Особливості проектування залізобетонних конструкцій при спільній дії силових, деформаційних та високотемпературних впливів

 

 

 

 

Викладено особливості проектування залізобетонних конструкцій при спільній дії силових, деформаційних та високотемпературних впливів. Методика дозволяє отримати прогноз вичерпання несучої здатності, визначити слабкі конструкції, ефективно розподілити матеріал або розробити відповідні заходи для захисту конструкцій.

Изложены особенности проектирования железобетонных конструкций при совместном действии силовых, деформационных и высокотемпературных воздействий. Методика позволяет получить прогноз исчерпания несущей способности, определить неравнопрочные конструкции, эффективно распределить материал или разработать соответствующие мероприятия для защиты конструкций.

The features of planning of reinforce-concrete constructions are expounded at the united action of power, deformation and high temperature influences. Methodology allows to get the prognosis of exhausting of bearing strength, define constructions, effectively to distribute material or work out corresponding measures for defence of constructions.

Ключові слова:

Залізобетонні елементи, силові, деформаційні та високотемпературні впливи, напружено-деформований стан, несуча здатність, заходи захисту.

Железобетонные элементы, силовые, деформационные и высокотемпературные воздействия, напряженно-деформированное состояние, несущая способность, меры защиты.

Reinforced-concrete elements, power, deformation and high temperature influences, tensely-deformed state, bearing ability, measures of defence.

 

Стан питання та задачі досліджень. Визначення напружено-деформованого стану залізобетонних конструкцій при спільній дії силових, деформаційних і високотемпературних впливів залишається складним завданням, загальне рішення якого відсутнє. При вирішенні цього завдання необхідно зважати на специфіку деформації всіх елементів системи (ґрунтової основи, фундаментів, колон, пластинчастих елементів перекриттів, стін будівлі тощо), а також їхній взаємний вплив. Деформаційні впливи можуть отримати розвиток як під час тривалого терміну експлуатації будівлі (підроблення території внаслідок розробки родовищ корисних копалин, процеси деградації в ґрунтах основи, в т. ч. за рахунок зволоження, локальне перевантаження конструкцій тощо), так і під час гасіння пожежі, оскільки цей процес супроводжується локальними замочуваннями ґрунтів основи в місцях пожежі.

Згідно ДСТУ Б В. 1. 1-4-98* [2], фактичні межі вогнестійкості будівельних конструкцій визначаються при дії нормативних навантажень (приймаються характеристичні значення величин навантажень згідно ДБН В. 1. 2-2: 2006 [3]).

Класифікація цих навантажень, що використовується в ДБН В. 1. 2-2: 2006 [3], дозволяє віднести випадок пожежі до особливих впливів.

Постановка мети. Мета досліджень – врахування особливостей визначення напружено-деформованого стану залізобетонних конструкцій при спільній дії силових, деформаційних та високотемпературних впливів з подальшим використанням отриманих даних для обґрунтування конструктивних рішень конструкцій, будівель та споруд в цілому.

Виклад основного матеріалу дослідження з повним обґрунтуванням отриманих наукових результатів. Залежно від виду та умов з'єднання конструкцій, схеми завантаження та невигідного поєднання чинних зусиль в перетинах елементів та вузлах визначають максимальні значення згинальних моментів М і стискальних зусиль N.

Пожежне навантаження визначається на основі [3]:

- проектно-конструкторської документації;

- технологічних карт;

- натурного обстеження приміщень експлуатованих будівель;

- даних щодо пожежонебезпечних властивостей речовин і матеріалів, наведених в довідковій літературі, спеціалізованих банках даних, а також отриманих в результаті лабораторних і натурних випробувань.

Методика досліджень. Розрахункова методика будується на основі наступних передумов.

1. Для опису властивостей ґрунтової основи, що деформується, приймається модель змінного коефіцієнта жорсткості [4, 5 та ін. ].

2. Для опису властивостей залізобетону приймається модель [6, 7, 8 та ін. ], основні положення якої наступні:

- як розрахунковий приймається перетин, напружено-деформований стан якого відповідає середньому стану блоку між тріщинами, якщо такі є;

- для середніх деформацій бетону й арматури приймається гіпотеза плоских перетинів;

- зв'язок між напруженнями та деформаціями бетону й арматури приймається у вигляді діаграм (рис. 1, 2) ;

- вплив тріщиноутворення на роботу залізобетону враховується шляхом множення опору   на коефіцієнт   < 1;

- вплив температурного нагріву на фізико-механічні властивості бетону враховується за допомогою системи коефіцієнтів: bТ – коефіцієнта умов роботи для призмової міцності бетону на стиск, tТ – коефіцієнта умов роботи бетону на розтяг, b – коефіцієнта зниження модуля пружності бетону. Емпіричні формули для коефіцієнта умов роботи бетону та коефіцієнта зниження модуля пружності бетону в залежності від виду бетону наведено в монографії 9;

- напружено-деформований стан перетину залізобетонного елементу визначається за формулами:

де  - кривизна вигнутої осі в перетині ( - радіус кривизни перетину) ;  - деформації в перетині на рівні центру тяжкості його бетонної частини;

- залежність між кривизною розрахункового перетину і діючим згинальним моментом у цьому перетині можна записати у вигляді:

де  - відповідно жорсткість, згинальний момент і кривизна i-го перетину;

- вичерпання несучої здатності перетину відбувається у разі досягнення деформаціями стислого бетону або розтягнутої арматури своїх граничних значень