<<
>>

ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР НА БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

В ряде случаев они работают в условиях систематического воздействия повышенных (50 ... 200) и высоких (> 200 °С) технологических температур [22, 24, 43]. К ним предъявляются дополнительные требования.

В первом случае применяют, как правило, обычный бетон, во втором - высокопрочный. Различают постоянный нагрев, при котором в процессе эксплуатации конструкция подвергается нагреву с колебанием температуры до 30 % расчетной величины и циклический, когда конструкция периодически подвергается повторяющемуся нагреву с колебанием температуры боле 30 % расчетной величины при частоте циклов от 3 ч до 15 дней.

При действии высоких температур свободная вода в бетоне испаряется с поверхности слоев и образуются усадочные трещины. Потеря химически связанной воды из гидросиликата кальция наблюдается при к > 100 °С. Прочность бетона снижается в соответствии с количеством потерянной воды [43]. При к > 400 °С силикат кальция разлагается с образованием негашеной извести и окиси кремния.

В глиноземистом цементе при к > 100 °С происходит потеря химически связанной воды из гидроалюмината кальция, а при к > 400 °С начинается разложение цемента с образованием алюмината кальция и окиси алюминия, более устойчивых, чем окись кальция, образующаяся при разложении портландцемента.

Этим объясняются огнеупорные свойства глиноземистого цемента, применяемого для производства огнеупорного бетона.

Заполнители из изверженных пород (гранита, базальта и т.п.) достаточно устойчивы при к < 1000 °С. Кремнистые заполнители при критических температурах (250 и 575 °С) резко увеличивают свой объем, что может вызвать разрушение бетона. Искусственные легкие заполнители (вспученные глины, спекшаяся зола, доменный шлак и т. п.) изготавливаются при к > 1000 °С, поэтому они устойчивы при температурах ниже этого уровня.

Конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по первой и второй группам предельных состояний на стадиях изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации. При этом необходимо учитывать изменения физико­механических и упругопластических свойств бетона и арматуры в зависимости от температуры. Расчет должен производиться на всевозможные неблагоприятные сочетания нагрузок: собственного веса, внешней нагрузки и воздействия температуры с учетом длительности их действия.

Расчет статически определимых конструкций по предельным состояниям первой и второй группы (за исключением расчета по образованию трещин) производят только на длительный нагрев (воздействия расчетной температуры в период эксплуатации). При расчете по образованию трещин делают проверки на кратковременный (первый разогрев конструкций до расчетной температуры) и длительный нагрев.

Статически неопределимые конструкции и их элементы рассчитывают по первой и второй группам предельных состояний на кратковременный нагрев, когда возникают наибольшие усилия от воздействия температуры; на длительный нагрев, когда происходит значительное снижение прочности и жесткости. При расчете на особое сочетание нагрузок температурные усилия не учитываются.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В СЕЧЕНИЯХ КОНСТРУКЦИЙ ОПРЕДЕЛЯЮТ ИЗ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ДЛЯ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА ТЕПЛОВОГО ПОТОКА. ПОЛОЖЕНИЕ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ, СЖАТОЙ ЗОНЫ БЕТОНА, СТАТИЧЕСКИЙ МОМЕНТ И МОМЕНТ ИНЕРЦИИ ОПРЕДЕЛЯЮТ, ПРИВОДЯ ВСЕ СЕЧЕНИЕ К НЕ НАГРЕТОМУ, БОЛЕЕ ПРОЧНОМУ БЕТОНУ. ПРИНИМАЮТ ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПО ВЫСОТЕ СЕЧЕНИЯ. РАССМАТРИВАЕМЫЙ ЭЛЕМЕНТ РАЗБИВАЮТ ПО ВЫСОТЕ НЕ МЕНЬШЕ ЧЕМ НА ЧЕТЫРЕ ЧАСТИ. НАИБОЛЬШЕЕ РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ТЕМПЕРАТУРНО­УСАДОЧНЫМИ ШВАМИ НАЗНАЧАЮТСЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДА КОНСТРУКЦИЙ, РАСПОЛОЖЕНИЯ (ВНУТРИ ИЛИ НА ОТКРЫТОМ ВОЗДУХЕ), РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ (ВНУТРИ ОТАПЛИВАЕМЫХ ЗДАНИЙ ИЛИ НА ОТКРЫТОМ ВОЗДУХЕ), РАСЧЕТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ МАТЕРИАЛА КОНСТРУКЦИИ И ГРУНТА (НАИБОЛЕЕ ХОЛОДНОЙ ПЯТИДНЕВКИ), РАССТОЯНИЯ ОТ ВЕРХА ФУНДАМЕНТА ДО НИЗА НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ.

ТЕМПЕРАТУРА НАГРЕВА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ АРМАТУРЫ НЕ ДОЛЖНА ПРЕВЫШАТЬ ПРЕДЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПО [59].

По данным экспериментальных исследований при нагреве бетона с 20° до 100° С его прочность снижается на 5 . 10 %;

при увеличении температуры от 100° до 300 °С - повышается на 5 %; с 300° до 400 °С - понижается на 15 % ; при 500 °С - на 34 %; при 600 °С - на 55 %. Часто причиной пожара являются взрывы. В таком случае высокотемпературное влияние пожара и интенсивная динамическая нагрузка вызывают более значительные материальные потери, чем отдельно взрыв и пожар. Так, предварительный нагрев цементного камня вызовет полную потерю динамического упрочнения. Динамический расчет

конструкций следует производить с учетом изменения физико-механических свойств бетона от предшествующих температурных нагрузок.

При проектировании железобетонных конструкций в условиях воздействия повышенных и высоких температур устанавливаются следующие показатели качества:

• класс бетона по прочности на сжатие В;

• класс бетона по прочности на осевое растяжение ВЦ

• класс жаростойкого бетона по предельно допустимой температуре применения;

• марка жаростойкого бетона по термической стойкости в водных Т1 и воздушных Т2 теплосменах;

• марка по водонепроницаемости W (назначается для конструкций, к которым предъявляются требования по ограничению водонепроницаемости);

• марка по морозостойкости Г (назначается для конструкций, которые в период строительства и при остановке теплового агрегата могут подвергаться эпизодическому воздействию температуры ниже 0);

• марка по средней плотности Э (назначается для конструкций, к которым кроме конструктивных, предъявляются требования теплоизоляции) котролируется при их изготовлении.

В [59, табл. 11] приведен перечень составов бетона с указанием класса по предельно допустимой температуре применения; вида вяжущих, отвердителя тонкомолотых добавок, заполнителей; наибольшего класса бетона по прочности на сжатие и средней плотности.

В качестве заполнителей жаростойкого бетона применяют андезитовые, базальтовые, диабазовые, диоритовые, из доменных отвальных шлаков, аглопоритовые, из боя глиняного кирпича, керамзитовые, перлитовые и др. Вяжущие для жаростойкого бетона могут быть: портландцемент, шлакопортландцемент, быстротвердеющий цемент, жидкое стекло, глиноземистый цемент.

Для конструкций из жаростойкого бетона при нагреве арматуры свыше 400 °С рекомендуется предусматривать стержневую арматуру и прокат: из легированной стали марки 30 ХМ; из коррозионно стойких, жаростойких и жаропрочных сталей марок 12Х13, 20Х13, 08Х17Г, 12Х18Н9Т, 20Х23Н18 и 45Х14Н14В2М. В качестве монтажных петель применяют горячекатанную арматурную сталь класса Ас-П марки 10ГТ и класса А-1 марок ВСт3сп2, ВСт3пс2.

Предельно допустимая температура применения арматуры и проката определяется:

• для стержневой арматуры классов А-1, А-П - 400 °С, А-Ш, Ат-Ш, А-ГУ, Ат-ГУ, А^, Ат^, А-VI, Ат-VI - 450 °С

(напрягаемая) и 250 °С (ненапрягаемая);

• для проволочной арматуры классов ВрЯ - 400 °С, В-П, Вр-П, К-7 и К-19 - 150 °С;

• прокат из стали марок ВСт3кп2, ВСт3Гпс5, ВСт3кп5, ВСт3псб - 400 °С.

При циклическом нагреве предельно допустимая температура напрягаемой арматуры принимается на 50 °С ниже указанной; при многократо повторной нагрузке предельно допустимая температура применения напрягаемой арматуры не должна превышать 100 °С, а ненапрягаемой - 200 °С.

При расчете элементов на воздействие температуры расчетные сопротивления бетона Кь Кь, ег дополнительно умножают на коэффициент условий работы бетона при сжатии уь, и расчетные сопротивления бетона Кь, Кь, .,ег _ на коэффициент условий

работы бетона при растяжении уЬ1. Эти коэффициенты условий работы принимают в зависимости [59, табл. 16] от длительности нагрева и температуры бетона, его состава [59, табл. 11].

Коэффициент условий работы для бетона уь и арматуры уй принимают по [59, табл. 16]. Среднюю температуру сжатой зоны прямоугольных сечений при допускается назначать по температуре бетона, расположенного на расстоянии 0,2И от сжатой

зоны сечения. При этом

(11.3)

где характеристика сжатой зоны бетона

(11.4)

- напряжение в арматуре, принимается равным для арматуры классов:

(11.5) (116)

(11.7) (118)

здесь - коэффициент, применяемый в зависимости от вида и класса арматуры, точности нагрева, температуры нагрева арматуры

[59, табл. 35].

При расчет производится по формулам СНиП 2.03.01-84 с учетом влияния температуры на расчетные сопротивления

бетона и арматуры. Так, расчеты прочности изгибаемых прямоугольных элементов производятся из условия

(119)

Высота сжатой зоны определяется из формулы

(11.10)

Внецентренно сжатые железобетонные элементы рассчитывают как с учетом начального эксцентриситета еа, так и температурного выгиба £:

(1111)

<< | >>
Источник: Антонов В. М., Леденев В. В., Скрылев В. И. Учебное пособие Редак ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЙ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ. 2002

Еще по теме ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР НА БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ:

  1. 11 ПОВЫШЕННЫЕ И ВЫСОКИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
  2. Воздействие отрицательной температуры
  3. КОРРОЗИЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ
  4. МЕТОДЫ УСТРАНЕНИЯ ДЕФЕКТОВ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
  5. ПРИЕМКА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ
  6. ПРОИЗВОДСТВО БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ
  7. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ
  8. ПРОИЗВОДСТВО БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ
  9. Железобетонные конструкции
  10. 3.8. АРМИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
  11. 9.1.4. Железобетонные фермы: область распространения и конструкции