Статья: Исследование несущей способности железобетонных колонн под воздействием огня

Исследование несущей способности железобетонных колонн под воздействием огня

Скакалов Вячеслав Алексеевич,

Научный руководитель: Топчий Дмитрий Владимирович,

кандидат технических наук, доцент,

Московский государственный строительный университет

кафедра Технологии и организация строительного производства

В данной статье исследуется осевая несущая способность железобетонных колонн, подверженных повышенным температурам в условиях пожара. Исследования проводились на колоннах различного сечения, для изучения факторов, воздействующих на колонну при пожаре, таких как: тепловые граничные значения, сорта бетона, марки арматурной стали и тд. Также была построена упрощенная кривая взаимодействия, для предсказания разрушения колонны под воздействием огня.

Ключевые слова: воздействие огня на железобетонные колонны, железобетонные колонны, воздействие огня.

This article examines the axial load capacity of reinforced concrete columns exposed to elevated temperatures under fire conditions. The research was carried out on columns of various sections, to study the factors affecting the column in the fire, such as thermal limit, grade of concrete, grade of reinforcing steel and so on. Also was built with a simplified interaction curve for prediction of the destruction of the column under the influence of fire.

Key words: impact of fire on reinforced concrete columns, concrete columns, exposed to fire.

Пожарная безопасность получила новый виток развития после инцидента 11 сентября 2001г., когда под воздействием высоких температур произошло разрушение башен близнецов Всемирного торгового центра. Данная трагедия вызвала повышенный интерес к резистентному анализу огнестойкого проектирования сооружений по всему миру. Популярные численные методы испытаний, такие как анализ, методом конечных элементов, облегчает возможность моделирования условий пожара, данный способ позволяет сократить расходы дорогостоящих огневых испытаний. Как правило, бетонные конструкции предназначены для эксплуатации при комнатной температуре ± 50?С. Однако высокотемпературное воздействие приводит к значительному изменению свойств материала и снижению прочности арматуры и самого бетона. В данной статье представлен порядок определения осевой несущей способности колонны и упрощенные кривые взаимодействия, позволяющие предсказать разрушение колонн.

Для термического анализа использован пакет программного обеспечения SOLID70 [1, с.643]. На рис.1 изображено типичное поперечное сечение колонны, подверженной воздействию повышенных температур.

Рис.1. Поперечное сечение колонны и тепловой контур.

Для изучения влияния различных параметров на осевую несущую способность колонны, была проведена серия тестов на образцах колонн сечением: 300х300 мм, 400х400 мм, 500х500 мм длинной столба 3 м.

При пожаре, отдельные колонны подвергаются воздействию огня со всех сторон, в то время, как колонны, прислоненные к стенам, подвергаются воздействию только с трех сторон. Температура арматуры по углам колонны сечением 300х300 мм показана на рис.2. Ассиметричное воздействие огня (рис.2 а, с и d) приводит к изменению поперечного сечения колонны. Данные несимметричные изменения приводят к смещению пластического центроида колонны и фактически приводят к эксцентричной нагрузке.

Таб.1. Показатель пожароопасности в зависимости от геометрического воздействия огня на колонну.

Рис.2. Графики различных конфигураций температурного воздействия огня арматуру в теле колонны.

Как видно из таб.1, мы можем заметить, что чем больше поверхностей колонны охвачено огнем, тем ниже прочность колонны, причем, чем больше сечение колонны - тем выше ее несущая способность в условиях пожара.

В таб.2 показано возрастание осевой несущей способности колонны с увеличением прочности (соответственно и марки) бетона и поперечного сечения колонны. колонна пожар тепловой

Таб.2. Показатель пожароопасности в зависимости от марки бетона.

Таб.2 показывает, что степень пожароопасности на основе критериев прочности бетона зависит в основном от марки бетона, в то время, как тепловые показатели не имеют значения.

Для изучения влияния марки арматурной стали, использующейся в железобетонных колоннах, были применены образцы с пределом текучести 415, 500, 550, 600 МПа. Осевая грузоподъемность колонны возрастает с увеличением марки стали, однако марка стали оказывает не большое влияние на тепловые и прочностные критерии колонны. Это может быть объяснено уменьшением прочности стали от термического воздействия вне зависимости от марки.

Таб.3. Показатель пожароопасности в зависимости от марки арматурной стали.

Выводы.

Для обеспечения надлежащего проектирования огнестойких колонн, мы произвели серию тестов, подвергающих колонны термическому воздействию. В данном исследовании мы пришли к следующим выводам:

1. Максимальное снижение несущей способности колонны наблюдается при воздействии огня со всех четырех сторон. Построение колонн в составе стеновых перегородок предотвращает воздействие огня на половину поперечного сечения колонны, что приводит к увеличению осевой несущей способности до 30%.

2. Марка арматурной стали не оказывает существенного воздействия на огнестойкость колонны. На много более существенную роль играет марка бетона.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. M.M. Bikhiet, N.F. El-Shafey, H.M. El-Hashimy. (2014) Behavior of reinforced concrete short columns exposed to fire. Alexandria Eng. J.