СПОСОБ ОЦЕНКИ ОГНЕСТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ С ЗАЩЕМЛЕНИЕМ ПО КОНТУРУ Российский патент 2018 года по МПК G01N25/50 

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений, (далее - зданий). В частности, оно может быть использовано для классификации железобетонных плит с защемлением по контуру по показателям сопротивления их воздействию высоких температур стандартного пожара. Это дает возможность обоснованного использования существующих конструкций с проектным пределом огнестойкости в зданиях, различных по назначению.

Необходимость оценки показателей огнестойкости железобетонных плит перекрытий возникает при реконструкции здания, усилении его конструкций, приведении фактической огнестойкости конструкций здания в соответствие с требованиями современных норм, при проведении экспертизы и восстановлении железобетонных плит после пожара.

Известен способ оценки огнестойкости железобетонной конструкции по результатам исследования последствий натурного пожара. Этот способ включает определение положения балочной плиты в здании, оценку состояния плиты путем осмотра и измерения, изготовление контрольных образцов бетона и арматуры, определение времени наступления предельного состояния железобетонной плиты по потере несущей способности конструкции, то есть обрушения в условиях действия силовой нагрузки и воздействия высокой температуры натурного пожара / Ильин Н.А. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. - М., Стройиздат, 1979, (см. с. 34-35; 90)/ [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе пределы огнестойкости железобетонной плиты определяют приближенно по результатам исследования прошедшего пожара. Детальное исследование пожара предполагает длительную работу эксперта. При этом невозможно оценить огнестойкость натурных железобетонных плит перекрытий, имеющих другие размеры и другую силовую нагрузку. Невозможно сопоставление полученных результатов со стандартными огневыми испытаниями аналогичных железобетонных плит. Поэтому, известный способ дорог, трудоемок и опасен для испытателей.

Известен способ оценки огнестойкости железобетонной плиты перекрытия здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры плиты, выявление условия ее опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния железобетонных конструкции под нормативной нагрузкой в условиях стандартного огневого воздействия / ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции [2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе испытания проводят на образце конструкции, на который воздействуют проектные нормативные нагрузки. Испытания плиты проводят на специальном стендовом оборудовании в огневых печах до ее разрушения. Размеры образца плиты ограничивают в зависимости от размеров проема стационарной печи. Следовательно, стандартные огневые испытания трудоемки, не эффективны, не безопасны, имеют малые технологические возможности для проверки на опыте различных по размерам и различно нагруженных железобетонных плит перекрытий. Результаты огневого испытания единичны и не учитывают разнообразия в закреплении концов конструкций, их натурных размеров, фактического армирования и схемы обогрева опасного сечения испытуемой железобетонной плиты в условиях пожара. Экономические затраты на проведение испытаний возрастают за счет расходов на демонтаж конструкции, транспортирование к месту установки нагревательной печи и на создание в них стандартного теплового режима.

Известен способ оценки огнестойкости железобетонной плиты с опиранием по контуру, включающий проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры плиты, выявление условий ее опирания, выявление предельной (критической) температуры нагрева арматурной стали; определение температур в растянутой арматуре плиты; расчет огнестойкости железобетонной плиты содержит две части: теплотехническую и статическую; решением теплотехнической задачи определяют температурные поля в сечении плиты с использованием степенных алгебраических формул и вспомогательных таблиц: степень нагрева растянутой арматуры определяют в заданные временные промежутки времени стандартного огневого испытания с интервалом 30-60 мин; затем строят график изменения температуры арматуры в заданные промежутки; временя, через которое температура растянутой арматуры (путем интерполирования) будет равна предельной (критической) принимают за предел огнестойкости железобетонной плиты с опиранием по контуру / см. Бушев В.П., Пчелинцев В.А., Яковлев А.И. и др. Огнестойкость зданий. - М.; Стройиздат, 1970. - 261 с. (см. гл. IV Огнестойкость железобетонных конструкций, п. 2 Расчет температур в плоских конструкциях; п. 13 Плиты, опертые по контуру, с. 108-109) [3].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе не учтены особенности статической работы железобетонной конструкции: монолитные узлы сопряжения между элементами перекрытий; схемы внешних нагрузок, интегральной степени напряжения рабочей арматуры; схемы разрушения монолитной железобетонной плиты, образование пластических шарниров; особенности определения изгибаемых моментов вдоль короткого и длинного пролета плиты; аналитическое уравнение для расчета критической (предельной) температуры нагрева не учитывает класс арматуры и ее основные характеристики по прочности, использование графика изменения температуры нагрева растянутой арматуры во время стандартного огневого испытания увеличивают погрешности расчета огнестойкости плиты; алгоритм расчета (особенно теплотехнический части) требует значительного объема оперативной памяти ЭВМ.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ оценки огнестойкости железобетонной конструкции путем испытания, включающего проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры балочной конструкции, выявление условий ее опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по огнестойкости, при этом испытание железобетонной плиты проводят без разрушения по комплексу единичных показателей качества, технический осмотр дополняют инструментальными измерениями геометрических размеров плиты и ее опасных сечений, определяют число и номинальный диаметр стержней рабочей арматуры, их взаимное расположение и толщину защитного слоя бетона, выявляют форму железобетонной плиты, схемы обогрева расчетного сечения при пожаре и условия нагревания рабочей арматуры, устанавливают глубину залегания стержней рабочей арматуры и степень ее огнезащиты, определяют показатели термодиффузии бетона, оценивают характеристики бетона сопротивлению на сжатие и продольной рабочей арматуры сопротивлению на растяжение, устанавливают величину нормативной нагрузки на балочную конструкцию и по ней находят интенсивность напряжения рабочей арматуры, и, используя полученные интегральные параметры балочной конструкции вычисляют фактический предел огнестойкости ее по признаку потери несущей способности /Пат. 2615048 РФ, МПК G01N 25/50. Способ оценки огнестойкости железобетонной балочной конструкции здания./ Ильин Н.А., Панфилов Д.А., заяв. СГАСУ: 05.11.2015; [4], - принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится недостаточная точность в определении проектной огнестойкости по признаку потери несущей способности неразрезной железобетонной плиты. Не учтены характерные свойства статической работы железобетонной конструкции; не учтены особенности оценки величин изгибающих моментов вдоль короткого и длинного пролетов плиты. Аналитическое уравнение для выявления предельной температуры нагрева рабочей арматуры не учитывают вид арматуры и ее основные характеристики термотекучести ее.

Сущность изобретения состоит в установлении показателей пожарной безопасности перекрытий здания в части гарантированной длительности сопротивления железобетонной плиты с жестким опиранием по контуру в условиях пожара; в определении фактических пределов огнестойкости железобетонной плиты здания по признаку потери несущей способности F_U(R), мин.

Технический результат - снижение трудоемкости оценки огнестойкости железобетонной плиты; расширение технологических возможностей определения фактической огнестойкости различно нагруженных плит любых размеров по признакам потери несущей способности; возможность проведения испытания плит перекрытия на огнестойкость без нарушения функционального процесса в здании; снижение экономических затрат на испытание; сохранение эксплуатационной пригодности здания при обследовании и испытании плиты; упрощение условий и сокращение сроков испытания плиты на огнестойкость; повышение точности и экспрессивности испытания; определение реального ресурса железобетонной конструкции по огнестойкости; повышение достоверности определения степени огнезащиты продольной рабочей арматуры плиты, глубины залегания и условий ее обогрева; упрощение учета влияния на предел огнестойкости плиты особенностей статической схемы ее работы; определение проектного предела огнестойкости железобетонной плиты с защемлением по контуру в зависимости от конструктивных параметров по признаку потери несущей способности.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе оценки огнестойкости железобетонной конструкции, включающем проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры железобетонной конструкции, выявление условий ее опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по огнестойкости, испытание железобетонной конструкции без разрушения по комплексу единичных показателей качества, инструментальные измерения геометрических размеров железобетонной конструкции и ее расчетного сечения, определяющие число и диаметр стержней рабочей арматуры, их взаимное расположение и толщину защитного слоя бетона, выявляющие формы железобетонной конструкции, схемы обогрева расчетного сечения при пожаре и условий нагревания рабочей арматуры, установление глубины залегания стержней рабочей арматуры и степени их огнезащиты, установление величины показателя термодиффузии бетона защитного слоя, определение характеристик бетона сопротивлению на сжатие и рабочей арматуры сопротивлению на растяжение, установление величины испытательной нагрузки на железобетонную конструкцию и величины максимальных пролетных и опорных моментов, особенностью является то, что в качестве железобетонной конструкции принимают железобетонную плиту с защемлением по контуру, при этом проектный предел огнестойкости железобетонной плиты по признаку потери несущей способности (F_U(R), мин) определяют, используя аналитическое уравнение (1):

где е - натуральное число (е=2,718), J_σs интенсивность напряжения рабочей арматуры железобетонной плиты; n - показатель термотекучести рабочей арматуры; t_s,u - предельная температура (°C) нагрева рабочей арматуры, С - степень огнезащиты бетоном рабочей арматуры; k₀ - показатель неразрезности железобетонной плиты.

Степень огнезащиты бетоном рабочей арматуры (С) вычисляют по уравнению (2):

где a_min - глубина залегания рабочей арматуры, мм; - показатель термодиффузии бетона, мм²/мин.

Показатели термотекучести рабочей арматуры (n и t_s,cr, °С) железобетонной плиты принимают в зависимости от класса арматуры следующими значениями:

Показатель термодиффузии бетона защитного слоя , мм²/мин, определяют при температуре по аналитическому выражению (3):

где λ₀ и - эмпирические числа для определения показателя теплопроводности бетона, Вт/(м⋅°С); С₀ и d - эмпирические числа для определения удельной теплоемости, кДж/(кг⋅°С); ρ_с - плотность сухого бетона, кг/м³; ω - влажность бетона массовая, %.

Интенсивность силовых напряжений в сечении рабочей арматуре (J_σs≤1) железобетонной плиты вычисляют по аналитическому уравнению (4):

где t_s,cr и t_s,u - соответственно критическая и предельная температура нагрева арматурной стали, °С; n - показатель термотекучести арматурной стали.

Предельную температуру нагрева (t_s,u, °С) растянутой арматуры железобетонной плиты вычисляют по аналитическому уравнению (5):

где t_s,cr критическая температура нагрева растянутой арматуры,°С; ƒ_а - отношение площадей рабочей арматуры в пролете плиты А_к/А_∂; А_к и А_∂ - соответственно проектные площади рабочей арматуры, расположенной по короткому и длинному пролету плиты, мм².

Величину максимальных пролетных (М, кН⋅м) и опорных (; кН⋅м) моментов для расчетной полосы железобетонной плиты определяют, используя уравнения (6) и (7):

где ; α_i и -β_i - расчетные коэффициенты для определения соответственно пролетных и опорных изгибаемых моментов; - общая нагрузка на расчетную полосу плиты, кН/м²; L_k и L_∂ - соответственно длина короткого и длинного пролета плиты, м.

Значения коэффициентов (α_к) для определения максимальных пролетных изгибаемых моментов железобетонной плиты, действующих в направлении коротких сторон плиты, выявляют, используя аналитическое выражение (8):

где n₀ - соотношение пролетов плиты (L_∂/L_k).

Значения коэффициентов (α_∂) для определения максимальных пролетных изгибаемых моментов железобетонной плиты, действующих в направлении длинных сторон плиты, находят, используя аналитическое выражение (9):

где n₀ - соотношение пролетов плиты (L_∂/L_k).

Значения коэффициентов (β_к) для определения максимальных опорных изгибаемых моментов железобетонной плиты, действующих в направлении коротких сторон плиты, находят используя аналитическое выражение (10):

где n₀ - соотношение пролетов плиты (L_∂/L_k).

Значения коэффициентов (β_∂) для определения максимальных опорных изгибаемых моментов железобетонной плиты, действующих в направлении длинных сторон плиты, находят используя аналитическое выражение (11):

где n₀ - соотношение пролетов плиты (L_∂/L_k).

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и техническим результатом заключена в следующем.

Исключение огневых испытаний железобетонной плиты и замена их на неразрушающие испытания снижает трудоемкость оценки их огнестойкости, расширяет технологические возможности выявления проектной огнестойкости различно нагруженных плит любых размеров, дает возможность проведения испытания железобетонной плиты на огнестойкость без нарушения функционального процесса обследуемого здания, а также сопоставления полученных результатов со стандартными испытаниями аналогичных плит и сохранения эксплуатационной пригодности обследуемого здания без нарушения несущей способности его железобетонных плит перекрытия в процессе испытания. Следовательно, условия испытания железобетонной плиты на огнестойкость значительно упрощены.

Снижение экономических затрат на проведение испытания предусматривают за счет уменьшения расходов на демонтаж, транспортирование и огневые испытания образца железобетонной плиты.

Применение математического описания процесса сопротивления железобетонной плиты с жестким опиранием воздействию высокой температуры и использование построенных аналитических выражений (1)-(5) повышает точность и экспрессивность оценки ее огнестойкости по признаку потери несущей способности.

Использование интегральных конструктивных параметров, как-то: степени огнезащиты рабочей арматуры, интенсивности силового напряжения и показателя термодиффузии бетона упрощает математическое описание процесса сопротивления нагруженной железобетонной плиты с защемлением высокотемпературному воздействию.

Оценка огнестойкости железобетонной плиты только по одному показателю качества, например, по толщине защитного слоя бетона, приводит, как правило, к недооценке ее проектного предела огнестойкости, поскольку влияние на него вариаций единичных показателей качества имеют различные знаки, и снижение предела огнестойкости за счет одного показателя может быть компенсировано другими. Вследствие этого в предложенном способе оценку огнестойкости железобетонной плиты с защемлением по потере несущей способности предусматривают не по одному показателю, а по комплексу единичных показателей ее качества. Это позволяет более точно учесть реальный ресурс проектной огнестойкости железобетонной плиты перекрытия.

Упрощен учет особенностей статической схемы работы железобетонной плиты, армирования расчетного сечения, предельной температуры нагрева рабочей арматуры и неразрезности железобетонной плиты на величину предела огнестойкости.

На фиг. 1 изображена схема к расчету огнестойкости железобетонных плит с защемлением по контуру; пунктиром показаны линии излома плиты; L_k и L_∂ - расчетные пролеты плиты (расстояние в свету между несущими балками), м; ϕ - угол поворота звеньев плиты, град; M_k и М_∂ - максимальные пролетные изгибающие моменты, действующие в направлении коротких и длинных сторон плиты, кН⋅м; и - тоже, максимальные опорные изгибаемые моменты, кН/м².

На фиг. 2 изображены изгибающие моменты M_k и М_∂ - максимальные пролетные изгибающие моменты, действующие в направлении коротких и длинных сторон плиты, кН⋅м; и - тоже, максимальные опорные изгибаемые моменты, кН/м²; L_k и L_∂ - расчетные пролеты плиты (расстояние в свету между несущими балками).

На фиг. 3 изображена конструкция арматурной сетки с рабочей арматурой в обоих направлениях; (к примеру расчета): 1 - продольная арматура класса А240, шаг стержней 200 мм; 2 - поперечная арматура класса А240, шаг стержней 200 мм; и - длина и ширина арматурной сетки, мм.

На фиг. 4 изображены эпюры изгибающих моментов железобетонной плиты: M_k и М_∂ - максимальные пролетные изгибающие моменты, действующие в направленных коротких и длинных сторон плиты, кН⋅м; и - тоже, максимальные опорные изгибаемые моменты, кН/м².

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного выше технического результата.

Способ оценки огнестойкости железобетонной плиты осуществляют в следующей последовательности. Сначала проводят визуальный осмотр здания. Назначают комплекс единичных показателей качества железобетонной плиты, влияющих на ее фактическую огнестойкость. Выявляют условия опирания, закрепления концов железобетонной плиты и ее расчетные сечения. Затем оценивают единичные показатели качества железобетонной плиты и ее интегральные параметры, и по ним оценивают предел огнестойкости испытуемой железобетонной плиты с защемлением.

Под визуальным осмотром понимают проверку состояния железобетонной плиты, включающую выявление условий опирания плиты, определение вида и класса прочности бетона, толщины его защитного слоя, наличие трещин и отколов, нарушение сцепления рабочей арматуры с бетоном, наличие коррозии арматурной стали.

Число и место расположения контрольных участков, в которых определяют показатели качества железобетонной плиты, определяют так. В железобетонной плите, имеющей одно расчетное сечение, контрольные участки располагают только в этом сечении. В железобетонной плите, имеющей несколько расчетных сечений, контрольные участки назначают с обязательным расположением части контрольных участков в расчетном сечении.

К основным единичным показателям качества железобетонной плиты с защемлением, обеспечивающим проектную огнестойкость, относят: геометрические размеры железобетонной плиты и высоту расчетного сечения; глубину залегания, класс по прочности, номинальный диаметр, интенсивность силового напряжения и предел текучести рабочей арматуры; прочность бетона на сжатие, влажность и плотность его в естественных условиях; толщину защитного слоя и показатель термодиффузии бетона.

Для статически неопределимой железобетонной плиты с защемлением расчетные сечения назначают в пролетах и на опорах. Расчетное сечение при этом находят по наибольшей ординате огибающей эпюры моментов.

Размеры железобетонной плиты с защемлением проверяют с точностью до 1 мм; ширину трещин - с точностью до 0,05 мм.

Под глубиной залегания рабочей арматуры понимают расстояние по нормали между поверхностью бетона железобетонной плиты с защемлением и продольной осью рабочей арматуры.

Для сплошной плиты, армированной сетками или отдельными стержнями, при одностороннем их обогреве (m₀=1), глубину залегания продольной рабочей арматуры (a_min, мм), в поперечном сечении определяют по алгебраическому выражению (13):

где - толщина защитного слоя бетона, мм; d - номинальный диаметр стержня, мм.

Интенсивность силовых напряжений (J_σs) в растянутой арматуре в расчетном сечении и плиты определяют по уравнению (4):

.

Предельную температуру нагрева (t_s,u,°С) растянутой арматуры железобетонной плиты вычисляют по аналитическому уравнению (5):

где t_s,cr критическая температура нагрева растянутой арматуры,°С; ƒ_a - отношение площадей рабочей арматуры в пролете плиты А_к/А_∂; здесь А_к и А_∂ - соответственно проектные площади рабочей арматуры, расположенной по короткому и длинному пролету плиты, мм².

Пример. Дано: железобетонная плита с защемлением по контуру; толщина плиты h=140 мм; размеры плиты в плане L_∂=7,6 м; L_k=5,8 м.

Данные расчета: шаг колонн 6×8 м; временная нормативная нагрузка на перекрытие - 9 кН/м²; постоянная нормативная нагрузка от массы пола - 1,0 кН/м²; класс бетона В25 (плотность ρ=25 кН/м³, расчетное сопротивление R_b=14,5 МПа); уровень ответственности здания - нормальный (γ_n=1,0).

Расчетная нагрузка: постоянная (γ=1,1); временная (γ=1,2); общая нагрузка .

Бетон тяжелый класса В15; (, ), показатель термодиффузии бетона .

Арматура класса А240 (R_sn,=240 МПа, R_s=210 МПа); критическая температура t_s,cr=510°C; (п=2,8). Схема к расчету огнестойкости железобетонной плиты с защемлением изображена на фиг. 1.

Требуется установить проектный предел огнестойкости железобетонной плиты с защемлением по контуру.

Решение: 1) Соотношение пролетов железобетонной плиты:

n₀=L_∂/L_k=7,6/5,8=1,31

где L_k и L_∂ - расчетные пролеты плиты (расстояние в свету между несущими балками.

2) Расчетные коэффициенты для определения максимального пролетного изгибаемого момента железобетонной плиты, действующего в направление коротких сторон плит (α_к), вычисляют по уравнению (8):

где n₀ - соотношение пролетов плиты (L_∂/L_k).

тоже, коэффициент (α_∂) для максимального момента, действующего в направлении длинных сторон плиты, вычисляют по уравнению (9):

3) Расчетный коэффициент для определения максимального опорного изгибаемого момента железобетонной плиты, действующего в направлении коротких сторон плиты (β_к), вычисляют по уравнению (10):

β_к=(5+n₀)/100⋅n₀=(5+1,31)/100⋅1,31=6,31/131=0,048;

тоже, коэффициенты (β_∂) для момента, действующего в направлении длинных сторон плиты, вычисляют по уравнению (11):

;

4) величины max пролетных и опорных моментов для полосы плиты шириной 1 м (при ) вычисляют по уравнениям (6) и (7):

M_к=α_к⋅Q=0,022⋅535,57=11,78 кН⋅м;

M_∂=α_∂⋅Q=0,0125⋅535,57=6,695 кН⋅м

;

.

Эпюры изгибаемых моментов представлены на фиг. 2.

5) Расчет на прочность нормального сечения железобетонной плиты в пролете

В коротком направлении

Определяют относительный статистический момент сжатой зоны бетона:

где b=1000 мм - ширина расчетной полосы; h₀=h-a_min=140-20=120 мм - рабочая высота сечения; h - толщина плиты перекрытия; a_min=20 мм - расстояние от равнодействующей усилия в растянутой арматуре до ближайшей грани сечения с учетом расположения принятой арматуры в коротком направлении; M_k - расчетный изгибающий момент в коротком направлении плиты; R_b - расчетное сопротивление бетона сжатию.

Площадь арматуры для полосы шириной 1 м равна

.

где R_s - расчетное сопротивление арматуры растяжению.

Принимают А240 (A-I), фактическая площадь арматуры A_s=565 мм², шаг стержней 200 мм.

В длинном направлении

Определяют относительный статистический момент сжатой зоны бетона:

где b=1000 мм - ширина расчетной полосы; h₀=h-a_min=140-32=108 мм - рабочая высота сечения; a_min=32 мм - расстояние от равнодействующей усилия в растянутой арматуре до ближайшей грани сечения с учетом расположения принятой арматуры в коротком направлении.

Площадь арматуры для полосы шириной 1 м равна

.

Принимают А240 (A-I), фактическая площадь арматуры A_s=393 мм², шаг стержней 200 мм.

Из расчетных стержней короткого и длинного направления конструируют сварную сетку (фиг. 3) и устанавливают ее в нижней части железобетонной конструкции.

6) Соотношение проектных площадей арматуры (ƒ_a) в пролете железобетонной плиты:

ƒ_a=A_k/А_∂=565/393=1,438;

здесь A_k - проектная площадь рабочей арматуры А240, установленная по короткому пролету; А_∂ - тоже А240, установленная по длинному пролету плиты.

7) Предельную температуру нагрева (t_s,u°C) растянутой арматуры (при k₀=1,2) выявляют, используя уравнение (5):

t_s,_u=t_s.cr+[(350/ƒ_a)+150]/ƒ_a⋅k₀==510+[(350/1,438)+150]/1,438⋅1,2=653<800°С,

где t_s,cr критическая температура нагрева растянутой арматуры,°С; ƒ_a - отношение площадей рабочей арматуры в пролете плиты A_k/А_∂; здесь A_k и А_∂ - соответственно проектные площади рабочей арматуры, расположенной по короткому и длинному пролету плиты, мм².

8) Степень огнезащиты бетоном арматуры короткого пролета плиты вычисляют по уравнению (2):

;

тоже длинного пролета плиты:

,

где a_mjn - глубина залегания рабочей арматуры, мм; - показатель термодиффузии бетона, мм²/мин.

9) Интенсивность напряжений в рабочей арматуре железобетонной плиты вычисляют по уравнению (4):

.

10) Предел огнестойкости железобетонной плиты по признаку потери несущей способности (F_U(R), мин) короткого пролета плиты (при k₀=1,2) определяют по уравнению (1)

.

тоже для длинного пролета плиты:

,

где е - натуральное число (е=2,718), J_σs - интенсивность напряжения рабочей арматуры железобетонной плиты; n - показатель термотекучести класса рабочей арматуры; t_s,u - предельная температура (°С) нагрева рабочей арматуры, С - степень огнезащиты бетоном рабочей арматуры.

Следовательно, наиболее слабый в тепловом отношении является сечение железобетонной плиты в направлении короткого пролета; и проектный по признаку потери несущей способности предел огнестойкости железобетонной конструкции равен F_U(J)=365 мин.

Предел огнестойкости железобетонной плиты по признаку потери теплоизолирующей способности (F_U(J), мин) вычисляют по степенной функции:

,

где h - толщина плиты перекрытия, мм; - показатель термодиффузии бетона

Предложенный способ применен при натурном осмотре железобетонных плит покрытия здания в г. Самаре. Результаты неразрушающих испытаний железобетонных плит с защемлением по контуру размером 5,8×7,6×0,14 м, бетон тяжелый класса В 35 (), арматура класса В500, показали пределы огнестойкости, F_U(R)=360 мин, F_U(J)=235 мин. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Источники информации

1. Ильин Н. А. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. - М., Стройиздат, 1979, - 128 с. (см. с. 16; 34-35).

2. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции.

3. Бушев В.П., Пчелинцев В.А., Яковлев А.И. и др. Огнестойкость зданий. - М., Стройиздат, 1970. - 261 с.) (см. гл. IV. Огнестойкость железобетонных конструкций; п. 2. Расчет температур в плоских конструкциях; п. 13. Плиты (панели), опертые по контуру, с. 108-109).

4. Пат. 2615048 РФ, МПК G01N 25/50. Способ оценки огнестойкости железобетонной балочной конструкции здания/ Ильин Н.А., Панфилов Д.А., СГАСУ: 05.11.2015.

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий сооружений и может быть использовано для классификации железобетонных плит с защемлением по контуру. Сущность изобретения заключается в том, что испытание железобетонной плиты проводят без разрушения, по комплексу единичных показателей качества, оценивая их величину с помощью статистического контроля. Для этого определяют геометрические размеры железобетонной плиты, схему обогрева расчетного сечения в условиях пожара, размещение арматуры в сечении, глубину заложения и степень огнезащиты ее, показатель термодиффузии бетона, величину испытательной нагрузки на железобетонную плиту с защемлением по контуру и интенсивность напряжения в стержнях рабочей арматуры. Предел огнестойкости железобетонной плиты определяют по признаку потери несущей способности F_U(R), используя аналитическое уравнение (1). При описании процесса сопротивления железобетонной плиты огневому воздействию стандартного пожара учитывают степень огнезащиты арматуры С, см, интенсивность ее напряжения J_σs (в пределах 0,1-1,0) и показатель термодиффузии бетона , мм²/мин, а также особенности армирования железобетонной плиты и статическую схему ее работы. Технический результат – обеспечение возможности определения проектной огнестойкости железобетонной плиты без натурного огневого воздействия и повышение достоверности статистического контроля качества и неразрушающих испытаний. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ оценки огнестойкости железобетонной конструкции, включающий проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры железобетонной конструкции, выявление условий ее опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по огнестойкости, испытание железобетонной конструкции без разрушения по комплексу единичных показателей качества, инструментальные измерения геометрических размеров железобетонной конструкции и ее расчетного сечения, определяющие число и диаметр стержней рабочей арматуры, их взаимное расположение и толщину защитного слоя бетона, выявляющие формы железобетонной конструкции, схемы обогрева расчетного сечения при пожаре и условий нагревания рабочей арматуры, установление глубины залегания стержней рабочей арматуры и степени их огнезащиты, установление величины показателя термодиффузии бетона защитного слоя, определение характеристик бетона сопротивлению на сжатие и рабочей арматуры сопротивлению на растяжение, установление величины испытательной нагрузки на железобетонную конструкцию и величины максимальных пролетных и опорных моментов, отличающийся тем, что в качестве железобетонной конструкции принимают железобетонную плиту с защемлением по контуру, при этом проектный предел огнестойкости железобетонной плиты по признаку потери несущей способности (F_U(R), мин) определяют, используя аналитическое уравнение (1):

где е - натуральное число (е=2,718), J_os - интенсивность напряжения рабочей арматуры железобетонной плиты; n - показатель термотекучести рабочей арматуры; t_s,u - предельная температура (°С) нагрева рабочей арматуры, С - степень огнезащиты бетоном рабочей арматуры; k₀ - показатель неразрезности железобетонной плиты.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что степень огнезащиты бетоном рабочей арматуры (С) вычисляют по уравнению (2):

где a_min - глубина залегания рабочей арматуры, мм; - показатель термодиффузии бетона, мм²/мин.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатели термотекучести рабочей арматуры (n и t_s,cr °C) железобетонной плиты принимают в зависимости от класса арматуры следующими значениями:

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатель термодиффузии бетона защитного слоя , мм /мин, определяют при температуре по аналитическому выражению (3):

где λ₀ и в - эмпирические числа для определения показателя теплопроводности бетона, Вт/(м⋅°С ); С₀ и d - эмпирические числа для определения удельной теплоемкости, кДж/(кг⋅°С); ρ_c - плотность сухого бетона, кг/м³; ω - влажность бетона массовая, %.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интенсивность силовых напряжений в сечении рабочей арматуре (J_σs≤1) железобетонной плиты вычисляют по аналитическому уравнению (4):

где t_s,cr и t_s,u - соответственно критическая и предельная температуры нагрева арматурной стали, °C; n - показатель термотекучести арматурной стали.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предельную температуру нагрева (t_s,u, °C) растянутой арматуры железобетонной плиты вычисляют по аналитическому уравнению (5):

t_s,u=t_s,cr+[(350/ƒ_a)+150]/ƒ_a,

где t_s,cr критическая температура нагрева растянутой арматуры, °С; ƒ_а - отношение площадей рабочей арматуры в пролете плиты А_к/А_∂; А_к и А_∂ - соответственно проектные площади рабочей арматуры, расположенной по короткому и длинному пролету плиты, мм².

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину максимальных пролетных (М, кН⋅м) и опорных (; кН⋅м) моментов для расчетной полосы железобетонной плиты определяют, используя уравнения (6) и (7):

M=α_i⋅Q;

где Q=g⋅L_k⋅L_∂; α_i и -β_i - расчетные коэффициенты для определения соответственно пролетных и опорных изгибаемых моментов; g - общая нагрузка на расчетную полосу плиты, кН/м²; L_k и L_∂ - соответственно длина короткого и длинного пролетов плиты, м.

8. Способ по п. 1 или 7, отличающийся тем, что значения коэффициентов (α_к) для определения максимальных пролетных изгибаемых моментов железобетонной плиты, действующих в направлении коротких сторон плиты, выявляют, используя аналитическое выражение (8):

где n₀ - соотношение пролетов плиты (L_∂/L_k).

9. Способ по п. 1 или 7, отличающийся тем, что значения коэффициентов (α_∂) для определения максимальных пролетных изгибаемых моментов железобетонной плиты, действующих в направлении длинных сторон плиты, находят, используя аналитическое выражение (9):

где n₀ - соотношение пролетов плиты (L_∂/L_k).

10. Способ по п. 1 или 7, отличающийся тем, что значения коэффициентов (β_к) для определения максимальных опорных изгибаемых моментов железобетонной плиты, действующих в направлении коротких сторон плиты, находят, используя аналитическое выражение (10):

где n₀ - соотношение пролетов плиты (L_∂/L_k).

11. Способ по п. 1 или 7, отличающийся тем, что значения коэффициентов (β_∂) для определения максимальных опорных изгибаемых моментов железобетонной плиты, действующих в направлении длинных сторон плиты, находят, используя аналитическое выражение (11):

где n₀ - соотношение пролетов плиты (L_∂/L_k).