РАЗДЕЛ 2
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЖАРНОЙ СРЕДЫ НА МОНОЛИТНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ
2.1 Температурное поле в сечении плит монолитных конструкций при стандартном пожаре
Распределение температуры по толщине железобетонных плит рассчитывается на основе решения нелинейного дифференциального уравнения теплопроводности для одномерного теплового потока, которое имеет вид:
(2.1)
с граничными условиями:
для конвективного теплообмена по закону Ньютона
, (2.2)
где ? - коэффициент теплоотдачи Вт/(м2-град)
и лучистого теплообмена по закону Стефана-Больцмана:
(2.3)
Коэффициенты теплопроводности ?, Вт/(м??С) и удельной теплоемкости с, кДж/(кг ?С) тяжелого бетона определялись зависимостями:
; (2.4)
(2.5)
Температура окружающей среды определяется по ДСТУ [ ] для режима стандартного пожара
Тs = 345 lg (8? +1) +20 (2.6)
Коэффициенты в формулах (2.4)-(2.5) зависят от состава бетона.
В зарубежной и отечественной нормативной литературе используют готовые графики, составленные для тяжелых бетонов на силикатном и карбонатном заполнителях для унифицированноо ряда высоты сечения 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180 и 200 мм.. Такие графики для указанных бетонов приведены на рис.2.1 - 2.4 [50, 86, 89, 93].
2.2 Эквивалентные температурные поля для расчета температурных усилий в конструкциях плит
Для использования этих графиков их следует перестроить в координатах (t - Z) для выбранных моментов времени, в результате чего будут получены нелинейные по высоте сечения распределения температуры, в том числе с известными значениями не обогреваемой и противоположной не обогреваемой поверхности. Эти значения используются для определения физико- механических характеристик бетонов по высоте, однако для проведения прочностных расчетов требуются так называемые эффективные (по Еврокоду) эквивалентные линейные зависимости, определяемые в программых комплексах значениями t1 - на не обогреваемой и t2 - на обогреваемой поверхности плиты.
Именно по этим величинам проводится исследование температурных воздействий пожарной среды на монолитные железобетонные перекрытия, которые проявляются в возникновении в них усилий и напряжений в результате вынужденных деформаций от нагрева и изменения физико-механических характеристик бетона и арматуры.
Современные вычислительные программные комплексы для расчета температурных усилий требуют задания средней по сечению температуры Т1=(t1-t2)/2 и величины температурного перепада по направлению Z Т2=t1-t2.
Рис. 2.1 Температура прогрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе в плитах высотой сечения 40, 60, 80, 100 и 120 мм при одностороннем воздействии стандартным пожаром
Рис. 2.2 Температура прогрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе в плитах высотой сечения 140, 160, 180 и 200 мм при одностороннем воздействии стандартным пожаром
Рис. 2.3 Температура прогрева тяжелого бетона на карбонатном заполнителе в плитах высотой сечения 40, 60, 80, 100 и 120 мм при одностороннем воздействии стандартным пожаром
Рис.2.4 Температура прогрева тяжелого бетона на карбонатном заполнителе в плитах высотой сечения 140, 160, 180 и 200 мм при одностороннем воздействии стандартным пожаром
Разработана методика их расчета, по которой получены эквивалентные распределения температуры по высоте сечения плит наиболее распространенной толщины 60, 100, 200 мм из тяжелого бетона на гранитном заполнителе при одностороннем огневом воздействии стандартного пожара. В результате линейной аппроксимации получены расчетные эквивалентные температуры Т1 и Т2, необходимые для задания температурных нагрузок.
Для определения этих значений при нелинейном температурном поле предложено использовать программное графическое обеспечение табличного процессора Exel for Windows. Решение проводится в следующей последовательности. Составляется таблица зависимости распределения температуры по высоте сечения, по ней строится диаграмма, вводится линия тренда, задается аппроксимация в виде регрессии и вывод формулы на диаграмму. В результате этих действий реализуется метод наименьших квадратов при линейной аппроксимации, т. е., другими словами, определяются температуры, соответствующие температурной кривизне при возникновении собственных напряжений.
По этому методу получены эквивалентные распределения температуры по высоте сечения плиты 100 мм из тяжелого бетона на силикатном (гранитном) заполнителе при одностороннем огневом воздействии стандартного пожара
Т = -7.1681x + 884.02 для 150 мин Т1 = 884?С, Т2 = 167?С
Т = -7.1974x + 837.76 120 мин Т1 = 838?С, Т2 =118?С
Т = -6.9912x + 710.88 75 мин Т1 = 711?С, Т2 =12?С
Т = -6.7456x + 640.44 60 мин Т1 = 640?С, Т2 = -34?С
Т = -6.0643x + 545.23 45 мин Т1 = 545?С, Т2 = -61?С
Т = -4.75x + 402.5 30 мин Т1 = 403?С, Т2 = -72?С
Т = -3.2178x + 254.88 15 мин Т1 = 255?С, Т2 = -67?С
Рис. 2.5 Распределение температуры по высоте сечения плиты 100 мм на тяжелом бетоне на силикатном заполнителе при одностороннем огневом воздействии стандартного пожара
В таблице 2.1 приведен пример определения эквивалентных температур для железобетонных сплошных плит на силикатном заполнителе при длительности пожара 30, 45 и 60 м