4. Стержневые изгибаемые элементы (балки, прогоны, ригели)

Отличительными особенностями стержневых элементов по сравнению с плоскими конструкциями являются наличие арматуры в сжатой зоне и, как правило, огневое воздействие на сжатую зону по боковым сторонам поперечного сечения (рис. 4).

При обогреве балки с трёх сторон размеры сжатой зоны бетона уменьшаются по высоте в основном за счет деформаций растянутой арматуры до величины в момент предельного состояния конструкции, а по ширине - за счет потери прочности наружными слоями бетона . В результате прогрева сжатой арматуры ее сопротивление уменьшается по сравнению с первоначальным на величину коэффициента снижения прочности .

Величину определяют по формуле (40). Ширина ядра сечения будет .

Температуру сжатых стержней находят по удавлению (28) или (29). Затем из приложения 15 по рассчитанной температуре находят .

При известных размерах сжатой зоны бетона и сопротивлениях сжатой арматуры ΣМ=0

. (56)

Решая уравнение относительно , находят

. (57)

Затем, используя условие равновесия проекции всех внутренних и внешних сил на ось Х:

, (58)

находят σ . (59)

Коэффициент .

Рис.4. Расчетная схема железобетонной балки прямоугольного сечения.

Из приложения 15 по величине коэффициента находят .

У балок, ригелей, прогонов сечение обогревается с трех сторон. Поэтому температура стержней расположенных даже в один ряд будет различна: крайние стержни прогреваются быстрее, чем средние.

Расчет температур стержней производят по формуле (33).

После вычисления температуры каждого растянутого стержня с координатами х , у определяют среднюю температуру стержней

, (60)

где - площадь сечения i-го стержня;

– температура i-го стержня, °С;

– суммарная площадь сечения растянутой арматуры.

Если значение совпадает с : вычисленной для заданного промежутка времени, расчёт заканчивается. Если нет, то снова задаются временем τ и решение задачи повторяется.

Иногда разрушение стержневых элементов в условиях пожара может происходить не только по растянутой зоне, но и по сжатому бетону (как правило, у неармированных элементов).

5. Сжатые элементы

Расчет пределов огнестойкости колонн и стен связан с определением предельных усилий, которые может воспринимать неравномерно прогретое сечение бетона и нагретая арматура.

В общем случае расчёт несущей способности колонн (рассматриваются только колонны со случайным эксцентриситетом приложения нагрузки) следует производить с учётом полных деформаций нагретого бетона при неравномерном прогреве поперечного сечения, применяя метод конечного элемента. Этот метод связан с применением ЭВМ, а поэтому не всегда может быть использован в инженерных расчетах.

Поэтому применяют приближённый метод расчета, основанный на определении площади ядра сечения , ограниченного расчетной (критической) температурой / Несущая способность нагретой колонны при обогреве с четырех сторон

, (61)

где - площадь ядра сечения,

; (62)

- суммарная площадь арматуры;

- коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность загружения, гибкость и характер армирования колонн.

Коэффициент принимается по приложению 14 в зависимости от отношения l₀/в_я ,где – расчетная длина колонн.

Задаваясь интервалами времени …τ ,определяется несущая способность колонны. При этом для каждого интервала времени находят по формулам (36), (38) .

Температуру стержней для тех же интервалов времени определяют по формуле (33), используя формулы (28), (29) и (30). По найденным температурам из приложения 15 находят коэффициент . Допускается определять коэффициент при средней температуре, которая определяется по формуле (60).

Затем строится график снижения несущей способности колонны в условиях пожара и определяется при .

Следует обратить внимание, что расчеты пределов огнестойкости сжатых железобетонных элементов можно производить по критическим деформациям. Этот метод позволяет в полной мере учесть упругие свойства нагретого бетона [9].