|
Для того чтобы установить влияние кратковременного четырехстороннего воздействия огня на остаточную несущую способность колонны после пожара, колонны К-8 с рс « 1,39% и К-9 с /г = 7,15% сначала нагружали эксплуатационной сжимающей силой, а затем подвергали нагреву. Колонны с процентом армирования ц — 1,39%, имеющие предел огнестойкости 116 мин, подвергали четырехстороннему огневому воздействию "стандартного" пожара в течение 30 и 60 мин; колонны с = 7,15%, у которых предел огнестойкости был равен 158 мин, нагревали 60 и 90 мин с последующим остыванием 7°С в 1 мин до нормальной температуры под эксплуатационной нагрузкой.
В колоннах К-8, которые подвергались нагреву 30 мин, температура на арматуре была 375—390°С и бетона в центре поперечного сечения 50—70°С. В колоннах К-8, нагреваемых 6С мин, температура арматуры повысилась до 420— 450°С и бетона в середине поперечного сечения до 85— 100°С; при нагреве 90 мин арматура нагрелась до 500°С и бетон в середине поперечного сечения до 140°С.
Температура бетона и арматуры была значительно ниже, чем при достижении предела огнестойкости колонн. Три колонны, находящиеся под эксплуатационной нагрузкой 1550 и 1900 кН во врем остывания, разрушились через 12, 42 и 50 мин. Остальные колонны после остывания через сутки догружались кратковременной нагрузкой и доводились до разрушения.
При кратковременном четырехстороннем нагреве арматура и слои бетона, находящиеся вблизи нагреваемых граней поперечного сечения колонны, расширялись от температурного воздействия значительно больше, чем бетон в середине сечения колонны. В крайних слоях бетона и в арматуре возникали добавочные напряжения сжатия, вызванные непроявившимися деформациями температурного расширения, которые складывались с деформациями сжатия от эксплуатационной нагрузки. При более высоких температурах нагрева происходило снижение сопротивлений сжатию бетона и арматуры и развивались упругопластические деформации. Повышенная деформативность бетона в краевых слоях колонны разгружает его и перераспределяет усилия на менее нагретые, более прочные и упругие слои бетона, находящиеся у центра сечения колонны. При остывании колонн в бетоне прочность на сжатие и модуль упругости не восстанавливаются. Развивающиеся в бетоне деформации кратковременной ползучести и температурной усадки при остывании не проявляются и бетон сокращается по упругим деформациям. У арматуры класса А-Ш сопротивление сжатию, модуль упругости и температурные деформации при остывании восстанавливаются.
При остывании колонны арматура сокращается в продольном направлении и усилия передаются на бетон, повышая в нем сжимающие напряжения.
Под действием эксплуатационной нагрузки в железобетонных колоннах возникали деформации сжатия 6#, равные 51—54 10" . При воздействии огня в железобетонных колоннах стали появляться температурные деформации расширения &г = 40' 10" , которые не могли полностью проявляться, так как колонна находилась под сжимающей силой.
В первые минуты воздействия огня в железобетонной колонне в основном проявляются упругие деформации от сжимающей силы и деформации температурного расширения. При более высоких температурах нагрева в бетоне и арматуре начинают проявляться упругопластические деформации, вызванные снижением модулей упругости и развитием быстро натекающей ползучести.
При остывании заметно проявляются деформации температурной усадки бетона. Деформации ползучести и усадки бетона в железобетонной колонне разгружают бетон и нагружают арматуру. При остывании усилия, вызванные снижением температуры, с арматуры передаются на бетон. При остывании снижается температура арматуры и крайних
частей сечения бетона, которые имели высокую температуру. В центре поперечного сечения колонны бетон продолжал прогреваться и в нем температура повысилась со 100 до 250°С.
В опытах А.А. Гусева железобетонные колонны сечением 30x30 сми высотой 350 мм армировались 4 0 18 А-II (// = 1,13%) с защитным слоем бетона 3 см. Бетон на гранитном щебне прочностью на сжатие 46 МПа имел
влажность 3,75%. Разрушающая нагрузка в нормальных условиях N - 4600 кН. Колонны нагружались эксплуатационной нагрузкой 0,27У и подвергались четырехстороннему огневому воздействию по стандартной кривой в течение 1 и 1,5 ч и затем остужались.
При нагреве колонн 1 ч температура бетона на поверхности была 780°С и в центре сечения 80°С. При нагреве колонны 1,5 ч температура бетона на поверхности была 860°С и в центре сечения 120°С. Под нагрузкой 920 кН колонны остывали 24 ч, а затем испытывались на сжатие. Две колонны, которые нагревались 1 ч, разрушались под нагрузкой 1730 и 1690 кН. Колонны, которые нагревались 1,5 ч, разрушились под нагрузкой 1330 и 1360 кН. Остаточная несущая способность колонн составила 0,29 и 0,3 прочности колонн при нормальной температуре.
Опыты показали, что четырехстороннее воздействие огня даже в течение 30 мин вызывает необратимые изменения физико-механических свойств бетона, и несущая способность колонны снижается почти в 2 раза. Эти колонны не могут быть использованы для дальнейшей эксплуатации без усиления.
При неравномерном нагреве сжатого железобетонного элемента прочность, модуль упругости и коэффициент температурного расширения бетона будут переменными по сечению колонн. Считается, что сечение элемента остается плоским при температурном воздействии, поэтому при определении напряжений и деформаций в бетоне и арматуре методом сопротивления материалов недостающие уравнения неразрывности деформаций определяют, пользуясь гипотезой плоских сечений.
Расчет остаточной несущей способности ведут по приведенному сечению железобетонной колонны. Для этого сечения колонны разбивают на части. Арматура принимается за отдельную часть сечения. В пределах каждой части сечения прочность, модуль упругости и коэффициент температурного расширения бетона принимают постоянными для определенного момента времени нагрева. Все части сечения нагретого бетона и арматуры приводят к холодному, наиболее прочному бетону в центре .сечения колонн. При кратковременном нагружении сжимающей силой в неравномерно нагретой по поперечному сечению железобетонной колонне возникнут упругие деформации сжатия
|
|
