|
Криволинейное распределение температуры бетона от краев сечения к его центру обусловлено неодинаковыми тепло- и температуропроводностью бетона в зависимости от его влажности, температуры и плотности. Быстрая прогреваемость бетона происходит до 100°С, затем рост температуры замедляется на некоторое время, после чего наблюдается дальнейшее интенсивное повышение температуры. Влажность бетона колонн составляла 1,29—5,7%, что соответствует естественной влажности бетона в железобетонных конструкциях, эксплуатируемых в воздушно-сухих условиях. Наличие влаги в бетоне обусловило замедление прогрева бетона при достижении температуры 100°С. При этом часть тепла расходовалась на парообразование воды, присутствующей в бетоне. После того как наружные слои бетона прогрелись до 100°С, наблюдалось дальнейшее повышение температуры бетона.
Распределение температуры по сечению колонны для заданных периодов времени, находящихся в условиях "стандартного" пожара, определяли теплотехническим расчетом — методом элементарных балансов. Согласно методу элементарных балансов для конечных элементов, которые выделялись в сечении колонн, составлялись уравнения теплового баланса. Для расчета распределения температуры бетона по поперечному сечению колонны оно разделялось на квадратные ячейки так, чтобы узлы сетки располагались по периметру сечения и в центрах сечений стержней продольной арматуры.
Температурные поля в сечении железобетонных колонн из тяжелого бетона, вычисленные с использованием ЭВМ методом элементарных тепловых балансов через 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210 и 240 мин, дали хорошую сходимость опытных и расчетных температур. Расхождение теоретических и опытных температур не превышает 12%. В результате быстрого четырехстороннего нагрева в сечении колонны наблюдается большой криволинейный перепад температур.
Для определения предела огнестойкости колонн сначала их нагружали эксплуатационной сжимающей силой N. В железобетонных колоннах с / 1,39% от эксплуа
тационной нагрузки, равной 0,4—0,42Л, развились деформации сжатия 1 = 53—68*10". В железобетонных колоннах с / = 7,15% от эксплуатационной нагрузки 0,36р деформации сжатия составляли 66—70". В колоннах со стыками эти деформации были с /г = - 1,39% равны 50—66 10"5; с р - 7,15% — 63—83 10"5 .
При четырехстороннем воздействии огня быстро нагреваются наружные слои бетона и продольная арматура, расположенная у периметра поперечного сечения колонны. Несмотря на то что колонны были нагружены эксплуатационной нагрузкой, от нагрева бетона и арматуры температурные деформациив колоннах с /и ж 1,39% достигли значения 25-т3510~ и в колоннах с /л = 7,15% — 50—60 10" . От быстрого нагрева в бетоне наружных слоев поперечного сечения и в арматуре развиваются упругоп-ластические деформации из-за снижения модуля упругости и развития быстронатекающих деформаций ползучести. Наружные слои бетона и арматуры разгружаются и передают усилия на более прочный бетон, находящийся в середине поперечного сечения. В арматуре от быстрого нагрева до температуры 600—900°С снижается сопротивление сжатию и возникают дополнительные усилия сжатия от непро-явившихся температурных деформаций расширения.
Предел огнестойкости железобетонных колонн наступал в результате исчерпания их несущей способности при достижении бетоном и арматурой предельных сопротивлений на сжатие при высоких температурах. Деформации сжатия во время наступления предела огнестойкости колонн с = 1,39% составили 205—25410" и с= 7,15% — 253—300'10" . Эти деформации были близки к деформациям предельной сжимаемости наименее нагретого бетона, находящегося в центре поперечного сечения колонны.
В колоннах с= 1,39% за 120 мин четырехстороннего огневогх) воздействия температура в бетоне средней части сечения достигла 100—200°С и в арматуре — 700°С, а в колоннах с ^ = 7,15% за 240 мин огневого воздействия температура бетона в средней части сечения равна 470— 550°С и арматуры — 900°С. Пределы огнестойкости колонн К-8 с = 1,39% при нагрузке 0,41— 0,49Л составили 99— 122 мин и колонн К-9 с = 7,15% при на-грузке 0,34—0,36Л при расположении арматуры по периметру — 116—158 мин , а колонн К-10 с расположением 50% арматуры у центра сечения — 215— 217 мин .
Пределы огнестойкости сборных железобетонных колонн со стыком КС-1 с = 1,39% при нагрузке 0,4—0,42Л^> составляли 102—112 мин и колонн КС-2 и КС-3 с- 7,15% при 0,36ЛГр — 158—170 мин . Следовательно, стыковое соединение не снижает предел огнестойкости сборной железобетонной колонны по сравнению с колонной без стыка.
Таким образом, в колоннах с малым эксцентриситетом, когда все сечение колонны сжато, если часть продольной арматуры расположить ближе к центру сечения, то предел огнестойкости железобетонных колонн повышается в 1,45 раза и со стыком — в 1,15 раза.
С увеличением процента армирования с 1,39 до 7,15% предел огнестойкости колонн увеличивается в 1,4 раза. Здания повышенной этажности, как правило, относятся к сооружениям "первой или второй степени капитальности, и основные несущие элементы этих конструкций должны отвечать требованиям I и II степеням огнестойкости.
|
|
