CC BY
277
4. Launder B.E. Lectures in Mathematical Models of Turbulence [Text] / B.E. Launder, D.B. Spalding. - London: Academic Press, 1972.
ОЦЕНКА ОГНЕСТОЙКОСТИ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, УСИЛЕННЫХ ФИБРОМАТЕРИАЛАМИ
А.В. Васильченко, доцент, к.т.н., доцент Национальный университет гражданской защиты Украины, г. Харьков
В настоящее время для повышения эффективности железобетонных конструкций осуществляются попытки повышения прочностных характеристик бетона введением в его состав дискретных волокон (фибр) различного происхождения [1]. В таком материале - фибробетоне в качестве микрофибры используются стекловолокно, стальные, базальтовые или полимерные волокна. Прочность фибробетона может достигать при изгибе 30.. .35 МПа, а при сжатии - 80.100 МПа [2]. Исследования показали, что дисперсное армирование бетонов повышает их трещиностойкость, ударостойкость, износостойкость, способствует стойкости бетона к воздействию агрессивной среды; позволяет сократить рабочие сечения конструкций и в ряде случаев отказаться от использования стержневой арматуры или уменьшить ее расход [2].
Определение параметров строительных элементов из фибробетона осуществляется по тем же принципам, что и для железобетона. Расчёт при этом необходимо согласовывать с методом определения внутренних сил и моментов. Однако, при всех перечисленных достоинствах изделий на основе фибробетонов недостаточно исследованной остается проблема их устойчивости при пожаре.
Имеющийся опыт испытаний железобетонных конструкций на огнестойкость свидетельствует, что при прочих равных условиях конструкции с более высокими механическими характеристиками имеют обычно и больший предел огнестойкости. В случае фиброжелезобетонов из-за сравнительно недолгой истории их применения данные об их огнестойкости отсутствуют. Можно предполагать, что материал фиброволокон, изменяя теплофизические свойства бетона, окажет влияние на характеристики его огнестойкости.
В данной работе оценка огнестойкости железобетонных изгибаемых элементов на основе фибробетонов разного состава производилась по их расчетным пределам огнестойкости.
Для примера в качестве базовых выбраны изгибаемые железобетонные элементы с разным процентом армирования на основе бетона класса В25 c гранитным заполнителем. Сечение элементов прямоугольное с размерами: b=300 мм, h=700 мм, h0=650 мм. Расчетное сопротивление бетона Rb=14,5 МПа. Для данного элемента принято одиночное армирование стальной арматурой класса А400 с расчетным сопротивлением Rs=355 МПа.
Для сравнения рассматривались подобные элементы на основе такого же бетона, но с дисперсным армированием стальной и базальтовой фиброй.
Для выбранного изгибаемого элемента несущая способность относительно центра тяжести сечения сжатой зоны бетона рассчитывалась по формулам:
- для исходного элемента и элемента с дисперсным армированием:
М = а*А* (ко - 0,5х); (1)
где as,- напряжение в стальной арматуре; Аs,- суммарная площадь сечения стальной арматуры и углеткани; х - расчетная высота сжатой зоны.
Условиями равновесия для расчетов выбраны:
- в исходном элементе:
а А- ЯьЬх = 0;
в элементах с дисперсным армированием:
а. А„
ЯьгЬх = 0.
(2)
(3)
где Я - расчетное сопротивление; индексы * Ь, Ь/ означают сталь, бетон и фибробетон, соответственно.
Расчетная высота сжатой зоны бетона вычислялась как:
х = 4- ко, (4)
где - относительная высота сжатой зоны бетона.
Расчеты несущей способности изгибаемых элементов проводились по методике СНиП 2.03.01-84* [3] с учетом свойств материалов соответствующих элементов, и результаты показаны в таблице.
Пределы огнестойкости исследуемых железобетонных элементов т оценивались с учетом их несущей способности по методике [4] из формулы
гкАаЬ+ 5
ег/ : = /
г, - Г
24
аът
(5)
где к - коэффициент плотности бетона; аЬ - коэффициент температуропроводности; 5 - толщина защитного слоя бетона; й - температура стандартного пожара, й=1250 оС; - начальная температура, г0=20 °С ; -критическая температура арматуры.
Результаты оценочных расчетов пределов огнестойкости изгибаемых элементов показаны в таблице.
Таблица
Несущая способность и предел огнестойкости изгибаемых железобетонных
Диаметр арматуры, мм 22 28 36 40
Суммарная площадь арматуры, Аs, м2 0,00114 0,001847 0,003054 0,003768
Процент армирования, % 0,5 1,0 1,5 2,0
Несущая способность, Без фиброармирования 152 312 476 605
Стальная фибра 219 395 542 676
М, кНм Базальтовая фибра 200 365 525 672
Предел огнестойкости, т, мин Без фиброармирования 105 99 92 80
Стальная фибра 95 94 91 83
Базальтовая фибра 100 98 95 90
По результатам расчетов видно, что использование фибробетонов и внешнего армирования углетканью увеличивает несущую способность изгибаемого элемента. Причем, особенно наглядно этот эффект проявляется при больших нагрузках.
Также позитивно сказывается использование фибробетонов и на огнестойкости изгибаемого элемента. Причем, этот эффект нагляднее проявляется при больших нагрузках. Следует заметить, что расчет предела огнестойкости проводился для несущей способности соответствующей проценту армирования каждого элемента. Поэтому разброс этих значений не очень большой.
Как и следовало ожидать, бетон с базальтовой фиброй наименее чувствителен к нагреву. Но и бетон со стальной фиброй оказался по этому показателю сравним с обычным бетоном. Возможно, это объясняется тем, что за время прогрева стальной арматуры до критической температуры расчетная высота сжатой зоны фибробетона остается большей, чем у обычного бетона.
Таким образом, расчеты показали, что дисперсное армирование железобетонного изгибаемого элемента стальной и базальтовой фиброй увеличивает его несущую способность, а также повышает его предел огнестойкости, особенно при больших рабочих нагрузках.
Однако эти оценочные результаты не отменяют необходимости испытаний конструкций из фиброжелезобетона на предел огнестойкости, т.к. взаимодействие фибры и материала бетона при нагреве еще плохо изучено.
Список использованной литературы
1. Баженов Ю.М. Технология бетонов XXI века / Ю.М. Баженов // Новые научные направления строительного материаловедения: материалы докладов Академических чтений РААСН. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2005. - С. 9-19.
2. Пухаренко Ю.В. Эффективные фиброармированные материалы и изделия для строительства / Ю.В. Пухаренко // Промышленное и гражданское строительство. - 2007. - № 10.
3. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. Госстрой СССР, 1991.
4. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций / А.И. Яковлев. - М.: Стройиздат, 1988. - 143 с.
