CC BY
0УДК 69 Дубинская И.Ю., Редикульцев Е.А.
Дубинская И.Ю.
магистрант кафедры промышленного и гражданского строительства Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (г. Екатеринбург, Россия)
Редикульцев Е.А.
старший преподаватель кафедры строительных конструкций и механики грунтов Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (г. Екатеринбург, Россия)
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ ПО ПОТЕРЕ
НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ
Аннотация: в статье представлен метод определения предела огнестойкости по потере несущей способности для железобетонной плиты при стандартном режиме действия пожара. Произведён анализ основных нормативных документов, используемых на практике для определения пределов огнестойкости конструкций. Работа включает в себя описание методов решения двух основных частей расчёта предела огнестойкости по потере несущей способности: статической и теплотехнической. Представлены алгоритм для составления нелинейной деформационной модели для решения статической части расчёта и алгоритм решения теплотехнической задачи огнестойкости. Описана методика для определения предельной несущей способности элемента в стадии пожара и времени наступления его предельного состояния по потере несущей способности.
Ключевые слова: предел огнестойкости, потеря несущей способности, нелинейная деформационная модель, теплотехническая задача огнестойкости.
Предел огнестойкости конструкций определяет их способность противостоять воздействию огня до момента потери несущей способности, целостности или теплоизолирующей способности. Это важный параметр, который позволяет оценить безопасность здания или сооружения при пожаре.
В данной статье представлен метод определения предела огнестойкости по потере несущей способности для железобетонной плиты. Данный метод расчёта разработан на основе анализа различной литературы по этой тематике. Он сочетает в себе требования нормативных документов и идеи исследователей, занимающихся изучением данного вопроса.
Согласно [3, с. 11] статический расчёт предела огнестойкости по потере несущей способности производится на нормативные нагрузки и нормативные сопротивления бетона и арматуры.
Предел огнестойкости по потере несущей способности наступает в момент времени, когда перестанет удовлетворяться условие:
мп < миЬЛ
где Мп - нормативный изгибающий от внешней нагрузки,
ми1{ {- несущая способность железобетонной конструкции при пожаре
длительностью R, в минутах.
При невозможности определения значений усилий от нормативной нагрузки, разрешается принимать усилия равными 0,7 от расчётных [4, с. 3] .
Представленный метод расчёта можно разделить на 3 основные части:
1. Определение предельного момента сечения, действующего в стадии эксплуатации.
2. Решение теплотехнической задачи огнестойкости.
3. Определение предельной несущей способности элемента, работающего в условиях пожара, и времени наступления предела огнестойкости по потере несущей способности.
I. Определение предельного момента сечения, действующего в стадии эксплуатации.
В данной части расчёта создаётся нелинейная деформационная модель, на основе которой производится прочностной расчёт. Для построения модели деформирования изгибаемого элемента будем считать, что справедлива гипотеза плоских сечений, которая предполагает, что сечения плоские и перпендикулярные оси элемента до деформации остаются плоскими и перпендикулярными после деформаций.
Принятая предпосылка, позволяет задавать относительные деформации е( и £ъ в верхней и нижней точке сечения соответственно, что позволяет методом интерполяции вычислять относительные деформации в любой точке сечения.
Далее представлен алгоритм создания нелинейной деформационной модели и получения на основе этой модели значения предельного момента сечения, действующего в стадии пожара.
1. Железобетонный элемент разбивается на конечное число элементарных слоёв с заданием высоты и ширины каждого слоя.
2. Для каждого слоя задаются характеристики материала: модуль упругости бетона и арматуры, расчётное сопротивление сжатию Яъ и растяжению Яы для бетона, расчётный предел текучести Я^ для арматуры.
3. Вычисляются деформации, напряжения, продольная сила и изгибающий момент, действующие внутри каждого слоя, по следующим формулам:
где - деформации верхнего волокна, £ъ - деформации нижнего волокна, к - высота сечения,.
- расстояние до точки, в которой определяются относительные деформации. Данная велина принимается равной расстоянию от центра тяжести
сечения до центра тяжести слоя, в котором определяются деформации.
=
где - деформации ьго слоя конструкции,
Е - модуль упругости материала (стали или бетона).
N = М М. = N,2,
где Д - площадь ьго слоя конструкции,
4. Для определения продольной силы и изгибающего момента, действующих в сечении, необходимо сложить значения этих величин, полученных для каждого слоя сечения.
5. Путём подбора деформаций верхнего и нижнего волокла определяется предельный момент м , действующий на конструкцию в стадии нормальной эксплуатации.
6. Определяется предельный момент Мп, который действует на сечение
в стадии пожара:
М = 0,7 М
п 5
II. Решение теплотехнической задачи огнестойкости.
При высокотемпературном воздействии несущая способность железобетонного сечения зависит от изменения свойств бетона и арматуры. Данная часть расчёта сводится к определению коэффициентов, которые оказывают влияние на свойства материалов.
Решение теплотехнической задачи огнестойкости является наиболее сложным этапом при определении предела огнестойкости, так как при этом необходимо учитывать нестационарность и нелинейность процесса теплообмена. Наиболее точные результаты можно получить при решении задачи с помощью современных программных комплексов, таких как ЛИРА
САПР, ANSYS и др. В данной статье представлена упрощённая методика расчёта температур нагрева бетона и арматуры, описанная в [2].
1. Назначается температурный режим пожара и определяется количество обогреваемых поверхностей при его воздействии.
2. Для железобетонной плиты принимаем одностороннее действие пожара, тогда температура нагрева бетона и арматуры вычисляется по формуле:
Т = 20 +1200 (1 - г )2
Далее расчёт сводится к определению значения параметра г1.
1 = х*/1 < 1
где 1 - толщина начавшего прогреваться слоя бетона, м, вычисляемая по формуле:
1 = лД2аёТ
где аш - приведённое (осредненное) значение коэффициента температуропроводности, м2/ч, принимаемое по таблице 9.3.2 [2],
т - момент времени действия пожара, ч.
х* при определении температуры прогрева бетона:
х* = X +
гей
*
х,. при определении температуры прогрева арматуры:
Х* = У +?2й
где х, - расстояние до центра тяжести ьго слоя бетона от нижней обогреваемой поверхности,
У, - расстояние от нижней обогреваемой поверхности до ближайшего к ней края арматуры,
(р1 (р2 - коэффициенты зависящие от плотности бетона, определяемые
по таблице 9.3.3 [2],
-диаметр арматуры, м. Данный расчёт производится для заданных моментов времени воздействия пожара.
3. Получив значение температуры прогрева арматуры и бетона, по таблицам 5.6, 5.1 [3] методом интерполяции определяются коэффициенты ^,
в, для арматуры и уы, въ для бетона для каждого момента воздействия пожара.
III. Определение предельной несущей способности элемента, работающего в условиях пожара, и времени наступления предела огнестойкости по потере несущей способности.
1. В нелинейной деформационной модели, полученной в первой части расчёта заменяем расчётные характеристики для бетона и арматуры нормативными.
2. Подставляя коэффициенты , в, , Уы , Ръ , найденные во 2 части расчёта, для каждого момента времени действия пожара определяем нормативные характеристики бетона и арматуры Яш, В.пШ в условиях действия пожара, и определяем изгибающие моменты в данный момент времени.
3. Путём последовательных приближений определяем значение изгибающего момента, при котором перестанет удовлетворяться требование
Мп < Миил .
Крайнее значение изгибающего момента, при котором данное условие ещё выполняется будет определяться как несущая способность элемента МиН {.
Время, за которое достигается значение Ми1{{ - время наступления предельного состояния по потере несущей способности .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. МДС 21-2.2000 Методические рекомендации по расчёту огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций. // Москва: НИИЖБ, 2000-122 с;
2. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. // Ассоциация «Пожарная безопасность и наука», Москва, 2001 г.-382 с., ил;
3. СП 468.1325800.2019. Бетонные и железобетонные конструкции. Правила обеспечения огнестойкости и огнесохранности. Введ. 2020-06-11. Москва: Минстрой России, 2019;
4. СТО 36554501-006-2006. Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций. Введ. 2006-10-20. Москва: ФГУП «НИЦ Строительство», 2006. 77 с;
5. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ // Введ. 2009-05-01. Российская газета, 2008. 1 августа
Dubinskaya I. U., Redikultsev E.A.
Dubinskaya I.U.
Ural Federal University named after Boris Yeltsin (Ekaterinburg, Russia)
Redikultsev E.A.
Ural Federal University named after Boris Yeltsin (Ekaterinburg, Russia)
METHOD FOR DETERMINING FIRE RESISTANCE LIMIT FOR LOSS OF BEARING CAPACITY OF REINFORCED CONCRETE SLAB
Abstract: article presents a method for determining the fire resistance limit for loss of load-bearing capacity for reinforced concrete slabs in the standard mode of fire action. The analysis of the main normative documents used in practice to determine the limits of fire resistance of structures is carried out. The work includes a description of methods for solving two main parts of calculating the fire resistance limit for loss of bearing capacity: static and thermal engineering. An algorithm for compiling a nonlinear deformation model for solving the static part of the calculation and an algorithm for solving the thermal engineering problem of fire resistance are presented. A technique is described for determining the maximum load-bearing capacity of an element at the stage of fire and the time of its maximum state of loss of load-bearing capacity.
Keywords: fire resistance, bearing capacity, nonlinear deformation model, thermal engineering problem offire resistance.
