Статически неопределимые конструкции

8.36 В статически неопределимых конструкциях, выполненных из монолитного железобетона (плитах, балках, ригелях и колоннах), огнестойкость больше, чем в сборном железобетоне. Однако в многопролетных многоэтажных зданиях и сооружениях при локальном пожаре в одном пролете или на одном этаже взаимодействие отдельных монолитно сопряженных элементов приводит к возникновению дополнительных усилий в других пролетах, где нет пожара.

8.37 Усилия в статически неопределимой конструкции сначала определяют по формулам строительной механики как в упругой системе. Единичные и грузовые перемещения определяют с помощью формулы Мора, в которой сдвиговые деформации, как правило, отбрасывают.

Перемещения в основной системе, вызванные воздействием температуры в i-м направлении, равны:

_{0588S10-01164}

(8.68)

где M_i и N_i - изгибающий момент и продольная сила в сечении х-элемента основной системы от действия в i-м направлении соответствующей единичной силы;

(1/r)_tx, ε _tx - температурные кривизна и деформация х-элемента, вызванные огневым воздействием.

Изгибающий момент от неравномерного нагрева по высоте сечения элемента, заделанного на опорах, а также в замкнутых рамах кольцевого, квадратного и прямоугольного очертаний, имеющих одинаковое сечение, определяют по формуле:

M_t = (1/r)_tD, (8.69)

где (1/r)_t - температурная кривизна;

D - жесткость сечения в предельной по прочности стадии.

Продольные температурные деформации в железобетонном элементе могут вызвать напряжения сжатия при несмещаемых опорах и увеличение эксцентриситета сжимающей силы в колоннах от температурного удлинения ригеля.

8.38 В элементах статически неопределимых железобетонных конструкций от силовых и огневых воздействий происходит перераспределение усилий. Расчет в упругой системе является ориентиром для учета перераспределения усилий методом предельного равновесия.

Перераспределение усилий происходит от развития пластических деформаций арматуры в бетоне и образования и раскрытия трещин в момент исчерпания несущей способности элемента системы. Усилия в каждом элементе конструкции ограничены предельными условиями, с достижением которых деформации этих элементов могут достаточно сильно возрастать, образовывая пластические шарниры. Пластические шарниры превращают статически неопределимую конструкцию в изменяемую, в которой рост деформаций происходит без возрастания усилий. Статически неопределимую конструкцию в состоянии предельного равновесия следует представлять как разделенную на части пластическими шарнирами.

8.39 Согласно положениям метода предельного равновесия в однопролетной балке, заделанной на опорах, при увеличении равномерно распределенной нагрузки сначала образуются пластические шарниры на опорах, а затем - в пролете (рис. 8.10).

8.40 В статически неопределимом железобетонном элементе, заделанном на опорах, от одностороннего огневого воздействия возникает температурный момент, который приводит к образованию пластических шарниров на опорах, где моменты от нагрузки и температурного перепада по высоте сечения суммируются (см. рис. 8.10).

Температурные усилия влияют на образование пластических шарниров, но значение их снижается на 50 % из-за развития пластических деформаций бетона и арматуры, нагретых до высоких температур. Усилия при образовании пластических шарниров будут равны:

М_ош = М₀ + 0, 5M_t, (8.70)

где М_ош, М₀ и M_t - моменты при образовании пластических шарниров на опорах от нагрузки и огневого воздействия.

В пролете момент от нагрузки снижается из-за образования температурного момента другого знака. После образования опорных пластических шарниров железобетонный элемент превращается в статически определимую конструкцию. Температурный момент в пролете уменьшается и остается только момент от нагрузки. Полное разрушение элемента происходит при образовании пластического шарнира в середине пролета, когда резко увеличиваются пластические деформации арматуры при более высоких величинах нагрузки и температуры нагрева, чем в простой балке.

0588S10-01164

1 - момент от равномерно распределенной нагрузки; 2 - температурный момент от огневого воздействия; 3 - суммарный момент до образования пластических шарниров на опорах; 4 - суммарный момент при образовании пластического шарнира в пролете

Рисунок 8.10 - Моменты в статически неопределимой конструкции

8.41 Снижение прочности сечений на опорах происходит из-за прогрева сжатого бетона и арматуры до высоких температур.

При трехстороннем обогреве опорного сечения статически неопределимых балок бетон сжатой зоны нижней и боковых граней сечения, нагретый до температуры выше критической, выключается из работы. Прочность опорных сечений снижается, в основном, за счет нагрева бетона сжатой зоны до критической температуры и, вследствие этого, уменьшения рабочей высоты сечения (рис. 8.11).

Глубина прогрева бетона a_t до критической температуры у нагреваемых граней сечения балки находится по рис. 5.1.

8.42 Прочность пролетных сечений снижается из-за нагрева растянутой арматуры до критической температуры.

Разрушение сечений происходит от снижения нормативного сопротивления нагретой арматуры до рабочих напряжений. Преждевременного разрушения сжатой зоны пролетных сечений до начала увеличения пластических деформаций арматуры не происходит, так как она находится под действием меньших усилий, чем до начала огневого воздействия. Прочность пролетных сечений статически неопределимых железобетонных балок при трехстороннем огневом воздействии вычисляют по формуле (8.9).

0588S10-01164

Рисунок 8.11 - Схема усилий и эпюра напряжений в опорном сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого статически неопределимого железобетонного элемента, при трехстороннем обогреве сжатой зоны при пожаре и расчете огнестойкости

8.43 Для статически неопределимых конструкций предел огнестойкости рассчитывают следующим образом.

8.43.1 Устанавливают возможность огневого воздействия на все несущие элементы системы и их минимальные пределы огнестойкости по потере несущей способности.

8.43.2 Теплотехническим расчетом или по материалам приложений А и Б от воздействия стандартного пожара длительностью, соответствующей принятому пределу огнестойкости, находят температуры нагрева бетона и арматуры в поперечном сечении несущего элемента системы.

8.43.3 Для каждого элемента от непродолжительного действия нормативных постоянных и временных длительных нагрузок находят их неблагоприятное сочетание.

8.43.4 При расчете упругой системы статически неопределимую конструкцию путем устранения лишних связей превращают в изменяемую систему.

8.43.5 Методом предельного равновесия для расчета несущей способности используют перераспределения усилий и изменяют значения лишних неизвестных, полученных из расчета по упругой системе.

8.43.6 По найденным значениям усилий определяют жесткость сечения. Жесткость следует определять по приведенным сечениям с учетом наличия трещин от огневого воздействия по всей длине элемента и изменения физико-механических свойств бетона и арматуры от нагрева. При определении приведенного сечения сечение разбивают на участки по высоте и ширине. Бетон и арматуру каждого участка приводят к ненагретому, более прочному бетону. Жесткость элементов по всей его длине может быть определена методом последовательных приближений.

8.43.7 Температурные усилия и деформации учитывают от неравномерного нагрева по высоте сечения элемента и от температурного расширения по длине элемента.

8.43.8 Требуемый предел огнестойкости каждого элемента будет обеспечен, если усилия от нормативной нагрузки и температуры будут больше или равны усилиям от нормативной нагрузки до пожара.

8.44 При проверке прочности сечений железобетонных элементов в условиях огневого воздействия можно использовать метод конечных элементов.

Несущую способность элемента в нормальном расчетном сечении определяют суммой несущей способности отдельных конечных элементов (бетонных и арматурных), на которые разбивается сечение. Оценка несущей способности каждого элемента (бетонного и арматурного) основана на предварительном выявлении степени изменения прочностных и деформативных свойств бетона и арматуры в сечении рассматриваемого элемента, при заданной длительности температурного воздействия в условиях «стандартного пожара». При этом прочность и деформативность бетона и арматуры в каждом конечном элементе устанавливают по температуре в центре элемента, который одновременно является узлом координатной сетки, накладываемой на поперечное сечение конструкции при определении температурного поля (п. 6.2).

В расчет включают только те конечные бетонные элементы, которые располагаются в сжатой зоне. Конечные арматурные элементы учитываются полностью, независимо от расположения в сжатой или растянутой зонах сечения.

Высота сжатой зоны сечения в первом приближении задается величиной, равной (0, 4 - 0, 5)h₀, и в дальнейшем корректируется на основе удовлетворения необходимого условия предельного состояния конструкции в рассматриваемом промежутке времени огневого воздействия.

8.45 В общем случае расчет предела огнестойкости по потере несущей способности статически неопределимой конструкции осуществляется методом предельного равновесия в зависимости от схемы разрушения системы в целом, когда она превратится в механизм. Однако за предел огнестойкости конструкции следует принимать минимальный предел одного несущего элемента системы. Наступление предела огнестойкости одного несущего элемента системы не всегда приводит к обрушению всей конструкции. Однако с практической точки зрения, такой вид отказа необходимо учитывать.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: