Свойства бетона и арматуры при огневом воздействии и после него

Бетон

5.1 Нормативные R_bn и расчетные R_b, R_{b, ser} сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) и растяжению R_btn, R_bt и R_{bt, ser}, начальный модуль упругости Е_b и модуль деформации бетона при сжатии Е_bτ следует принимать по действующим нормативным документам.

При пожаре железобетонные конструкции в нагруженном состоянии подвергаются высокотемпературному огневому воздействию, которое изменяет свойства бетона. Изменение нормативного и расчетного сопротивлений бетона на осевое сжатие с увеличением температуры учитывается коэффициентом условий работы бетона γ _bt:

R_bnt = R_bnγ _bt; R_{b, tem} = R_bγ _bt; R_{b, ser, t} = R_{b, ser}γ _bt. (5.1)

Значение коэффициента условия работы γ _bt принимают по средней температуре бетона при расчете по формулам:

сжатой зоны - (8.9, 8.10, 8.24 - 8.26, 8.39, 8.40);

сжатой полки - (8.15, 8.16, 8.17);

сжатого ребра - (8.16, 8.17);

поперечного сечения - (8.22, 8.56);

по температуре крайнего волокна - (5.6, 5.7);

по температуре в зоне анкеровки - (8.14).

Значение коэффициента условий работы бетона на сжатие γ _bt разрешается принимать равным единице (γ _bt = 1) при нагреве бетона до критической температуры (п. 4.12) и γ _bt = 0 при нагреве бетона выше критической температуры.

При расчете огнестойкости и огнесохранности по деформационной модели и с помощью компьютерных программ необходимо учитывать изменение коэффициента условий работы бетона γ _bt на всем диапазоне температур нагрева бетона.

При этом расчет ведется по геометрическому сечению бетона. Значения коэффициента условий работы бетона на сжатие γ _bt принимают по табл. 5.1 в зависимости от температуры бетона.

5.2 Нормативные R_btn и расчетные R_bt и R_{bt, ser} сопротивления бетона растяжению при огневом воздействии также изменяются. Изменение сопротивлений бетона растяжению с увеличением температуры нагрева учитывают коэффициентом условий работы бетона на растяжение γ _btn

R_btnt = R_btnγ _btt; R_btt = R_btγ _btt; R_{bt, ser, t} = R_{bt, ser}γ _btt. (5.2)

При расчете на поперечную силу (формулы 8.58, 8.62, 8.64) значения коэффициента γ _btt принимают по средней температуре бетона сечения; при расчете усилия в зоне анкеровки (8.14) - по температуре анкерующего стержня арматуры. Значения коэффициента γ _tt принимают: при 50 °С - 0, 80; 100 °С - 0, 75; 150 °С - 0, 70; 200 °С - 0, 65; 300 °С - 0, 50; 400 °С - 0, 35; 500 °С - 0, 20, 600 °С - 0, 05.

Таблица 5.1

Вид бетона	Коэффициент	Значение коэффициентов γ bt, β b и φ b, cr для бетона при температуре, °С
Тяжелый, на силикатном заполнителе	γ bt	1, 0 1, 0	0, 98 0, 95	0, 95 0, 90	0, 85 0, 80	0, 80 0, 70	0, 60 0, 50	0, 20 -	0, 10 -
β b	1, 0	0, 70	0, 50	0, 40	0, 30	0, 20	0, 10	0, 05
φ b, cr	1, 5	3, 0	5, 7	9, 0	13, 0	19, 0	-	-
Тяжелый на карбонатном заполнителе	γ bt	1, 0 1, 0	1, 0 0, 95	0, 95 0, 90	0, 90 0, 85	0, 85 0, 80	0, 65 0, 60	0, 30 -	0, 15 -
β b	1, 0	0, 75	0, 55	0, 45	0, 35	0, 25	0, 15	0, 10
φ b, cr	1, 2	2, 4	4, 6	7, 2	10, 0	15, 0	-	-
Конструкционный керамзитобетон	γ bt	1, 0 1, 0	1, 0 1, 0	1, 0 1, 0	0, 95 1, 0	0, 85 0, 95	0, 70 0, 80	0, 50 -	0, 25 -
β b	1, 0	0, 85	0, 80	0, 70	0, 60	0, 45	0, 30	0, 15
φ b, cr	0, 7	3, 2	5, 9	9, 2	13, 5	20, 0	-	-
Примечания 1 Значения коэффициентов γ bt над чертой и β b даны в нагретом состоянии, и они используются при расчете огнестойкости. 2 Значения коэффициентов γ bt под чертой и φ b, cr даны после нагрева в охлажденном состоянии, и они используются при расчете огнесохранности.

5.3 Температуру бетона определяют теплотехническим расчетом (см. раздел 6) или по приложениям А и Б. Среднюю температуру бетона сжатой зоны t_bm, расположенной у нагреваемой грани сечения, допускается принимать:

- при х <  _Rh₀ - по температуре бетона, на расстоянии 0, 2h₀ и для плит 0, 1h₀ от сжатой грани сечения;

- при х ≥ x_Rh₀ и х = h₀ - на расстоянии 0, 5x от сжатой грани сечения.

Среднюю температуру бетона сжатой зоны у ненагреваемой грани сечения балки принимают по рис. 5.1.

5.4 При расчете огнестойкости изменение значения начального модуля упругости при непродолжительном огневом воздействии с увеличением температуры учитывают коэффициентом β _b:

E_bt = E_bβ _b. (5.3)

Значение коэффициента β _b принимают по табл. 5.1 в зависимости от температуры бетона при расчете по формулам:

- в центре тяжести приведенного сечения - (8.11, 8.13);

- i-го сечения - (8.45, 8.48, 8.53-8.55);

- крайнего сжатого волокна - (5.5, 11.31, 11.32).

0588S10-01164

Рисунок5.1 - Средняя температура бетона сжатой зоны (у ненагреваемой стороны) в балке, обогреваемой с трех других сторон, при длительности стандартного пожара по ИСО 834 от 30 до 240 мин

5.5. При расчете огнесохранности и продолжительном действии нагрузки значения начального модуля деформаций бетона определяют по формуле:

E_bτ = E_b/(1 + φ _{b, cr}). (5.4)

Коэффициент ползучести бетона φ _{b, cr} после нагрева принимают по табл. 5.1 для температуры бетона при расчете по формулам:

- в центре тяжести приведенного сечения - (8.11, 8.13);

- для крайнего волокна сжатой зоны бетона - (11.31, 11.32).

Допускается температуру бетона в центре тяжести приведенного сечения принимать равной его средней температуре.

5.6. При нагревании бетона естественной влажности его температурная деформация состоит из двух видов деформаций: обратимой - температурное расширение и необратимой - температурная усадка.

Значения коэффициентов температурной деформации расширения α _bt приведены в табл. 5.2 и температурной усадки α _cs - в табл. 5.3.

Таблица 5.2

Вид бетона	Коэффициент температурного расширения бетона α bt · 10-6, °С-1, при температуре бетона, °С
20 - 50				700 - 1100
Тяжелый на силикатном заполнителе					14, 5
Тяжелый на карбонатном заполнителе					15, 5
Конструкционный керамзитобетон	8, 5	8, 5		5, 5	4, 5

Таблица 5.3

Вид бетона	Коэффициент температурной усадки бетона α cs · 10-6, °С-1, при температуре бетона, °С
20 - 50				700 - 1100
Тяжелый на силикатном заполнителе	0, 5	1, 0	1, 0	-1, 8	-6, 8
Тяжелый на карбонатном заполнителе	0, 5	1, 5	1, 1	1, 3	1, 5
Конструкционный керамзитобетон			1, 5	1, 5	1, 5

5.7 Относительные деформации бетона сжатию при однозначной равномерной эпюре ε _b0 и при двухзначной эпюре в нормальном сечении ε _b2 в зависимости от длительности действия нагрузки и расчета на огнестойкость и огнесохранность принимают по табл. 5.4.

Относительные деформации бетона принимают для наименее нагретого сжатого волокна бетона, так как при неравномерном нагреве сжатого бетона разрушение его происходит по наиболее прочному менее нагретому бетону.

Таблица 5.4

Наименьшая температура нагрева сжатого бетона в сечении, °С	Относительные деформации бетона при сжатии и расчете на
огнестойкость и кратковременное нагружение	огнесохранность и длительное нагружение
ε b1, red · 103	ε b0 · 103	ε b2 · 103	ε b1, red · 103	ε b0 · 103	ε b2 · 103
	0, 15	0, 20	0, 35	0, 28	0, 34	0, 48
	0, 19	0, 25	0, 44	0, 35	0, 43	0, 60
	0, 26	0, 35	0, 61	0, 49	0, 60	0, 84
	0, 38	0, 50	0, 88	0, 70	0, 85	1, 20
	0, 49	0, 65	1, 14	0, 91	1, 11	1, 56
	0, 68	0, 90	1, 58	1, 26	1, 53	2, 16

5.8 При расчете огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций по деформационной модели может быть использована двухлинейная диаграмма состояния сжатого бетона.

При двухлинейной диаграмме (рис. 5.2) сжимающие напряжения бетона σ _b в зависимости от относительных деформаций ε _b определяют по формулам:

при 0 < ε _b < ε _b1

σ _b = E_{b, red, t}ε _b; (5.5)

при ε _b1 < ε _b < ε _b2

σ _b = R_bnt; σ _b = R_bt, (5.6)

где ε _b1 = R_bt/E_{b, red, t}; ε _b1 = R_bnt/E_{b, red, t}.

Значение приведенного модуля деформаций E_{b, red, t} принимают:

E_{b, red, t} = R_bnt/ε _{b1, red}; E_{b, red, t} = R_bt/ε _{b1, red}.

0588S10-01164

Рисунок5.2 - Диаграмма деформирования бетона при расчете огнестойкости и огнесохранности

Базовые точки диаграммы - относительные деформации бетона σ _{b1, red}, σ _b0 и σ _b2 принимают по табл. 5.4 в зависимости от наименьшей температуры сжатого бетона, продолжительности действия нагрузки и расчета конструкции на огнестойкость или огнесохранность.

5.9 При расчете огнестойкости железобетонных конструкций используют диаграммы деформирования бетона при сжатии от кратковременного огневого воздействия в нагретом состоянии при пожаре. Диаграммы деформирования бетона на сжатие строят в зависимости от изменения нормативного сопротивления бетона сжатию при кратковременном огневом воздействии.

При расчете огнесохранности железобетонных конструкций после пожара используют диаграммы деформирования бетона при сжатии после огневого воздействия в охлажденном состоянии. Диаграммы деформирования бетона на сжатие строят в зависимости от изменения расчетного сопротивления бетона сжатию после огневого воздействия.

Арматура

5.10 Нормативные R_sn и расчетные R_s, R_sc сопротивления арматуры и модуль упругости арматуры E_s следует принимать по действующим нормативным документам.

При высокотемпературном огневом воздействии изменяются свойства арматуры.

Изменение сопротивления арматуры растяжению и сжатию с повышением температуры учитывают коэффициентом условий работы γ _st = γ '_st:

R_snt = R_snγ _stR_st = R_sγ _st; (5.8)

R_sct = R_scγ '_st R_swt = R_swγ '_st. (5.9)

Изменение модуля упругости арматуры с повышением температуры учитывают коэффициентом β _s:

E_st = E_sβ _s. (5.10)

Значения коэффициентов γ _st, β _s принимают по табл. 5.5 в зависимости от температуры растянутой и сжатой арматуры.

Таблица 5.5

Класс арматуры	Коэффициент	Значение коэффициентов γ st, β s при нагреве арматуры до температуры, °С
А240, А300, А400, А500	γ st	1, 0 1, 0	1, 0 1, 0	1, 0 1, 0	0, 85 1, 0	0, 60 1, 0	0, 37 1, 0	0, 22 0, 92	0, 10 0, 85
β s	0, 1	0, 92	0, 90	0, 85	0, 80	0, 77	0, 72	0, 65
А540, А600, А800, А1000	γ st	1, 0 1, 0	1, 0 1, 0	0, 96 1, 0	0, 80 1, 0	0, 55 0, 86	0, 30 0, 66	0, 12 0, 56	0, 08 0, 46
β s	1, 0	0, 90	0, 85	0, 80	0, 76	0, 70	0, 66	0, 61
В500, Вр1200, Вр1300, Вр1400, Вр1500, К1400, К1500	γ st	1, 0 1, 0	1, 0 1, 0	0, 90 1, 0	0, 65 0, 90	0, 35 0, 80	0, 15 0, 60	0, 05 0, 50	0, 02 0, 40
β s	1, 0	0, 94	0, 86	0, 77	0, 64	0, 55	0, 45	0, 35
Примечания 1 Значения коэффициента γ st над чертой и значения коэффициента β s даны в нагретом состоянии, и они используются при расчете огнестойкости. 2 Значения коэффициента γ st под чертой даны после нагрева в охлажденном состоянии, и они используются при расчете огнесохранности. 3 Значения коэффициента β s после нагрева равны 1.

Относительные деформации удлинения арматуры ε _s0 при достижении напряжением расчетного сопротивления определяют как упругие:

ε _s0 = R_st/E_st. (5.11)

5.11 При расчете железобетонных элементов по деформационной модели в качестве расчетной диаграммы состояния (деформирования) арматуры, устанавливающей связь между напряжениями σ _s и относительными деформациями ε _s арматуры, может быть использована наиболее простая двухлинейная диаграмма (рис. 5.3).

Диаграммы состояния арматуры при растяжении и сжатии принимают одинаковыми.

0588S10-01164

Рисунок 5.3 - Диаграмма деформирования арматуры при расчете огнестойкости и огнесохранности

Напряжение в арматуре σ _s в зависимости от относительных деформаций ε _s согласно диаграмме состояния арматуры определяют по формулам:

при 0 < ε _s < ε _s0 σ _s = E_stε _s; (5.12)

при ε _s0 ≤ ε _s ≤ ε _s2 σ _s = R_snt; σ _s = R_st. (5.13)

Значения предельной относительной деформации арматуры составляют:

при t_s = 20 - 200 °С ε _s2 = 0, 0025;

при t_s ≥ 500 °С ε _s2 = 0, 0050;

при 200 °С < t_s < 500 °С - по интерполяции.

5.12 При расчете огнестойкости железобетонных конструкций используют диаграммы деформирования арматуры при растяжении и сжатии от кратковременного огневого воздействия в нагретом состоянии.

Диаграммы деформирования арматуры строят в зависимости от изменения нормативного сопротивления арматуры растяжению и расчетного сопротивления сжатию при кратковременном огневом воздействии.

5.13 При расчете огнесохранности железобетонных конструкций после пожара используют диаграммы деформирования арматуры после огневого воздействия в охлажденном состоянии.

Диаграммы деформирования арматуры строят в зависимости от изменения расчетного сопротивления арматуры растяжению или сжатию после огневого воздействия.

5.14 С повышением температуры арматурная сталь расширяется. Коэффициент температурного расширения арматуры α _st повышением температуры возрастает и он больше коэффициента температурной деформации бетона (табл. 5.6).

Таблица 5.6

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: