Вогнестійкість стиснутих залізобетонних елементів при температурних режимах пожежі, близьких до реальних

Abstract

UA: Рукопис містить розробку уточненої методики розрахунку розподілу температури в перерізах залізобетонних конструкцій при багатобічному нагріванні й остиганні. Розроблено методику розрахунку вогнестійкості стиснутих залізобетонних елементів з урахуванням впливу нагрівання на стійкість залізобетонних конструкцій з випадковим ексцентриситетом. Дана методика виявила умови втрати несучої здатності на стадії загасання пожежі. Розроблено схеми нормування необхідних меж вогнестійкості. Здійснено експериментальне дослідження міцнісних та деформативних характеристик бетону при нагріванні й остиганні, на основі яких складений пакет емпіричних формул для опису повних діаграм деформування бетону при нагріванні та деформування навантаженого до нагрівання бетону. Проведено експериментальне обґрунтування запропонованого методу розрахунку вогнестійкості.

RU: Содержание диссертации. Обоснована актуальность, научная новизна и практическая ценность работы, дана ее общая характеристика. В первом разделе проведен аналитический обзор состояния нормирования огнестойкости железобетонных конструкций, применяемых методов ее расчета, анализ температурных режимов пожара применительно к нормированию огнестойкости строительных конструкций, учету физической нелинейности бетона и арматуры. Сформулированы задачи исследования. Во втором разделе разработана уточненная методика расчета распределения температуры в сечениях железобетонных конструкций при многостороннем нагреве и остывании с учетом зависимостей характеристик теплопереноса от температуры, а также алгоритм и программа расчета на IBM PC/AT. В результате численного моделирования температурних полей в сечениях колонн с использованием уточненной методики выявлено явление снижения их прочности в период спада температуры окружающей среды, что может привести к обрушению сжатых железобетонных элементов в стадии затухания пожара. В третьем разделе разработана методика расчета огнестойкости сжатых железобетонных элементов конструкций с учетом физической нелинейности бетона и арматуры при нагреве, содержащая новый подход к учету влияния нагрева на устойчивость железобетонных конструкций со случайным эксцентриситетом. На ПК разработаны алгоритм и программа расчета несущей способности сечений сжатых железобетонных конструкций с учетом особенностей нелинейного нестационарного распределения температуры при реальном режиме пожара. В результате проведенных по разработанной методике численных исследований напряженно-деформированного состояния сжатых железобетонных элементов при реальных режимах пожаров выявлены условия потери несущей способности на стадии затухания пожара. Разработаны схемы нормирования требуемых пределов огнестойкости. Предложен метод перехода от фактического времени возможного пожара к эквивалентному времени “стандартного” пожара через физически обоснованный критерий – фактическую несущую способность нагретого сжатого железобетонного элемента либо через величину нормативной (рабочей) нагрузки на него. В четвертом разделе проведено экспериментальное исследование прочностных и деформативных характеристик бетона при нагреве и остывании. Получено, что в напряженных образцах при нагреве до заданных температур с последующим охлаждением снижение прочности меньше, чем в ненапряженных. На основе результатов исследований составлен пакет эмпирических формул для описания полных диаграмм деформирования бетона при нагреве и деформирования нагруженного до нагрева бетона, т. е. с учетом быстро натекающей температурной ползучести, необходимых для проведения уточненных расчетов огнестойкости при реальных режимах пожара. Проведено экспериментальное обоснование предложенного метода расчета огнестойкости. Результаты натурных огневых испытаний железобетонных колонн показывают удовлетворительное совпадение расчетных и опытных значений оценки их несущей способности при реальных режимах пожара. Результаты проведенного исследования температурных полей в колоннах в условиях нагрева и охлаждения выявили, что в период охлаждения окружающей среды колонна продолжает прогреваться вглубь сечения за счет температурной инерции. Проведенные натурные огневые испытания показали, что часть колонн не обрушались в период подъема температуры среды, а обрушались только на стадии затухания пожара. Выявлено, что колонны разрушались хрупко, как правило, в средней части высоты, в результате раздробления бетона по всему сечению и выпучивания продольной арматуры наружу. Проведенные натурные огневые испытания показали, что изменение несущей способности железобетонных колонн происходит не только при росте температуры окружающей среды, но и при ее снижении. На несущую способность колонн влияют физико-механические свойства материалов, процент армирования колонн, а также интенсивность и продолжительность пожара. Для установления оптимальных сечений железобетонных колонн при различных режимах пожара опытным путем были определены величины фактических пределов огнестойкости образцов – колонн. Испытания подтвердили, что предел огнестойкости колонн сечением 0,4х0,4 м при стандартном режиме пожара составил 2,5 часа, а сечением 0,3х0,3 м – 2 часа. Расхождение между результатами испытаний колонн равных сечений, проведенных при одинаковых значениях нормативной нагрузки и режиме пожара, не превышало 10%. В пятом разделе описано внедрение результатов исследований в проект ГСН В.1.1 “Защита от пожаров зданий и сооружений. Пожарно-техническая классификація и общие требования”, использование их при разработке инструктивных документов и методических рекомендаций для курсантов и слушателей Академии пожарной безопасности Украины, ЧИПБ им. Героев Чернобыля МВД Украины.

EN: Manuscript containing the development of updated technique of temperature distribution calculations in the interceptions of reinforced concrete constructions under multilateral heating and cooling is being defended. The technique of calculation the fire resistance of compressed reinforced concrete elements, taking into account the influence of heating on stability of reinforced concrete constructions with random eccentricity, is developed. The present technique has found out conditions of loss of lifting capability at the stage of fire damping. The schemes of standardization of necessary fire resistance limits are developed. The experimental research of concrete strength and deformative characteristics under heating and cooling was carried out. On the basis of these characteristics the package of empirical formulas for description of complete diagrams of concrete deformation under heating and deformation of loaded to heating concrete was composed. The offered technique of fire resistance calculations was experimentally substantiated.