - 168 с.

38. Алиев Ш.А., Коган Е.А., Холмянский М.М. Прочность бетона как статистически неоднородного несплошного тела. Баку: Изд-во Азербайджанского политехнич. инст-та., 1989. - 176 с.

39. Синергетика композитных материалов / А.Н. Бобрышев, В.Н. Козмазов, Л.О. Бабин, В.И. Соломатов; под ред. В.И. Соломатова. Липецк: НПО «Ориус», 1994. -153 с.

40. Зайцев Ю.В. Моделирование деформаций и прочности бетона методами механики разрушения. 2-е изд.- М.: Изд. МГОУ, 1995. 196 с.

41. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. -416 с.

42. Холмянский M.M. Бетон и железобетон. Деформативность и прочность. М.: Стройиздат, 1997. - 576 с.

43. Пирадов К.А. Теоретические и экспериментальные основы механики разрушения бетона и железобетона. Тбилиси: Изд. Энергия, 1998. - 355 с.

44. Боровских A.B., Назаренко В.Г. Теория силового сопротивления сжатых железобетонных конструкций. М.: Отдел информационно-издательской деятельности РААСН, 2000. - 112 с.

45. Скоробогатов С.М. Принцип информационной энтропии в механике разрушения инженерных сооружений и горных пластов. Екатеринбург: УрГУПС, 2000. - 420 с.

46. Маилян Л.Р., Беккиев М.Ю. Градиентные эффекты в железобетонных конструкциях. Нальчик: Изд-во КБГСХА, 2001. - 245 с.

47. Элементы теории реконструкции железобетона / В.М. Бондаренко, A.B. Боровских, C.B. Марков, В.И. Римшин; под общ. ред. В.М. Бондаренко. Н. Новгород: Нижегород. гос. арх.-строит, университет, 2002. - 190 с.

48. Бондаренко В.М., Колчунов Вл.И. Расчётные модели силового сопротивления железобетона. М.: Изд-во АСВ, 2004. - 472 с.

49. Прочность и деформативность железобетонных конструкций при запроектных воздействиях / Г.А. Гениев, В.И. Колчунов, Н.В. Клюева, А.И. Никулин, К.П. Пятикрестовский. М.: Изд-во АСВ, 2004. - 216 с.

50. Статьи в журналах и сборниках

51. Васильев П.И. Связь между напряжениями и деформациями в бетоне при сжатии с учётом влияния времени. // Изв. ВНИИГ. 1951. - Т.45. - С. 78-92.

52. Биргер И.А. Некоторые общие методы решения задач теории пластичности // Прикладная математика и механика. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1951. - Т. 15. - Вып. 6. - С. 765-770.

53. Немировский Я.М. Жёсткость изгибаемых железобетонных элементов при кратковременном и длительном загружениях // Бетон и железобетон. 1955. - №5. - С. 172-176.

54. Гвоздев A.A. Некоторые механические свойства бетона, существенно важные для строительной механики железобетонных конструкций // Исследование свойств бетона и железобетонных конструкций. М.: Госстройиздат, 1959. - Вып. 4. - С.З-10.

55. Болотин В.В. Некоторые вопросы теории хрупкого разрушения / Расчёты на прочность. Вып. 8. - М, 1962. - С. 36-52.

56. Байков В.Н., Горбатов C.B., Димитров З.А. Построение зависимости между напряжениями и деформациями сжатого бетона по системе нормируемых показателей. // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1977. - №6. - С. 15-18.

57. Носарев A.B. Численный метод расчёта рамных конструкций с учётом влияния ползучести по методу перемещений / Тр. ин-тов инж. ж.-д. трансп, М.: МИИТ, 1977. - Вып. 544. - С.34-44.

58. Яшин A.B. Прочность бетона и его структурные изменения в процессе нагружения // Прочность, структурные изменения и деформации бетона / Под ред. A.A. Гвоздева. М.: Стройиздат, 1978. - С.92-118.

59. Бондаренко В.М. К построению общей теории железобетона (специфика, основы, метод) // Бетон и железобетон. 1978. - №9. - С. 13-17.

60. Бачинский В.Я. Некоторые вопросы, связанные с построением общей теории железобетона // Бетон и железобетон. 1979. - №11. - С. 35-36.

61. Гуща Ю.П. Предложения по нормированию диаграмм растяжения высокопрочной стержневой арматуры // Бетон и железобетон. 1979. - №7. - С. 15-16.

62. Носарев A.B., Красовицкий М.Ю. Численные методы в теории расчёта армополимербетонных (композиционных) конструкций / Тр. ин-тов инж. ж.-д. трансп. М.: МИИТ, 1982. - Вып. 696. - С.46-59.

63. Яшин A.B. Теория прочности и деформативности бетона с учётом его структурных изменений и длительности загружения // Новые исследования элементов железобетонных конструкций при различных предельных состояниях. М.: НИИЖБ, 1982. - С.3-8.

64. Карпенко Н.И., Мухамедиев Т.А. К расчёту прочности нормальных сечений изгибаемых элементов // Бетон и железобетон. 1983. - №4. - С. 11-12.

65. Ильин О.Ф. Прочность нормальных сечений и деформации элементов из бетонов различных видов // Бетон и железобетон. 1984. - №3. - С. 38-40.

66. Бачинский В.Я., Бамбура А.Н., Ватагин С.С. Связь между напряжениями и деформациями при кратковременном неоднородном сжатии // Бетон и железобетон.- 1984. №10. - С. 18-19.

67. Мадатян С.А. Диаграмма растяжения высокопрочной арматурной стали в состоянии поставки // Бетон и железобетон. 1985. - №2. - С. 12-13.

68. Голышев А.Б., Бачинский В.Я. К разработке прикладной теории расчёта железобетонных конструкций // Бетон и железобетон. 1985. - №6. - С. 16-18.

69. Гуща Ю.П., Лемыш Л.Л. Расчёт деформаций конструкций на всех стадиях при кратковременном и длительном нагружениях // Бетон и железобетон. 1985. -№11. - С. 13-16.

70. Карпенко Н.И., Мухамедиев Т.А., Петров А.Н. Исходные и трансформированные диаграммы деформирования бетона и арматуры // Напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций. М.: НИИЖБ, 1986. - С. 7-25.

71. Балан Т.А. Модель деформирования бетона при кратковременном нагружении // Строительная механика и расчёт сооружений. 1986. - №4. - С. 32-36.

72. Харлаб В.Д. Обобщение вейбулловской статистической теории хрупкого разрушения // Механика стержневых систем и сплошных сред. 1987. - № 11. - С. 150-152.

73. Чайка В.П. Особенности деформирования тяжёлого бетона при неоднородном кратковременном сжатии // Бетон и железобетон. 1987. - №1. - С. 42-43.

74. Митасов В.М. Аналитическое представление диаграмм работы материалов за пределом упругости // Строительная механика и расчёт сооружений. М., 1987. -С.19-21.

75. Общий случай расчёта прочности элементов по нормальным сечениям / В.Н. Байков, М.И. Додонов, Б.С. Расторгуев и др. // Бетон и железобетон. 1987. - №5.- С. 16-18.

76. Митасов В.М., Фёдоров Д.А. Аналитическое представление диаграмм работы арматуры и бетона при одноосном растяжении-сжатии // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1987, - №9. - С. 16-20.

77. Мамедов Т.И. Расчёт прочности нормальных сечений элементов с использованием диаграмм деформирования арматуры // Бетон и железобетон. 1988. - №8. - С. 22-25.

78. Узун И.А. Градиенты напряжений и деформаций в сжатой зоне бетона // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1989. - №4. - С. 1-5.

79. Митасов В.М., Адищев В.В. О применении энергетических соотношений в теории сопротивления железобетона // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. -1990. №4. - С. 33-37.

80. Залесов A.C., Чистяков Е.А. Гармонизация отечественных нормативных документов с нормами ЕКБ-ФИП // Бетон и железобетон. 1992. - №10. - С. 2-4.

81. Расторгуев Б.С. Упрощённая методика получения диаграмм деформирования стержневых элементов в стадии с трещинами // Бетон и железобетон. 1993. -№3. - С. 16-19.

82. Чайка В.П. Характеристика диаграмм неоднородного сжатия бетона // Бетон и железобетон. 1994. - №1. - С. 17-19.

83. Несветаев Г.В., Коробкин А.П. Энергетический подход к определению предельной сжимаемости бетона // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. -1995. №2. - С. 8-11.

84. Залесов A.C., Чистяков Е.А., Ларичева Т.Ю. Деформационная расчетная модель железобетонных элементов при действии изгибающих моментов и продольных сил // Бетон и железобетон. 1996. - №5. - С. 16-18.

85. Бобрышев А.Н., Козомазов В.Н. Обобщённая оценка кинетических процессов в композитных системах. // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1997. -№9. - С. 17-20.

86. Узун И.А. Учёт реальных диаграмм деформирования материалов в расчётах железобетонных конструкций // Бетон и железобетон. 1997. - №2. - С. 25-27.

87. Бондаренко В.М. Диалектика механики железобетона // Бетон и железобетон. -2002. №1. - С. 24-27.

88. Расчёт прочности железобетонных конструкций при действии изгибающих моментов и продольных сил по новым нормативным документам / А.И. Звездов, A.C. Залесов, Т.А. Мухамедиев, Е.А. Чистяков // Бетон и железобетон. 2002. - №2. -С. 21-25.

89. Залесов A.C., Мухамедиев Т.А., Чистяков Е.А. Расчёт деформаций железобетонных конструкций по новым нормативным документам. // Бетон и железобетон, 2002. - №6. - С. 12-16.

90. Депонированные научные работы

91. Красовицкий М.Ю. Способы получения полных диаграмм конструкционных бетонов и предложения по их аппроксимации. М., 1998. - Деп. во ВИНИТИ РАН, №8.1. Диссертации

92. Красовицкий М.Ю. Численный расчёт железобетонных и армополимербетонных конструкций на прочность по нормальным сечениям: Автореф. дис. . канд. техн. наук. / МИИТ. М., 1983.

93. Щербаков E.H. Физические и феноменологические основы прогнозирования механических свойств бетона для расчёта железобетонных конструкций: Автореф. дис. . докт. техн. наук. М., 1987.

94. Прокопович A.A. Сопротивление изгибу железобетонных конструкций с различными условиями сцепления продольной арматуры с бетоном: Автореф. дис. . докт. техн. наук. Самара, 2000. - 32 с.

95. Никулин А.И. Трещиностойкость, деформативность и несущая способность железобетонных балок составного сечения: Автореф. дис. . канд. техн. наук. / БелгТАСМ. Белгород, 1999. - 20 с.

96. Крылов С.Б. Расчёт железобетонных конструкций методом гладко-сопряжённых элементов на основе точных частных решений: Автореф. дис. . докт. техн. наук. / НИИЖБ. М., 2003. - 43 с.

97. Карпенко С.Н. Диаграммный метод расчёта и автоматизированное проектирование элементов кольцевого сечения: Автореф. дис. . канд. техн. наук / МИИТ. М., 2003. - 29 с.1. Иностранная литература

98. Weibull W. A statistical representation of fatigue failures in solids / Trans. Roy. Inst. Techn. N27. - Stockholm. 1949.

99. Popovics S. A review of stress-strain relationship for concrete // Journal of the American Concrete Institute. 1970. - v.67. - N.3. - P. 243-248.

100. Tyler R.G. Creep, shrinkage and elastic strain in concrete bridges in the United Kingdom 1963-71. // Magazine of concrete research. 1976. - v.28. - N95. - p. 5584.

101. Научно-исследовательская литература no работе конструкций в условияхтемпературных воздействий1. Монографии

102. Огнестойкость зданий / В.П. Бушев, В.А. Пчелинцев, B.C. Федоренко, А.И. Яковлев. М.: Стройиздат, 1968. - 261 с.

103. Гитман Ф.Е., Олимпиев В.Г. Расчёт железобетонных перекрытий на огнестойкость. М.: Стройиздат, 1970. - 232 с.

104. Некрасов К.Д., Жуков В.В., Гуляева В.Ф. Тяжелый бетон в условиях повышенных температур. М.: Стройиздат, 1972. - 128 с.

105. Некрасов К.Д., Тарасова А.П. Жаростойкий бетон на портландцементе. М.: Стройиздат, 1974. - 176 с.

106. Зенков Н.И. Строительные материалы и поведение их в условиях пожара. М.: ВИПТШ, 1974. - 176 с.

107. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твёрдых тел. М.: Наука, 1974. - 374 с.

108. Александровский C.B. Расчёт бетонных и железобетонных конструкций на изменение температуры и влажности с учётом ползучести. М.: Стройиздат, 1975. - 432 с.

109. Милованов А.Ф. Расчёт жаростойких железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1975. - 230 с.

110. Альтшулер Б.А. Сборные жаростойкие железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1976. - 120 с.

111. Макагонов В.А. Бетон в условиях высокотемпературного нагрева. М.: Стройиздат, 1979. - 84 с.

112. Ильин H.A. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. -М.: Стройиздат, 1979. 128 с.

113. Кричевский А.П. Расчёт железобетонных инженерных сооружений на температурные воздействия. М.: Стройиздат, 1984. - 248 с.

114. Ройтман М.Я. Противопожарное нормирование в строительстве. М.: Стройиздат,1985. 590 с.

115. Бартелеми Б., Крюппа Ж. Огнестойкость строительных конструкций / Пер. с франц. М.В. Предтеченского; Под ред. В.В. Жукова. М.: Стройиздат, 1985. - 215 с.

116. Милованов А.Ф. Огнестойкость железобетонных конструкций. М.: Стройиздат,1986. 224 с.

117. Яковлев А.И. Расчёт огнестойкости строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1988. - 143 с.

118. Милованов А.Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре. М.: Стройиздат, 1998. - 304 с.

119. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. М.: Ассоциация «Пожарная безопасность и наука», 2001. - 382 с.

120. Боровских А.В, Фёдоров B.C. Силовое сопротивление конструкций из композиционных материалов при высокотемпературном нагреве. М.: ИД Русанова, 2001. - 216 с.

121. Огнестойкость строительных конструкций / И.Л. Мосалков, Г.Ф. Плюснина, А.Ю. Фролов М.: Спецтехника, 2001.- 496с.

122. Милованов А.Ф., Соломонов В.В., Ларионова З.М. Высокотемпературный нагрев железобетонных перекрытий при аварии на Чернобыльской АЭС. М.: Энергоатомиздат, 2001. - 76 с.

123. Фёдоров B.C. Основы обеспечения пожарной безопасности зданий. М.: Изд-во АСВ, 2004. - 176 с.

124. Статьи в журналах и сборниках

125. Мурашёв В.И. Оценка огнестойкости железобетонных конструкций // Пожарное дело. 1956. - №7. - С. 3-9.

126. Журков С.Н. Кинетическая концепция прочности твёрдых тел // Вестник АН СССР. М., 1968. - №3. - С.46-52.

127. Яковлев А.И. Огнестойкость железобетонных колонн // Пожарная профилактика и тушение пожаров / ВНИИПО МВД СССР. М.: Стройиздат, 1970. - Вып. 5. - С.3-11.

128. Яковлев А.И., Бушев В.П. Расчёт огнестойкости железобетонных стен (статическая задача) // Пожарная профилактика и тушение пожаров / ВНИИПО МВД СССР. М.: Стройиздат, 1970. - Вып. 5. - С. 12-28.

129. Ильин H.A. Влияние предварительного нагружения и высоких температур на прочностные и деформативные свойства керамзитобетона // Реф. сборник «Межотраслевые вопросы строительства» (отечественный опыт). М.: ЦНИИС. -Вып. 9. - 1970, - С. 75-78.

130. Бетехин В.И., Журков С.Н. Временная и температурная зависимость прочности твёрдых тел // Проблемы прочности. 1971. - №2. - С. 39-44.

131. Яковлев А.И., Бушев В.П. Расчёт огнестойкости железобетонных стен (теплотехническая задача) // Пожарная профилактика и тушение пожаров / ВНИИПО МВД СССР. М.: Стройиздат, 1972. - Вып. 7. - С.94-99.

132. Милованов А.Ф. Прочность бетона при нагреве // Работа железобетонных конструкций при высоких температурах. М.: Стройиздат, 1972. - С. 6-18.

133. Милованов А.Ф., Малкина Т.Н. Механические и реологические свойства арматуры при нагреве // Работа железобетонных конструкций при высоких температурах. М.: Стройиздат, 1972. - С. 28-41.

134. Альтшулер Б.А. Влияние последовательности приложения температуры и нагрузки на деформации и прочность железобетонных элементов // Работа железобетонных конструкций при высоких температурах. М.: Стройиздат, 1972. -С. 77-88.

135. Олимпиев В.Г. О методике исследования прочности и деформативности бетона при высоких температурах в условиях пожара // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО, 1973. - Вып. 1. - С.44-64.

136. Савкин Н.П., Зенков Н.И. Новая методика исследования прочности и деформативности арматурных сталей при высоких температурах // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО, 1973. - Вып. 1. - С.65-85.

137. Альтшулер Б.А. Упругопластические характеристики бетона при нагреве под нагрузкой // Бетон и железобетон. 1974. - №9. - С. 11-13.

138. Жуков В.В. Взрывообразное разрушение бетона при пожаре // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО, 1975. - С. 14-19.

139. Олимпиев В.Г., Зенков Н.И. Исследование прочностных и деформативных свойств тяжелого силикатного бетона при воздействии высоких температур // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО, 1975. - Вып. 3. - С. 2436.

140. Олимпиев В.Г., Зенков Н.И. Прочность и деформативность арматурных сталей при высоких температурах // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО, 1975. - Вып. 3. - С. 37-51.

141. Олимпиев В.Г., Зенков Н.И., Сорокин А.Н. Исследование прочности и деформативности лёгкого бетона при высоких температурах // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО, 1976. - Вып. 4. - С. 23-33.

142. Зенков Н.И., Зависнова Л.М. Прочность и деформативность бетона на гранитном заполнителе при действии высоких температур. // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО, 1977. - Вып. 5. - С. 88-94.

143. Яковлев А.И. Основные принципы расчёта пределов огнестойкости строительных конструкций // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО, 1980. -Вып. 8. - С. 3-14.

144. Сорокин А.Н. Расчёт огнестойкости железобетонных колонн с учётом полных деформаций бетона // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО, 1980. - Вып. 8. - С. 28-33.

145. Жуков В.В. Физическая модель процесса разрушения влажного бетона при нестационарном нагреве. // Бетон и железобетон. 1981. - №10. - С. 15-16.

146. Милованов А.Ф. Методы определения физико-механических свойств бетона для условий пожара. // Пути повышения огнестойкости строительных материалов и конструкций: Материалы семинара МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского. М.: Знание, 1982. - С. 81-85.

147. Ройтман В.М., Бетехин В.И. О возможности оценки огнестойкости строительных материалов и конструкций на основе кинетической концепции прочности // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1983. - №11. - С. 61-65.

148. Богословский В.Н., Ройтман В.М. Огнестойкость конструкций зданий с учётом режима пожара // Строительная механика и расчёт сооружений. 1984. - №8. - С. 3-7.

149. Яковлев А.И. Расчёт пределов огнестойкости сжатых железобетонных конструкций по критическим деформациям // Поведение строительных конструкций в условиях пожара. М.¡ВНИИПО, 1987. - С. 5-16.

150. Сегалов А.Е. Учёт влияния режимов нагрева на критические температуры арматурных и строительных сталей // Жаростойкие и обычные бетоны при действии повышенных и высоких температур. М.: НИИЖБ, 1988. - С. 60-67.

151. Фёдоров B.C. Основы численного расчёта предела огнестойкости армополимербетонных конструкций // Бетон и железобетон. 1992. - №8. - С. 2629.

152. Милованов А.Ф., Соломонов В.В., Кузнецова И.С. Огнестойкость и огнесохранность зданий и сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2002. - №9. - С. 39-40.

153. Фомин С.Л. Основные положения оценки огнестойкости железобетонных зданий // Юбилейные научные чтения по проблемам теории железобетона (наука, технология, производство), посвящённые 80-летию Бондаренко В.М. М.: МИКХиС, 2005. - С. 90-99.1. Диссертации

154. Яковлев А.И. Основы расчёта огнестойкости железобетонных конструкций: Дис. . докт. техн. наук / МИСИ, М., 1966. - 515 с.

155. Милованов А.Ф. Основы расчёта огнестойкости железобетонных конструкций: Дис. . докт. техн. наук / НИИЖБ. М., 1969. - 281 с.

156. Камбаров Х.У. Огнестойкость изгибаемых и сжатых элементов из армированного конструктивного керамзитобетона: Дис. . канд. техн. наук / НИИЖБ. М., 1977. -164 с.

157. Зиновьев В.Н. Огнестойкость сжатых железобетонных элементов из высокопрочного бетона: Дис. . канд. техн. наук / НИИЖБ. М., 1980. - 181 с.

158. Сорокин А.Н. Исследование огнестойкости несущих железобетонных конструкций из бетона на трепельном гравии: Дис. . канд. техн. наук / ВНИИПО. М., 1981. -189 с.

159. Жуков В.В. Основы стойкости бетона при действии повышенных и высоких температур: Дис. . докт. техн. наук / НИИЖБ. М., 1982. - 437 с.

160. Гусев A.A. Свойства тяжелого бетона после пожара: Дис. . канд. техн. наук / НИИЖБ. М., 1983. - 274 с.

161. Ройтман В.М. Оценка огнестойкости строительных конструкций на основе кинетических представлений о поведении материалов в условиях пожара: Дис. . докт. техн. наук / МИСИ. М., 1985. - 412 с.

162. Пчелинцев A.B. Пути повышения огнестойкости железобетонных изгибаемых элементов: Дис. . канд. техн. наук / МИСИ. М., 1989. - 147 с.

163. Гамаюнов A.B. Оценка стойкости изгибаемых железобетонных конструкций к совместному воздействию пожара и взрыва: Дис. . канд. техн. наук / МИСИ. М., 1990. - 213 с.

164. Клованич С.Ф. Модель деформирования железобетона и расчёт конструкций при сложном напряжённом состоянии и нагреве: Дис. . докт. техн. наук / НИИЖБ. М., 1990. - 405 с.

165. Фёдоров B.C. Прикладные методы оценки огнестойкости конструкций из композиционных материалов армополимербетонов: Автореф. дис. . докт. техн. наук / МИИТ. - М., 1992. - 44 с.

166. Фомин C./l. Работа железобетонных конструкций при воздействии климатической, технологической и пожарной среды: Автореф. дис. . докт. техн. наук / ХГТУСА. -Харьков, 1997. 40 с.

167. Стельмах O.A. Огнестойкость и остаточная прочность сжатых железобетонных элементов: Автореф. дис. . канд. техн. наук / ХГТУСА. Харьков, 1997. - 24 с.

168. Кузнецова И.С. Прочность и деформативность железобетонных конструкций, поврежденных пожаром: Дис. . канд. техн. наук / НИИЖБ. М., 1999. - 151 с.

169. Malhotra H.L. The effect of temperature on the compressive strength of concrete // Magazine of concrete research. Wexham Springs: Cement and concrete asssotiation, 1956. -Vol.8. - N.23. - P.85-94.

170. Philleo R. Some physical properties of concrete at high temperatures // Journal of the ACI. 1958. - v.29. - N10.

171. Weigler H., Fischer R. Über den Einfluss fon Temperaturen über 100 auf die Druckfestigkeit von Zementmörtel Betonstein // Zeitung Heft 10. 1963. - S. 439-502.

172. Wiering HJ. Das Verhalten von Betonwaren und Stahlbetonfertigteilen in Feuer // Deutscher Aussuchs für Stahlbeton. Berlin: Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, 1964. -31 s.

173. Weigler H. Fischer R. Beton bei Temperaturen von 100 bis 750°C / Sonderdrück aus der Festschrift zum 70 Geburtstag von Prof. Ing. A. Mehmel. Darmstadt, Technische Hochschule, 1967. - S. 3-16.

174. Abrams M.S. Compressive strength of concrete at temperatures to 1600 F // Temperature and concrete ACI publication SP 25. Detroit-Michigan, 1968. - P.33-57.

175. Fischer R. Ober das Verhalten von Zementmörtel und Beton bei höheren temperaturen // Deutschuss für Stahlbeton. Berlin: Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, 1970. -N214. - P.63-127.

176. Harada T. Fire-resistant properties of concrete with varying rock characters of aggregate / Yokohama: Kanagawa University, 1971.

177. Thelandersson S. Effect of high temperatures on tousle strength of concrete // Experimental investigation and materials behavior model / Lund institute of technology, division of structural mechanics and concrete construction. Lund, 1971. - 27 s.

178. Baldwin R., North M.A. A stress-strain relationship for concrete at high temperatures. // Magazine of concrete research. Wexham Springs: Cement and concrete assotiation, 1973. - V.25. - N85. - P. 208-212.

179. Schneider U. Zur Kinetik festigkeitsminderner Reaktionen im Normalbeton bei hohen Temperaturen: Dissertation. TU Braunschweigh, 1973.

180. Purkiss J.A., Dougill I.W. Apparatus for compression tests on concrete at high temperatures // Magazine of concrete research. 1973. - N.3.

181. Waubke N.V. Über einen physikalicshen Gesichtspunkt der Festigkeitsverluste von Portlandzementbeton bei Temperaturen bis 1000°C // Habilitation. TU Braunschweigh, 1973. - H.2.

182. Hatano Т., Tsutsumi H. Dynamical compressive deformation and failure of concrete under earthquake load // Reprints 1 WCEE. Tokyo, 1974. - Jily, 5,

183. Schneider U. Behavior of concrete under thermal steady state and non-steady condition // Fire and Materials. 1976. - N 1. - P. 103-105.

184. Pettersson O. Structural fire protection report at CIB W14. Meeting in Copenhagen, May 1978. Reprint of Lund Institute of Technology, Sweden, 1978, p. 10-11.

185. Schneider U. Ein Beitrag zur Frage des «reiches und der Relaxation von Beton unter hohen Temperaturen / Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der technischen Universität Braunschweigh, 1979. H.42. -124 p.

186. Schneider U., Diederichs U. Properties of concrete from 20°C to Melting // Betonwerk-Fertigkeit-Technik, 1981. -N3. P.141-149. - N4. - P. 223-230.

187. Anderberg Y., Forsen N.E. Fire resistance of concrete structures // Nordic concrete research. Publikation N1. - 1982. - P.1-17.

188. Stahlbetonschutzen mit Rechteckquerschnitten bei natürlichen Bränden (von Ataman Haksever). TU Braunschweigh, 1982. - H.52. -143 s.

189. Anderberg Y. Predicted fire behavior of steel and concrete structures // Fire safety. -Boreham Wood, 1983. P.115-137.

190. Weise I. Rechneresche Untersuchungen zum Tragung Vervormnungs verhalten brandbeanspruchten Stahlbetonplatten Sondervorschungsbereich // Brandverhalten von Bauteilen: Arbeitsbereich 1981-1983 / TU Braunschweigh, 1983. Teil 1. - P.169-185.

191. Kordina K., Haksever A. Evaluation of the load beating capacity columns of Hall Building During a fire // Fire safety, 1983. N. 3-4. - P.275-280.

192. Lie T.T., Allen D.E., Abrams M.S. Fire resistance of reinforced concrete columns / National research council Canada // DBR Paper N1167. Ottawa, 1984. - 54 p.

193. Schneider U. Concrete at high temperature A general review. // Fire safety journal, 1988. - N 13. - p. 55-68.

194. Purkiss J.A. Fire safety engineering design of structures. L.: Butterworth Heinemann, 1996. 342 p.

195. Kordina Karl: Beton-Brandschutz-Handbuch / von K. Kordina u. C. Meyer-Ottens. Unter Mitarb. von E. Richter. 2. Aufl. - Düsseldorf : Verl. Bau und Technik, 1999. -284 S.

196. Опубликованные работы соискателя по теме диссертации

197. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Модель термомеханического состояния композиционного материала // Сборник научных трудов РААСН. Центральное региональное отделение. М., 2003. - Вып. 2. - С. 96-100.

198. Левитский В.Е. Диаграмма термомеханического состояния лёгкого бетона при сжатии // Новые энергосберегающие архитектурно-конструктивные решения жилых и гражданских зданий: Труды вторых академич. чтений. Орёл: ОрёлГТУ, 2003. -С. 223-226.

199. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Силовое сопротивление несущих железобетонных конструкций при нестационарном высокотемпературном воздействии // Тезисы докладов научно-практической конференции «Неделя науки в МИИТе». Часть 3. -М.: МИИТ, 2003. - С. ХХ.17.

200. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Расчётная модель термосилового сопротивления разрушению и деформированию железобетонных элементов при пожаре // Вестник отделения строительных наук РААСН. №8. - 2004. - М.: ИПЦ МИКХиС. - С. 401409.

201. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Некоторые аспекты учёта неравномерности деформирования бетона и арматуры в элементах с трещинами при пожаре // Вестник отделения строительных наук РААСН. №8. - 2004. - М.: ИПЦ МИКХиС. -С. 396-400.

202. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Развитие теоретических основ и методов оценки огнестойкости железобетонных конструкций на основе деформационной модели // Известия ОрёлГТУ. Серия «Строительство. Транспорт». - 2005. - №1. - С. 40-41.

203. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Эффект повышения деформативности бетона в условиях кратковременного нестационарного нагрева под нагрузкой // Вестник центрального регионального отделения РААСН. Воронеж-Иваново, 2005. - С. 125134.

204. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Модели и методы расчётного анализа силового сопротивления железобетона // Вестник центрального регионального отделения РААСН. Воронеж-Орёл, 2006. - С. 240-251.

205. Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Численные исследования огнестойкости железобетонных плит и колонн на основе деформационной модели // Вестник отделения строительных наук РААСН. Владивосток, 2006. - С. 243-254.

Похожие работы

Строительство
05.23.00