Железобетон

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫЕ В УСЛОВИЯХ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТЕМПЕРАТУР

1. Расчетные характеристики бетона и арматуры при нагреве

Железобетонные конструкции отдельных цехов про­мышленных зданий могут подвергаться систематическому воздействию технологических температур выше 50 °С (литейные, электроплавильные и аналогичные горячие цехи).

При систематическом воздействии технологической температуры до 200°С применяют обычный железобетон, на портландцементе (или шлакопортландцементе); если температура выше 200 °С, применяют специальный жа­ростойкий бетон.

'Ниже рассматриваются конструкции из обычного тя­желого бетона.

Прочность бетона при систематическом нагреве под влиянием нарушения структуры бетона снижается. С повышением температуры до 200 °С снижение прочно­сти при сжатии может достигать 30—40%, что должно учитываться в расчетах конструкций.

Значения расчетных и нормативных сопротивлений бетонов умножают на коэффициенты: уь, уы— учиты­вающие снижение сопротивления бетона сжатию и рас­тяжению при кратковременном нагреве;, уы, уьи — то же,
при длительном нагреве. Значения коэффициентов в за­висимости от температуры нагрева бетона от 50 до 200 °С приведены в табл. XVII.1.

Таблица XVII. I. Значения коэффициентов, учитывающих снижение расчетных и нормативных сопротивлений и модули упругости бетона в условиях систематического воздействия технологических температур

Bsi = «si (XVII. 6)

Коэффициент температурной усадки при нагреве до 100°С принимают 2,5- • 10—®, при нагреве до 200 °С — аи = 2,25-10-8 (рис. XVI 1.4).

Температурное расшире­ние бетона является обра­тимой деформацией, которая пропорциональна темпера­туре нагрева:

Et = att; (XVII. 7)

Деформативность бетона при систематическом нагре­ве увеличивается под влиянием снижения модуля упру­гости бетона, значение которого принимается равным:

ЕЫ = ЕЬ рь; (XVII. 5)

Значения коэффициента |3& в зависимости от температу­ры нагрева приведены в табл. XVII. I.

Температурная усадка бетона возникает при первом иагреве и является необра­тимой деформацией, которая увеличивается с повышением температуры нагрева:

1 — температурное расшире­ние; 2 — суммарнав темпера­турная деформация прн пер­вом нагреве; 3— деформации прн повторных нагревах и охлаждениях; 4 — деформация прн охлаждении после первого нагрева; 5 — температурная усадка

Коэффициент температурного расширения при нагреве до 100 °С принимают af = 12,5-10—6, при нагреве до 200 °С — о» = 11,75 ■ 10-6.

Суммарная температурная деформация бетона при нагреве (см. рис. XVII.4) 1

4t = et — esi = {Щ — asd і = abft. (XVII. 8}

Коэффициент суммарной температурной деформации ] при нагреве до 100 °С принимают сш=10-Ю-6, при на­греве до 200 °С — сш=9,5- Ю-6. 'і

Нормативное значение плотности тяжелого бетона, высушенного до постоянной массы, принимается равным 2300 кг/м3, а нормативное значение средней плотности железобетона — 2400 кг/м3.

Для армирования железобетонных конструкций, ра­ботающих в условиях систематического воздействия технологических температур до 200 °С, применяют арма­турные стали, предусмотренные для обычных условий,- но с учетом дополнительных требований. Чтобы не утра­чивался эффект упрочнения холодным деформированием,, максимальная температура нагрева проволочной армату­ры классов Bp-I, B-II, Вр-11, а также арматурных кана­тов не должна превышать 150 °С.

При циклическом режиме нагрева предварительно напряженных конструкций, армированных проволочной арматурой или изделиями из нее, температура нагрева арматуры не должна превышать 100 °С. Под цикличес­ким нагревом подразумевается такой режим, при кото­ром не менее чем раз в сутки температура нагрева кон­струкции может изменяться более чем на 30 % или не менее чем раз в неделю на 100 %. При более высокой температуре нагрева расчетные характеристики обыкно­венной арматурной проволоки в сварных сетках и карка­сах принимают такими же, как для арматуры класса A-I.

Прочность стержней и проволочной арматуры при нагреве снижается иа 5—15 %. Расчетные и нормативные сопротивления арматуры умножают на коэффициенты Ys, у si, учитывающие снижение сопротивления арматуры при кратковременном и длительном нагреве (табд. XVII.2).

Модуль упругости стальной арматуры при нагреве до 200°С снижается незначительно (на 4%). В расчетах

Таблица XVII.2. Значение коэффициентов для учета снижения расчетных и нормативных сопротивлений н модуля упругости стальной арматуры в условиях систематического воздействия технологических температур

Est = Es (XVII.9)

Значения ps приведены в табл. XVII.2.

Температурный коэффициент линейного расширения стальной арматуры ast в зависимости от вида арматуры и температуры нагрева принимают по табл. XVII.2. В железобетонных элементах с трещинами принимают среднее значение температурного расширения арматуры в бетоне:

«s(m = ам + (ctst — аы) k; (XVII. 10)

Коэффициент k зависнт от процента армирования про­дольной арматурой и принимается по табл. XVII.3.

Таблица XVII.3. Значення коэффициента k

Полная величина потерь предварительного напряже­ния арматуры складывается из основных потерь при нормальной температуре и дополнительных потерь, вы­званных действием температуры. Дополнительные поте­ри принимаются равными: а) 30 % потерь от ползучести бетона при нормальной температуре; б) дополнительным потерям от релаксации напряжений в арматуре

Его принимают

0,0013 (ts-t0)o01, (XVII. 11)

Где t» — температура нагрева арматуры при эксплуатации; t0 — тем­пература арматуры после натяжения, которая может приниматься равной 20 °С.

Диаметр рабочей арматуры при температуре ее на­грева до 100 °С рекомендуется принимать не более 25 мм, а при температуре ее нагрева до 200 °С —не более 20 мм.

Анкеровка рабочей арматуры при температуре ее на­грева более 100 °С увеличивается на пять диаметров ан - керуемых стержней. Кроме того, к каждому растянутому продольному стержню следует приваривать не менее двух поперечных стержней.

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арма­туры при температуре нагрева 100—200 °С должна уве­личиваться на 5 мм и приниматься не менее 1,5 диамет­ра рабочей арматуры.

Прочность сцепления арматуры с бетоном при нагре­ве до 200 °С и последующем охлаждении практически не снижается.

2. Определение деформаций и усилий, вызванных действием температуры

Распределение температур в железобетонных конст­рукциях при установившемся потоке тепла рассчитыва­ют методами строительной теплотехники. Температуру арматуры в сечениях железобетонных элементов прини­мают равной температуре бетона в месте ее расположе­ния.

При линейном распределении температур по высоте сечения свободную температурную деформацию е< эле­мента определяют на уровне оси, проходящей через центр тяжести сечения, а кривизну оси при изгибе 1/г* принимают равной тангенсу угла наклона на эпюре де­формаций:

А) в железобетонном элементе без трещин (рис. XVII.5, а)

St = [ам tb (ft -10 + аь, tbly] Y,/ft; (XVII. 12) 1 /г, = (аьп tbl - аы tb) Y,/ft; (XVII. 13)

Б) в железобетонном элементе с трещинами в растя­нутой зоне при расположении растянутой зоны у менее нагретой грани (рис. XVII.5, б)

Е< = [astm U (fto —Уі) + аЫ У Yf/V. (XVII. 14)

1 Irt = («ь< tb - <W ts) Y</V. (XVII. 15)

В) в железобетонном элементе с трещинами в растя­нутой зоне и расположении растянутой зоны у более на­гретой грани (рис. XVII.5, в) et определяют по формуле (XVII.14):

1 Irt = (aSfm ts - аы tb) yt/h0, (XVII.16)

Где tb, tb, t, — температура нагрева бетона и арматуры; yt — коэф­фициент перегрева, принимаемый равным 1,1 при расчете по первой группе предельных состояний и равный 1 при расчете по второй груп­пе предельных состояний; у, у, — расстояния от оси, проходящей че­рез центр тяжести сечеиия до наименее нагретой грани и до точки приложения усилия в растянутой арматуре.

Прогиб элемента, выз­ванный неравномерным на­гревом,

Ft = st{l/rt)p-, (XVII. 17)

Коэффициент st зависит от условий закрепления элемен­та по краям; при свободном опирании st = у8.

Температурный момент от неравномерного нагрева в элементах, заделанных на опоре, а также в замкнутых рамах с одинаковыми сече­ниями

А — бетонном; б — железобе­тонном с растянутой зоной у менее нагретой грани; в — то же, у более нагретой грани; 1 — распределение температу­ры; 2 — распределение темпе­ратурных удлинений

Mf = (l/rf)B, (XVII. 18) где В — жесткость элемента.

3. Основные положения рас­чета конструкций с учетом температурных воздействий

Конструкции, находящие­ся в условиях воздействия температур, рассчитывают на возможные неблагопри­ятные сочетания усилий от кратковременного и дли­тельного воздействия темпе­ратуры, собственного веса и внешней нагрузки.

Рис. XV11.5. Расчетные схемы распределения температуры и температурных удлинений в се­чениях

Статически определимые конструкции рассчитывают на действие длительного нагрева, а статически неопре­делимые проверяют на действие первого кратковремен­ного нагрева, когда возникают максимальные темпера­
турные усилия, и на действие длительного нагрева после снижения прочности и жесткости элементов.

Расчет по первой группе предельных состояний — по прочности — ведется на действие расчетных нагрузок, по выносливости — на действие нагрузок с коэффициен­том надежности ^ = 1. Расчет по второй группе предель­ных состояний ведется на действие нагрузок с коэффи­циентом надежности у<=1. Усилия от температуры вво­дят в расчет с коэффициентом перегрева yt (см. выше).

Расчетные и нормативные сопротивления бетона и арматуры вводят в расчеты по первой и второй группам предельных состояний сниженными в зависимости от температуры и длительности нагрева конструкции. • ^

Расчетные сопротивления бетона сжатию устанавли­вают в зависимости от средней температуры сжатой зо­ны, для тавровых сечений — в зависимости от средней температуры свесов полки.

В расчетах по образованию трещин сопротивление бетона растяжению при кратковременном нагреве Rbt, serybt и При длительном нагреве Rbt. serybtl опреде­ляют для температуры нагрева бетона на уровне растя­нутой арматуры. В этих расчетах геометрические харак­теристики приведенного сечения определяют с учетом влияния температуры.

Ширину раскрытия трещин, нормальных к продоль­ной оси элемента, вызванных действием температуры, собственного веса и внешней нагрузки, определяют по формулам гл. VII. К этой ширине раскрытия трещин не­обходимо добавить ширину раскрытия трещин, вызван­ную разностью коэффициентов температурного расшире­ния арматуры в бетоне и суммарной температурной де­формации бетона, по формуле

ACrc, t = («Stm — a bi) h 'crc - (XVII. 19)

Перемещения, кривизны и жесткости В элементов, не имеющих трещин в растянутой зоне, определяют по формулам гл. VII. При этом модуль упругости бетона Еь заменяют на Еы, значение которого устанавливают по температуре нагрева центра тяжести сечения, коэф­фициент 0,85 заменяют коэффициентом 0,75, а коэффи­циент с при длительном нагреве принимают равным 3.

Перемещения, кривизны и жесткости В элементов, эксплуатируемых с трещинами в растянутой зоне, также определяют по формулам гл. VII, но по значениям со - •яротивлений материалов и модулей упругости материа­лов, соответствующим температуре нагрева. Значение коэффициента упругих деформаций v при длительном нагреве принимают при сухом и нормальном режиме равным 0,15, при влажном режиме—0,1.