CC BY
0д.т.н., доц. Поздеев С. В., к.т.н., доц. Отрош Ю. А., Омельченко А. М., Щтець С. Д.
(Академiя пожежног безпеки iменi Герогв Чорнобиля, м. Черкаси, Украгна)
МЕТОДИКА ОЦ1НКИ МЕЖ1 ВОГНЕСТ1ЙКОСТ1 ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ БАЛОК ШЛЯХОМ 1НТЕРПРЕТАЦП РЕЗУЛЬТАТА 1Х ВОГНЕВИХ ВИПРОБУВАНЬ
Розроблено методику, яка дозволяе на основ! даних, одержуваних в ход7 вогневих випробувань при трьохсторонньому нагр1вант зал1зобетонног балки за стандартною температурною кривою пожеж1 у вогневт печ1 без механичного навантаження зг1дно з вимогами стандарт1в, оц1-нити межу вогнестткост1 зал1зобетонних балок прямокутного перер1зу за несучою здатмстю при застосувант мщтсного розрахунку. Наведен7 результати, отримат за ц1ею методикою, щодо оценки меж1 вогнестткост1 зал1зобетонног балки за результатами вогневих випробувань.
Ключовi слова: вогнев1 випробування, вогнесттюсть, стандартний температурний режим, зал1зобетонна балка, несуча здатмсть, интерполяция, Сврокод, термопара.
Будтоництво
УДК 624.012
Постановка проблеми. МЫмальш ви-моги до вогнестшкосп визначеш в нащо-нальних нормативах, заснованих на мiркуваннях безпеки для життя людей, що знаходяться в будiвлi або поблизу вщ не!, а також персоналу пожежно! охорони.
Визначення вогнестшкосп будiвельних конструкцш будiвель i споруд може грун-туватися на результатах випробувань на вогнестшкють, що е альтернативою до проектування на основi обчислень. Сього-дш в Укра'1'ш значення межi вогнестшкосп визначають шляхом випробувань за нащо-нальним стандартом Украши [1], або за стандартами на методи випробувань на вогнестшкють будiвельних конструкцш конкретних видiв (колон, балок, перекрит-тiв, покриттiв, дверей та воргг, пiдвiсних стель, кабельних проходок тощо). Але ек-спериментальний метод мае ряд недолшв.
Визначення вогнестшкосп конструкцш може також грунтуватися на поеднанш ре-зультатiв випробувань i чисельних розра-хункiв. Система €врокодiв допускае систему, основану на комбшаци результатiв випробувань i чисельного моделювання для будiвель i споруд. В зв'язку з цим в ро-ботi i постае завдання розробити розраху-нково-експериментальний метод розраху-нку. Ц методи поеднують в рiзному по-
рядку експериментальш та розрахунковi процедури. Бшьшють таких методiв засно-вано на попередньому експериментально-му визначенш параметрiв властивостей матерiалiв дослщжуваних конструкцiй або розподiлу температур по поперечному пе-рерiзу i наступним визначенням межi вог-нестiйкостi при використанш одного з ро-зрахункових методiв.
Залiзобетоннi балки е складовими час-тинами перекритлв будiвель, i взв'язку з цим е актуальним визначення вогнестшкосп залiзобетонних балок для забезпечення пожежно! безпеки при експлуатаци, осю-льки виключення !х з роботи призводить до руйнування будiвлi вцiлому.
Розроблений в робот розрахунково-експериментальний метод, на наш погляд, позбавлений характерних недолiкiв мето-дiв, заснованих на вогневих випробуван-нях, i розрахункових методiв, оскшьки вiн дозволяе вилучити з експериментальних установок навантажувальне обладнання та контрольно-вимiрювальнi прилади, пов'я-заш з вимiрюванням зусиль та деформацш. Це в свою чергу дозволяе значно зменши-ти трудовитрати та вартiсть на тдготовку та проведення експериментiв. Крiм цього виключаеться ризик обвалення випробову-ваного зразку разом з вантажами у проспр
Будтоництво
камери печi i як наслщок ушкодження 11 огороджувальних конструкцш та футеровки, що мають найбiльшу вартiсть. Застосу-вання розрахунково! штерпретаци також дозволяе пiдвищити точнють, оскiльки ви-ключаеться вплив невщповщносп габари-тних розмiрiв та граничних умов випробо-вуваного елементу, як складово! вiдповiд-но1 структури.
Постановка завдання. Завдання робо-ти полягае в розробщ та апробаци методики, яка дозволяе на основi даних, одержу-ваних в ходi вогневих випробувань при трьохсторонньому наг^ванш залiзобетон-но1 балки за стандартною температурною кривою пожежi у вогневiй печi без мехаш-чного навантаження згiдно з вимогами стандарпв [3] та [1], ощнити межу вогне-стiйкостi залiзобетонноi балки прямокут-ного перерiзу за несучою здатнiстю при застосуваннi мщнюного розрахунку.
Викладення матер1алу та його результата. Запропонована методика дозво-ляе проводити випробування балкових елеменпв будiвельних конструкцiй (балок, ригелiв, перемичок, елементiв ферм, рам, арок тощо) на вогнестiйкiсть за темпера-турним режимом згiдно з [1] без прикла-дання механiчного навантаження. Методика використовуеться для визначення межi вогнестшкосп балкових елементiв будiве-льних конструкцiй (далi - балок), яю пщ-даються впливу вогню з трьох бокiв.
Метод враховуе змши механiчних влас-тивостей кожного шару бетону i арматур-но! сталi залежно вiд 1х температури нагр> ву. Вказана змiна враховуеться при роз-глядi параметрiв напружено-
деформованого стану в перерiзi балки вщ-повiдно до шаршрно! схеми 11 закрiплення, геометричними параметрами, класу мщно-стi бетону i арматурно! сталi. Рiвняння, що описують напружено-деформований стан, взятi вщповщно до рекомендацiй [2].
Для врахування змши мехашчних влас-тивостей у залежносп вiд температури бу-ла використана штерполящя температур у вузлових точках перерiзу при застосуваннi значень температур, яю вимiрянi у конт-
рольних точках перерiзу у ходi проведення випробувань. На рисунку 1 подана схема розбиття перерiзу на прямокутш зони з вузловими точками, де будуть визначатися температури шляхом штерполяци. Також на цьому рисунку подана схема розташу-вання контрольних точок, де визначати-меться температура вщповщно до рекоме-ндацiй стандарту [3, п. 8.1.2].
Т03
Т16
Рисунок 1 - Схема розташування термопар та розбиття перер1зу балки на зони
Експеримент проводиться у
вщповщносп до стандарпв щодо вогневих випробувань балок ДСТУ Б В.1.1-4 «Будiвельнi конструкцп. Методи випробувань на вогнестшкють. Загальнi вимоги» та ДСТУ Б В. 1.1-13 «Захист вщ Пожежi. Балки. Метод випробування на вогнестшкють».
Результати використання запропоно-ваного методу. Для проведення розрахун-ку щодо оцшки межi вогнестшкосп зал> зобетонних балок за результатами вогне-
Будтоництво
вих випробувань необхщш наступш поча-тковi данi.
Показники термопар в кожну хвилину випробувань згщно зi схемою на рисунку 1.
Умовш позначення: Т00, Т01, Т02, Т03,Т10, Т11, Т12, Т13, Т14, Т15, Т16, Т21, Т22, Т23, Tst
Клас мiцностi бетону.
Тип крупного заповнювача бетону (силшатний — 1, карбонатний — 0).
Клас мщносп робочо' арматури.
Дiаметри арматури (рис. 2). Умовне позначення: d, dn.
Кiлькiсть арматурних стержнiв: п, п1, пп вiдповiдно до рисунку 2.
Геометричш розмiри перерiзу балки i захисний шар бетону (рис. 2). Умовш позначення: а, b,w.
Розрахункова довжина балки. Умовне позначення: L.
Розрахункове розподшене навантажен-ня. Умовне позначення: Q0d.
Розглянемо конкретний приклад залiзо-бетонно' балки.
На рисунку 2 подана розрахункова схема перерiзу балки та п армування. На рисунку 3 наведено лютинг сторшки введен-
ня початкових даних, а на рисунку 7 показаний лютинг сторшки результапв. Пюля штерполяци були отриманi розподiли температур, показан на рисунку 4.
500
О О о 016 1 6 шт.
п <
025 4 шт. 020 4 шт/
'А ) С \
900
30
Рисунок 2 — Параметри перер1зу балки
Таблиця 1 — Основш параметри зал1зобетонно! балки, яка розраховусться за запропонованим методом
Параметр Позначення Значення Одиниця вим1ру
Геометричш розм1ри • ширина • висота а Ь 0,5 0,9 м
• ширина захисного шару • довжина балки w L 0,03 4
Тип бетону Важкиий на граштному зповнювач1 Клас С30/42 (В30)
Густина бетону рв 2230 кг/м3
Робоча арматура: • д1аметр бшьший • д1аметр менший й Клас А500С 0,025 0,02 м
Додаткова арматура: • д1аметр аз Клас А500С 0,016 м
МкгокоП: Енсе! - Ьеат 50 90 Меи
файл Правка Вид Вставка Формат Сервис Данные Окно Справка
КТЭЕС13 - $
Введите вопрос
Н II
75% т ф р _ Апа1 Суг
• ж к ч щ. ш т и! Э % ооо
*-,0 ,00 г= ->= ;:;::; ,00 ->,0 =- —
К> К>
Т01."С Т02, "С
52 24.939 97.375
53 25.302 99.846 908.73 20.438
ЮЗ. "С ТОО. "С
35.379 20.198
83.667 20.196
133.51 20.195
184.83 20.194
244.19 20.193
304.99 20.193
362.18 20.192
416.22 20.191
465.56 20.191
635.9 20.189
694.4 20.187
709.63 20.187
757.69 20.186
767.36 20.186
776.37 20.186
784.8 20.186
792.71 20.186
905.41 20.405
И 4 ► и \Лист1 / Лист.1 / ЛистЗ /
20.2
20.2 20.2
20.201 20.201
Гори;
28.0834 20.2
52.8451 20.2
82.2471 20.2
267.704 301.018
636.833 651.188
788.964 22.308
795.118 22.542
801.023 22.79
_
Ар матур л
137.64 53.214
167.44 67.7446
197.88 82.9415
231.63
99.0464
448.19 475.44
635.95 407.488
Сбойства бетона_Свойства арматуры
Класс прочност
Тип ЦКпасс прочност
1 А500С
Диаметр с!.
Ы2
-а В-
Т23
ш
ТПЯ
Т22
Т21
ТО!
/
00
Диаметр с!1. |Диаметр d2.
0.02 0.016
Геометрические размеры
Ширина а. м
Длина !_.
И1
. ¡12
Т13
А
1Т14
Т1Е_
1 Л
1 1 \ Е шг
1 1 1
[] 1 1 1 \ 1 1 (11
4 шА 4ШТ/
> е \
Действия т ^ Автофигуры т
ч □ О Н 4 !
м
^ - - Д • =,р
. $ йВ А А л ■ 1. -г ^ = КЬ у
J
Толщина защитного слоя
СП
н и о
Й й
(-0 о, ■а'
о
Ч :<
-ь.
Рисунок 3 — Сторшка вводу початкових даних
Будтоництво
О 5 10 15 О 5 10 15 0 5 10 15
90 хв 120 хв 150 хв
Рисунок 4 — Резyльтати проведення штерполяци температyр по значенням
контрольних точок перети^ 123
Будтоництво
Для здшснення штерполяци взят ре- ми таблицi 1 були побудоваш мiцнiснi ха-
зультати розрахунку теплово'1 задачi для рактеристики бетону i арматурно'1 сталi,
перерiзу залiзобетонноi балки згiдно з ре- яю поданi на рисунку 5. комендащями EN 1992-1-2:2005. Згiдно з Перерiз балки був розбитий на прямо-
рекомендацiями Eurocode 2, а також дани- кутш зони розмiром 5x4,5 мм.
а, Па 20 °С 100 °С
3-10
2-10
1 -10
0.01 0.02 0.03 0.04
а)
Т, °С
5-10
4 10
3-10
2-10
1-10
20 °С - 400 °С
/ 500 °С
7 600 °С
/ 700 °С
У 800 °С
-900° с - 1100°С =
0.05
0.1 0.15
б)
0.2
Рисунок 5 — Д1аграми деформування бетону (а) та арматурноi стал1 (б)
8
0
Б
s
0
0
Будвництво
Мщнюна задача визначаеться виходячи iз значення максимального прогину балки, що визначаеться за формулою:
D =
D =
I2
42
= 0,044 м.
400 • Ь 400 • 0,9 Гранична кривизна балки складе:
X = 24 •10"30,9"1 = 0,0027 м-1 .
За вiдомими напруженнями кожно'' з зон перерiзу балки та арматурних стержшв визначаеться момент, при якому досяга-еться критична кривизна балки з викорис-танням формули:
г , =1
т п / \ I
Е&г,} {в,еЬг,} Иы, Аи}
„ г=! 3=1
т п / \ I
Е&г, 3Ц еЬ,, 3 К,, 3 + {в, )А.С,1
!=1 3=1 ,=1
-,(3)
де <гЬ. . {в,еЬ, 3) — напруження у бетош,
якi визначаються за дiаграмами на рисунку 5 або згщно формул EN 1992-1-2:2005 Eurocode 2, для середнього значення тем-ператури поточно'' зони бетону у перерiзi;
< {в,е,г ), {в,£^) — напруження у робочiй та додатковш арматурi, якi визначаються за дiаграмами на рисунку 5 або згщно формул EN 1992-1-2:2005 Eurocode 2; йЬ ,3, , — вiдстанi вiдповiдно вщ центрiв зон бетону перерiзу, осей дода-ткових арматурних стержнiв до оа, що проходить через центри робочо'' арматури,
причому для стержшв нижче горизонтально'!' центрально'' вiсi вiдстань мае вiд'емне значення.
I2
— . (1) 400 • Ь
За даним значенням максимального прогину визначаеться максимальна кривизна за формулою:
Х = ^ = 24 •Ю3 Ь"1. (2) 51
Граничний максимальний прогин роз-глядуемо!' балки складе:
Деформаци:
ХЬ ух, де ХЬ у — вщ-
стань центру зони до горизонтально'' центрально'' вiсi перерiзу; г,,й1 = х^ ,з!-х, де
х.чс! у — вiдстань осi додаткового арматурного стержня до горизонтально' центрально'' вiсi перерiзу; = х. г/х, де х. ,3 — вщ-
стань осi робочого арматурного стержня до горизонтально'' центрально'' вiсi перерь зу; АЬ. . — площа зон, на якi розбитий пе-
рерiз балки, , А.й. — площi попере-чних перерiзiв стержнiв робочо'' та додат-ково" арматури.
За формулою (3) у кожний контроль-ний момент часу були побудоваш графь ки залежносп внутрiшнього моменту вiд кривизни балки i визначенi максимальнi 'х значення. При побудовi графiку фшсу-еться момент з найбшьшим значенням, який розглядаеться як максимальний момент, що здатна витримувати балка у даний контрольний момент часу випро-бування.
На рисунку 6 побудоваш вказаш гра-фiки для деяких моментiв часу випробу-вання.
Порiвнюючи поточне значення максимального моменту випробувано'' балки iз дiючим моментом, що визначаеться за формулою:
М0й = QodI28
(4)
визначаеться настання граничного стану втрати несучо'' здатностi.
За отриманими значеннями максималь-них момешив був побудований графiк зниження несучо'' спроможностi, який по-даний на рисунку 7.
У результат проведеного розрахунку була визначена межа вогнестшкосп яка склала 81 хв.
Будвництво
М, Н м
1x10
8x10"
6х105-
4x10"
2х105-
Рисунок 6 — Графши максимального моменту у балки при граничному значенш кривизни для
заданих моменпв часу випробування
Межа вогнестшкосп балки ФМВ=81, Ресурс несучо' здатносп балки RSB=0%, Граф ¡к зниження несучо! здатносп балки. М. Нм
5-10
4-10
3-10
210
1 -10
1, хв
50
100
150
200
0
Рисунок 7 — Графш зниження несучо' здатносп зал1зобетонно' балки
Висновки I напрямок подальших до-слiджень.
1. В результатi проведених дослщжень була розроблена методика, яка дозволяе проводити випробування балкових елемен-тiв будiвельних конструкцiй (балок, риге-лiв, перемичок, елементiв ферм, рам, арок тощо) на вогнестiйкiсть за температурним режимом згщно з ДСТУ Б В.1.1-4-98 без прикладання мехашчного навантаження.
Методика може бути використана для визначення межi вогнестiйкостi балкових елеменпв будiвельних конструкцiй (далi -балок), як пiддаються впливу вогню з трьох бокiв.
2. Проведена ощнка вогнестiйкостi залiзобетонноi балки за розробленою методикою, в результат чого показана п ефективнiсть.
_Будтоництво_
Бiблiографiчний список
1. Захист eid пожежг. Будгеельш конструкцп. Методы еипробуеань на еогнесттюсть. Зага-льм еимоги : ДСТУБВ.1.1-4-98*. — [Чинный eid 1999-03-01]. — К.: Держбуд Украгни, 2005. — 18 с.
2. ДСТУ-Н Б EN 1992-1-2:2012 Серокод 2. Проектуеання залгзобетонних конструкцт. Час-тина 1-2. Загальш положення. Розрахунок конструкцт на еогнесттюсть (EN 1992-1-2:2004, IDT). [Чинний егд 2013-07-01]. — К.: Мтреггонбуд Украгни, 2012. — 131 с.
3. ДСТУ Б В.1.1-13:2007 «Захист егд пожежг. Балки. Метод еипробуеання на еогнесттюсть». [Чинний егд 2008-01-01]. — К.: Мтреггонбуд Украгни, 2007. — 7 с.
4. ДСТУ-Н Б EN 1993-1-2:2010 Серокод 3. Проектуеання сталееих конструкцт. Частина 1-2. Загальш положення. Розрахунок конструкцт на еогнесттюсть (EN 1993-1-2:2005, IDT). [Чинний егд 2013-07-01]. — К.: Мтреггонбуд Украгни, 2012. — 98 с.
5. ДСТУ-Н Б EN 1994-1-2:2012 Серокод 4. Проектуеання сталезалгзобетонних конструкцт. Частина 1-2. Загальш положення. Розрахунок конструкцт на еогнесттюсть (EN 1994-12:2005, IDT). [Чинний егд 2013-07-01]. — К. : Мтрегюнбуд Украгни, 2012. — 154 с.
Рекомендована до друку д.т.н., проф. ДонДТУГолодновим О. I., д.т.н., проф. АПБ ¡м. Героев Чернобиля Осипенко В. I.
Стаття надтшла ередакцгю 24.03.14.
д.т.н., доц. Поздеев С. В., к.т.н., доц. Отрош Ю. А., Омельченко А. Н., Щипец С. Д.
(Академия пожарной безопасности имени Героее Чернобыля, г. Черкассы, Украина) МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК ПУТЕМ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИХ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ
Разработана методика, которая позеоляет на осноее данных, получаемых е ходе огнееых испытаний при трехстороннем нагреее железобетонной балки по стандартной температурной криеой пожара е огнееой печи без механической нагрузки согласно требоеаниям стандартое, оценить предел огнестойкости железобетонных балок прямоугольного сечения по несущей способности при применении прочностного расчета. Приеедены результаты, которые полученны по этой методике, для оценки предела огнестойкости железобетонной балки по результатам огнееых испытаний.
Ключевые слова: огнееые испытания, огнестойкость, стандартный температурный режим, железобетонная балка, несущая способность, интерполяция, Еерокод, термопара.
Pozdeev S. V. Doctor of Engineering Sciences, Otrosh Yu. A. Candidate of Engineering Sciences, Omelchenco A. N., Shchipets S. D. (Heroes of Chernobyl Fire Safety Academy, Cherkassy, Ukraine) TECHNIQUE OF LIMIT ESTIMATION OF THE FIRE-RESISTANT FERROCONCRETE BEAMS BY THE INTERPRETATION OF THE FIRE TESTS RESULTS
The technique that allows on the basis of the data obtained during the fire test in three way heating of ferroconcrete beam at the standard temperature of fire curve in the furnace without mechanical treatment according to standard requirements is developed, to estimate the fire-resistance limit of ferroconcrete rectangular beams on the bearing capacity in strength calculation application. The results obtained due to the technique for estimation of limit offerroconcrete beam fire-resistance according to the results of fire tests are given.
Key words: fire tests, ferroconcrete, fire-resistance, standard temperature mode, ferroconcrete beam, bearing capacity, interpolation, Eurocode, thermopair.
