Теплотехнический расчет железобетонных конструкций
6.1 Для определения предела огнестойкости железобетонных конструкций необходимо знать распределение температур по бетону поперечного сечения элемента от воздействия стандартного пожара. Согласно положениям ГОСТ 30247.0, стандартный температурный режим пожара характеризуется зависимостью
| Т = 345 lg (8τ + 1) + То, | (6.4) |
где Т - температура в печи, соответствующая времени t, °C;
То - температура в печи до начала теплового воздействия (принимают равной температуре окружающей среды), °C;
t - время, исчисляемое от начала испытания, мин.
При начальной температуре То=20°С по уравнению (6.4) температура среды поднимается в зависимости от времени огневого воздействия (табл. 6.1).
Таблица 6.1
| Время, мин. | t, °С | Время, мин. | t, °С | Время, мин. | t, °С |
| 5 | 576 | 50 | 915 | 120 | 1049 |
| 10 | 679 | 60 | 945 | 150 | 1082 |
| 15 | 738 | 70 | 970 | 180 | 1110 |
| 20 | 781 | 80 | 990 | 210 | 1133 |
| 25 | 810 | 90 | 1000 | 240 | 1153 |
| 30 | 841 | 100 | 1025 | 270 | 1170 |
| 40 | 885 | 110 | 1035 | 300 | 1186 |
6.2 Решение задачи нестационарной теплопроводности сводится к определению температуры бетона в любой точке поперечного сечения элемента в заданный момент времени. Функциональная зависимость температуры от времени описывается дифференциальным уравнением теплопроводности Фурье при нелинейных граничных условиях и сложном процессе тепло- и массопереноса.
Алгоритм расчета представляет собой систему уравнений для определения температуры в каждом узле накладываемой на сечение координатной сетки. Координатная сетка накладывается так, чтобы ее узлы располагались не только в толщине сечения, но и по его периметру, а также в центре стержней для конструкций с гибкой арматурой и по длине полок и стенки в середине их толщины для конструкций с жесткой арматурой. Шаг сетки рекомендуется задавать в пределах 0,01-0,03 м, но обязательно больше максимального диаметра рабочей арматуры.
|
|
|
6.3 Для теплотехнического расчета железобетонных элементов рекомендуется принимать коэффициент теплопроводности тяжелого бетона:
на силикатном заполнителе
| λ = 1,2 - 0,00035 t, Вт/(м · °С); | (6.2) |
на карбонатном заполнителе
| λ = 1,14 - 0,00055 t, Вт/(м · °С) | (6.3) |
для конструкционного керамзитобетона
| λ = 0,36 - 0,00012 t, Вт/(м · °С) | (6.4) |
Коэффициент теплоемкости рекомендуется принимать:
для тяжелого бетона на силикатном и карбонатном заполнителях
| С = 0,71 - 0,00083 t, кДж/(кг · °С) | (6.5) |
для конструкционного керамзитобетона
| С = 0,83 - 0,00042 t, кДж/(кг · °С) | (6.6) |
Приведенный коэффициент температуропроводности
| ared = λ/(C + 50W) ρ, м2/ч, | (6.7) |
где λ и С - расчетные средние коэффициенты теплопроводности и теплоемкости бетона при 450°С;
|
|
|
ρ - плотность сухого бетона, кг/м3;
W - весовая эксплуатационная влажность бетона, кг/кг.
В элементах с жесткой арматурой, у которых наблюдается перепад температуры по длине полок и высоте стенок жесткой арматуры, необходимо учитывать теплопроводность стали. Коэффициент теплопроводности стали равен
| λ = 58 - 0,0048t, Вт/(м·°С) | (6.8) |
Коэффициент теплоемкости стали равен
| С = 0,48 - 0,00063 t, кДж/(кг·°С) | (6.9) |
6.4 Для наиболее часто применяемых в строительстве железобетонных конструкций (плит, стен, балок, колонн) были проведены теплотехнические расчеты распределения температур в бетоне поперечного сечения элемента при одно-, двух-, трех-, и четырехстороннем нагреве в зависимости от длительности воздействия стандартного пожара.
Теплотехническому расчету были подвергнуты железобетонные конструкции из тяжелого бетона плотностью 2350 кг/м3, влажностью до (2,5-3) % на силикатном и карбонатном заполнителе, а также из конструкционного керамзитобетона плотностью (1400-1600) кг/м3 с влажностью до 5% (см. приложения А и Б).
Предел огнестойкости плит и стен по потере теплоизолирующей способности
7.1 Температура на необогреваемой поверхности конструкции при одностороннем огневом воздействии зависит от условий теплообмена на этой поверхности, которые характеризуется коэффициентом теплоотдачи.
|
|
|
В расчет вводится среднее арифметическое начального и конечного коэффициентов теплоотдачи. Начальное значение находят при повышении температуры на 1°С на необогреваемой поверхности. Конечное значение коэффициента теплоотдачи определяют при повышении температуры на необогреваемой поверхности до 160°С, т.е. при наступлении предела огнестойкости конструкции по потере теплоизолирующей способности. Затем теплотехническим расчетом находят время достижения предела огнестойкости по потере теплоизолирующей способности.
7.2 Предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности I при одностороннем нагреве плит, стен из тяжелого бетона на силикатном и карбонатном заполнителе и из конструкционного керамзитобетона при длительности огневого воздействия до 300 мин указан на рис. 7.1.
Для многопустотных плит предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности следует умножить на коэффициент 0,65.
0588S10-01164
|
| 1 - тяжелого бетона на силикатном заполнителе; 2 - тяжелого бетона на карбонатном заполнителе; 3 - конструкционного керамзитобетона Рисунок7.1 - Предел огнестойкости по теплоизолирующей способности плит (стен) при одностороннем нагреве бетона от стандартного пожара |
|
|
|
7.3 Оценка предела огнестойкости по потере теплоизолирующей способности бетонных и железобетонных конструкций из высокопрочного бетона возможна после экспериментального установления коэффициентов теплопроводности и теплоемкости при высокотемпературном нагреве для соответствующего вида высокопрочного бетона.
В настоящий момент опытные зависимости теплотехнических характеристик высокопрочных бетонов от температурных воздействий отсутствуют. Теплопроводность высокопрочного бетона, как правило, выше теплопроводности обычного тяжелого бетона нормальной прочности.
Также отсутствуют опытные данные о температурах прогрева по сечению различных видов железобетонных конструкций из высокопрочного бетона при различной длительности пожара.
Применение характеристик и зависимостей для высокопрочного бетона, представленных в настоящей своде правил для обычного тяжелого бетона, возможно после соответствующего экспериментального обоснования идентичности свойств и зависимостей.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 279; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!