автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Огнестойкость тонкостенных П-образных железобетонных колонн из бетонов на вяжущем низкой водопотребности (ВНВ)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

rn4" 'Мучш-исслвдоватмьский пгоетю-шютруктокжий

bHC.V.'Tt.i-

И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ШЕЭОЕЕТОНА ' _ (1Ш1ЯБ)

Ha правах рукописи

Арзумакян Артур Бабкенович

УДК 699.81:624.075.20:691.6

огнестойкость тонкостенных п-0брл31ш шезоеьтошш колонн iis нет01юв на. вяжущем низкой. бодонотренюсги (вив)

Специальность: 05.2У.01 - Строительные конструкции, зцашш и сооружения

Автореферат диссертации на соискание учено!) степени кандидата технических наук

!.;осква - 1993

®

Работа выполнена в Московском государственном открытом университете и в Государственном ордена Трудового. Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конотрукторском и технологическом институте бетона и железобетона (НИЖБ)

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор технических наук, профессор

Ю.В.Зайцев

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук, профеосор

Е.Н.1^аеев - кандидат технических наук В.С.Федоров

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ -ЦШШСК им.¡Кучеренко

Защита диссертации состоится у/ ЛлирО/^ ^1993 г. в /у чаоов на васедакии специализированного Совета К.033.05.01 по защите диосертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона (№ЖБ) по адресу: 109428 Москва,2-я Институтская, д.6. '

Совет направляет Вам дяя ознакомления данный реферат и просит Ваши отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенные печаты направить по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук

Т.А.Кузьмич

ОЫцЛЛ МГ/ИСГКРПСТИКЛ РАБОТЫ

Актуальность работы. В проекте Железобетонные конструкции нового поколения" программ» "СтроГшрогрссс-2000" предусмотрена разработка и внедрении технологии изготовления вяжущих материа-лоп низкой водопотробности (В1Ю), бетонов и конструкций на их осново. Использование В1Ш обеспечивает пкономнп цемента до 50% при одновременном увеличении его активности, повышает прочность и улучшает механические характеристики бетонов. Получены ВШ и бето1Ш на его основе классов от 1000 и более, что позволяет в ряде случаев заменять металл бетоном, а создание високовЭД'ектив-!шх тонкостенных лйлезобетошмх конструкций методом проката в • большинстве случаев обеспочит значительную экономию металла. Наряду с традиционными требованиями по прочности и де^ормативноотп, новые .телозобегоншо конструкции должны отвечать требованиям СНиН 2.01-02.-05 "Противопожарные нормы".

Данные по огнестойкости тонкостенных профильных колонн из ботона на ВШ) в литературе но приводились.

Для применения в строительстве тяжелого бетона на ВШЗ необходимы данные об изменении прочности п его дсформативнсстп при тепловом воздействии в температурном интервпло от СО0 до 600°С.

Маленькие размеры профильных тонкостенных конструкций могут снизить их огнестойкость.

Поэтому обеспеченно требуемого предела огнестойкости является однсИ из важных задач.

Для широкого применения в практике строительства яелезобе-тонгшх конструкция из бетона на йИИ-50 необходимо проводить тучно-исследовательскую работу по изучению характерных особенностей поведения этого материала и конструкций на их основе в условиях поглра,

Целью диссертационной работы является;.

- проведение экспериментально-теоретических исслепопанпй- огнестойкости тонкостенных П-образннх лолезобетонннх колонн из бетонов на ШШ и на белгородском портланднемепто (бпц);

- результаты пксиершснталыга-теорегических исследований де-¡{орпативннх характеристик тяжелого бетона на В1Ш при воздействии высоких температур;

- результаты экспериментальных {пзико-химических исследований цементного камня В;1В-50 и и!Ц и бетонов на их основе;

- решение теплотехнической задачи определения пределов огнестойкости И-образшх колонн численным методом конечных элементов на 'J-í.l с оценкой полученных экспериментальных результатов;

- решение статической задачи по определению пределов огнестойкости II-образшх колонн из бетонов на BIHJ и рекомендации но их ох'нестоШсости.

lia защиту выносятся:

- методика и результаты экспериментальшх исследований по определению пределов огнестойкости тонкостенных колонн из бетонов на ВШ и сравнение с колоннами на контрольном вямущем (Белгородском портландцементе) ЕИЦ;

- методика и результаты комплексных физико-химических исследований бетонов и цементных кашей на ВШ и 1Щ;

- методика и результаты экспериментальных исследований прочностных, деформативних и упруго-пластических свойств бетона на BIB-50 при разных уровнях температуры и режимах нагружения;

- результаты расчетов но определению температурных нолей в поперечных сечениях колонн и пределов огнестойкости колонн.

Научная и о в и з н а работы:

- исследовано влияние кратковременного воздействия высоких температур на прочностные и деформативные свойотва тяжелых бетонов на В1Ш;

- получены результаты исследования физико-химических свойств цементного камня и бетонов на В1Ш;

- получены экспериментальные данные фактических пределов ох1-иестойкооти тошсостешшх Н-образных железобетонных колонн из батонов на В1Ш;

- уточнена методика расчета огнестойкости тонкостенных Н-образных железобетонных колонн.

Практическое значение работы состоит в том, что:

- получены фактические пределы огнестойкости тонкостенных 11-образных нелезобегоншх колонн ;

- получены 'экспериментальные данные физико-химичеоких, проч-иоотных и упруго-пластических свойств тяжела бетонов на B1IB-5U;

- в результате проведенных исследований стала возможной теоретическая оценка огнестойкости тонкостенных 11-образных колонн с использование«' ЭШ.

Ап.робация работы:

Основ!шо положения и отдельные разделы диссертации докладывались п обсуждались на конференции "Изучение действительной работ конструкций с учетом условий н сроков эксплуатации" (ЦЦШй, Пенза, 190,? г.), на семинаре лаборатории "ILapocioiiKiie бетоны,конструкции и огнестойкость келезобетошшх конструкций" (ШИШ, Москва, 1990-1092 г.г. ), а также на ХШ-ХХХП научно-технических конференциях ШШ (Москва, 1990-1992 г.г.).

Объем работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, 4 разделов, выводов, спмска литературы и приложений.

СОДЕтШЕ РАБОТЫ

В 1944 г. В.И.Мурашевым были разработаны основные положения по расчету и испытаниям железобетонных конструкции, подвергнутых кратковременному воздействию высоких температур, которые нашли своо развитие в работах его последователей. Анализ существующих методов определения физико-механических и упруго-пластических свойств бетона при нагреве с последующ™ использованием пх для расчета пределов огнестойкости сгатых железобетонных элементов позволил сделать выпои, что'отсутствуют госслсрименгалыше п расчетные данные но определению фактических пределов огнестойкости П-образних тонкостенных колонн из бетонов на вяжущем низкой ко-допотребиости (В1Ш), тале и влияния высоких температур на прочностные, упруго-цеформатпЕпне, физико-химические ц теплофизичёскпе свойства тяжелых бетонов на ШШ.

Для определения фактических пределов огнестойкости 1!-образ-ннх тонкостенных жолезобетошп« колонн из бетонов на ВИВ в 1990-1992 г.г. были изготовлены и испытаны келезобетошше колонны длиной 2950 мм и сечением 400x400 мм стенка толщиной 100 ш, ребра 80 мм, которые армировались высокопрочной горячекатной арматурой класса Ar-J шкъметром 18 м;.; п длиной 2950 мм, которая по торцам приваривалась i. металлическим закладным деталям из листовой стали толщиной J2 мм и размером сечения 400x400 мм. 11а опорных участках длиной 280 мм колонна имеет квадратпоо сечение, армированное сварными сетками C2I из арматуры класса А-Н, диаметром 0 мм

]1дн замера температуры бетона но сечению в стенке и ро^>ах колонн устанавливали хромель-алюмелеше термоэлектрические преобразователи (141).

Ьсего било изготовлено 0 полоши 4 из них на ШШ-^О, 2 - на ВШ-ЬО и 2 - на 1ЛД1 (Белгородском портландцементе). Бетон колонн имел естественные условия твердения.

Колошш изготавлив;ишсь в деревянной опалубке, обитой листовым железом толщиной ¿Г - 2 ш, в горизонтальном положении, реб-раш вниз.

Хдн экспериментального исследования влияния кратковременного нагрева на физико-механические и упруго-пластические свойства тяжелого бетона на ¿11Ш было изготовлено 00 щшзм 10x10x40 см и куба Юх10:сЮ си.

Л качество мелкого заполнителя применялся кварцевый песок с модулем крупности 1,73, крупным заполнителем служил гранитный щебень с максимальной круииостыо 5-10-15 мм. Составы бетонов подбирали в соответствии с Инструкцией но расчету состава и контролю прочности высокопрочных бетонов, разработанной в 1£Нш1> н учитывались на пробных замесах.

Исследования на огнестойкость тонкостенных колонн производили на специальной вертикальной установке Ш1Шз. Остановка состоит из силовой рш.щ, к которой шарнир но прикреплена верхняя траверса. Движение нижней триьорсц обеспечивается четырьмя гидравлическими домкратами, обеспечивающими усилия до 2и0 т каиццй. Колонну окружают две сдвигающиеся половишси печи из шамотного кирпича. Огневое воздействие обеспечивают двенадцать форсунок, работающих на керосине. Каждая из них ыокет индивидуально регулироваться, что обеспечивает поддержание в печи необходимого температурного рики-ма. Температуру в печи контролировали местью хропельали.елевиш термопарами, горячие спаи которых находились на расстоянии 100 ш от обогреваемой поверхности колошш.

Показания термопар автоматически регулировались 12-точечными и двумя 6-ти точечными самопишущими электронными потенщ.ометраш типа 01Щ-0а.!. ^дн удобства контроля и поддержания температурного регдша, который контролировался одним из потенциометров, на движущуюся ленту- д;ш.записи диаграмм и принятом иасштабо наносились кривые нижней а верхней границ "стандартного" пожара.

Стандартное огневое воздействие осуществлялось в соответствии со I 0, стандартом (бывший) СЭВ 1000-78, который предусматривает определенные допуски на разброс температур в огневом пространстве печи.

Определение влажности образцов производили до их испытания путем откалывания кусков бетона от каждого образца и' последующего взвешивания при нормальной температуре и после высушивания их при температуре 100-П0°С до постоянного веса.

Перед испытанном колонны центрировались по физическому признаку при нагрузке, составляющей примерно 20!? от предполагаемой разрушающей нагрузки.

После центрирования осуществлялось ступенчатое иагрукенио колонн. Величина каждой ступени составляла примерною^ от предполагаемой разрушающей нагрузки. Нагрузка на каждой ступени выдерживалась в течение 4-х минут.

Продольные деформации колонн при испытании замерялись с помощью индикаторов часового типа с ценой деления 0,01x10"^ м.

Температура в огневой-камере в калдый момент определялась как среднее арифметическое из показаний 6-ти печных термопар.

Нагрев колонны осуществлялся при действии нормативной нагрузки. Цептрировашю и нагру:::ение колонны производилось аналогично их испытанию при 20°С. За значение предела огнестойкости колонны из тяжелого бетона на БНВ и ЕНЦ принималось время с начата эгневого воздействия на колонну до момента потери ей несущей способности. Результаты экспериментов приведены в табл.1.

Температурные испытания бетонов были проведены в период с 30-х по 250 сутки о момента изготовления опытных образцов - призм.

протяжении всего времени с момента изготовления до начала и в 1ериод температурных испытаний определялось изменение прочности сонтрольных образцов, хранившихся в естественных условиях.

Для определения исходных, до нагрева, значешШ кубиковой и физменной прочности при сжатии, начального модуля упругости, соэффщиента упругости бетона было испытано по 6 образцов-кубов 1 призм. Методика испытания кубов принималась по ГОСТ 10100-73. 1ркзмй подвергались кратковременному ступенчатому пагруженшэ cni-шадей нагрузкой. Продольные деформации j'erona призм замерялись шдикаторами часового типа на базе 0,2 м в средней части образцов.

-- Таблица Л I

Результаты испытания колонн на огнестойкость

»колонны фактические-:разыеры ко- :лоне, ш : .Возраст к :коыенту .•испытания, :сут : Дубнковая: Начальная: Шгрузка ¡прочность:влажность:для огне-Гбетока, :бетона, «:вах испы-:1.Ша :по ыассе : талий Тип испытания :Цререл огне-Iстойкости, ;глш.

398x597x2549 68 56,5 3,8 ■ 108 По стандартному ре^я нагрева (четзлехстороя-еей нагрев) ~ц> - 1,0 • 50

¿У—X—2 402x400x2947 68 35,1 с п а ' 104 то ее 45

400x399x2948 68 * 38,2 3,6 ИЗ Ослабленный регги у =0,6 (четырехсто-роннш; нагрев) после пре старательно!: суски 70

.1-1-4 398x401x2948 66 34,9 3,5 103 то пе 67

393x397x2345 60 68,2 3,24 120 По стандаотндау рег^у нагрева СчетЕрехсторов-еил назрев) ±,0 67

402x400x2948 76 69,5 2,92 150 то £е 72

400x399x2950 7С 66,8 3,97 120 то г.е 78

393x401x2948 76 72,5 3,54 150 то £е 68

Нагрев призм до заданных температур осуществлялся в муфельных печах, конструкция которых соответствует ГОСГ 24452-80. Скорость нагрева призм составила 150.. Л80°С/ч. Образцы нагревались до равномерного распределения температур по сечению. С этой целью, кроме уже имевшейся ХА-тормопары в центре поперечного сечения образца устанавливалась еще одна в центре его наружной грани. Подключение термопар к многоточечному электронному самопишущему потенциометру типа КС11-4 позволило обеспечить непрерывную автоматическую регистрацию температуры и точно судить о времени достижения равномерного прогрева образца по сечению, для предотвращения нагревания опорных плит пресса между торцами испытываемой призмы и стальными обжимающими пластинами-вставками укладывались прокладки из листового асбеста. Зазор между верхней и нижней частью призмы и печью тщательно изолировался каолиновой ват oil.

До начала нагрева производилось физическое центрирование так, чтобы отклонения деформаций по каждой грани при нагревании до (0,15..,0,2)хРмах отличались от среднего по четырем граням значения но более, чем на ¿IÜ+I5Í?.

. Продольные деформации бетона призм при центрировании, нагру-яении, последующем нагреве, разгрузке и последующем кратковременном ступенчатом нагружошп по достижении бетоном заданной температуры нагрева измеряли в средней части каждой rpami на базе 0,1 м при помощи четырех выносных нпхромовых удлинителей 05,5x10""^ м п мессур с ценой деления 0,0IxIü_jm.

¡Заданный режим нагрева в процессе всего испытания поддерживался с помощью трансформатора типа КСП-Ь с точностью ¿5°С.

Последовательность операций при температурных испытаниях призм была следующей:

- ступенчатое нагрукение образца до заданного уровня напряжений (0,ü, 0,5, 0,7) от разрушающих напряжений бетона, определенных при нормальной ¿ = 20±2°С температуре;

- нагрев до заданной температуры (90, 120, 200, 300, 400, Б00, !Ю0°С);

- выдержка при заданной температуре 0,5 ч;

- разгрузка;

- повторное ступенчатое нагруяенпе \ с выдержкой на ступени 1 мин) -larperoro образца до разрушения.

Сромс т iro, производится нагрев до 600ненагружешшх образцов с

последующим ступенчатым нагруиением до разрушения.

Для каждого значения температуры нагрева и уровня предварительного нагружения было испытано по S образца-близнеца. Испытания всех образцов осуществлялись на прессе П-125.

Кратковременное воздействие повышенных и высоких температур приводит к изменению прочности тяжелого бетона низкой водопог-рсбности.

Нагрев до S0°C вызывает уменьшение призменной прочности, на 30-35/S. Как видно, снижение прочности довольно значительное, оно в 2-2,5 раза больше, чем для обычного тяжелого бетона. IIa наш взгляд объясняется это своеобразной структурой исследуемого цементного камня, строением порового пространства.

Уменьшение призменной прочности тякелого бетона на БИВ—50 при температурах менее Ю0°С мокно объяснить адсорбционным понижением прочности цементного камня. При нагревании бетона происходит более глубокое проникновение вода в щели и микротрещины в цементном каше, вследствие чего увеличивается истинная поверхность цементного камня, покрытая адсорбционным слоем воды, следовательно, уменьшается поверхностная анергия кристаллов цементного камня. Благодаря уменьшению поверхностной энергии, облегчается возникновение и развитие существующих микротрещин при действии на бетон внешней нагрузки.

Нарушению структуры бетона па ВНВ-50 при температуре до Ю0°С способствует также то обстоятельство, что Коэффициент температурного расширения воды во много раз превышает коэффициент температурного расширения цементного камня и заполнителя. В бетоне возникают значительные перепады давлений. Это приводит к усилению расклинивающего действия водных пленок, обволакивающих цементный камень и заполнитель,

' Более замкнутая пористость бетона на ВНВ-50 при дальнейшем нагреве до 400°С приводит к увеличению, а при 1зо0-<Ю0°С практически к восстановлению его прочности, она па Ь.больше исходной до нагрева.

Повышение призменной дрочности при 200-400°С объясняется повышением прочности цементного камня за счет уплотнения его структуры вследствие-удаления"воды, адсорбированной гелем дву«кальциевого силиката, а raiae усиленной кристаллизацией Са(оИ)о, которая упрочняет цементный камень.

При температурах выше 400°С прочность бетона на В1ДЗ-50 сни-гдется по сравнению с контрольно!) в. зависимости от уровня нагру-яешя 0,3...0,5) на 18-30*. Это объясняется тем, что вслед-

ствие нарушения структуры затвердевшего цемента из-за усиливавшейся равнозначности деформации гелеобразной части цементного камня и неразложившихся зерен клинкера, а такяе из-за дегидратации Са(0Н)2.

Кроме того, одной из основных причин снижения прочности бетона является возникновение дополнительных шшряг.ений, обусловливающих нарушение связи мслду заполнителем и цементным камнем вследствие того, что затвердевший цемент, обезвояиваясь, дает усадку, а зерна заполнителя расширятся.

С увеличением температуры нагрева тяжелого высокопрочного бе-гона на 13123-50 в нагруженном до 0,3...0,5 Рв и без нагрузки, его модуль упругости постоянно уменьшается. Условно можно выделпть три участка изменения: участок с температурой нагрева до 120°С, когда имеет место резкое ¿-иеиьиение модуля упругости бетона на 18...33*; участок от КО до 350°С, на котором интенсивность уменьшения резко замедляется (24-5б£) п участок нагрева свыше 350°С, где происходит плавное, но значительное его уменыиетш, достигшее при 600°С 45-60?;.

Уменышгае модуля упругости при нагреве происходит из-за повышения цеформативности бетона и увеличения его упругих деформаций, а г шопе из-за сникетш призменно^ прочности бетона при этих температурах.

При нагреве бетона выше 400°С резко увеличиваются его пластические деформации, причем чем выше напряке1гая в бетоне и температура его нагрева, тем больше величина этой деформации. Увеличение деформативности бетона при высоких температурах нагрева является следствием нарушения и изменения его структуры.

Упруго-пластические свойства бетона учитываются коэффициентом упругости бетона ^ , представляющего собой отношение упругих деформации к полным:

V Г

£по/ч>: (I)

Уменьшение модуля упругости бетона связано о увеличением его упруго-г.тновешшх деформаций - при температурах 400-600°С они возрастаю.' по сравнению с исходными значения:.'!! до нагрева в среднем

П раза.

Ддя практического расчета коэффициент , учитывающий

снижение модуля упругости, с повышением температуры рекомендуется определять по формулам:

при 20 < 4 1СО°С (2)

pet= I - 0,002 ;

при 100 < t6 £ 550°С (3)

fitt= О,В - 0,00077( U - 100)

Уменьшение значения деформаций быстронатекагацей ползучести при кратковре1ленном нагружении нагретого до 90-120°С бетона по отношении к начальным свидетельствует с одно!; стороны о происходящих в бетоне структурообразующих процессах, с другой стороны - о проявлении значительной пластики уке в процессе самого нагрева под нагрузкой, что приводит к тому, что бетон становится более хрупким, менее деформативнш.

Для практических расчетов изменение относительных пластических деформаций Spit с повышением температуры рекомендуется определять по формулам:

при 40 < te ^ У00рС '

Sfét s -i* <5/Ret (0,27-0,0025 • is )-I0"4;

(4)

при 300 4 ée ^ 55ü°C

bu (5)

■ С увеличением температуры нагрева до Ь00°С свободные температурные деформации исследуемого бетона увеличиваются практически пропорционально росту температуры, при нагреве выше Ь00°С они возрастают более интенсивно по зкспотенциалыюЗ зависимости от температуры и достигают значений 142,5x10"^ при 600°С.

Температурные деформации бетона на В1Ш при температурах нах1-рева в ненагруженном состоянии свыше 200°С заметно отличаются от температурных деформаций обычного тяжелого бетона.

Тшпературдое расширение desoía зависит от коэффициента температурного линейного расширения крупных и мелких заполнителе!:.

При нагревании образцов из бетонов ни ÜHd-50 во всем расачат-ризаоыом температурном интервале коэффициент температурного расип-

- То -

рения бетона увеличивается.

Для практического расчета коэффициент температурного расширения cLet ° повышением температуру рекомендуется определять но формулам:

при 40 < iß « 100°С

det = G.3'10-6, I/°C ; (G)

при 100 < 4 550°С

cUt = б.а + 0,024 ( ig - 100)'10_6, 1/0С , (?)

Если сравнивать значения коэффициента температурного расширения линейного расширения при 300°С, го у бетона на В1Ш оно в 1,5 ; раза больше, чем у обычного бетона. Температурные деформации бетона иод нагрузкой значительно меньше и с увеличением уровня паг-рунения эта разница заметно увеличивается.

Так как при 40ü°C относительная температурная деформация свободно нагреваемого образца составляет GOxIO-4. при загру;:'.отш до и в процессе нагрева нагрузкой 0,У?В - 25x10" , а при нагрузке 0,5?в - 1бхПГ4. Объясняется это развитием при нагреве пластических деформаций исследуемого бетона, которые зависят от уровня преднагружения и температуры нагрева.

Нагрев образцов под нагрузкой 0,7РВ приводит к их разрушению на ранней стадии нагрева, 120°+160°0.

Комплексное физико-химическое' исследование выполнено ни образцах цементного камня и бетона^. Цементный камень изготовлен из:

- портландцемента Белгородского завода (ШЦ);

- BILJ-50 (шлак + Si02 );

- ß.iii-üO ( s¿02 ).

Образцы цементного камня твердели в камере нормального твердения (при t - 20+2°ü, у60-70%) 28 суток. Потом нагревали до 600°С и при такой температуре выдерживали 2 часа.

щизико-химическое исследование проведено следуицимц- методами:

1. Дрфферещиально-териический анализ (ДТЛ).

2. Электронная микроскопия (ЭЛ).

Ь. Петрографический анализ (световая микроскопия).

4. Ренггепо-фазовый анализ (Р*А).

д) Исследования выполнены совместно с лабораторией Ji IV i¡Г.Ь'Б "Физико-химические нсследован.ш бетона .

Цель исследования - выявить особенности минерально-фазового состава и микроструктуры образцов на ВШ по сравнению с такими а;е образцами на НЩ.

Образцы цементного камня и бетона на В1Ш-50 по своей микроструктуре и минерально-базовому лучше, чем соответствующие образцы на ¿Щ. Уто выражается "в увеличении количества гидратных новообразований, формировании более равномерной и плотной микроструктуры.

Нагревание до 600°С образцов цементного камня и бетона на ЫХЦ шзытет дегидратацию и разлоиение новообразований, разрыхление цементирующей массы, появление дополнительных трещин и пор. Сцеплеше гидратированной массы с зернами крупного заполнителя при этом становится менее плотным, появляются зазоры и отслоения.

11агреваш1е до С00°С образцов цементного ка лия и бетона .на В1Ш вызывает те не деструктивные изменения, что в соответствующих образцах на БПЦ, но выраженные слабее. Например, цементирующая масса дегидратирована в меньшей степени, выглядит плотной, контакты в бетоне нарушены меньше.

Домол соответствующих ВНВ, присутствие в нем активной добавки, плотная укладка бетона с низким В/Ц приводит к увеличению количества новообразований, повышению степени гидратации, формиро-вашш однородной плотной структуры в образцах на ВШ по сравнению с образцами на БНЦ.

Из существующих методов определения коэффициентов теплопроводности ^ , теплоемкости Сь и температуропроводности ОгеЫ , необходимых для расчета огнестойкости железобетонных колонн наиболее простым является метод решения обратной задачи теплопроводности, разработанной А.П.Яковлевым, согласно которому теплофизи-ческие характеристики бетона определяются путем сопоставления экспериментальных и расчетных кривых прогрева бетона. 3 1.ШСИ под руководством В.Ы.Ройтмана были получены экспериментальные данные для бетонов на В1Ш.

Удовлетворительное совпадение распределения экспериментальных и теоретических температур в бетоне на ВШ получилось при значениях:

- для бетона па гранитном заполнителе Х4 = 0,94 - 0.00041Т, Вт/(м, °С); Сь = 0,70 4 0,00084Т, КЦ!!!/(КГ, °С);

Огс4= 0,0011 М^/ч, .

Теоретическое распределение температуры в.бетоио в сечениях колонн для заданного времем определяли с помощью теплотехнического расчета, основанного на решении краевых задач нестационарной теплопроводности твердых неоднородных тел, находящихся в условиях "стандартного" пожара, численным методом коночных элементов с помощью йШ при граничных условиях первого рода с использованием экспериментально полученных данных. В результате численных расчетов получено распределение температурного поля в сечении железобетонной колонны, а также сравнены результаты расчетов с экспериментальными данными.

Решая теплотехническую задачу расчета огнестойкости тонкостенных колонн, получаем для заданных периодов времени ты.шери-туру в любой точке сечения.

Ьатем производим статический расчет, по результатам которого строим кривую снижения несущей способности для каждой колонны в процессе нагрева. Время, по истечении, которого несущая способность колонии снизится до величины действующей на нее рабочей (нормативной) нагрузки, является расчетным пределом огнестойкости колонны. Это общий принцип расчета огнестойкости по потере несущей способности.

Несущую способность колонны в процессе огневого воздействия определяли по формуле:

Л^ » > , (Ь)

Коэффициент снижения прочности бетона'на В1Ш определяли по результатам исследований прочностных и деформатпвных свойств при нагреье.

По результатом теплотехнического и статического расчетов были построены кр::вые снижения несущей способности колонн в процессе огневого воздействия по стандартному режиму прогрева, расчет показал удовлетворительную сходимость экспериментальных и расчетных данных.

1'асчет пределов огнестойкости колонн связан с определением предельных усилий, которые может воспринять нагретое- сечение бетона.

Единой методики определения этих усилий не суцсстьоиало. Вна чале использовали метод ядра сечения охраничеиного нзогераой с

критической температурой, которая принималась зависящей от размеров сечения и рабочей нагрузки на конструкцию. Затем било предложено вести расчет усилий в бетонном сечении с учетом полных деформаций нагретого бетона. Такие методы расчета не учитывали и полной мере упругие свойства нагретого бетона и поэтому не позволяли на единой более совершенной теоретической основе производить оценку пределов огнестойкости скатых конструкций, особенно по признаку потери их устойчивости от продольного изгиба.

Л.И.Яковлевым предложен метод расчета пределов огнестойкости конструкций по критическим деформациям.

Для расчета предела огнестойкости колони по критическим деформациям с централышм приложением нагрузки при действии огня со всех сторон используют формулу:

' 8tc+6sc C/tW)2' (>

В этом случае колонна будет деформироваться в продольном направлении, испытывая сжатие пли растяжение, прогиб ее ft равен нулю.

Деформация £{ будет являться ни-чем иным, как предельной деформацией колонны £к .

Поэтому:

> do

о tc +OSC

где = Ев Tdn (Ы - Ufa Уе fi , - температурное уси-

лие в бетоне, II;

Nst-EsL^stiUL-^fisVs-fs- температурное усилие в арматуре,Н;

Вес - Ев 'Ув'ft I' :кесгкость бетонного сечения при сжатии, Н;

f У R

dptlisi'iH) ' " "есткость арматуры при с;:сатпн, II.

По данной формуле ыоггло найти кривую изменения продольной деформации центрально нагруженной колонны в процессе огневого воздействия. Полное разрушение колонны произойдет тогда, когда эта деформация достигает критической величины £Кр , которая вычисляется по формуле

£кр = £/>/> - ¿st (in -i*) f Ш)

где £рр - предельная с;/.::маемость бетона при лысокоП ти.пературе;

¿ц - температура в центре сечеш;я, °С.

При дейстыш опш по сечению колонии создается значительный перепад температур о наименьшей температурой в стенке и ребрах сечетш.

Анализируя результат« огневых испытаний пришли к следующему выводу:

- с начала испытания через 6-25 минут происходит взрывообраа-1юе разрушение, в зависимости от прочности и начальной влажности бетона;

- 20+40 минут появляются продольные трещины по всей высоте ребер с оголением продольной арматуры и спирали со стороны формования колонн;

- 50-70 мин. - арматура Ат-У нагретая до 450+500°С перестает воспринимать усилия от внешней нагрузки вследствие развития больших пластических деформаций и нагрузки передается на бетон неравномерно нагретый но сечению колонны.

С повышением температур'временное сопротивление разрыву, ьре-дел текучести арматуры Ат- у снижается. И то ко время бетон периферийных слоеп колонны прогревается медленнее, чем продольная арматура. Чем больше влажность бетона, тем медленнее будет происходить его прогрей, препятствуя удлинению арматуры и шзцкхя в неЛ снимающие напряжения. Разрушение колопш происходит по менее нагретому, более прочному бетону при деформации сжатия близкой к предельной. Цредел огнестойкости колонн наступил от потери несущей способности при исчерпании прочности на снатие бетона и арматуры и изменяется от 0 часов 45 минут до 1 час. 1В минут.

'иначения расчетных и фактических пределов огнестойкости представлены в табл.2, и

Таблица К 2.

Пределы огнестойкости колонн по снижению несущей способности

I Логический ¡Расчетный предел ог-':Отклоненпе от' с^акти-¡.1арккровка:предел огне-:несто;,кости,ч-мин Гческпх значенпЛ, % колонн п/п;стойкости,

;ч-и:ш. ;по снижению несущей ;по снп: ошпэ'несуще*

; ; способное?;; ; спссобностн

__ __ __ , . __

14-1-2 0-45 С-50 11,0

1'^1-Ь " 1-10 1-14 ¿,7

. ¿¿-1-1/ 1-07 1-04

1-07 1-12

К-::-2 1-х? 1-17 С, Ь

К-Х.Т 1-18 Г-?4 7, С

л-иг -1-03 1-17 .1,':

Таблица 5.

Пределы огнестойкости колонн по критическим деформациям

. :Фактичес-:Гасчетш!1 предел ¡Отклонения от ¿Ьактиче-¡.1аркиров-;кий пре- '.огнестойкости, ч-мин;ских значений, %

ка колонщдел огне-:-:-:-:-:-

и/п :стойкоспупо дости- :по крити-:по цостике- :по критик-мин ;жению фак-:ческим :нпю факти- ;ческим де-: '.тических :деформа- :ческих де- :формациям

: : деформаций ;циш ¡формаций :

К-П-1 1-07 1-10 1-20 2,8 12,2

К-П-2 1-12 1-14 1-24 1.8 10,7

1С-Ш-1 1-04 1-14 1-28 9,6 18,3

Кр-Ш-2 1-18 1-20 1-28 1.7 8,5

Но результата),! проведенных исследований модно сделать следующие выводу:

- фактический предел огнестойкости тонкостенных железобетонных колонн П-образного сечения из бетона на ШЕЗ-50 составляет примерно 1,10 час; •

- фактический предел огнестойкости таких т колонн из бетонов на ЫЩ составляет примерно 1,13 час;

- отклонения от фактических значений пределов огнестойкости П-образных колонн, рассчитанные по достижению несущей способности и по достижению критических деформаций составляет 5-151»;

- предел огнестойкости высокопрочных .т.елезобетощшх колонн П-образного' сечения практически одинаков как при использовании обычного тяжелого бетона, так и при использовании тяжелого бетона на БПЦ.

0Щ1Е 1ШОДД

. По результатам впервые выполненных экспериментально-теоретических исследований огнестойкости тонкостенных П-образшх железобетонных колонн из бетона на 1)Ш.

1. Экспериментальным путем установлены фактические значения пределов огнестойкости тонкостенных П-образннх ¿;елезобетонннх колонн из бетонов на 13Ш-30, и!ПЗ-50 а ЫЩ.

2. Проведет аналитические исследования огнестойкости тонкостенных Н-образных колони »1 з бетонов на 131В:

- проведен статический расчет огнестойкости по потери несущей способности и по достижению критических деформаций;

- -

- проведен расчет топлотехнчческой задачи огнестойкости к'иицм численным методом конечных элементов на OJi.l класса iL,.¡. L>. Получони дашшо по изменении прочностных, унруго-нластичее!.,;.-.

п де^орштииных сдоИств тяжелого бетона на iiliB-üu. 4. Получены результаты комплексных (¿изнко-хпшческнх исследым-

ir.iil цементного камня BiU-üü ц бетона, b. Тяжелый высокопрочный бетон низкой воцопотребности на может бить использован в конструкциях, предназначенных и,,чн работы и условиях кратковременного воздействия температур иг Си до UjL)°C при условии ограничения уровня нагружения не оо~ лее ü,üü от исходной разрушающей нагрузки. (5. Предел огнестойкости высокопрочных железобетонных. килиы. н-oii-разного сечешш практически одццакоп как при использовании ооычного тяжелого бетона, так и при использовании тя:.елого бетона на ШИ.

7. Высокопрочный железобетонные колонны 11-образного сечения пи бетонов lia' jjIUJ и обычных тяжелых бетонов с габаритами -ILux-lbO mi толщиной стенок ICO мм и ребер от 80 до 100. мл пьет предел огнестойкости около i часа и согласно CJiull 2.0I.02-U6 "нротп-ъоножарние норны и правили" и CllulI "ujioulij ohcí иен-

ные здания" могут бить использованы и одноэтажных производственных зданиях La, lid и j категории огнестойкости. Основное содержание диссертации опубликовано в сле/о'пч^х работах:

i. Солопоиоь В.В., Арзуиашш А.В. дчиннне пожара ни несуцу» <лкь-собносгь тонкостенных колонн из бетонов на илжущих низкой во-допотребности (В11В) //Изучение действительной работы конетрук-ции с учетом условий и сроков эксплуатации /тезисы докладов конференции/. Пенза: ¡¡¿,¡1111. - I'j'jZ. c.¡j7. ¿. i-укои B.J., 1^сев А.А., Арзуиинян А.и. и/глы iu илжу.^.х нлз-поЛ водонотребностн при кратковременном нагреве //llpo:u.::>ien-iioe и гражданское строительство, й ь. - ..'i.: СтроНиз^т. -с.Пи.

Ь. Пуков B.J., Салотопок j.o., А;..зу;:мьы /..и. огнестойко. ть тонкостенных 5.елезобс*тош!Ух колонн из бетонов úu uiU //»i^oi.ижлеи-ноо и гргл.данское строп'ельегио. Л U. - М.: Стрйй</&Дат.- 1У92.

fj\