Введение к работе
Актуальность проблеми. Сднп:.: из эзфэхтпвнпх методов позичення надежности, де .говечкостп к снпл.сн;:я материалоемкости строительных конструкции здані:!': :і сооруженій предприятий, нмеюспх химически активные технологические ередц, начнется применение армо-полимєрбетоннкх і; комплексних конструкт:;! на основе полнмероето-ноз. В СССР уке накоплен опыт в проектировании, изготовлен;::: :: эксплуатации таких хіашческі стойких изделий, экономическая эффективность .использования которых в различних отраслях насодно-го хозяйства составляет 200 - 400 руб. на :.:3 полпмербетока. Однако все исследования химически стойких конструкцій на основе долнмербетонов бил;: направлены на обеспечение надежности :: долговечности в условиях эксплуатации без учета ::х поведения при лояаре.
В условиях по?.ара нагруменнке эксплуатационной нагрузкой строительные конструкції:: содГоргаэтся високотемпературному нагреву. Отличительно!! черго" работы матерпаїоз ;: конструкцій при таких воздействиях является относительная кратковременность явленій ( от десятков мину? до 2 - 3 часов). За это непродолжительное время в конструкціях возникают ц раззпваотея повре~.денпя (снижается прочность материала, ::з:..зняатся упруго-пластические свойства, приводящие к перераспределен:^ напряжений и значительному дєформг.роззнга материала п конструкцій; уменьшается в от-д ель них случаях поперечині! размер). Развитие повреледенпй при помаре происходит достаточно быстро, что ослабляет конструкцию, снилая ее несудуа способность вплоть до обрусения.
ІІеследовання в области огнестойкости строительных конструкцій имеют социальное и экономическое значение, гак как Помары
приводят к гибели ладей и причиняет ущерб на сотни млн. рублей в год. При этом до 30 % общей суши потерь связаны с разрушением строительных конструкций при понарах.
В области огнеото%ости конструкций в нашей стране и за рубежом выполняется большой объем експериментально- теоретических исследовании. Однако, эти исследования относятся к бетонным, железобетонным, стальным и деревянным конструкциям. А конструкции на основе полимербетонов значительно отличаются от указанных, как по составу материалов и их реакции к тепловым воздействиям, так и по особенностям расчета и конструирования. Это не позволяет механически переносить на полимербегон и конструкции на его основе предпосылки теории разрушения и расчета элементов из традиционных материалов.
Наличие в структуре пешдаербетона полимерного вяжущего способного уже при повышенных температурах переходить из стеклообразного состояния в высокоэлаетичеокое, а также термодесгрукция его не позволяло даже считать армополимербетонные конструкции устойчивыми в условиях пожара, что значительно сужало область их применения.
По нашему ииешда, несмотря на наличие в составе полимерйего тонов горючего вяжущего, ыокно, учитывая свойства полішербстонов, большое содержание в них минеральных составляющих, кратковременность воздействия, вестационарность протекающих процессов в материале и конструкциях, возможность создания комплексных конструкций, повысить предел огнестойкости химически стойких конструкций из полимербегонов ло необходимого уровня. Но для этого следует разработать методы расчета предела огнестойкости -ар-мол олидарбе тонных конструкций, которые бы включали явления теп- ло- и массопереноса в полю.тербетоне, изменение свойств материалов во времени и ло сечении элементов, а такие действительный характер деформирования материалов и конструкций при нагреве в сочетании с нагрузкой.
Вое это определяет актуальность решения проблемі развития теории огнестойкости строительных конструкций в приложении V
несущим конструкциям из армополимербэтона.
Цель диссертационной работы - разработать метода оценки п повышения огнестоГ-остл армополимербегонных конструкций по несущей способности нормального сечения, на основе развития, современных методов расчета.
Научная новизна работы состоит в решении актуальной научно-технической проблемы и заключается в разработке методов оценки и повышения огнестойкости армопсшшорбеїонншс конструкций на основе развития теории расчета огнестойкости, что определяется следующими результатамл:
получены новые экспериментальные данные кратковременных испытаний опытных образцов и конструкций из различных видов по-лимербетонов д армополлмербетонов (ФАН, ПН609-22М, ЭД-20 н др.), полученные при различных температурных воздействиях, которые позволили уточнить ряд ценных свойств этого материала, описать -физико-механические свойства во всем интервале положительных температур "жизнедеятельности" конструкционного материала;
разработали элементы теорш теплопроводности для полимер-бетонов с учетом термодеструкция полимерного вяяущего на базе использования метода термодинамических необратимых процессов;
установлены закономерности изменения физико-механических свойств полныербетонов и работы полимербетонных и армополимер-бетонных элементов в условиях ностационарного теплового воздействия;
выявлено, что полимербетон обладает кратковременным сопротивлением в широком интерьаїс положительных температур, превышающих значения температур стеклования и начача термодеструкцип полимерного вялущего;
разработана обобщенная диаграмма термомеханпческого состояния полпмербетона ( <э - разработана феноменологическая модель сопротивления деформировании и разеувенню полпмербетонних образцов при одноосном силовом затрушений и ностацяонг_>ном тепловом воздействии, огра-гаххцая физическую нелинейность и температурную ползучесть. Ценность для наук:: :: практики представляют: І) Обідні! метод (обтая схема) расчета огнестойкости конструкция зданий с учетом полных диаграмм деформирования материалов, сечений п конструкций в целом, которкіі благодаря введению полных диаграмм' б*- - метод состоит і:з репєння трех взаимосвязанных задач: теп- моменты времени нагрева с учетом изменения Еесткостных характеристик сечении; прочностной - в результате которой определяют приведенные зкесткостп .. производят проверку прочности нормального сечения элементов в принятые моменты времени нестационарного теплового воздействия; метод является яр;ггоднш для расчета как статически определимых, так и статически неопределимых конструкцій; метод возможно, попользовать для оценки огнестойкости бетонных, лелезобегопкых и комплексных конструкций. Алгоритм расчета распределения температуры при нагреве для плоских конструкций и конструкций прямоугольного СЄЧЄНКЯ из ар-мополимербетона и его реализация в программе для ЗЕІЛ. Методика расчета прочности элементов по нормальному сечению при нагреве, учитывающая температурные и силовые десоормации, их нелинейность, неоднородность по сечению температурного поля к механических свойств материала и позволяющая оценить перераспределение напряжений мекду разнонагрегыми слоями сечения. Сункцил огнестойкости и критерій предельного состояния по несущей способности, которые позволяют прогнозировать влияние различных конструктивно-технологических факторов и времени эксплуатации элемента на предел огнестойкости конструкций без довольно трудоемких и"длительных работ, характерных для традиционных методов. 5) Количественные завпскіхотя футацтй огнестойкости для армопо-лю.'.ерботошнн колонн под нагрузки, пралокеннио со случайны:.! эксцентриситетом о'с размеров сечения, процента рабочего армирования, уровня внесшей нагрузки и температурного реяима теплового воздействия. Практическое значенг.е работа заістчается в создании науч производственной: на стадии проектирования разрабатывать конструкции требуемой огнестойкости; экономической: обеспеченно эконоши матерпатьных ресурсов за счет обоснованных оценок огнестойкости конструкций на основе полимербетоноз, расширения области их применения и сокращения сроков проектирования; соцлатыгой: лошпение попарной безопасности за счет более точной оценки огнестойкости и повисенпя ео на стадии проектпро-вания конструкта*" п здания в Делом. Реализация результатов раб.ты и внедрения Результаты работы использованы при: - составлении нормативних п методических документов: Противопожарные требования к строительным конструкция!! при проектировании здании и сооружений, ".'.ет.указания.—М.: ШИТ. 1982. - ЗЭ с. Руководство ло проектированию, изготовлению и монтаку корро-зионностойких конструкций эстакад и рамдих фундаментов под оборудование для сильно агрессивных сред. - Уіїа:ІПЗ!промстрой, IS50. - 110 с. Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов: - !.'..: Стройпздат, I9S5. - 40 с. Рекомендации по расчету пределов огнестойкости сжатых аргло-полнморбетошшх элементов. - і.'.: ПІІИСБ Госстроя СССР, 1990. -21 с. - проектирование корпуса СИЗ Елабукского автозавода (Иром- стройяройкт); цеха электролиза и влаковэ-купоросного цеха Дяез-казганского горно-металлургического комбината, а такие при реконструкции цеха электролиза Усть-Каі;еногорского свинцово-шш-кового комбината (Гнпроцвотмет); объектов на автомобильных д ро-'ах Москва-Харьков-Содерололъ на участке І/.ерефа-Краснодар и Люботіш-і\:ерєфа (!' Совздорпроекг); в типовом проекте "ЬіалярішЙ цех наружной покраски пассажирских вагонов" Гипротрансстрой; - используются а учебном процессе при изучения курса "Строительные конструкции" и в дипломном проектировании студентов факультета "Прошсленное и гражданское строительство". Экономический бффект от внедрения результатов ІЗП? более 300 тыс.рублей. Основные раздели диссертации выполнялись в рамках программы Госстроя СССР по решенкь проблем "Яояарная безопасность зданий и сооружений". Публикация и'апробация работы Диссертация заслушивалась и обсувдалась на расширенном заседании: кафедры "Строительные конструкции" Московского института инженеров железнодорожного транспорта ил. Ф.З.Дзержинского; лаборатории "Еаростойкие бетоны, огнестойкость бетонных и келе-зобегоіших конструкций" ШйШВ Госстроя СССР; Основные результаты были долокени я получили одобрение на Всесоюзных научно-технических семінарах 1979 г."Довыйение огнестойкости строительных конструкций"; 1982г."Пути повышения огнестойкости строительных материалов и конструкций"; 1988 г. "Обеспечение огнестойкости зданій и сооружений при применении нових строительных материалов и конструкций"; 1991 г. "Обследование и восстановление зданий и сооружений после nosapa с экономической оценкой огнестойкости строительных конструкций"; 1991 г. Межвузовская научно-практическая конференция по проблеме "Повышение долговечности и эксплуатационной надежности при реконструкции зданий и сооружений нелезнодоромого транспорта и промышленности". По теме опубликовано 34 статьи, методические рекомендации для студентов - дипломников; научная новизна подтверждена 2 авторскими свидетельствами. . Структура и объем работы. Диссертация состоит, из введения, 2:30 страниц машинописного текста, 70 иллюстраций, 12 таблиц,
лс—техн;п.„ской - с целью расчета распределения температуры по
сечению элементов в различнее (принятие) моменты времени; ста
тической - в решении которг'"' вычисляют законы распределения
успдніі к перемещена; от действия внешней нагрузки в указанные
ных основ огнестойкости химически стойких конструкций на основе
полнмербетонсв, что дает возможность обосновать и внедрить ме-
тодики применяемые в икженершк расчетах, рекомендации и меро
приятия, позволяицпе повысить огиесгошеость армополгалербетон-
ных конструкщШ, а это обеспечит репенио следующее основных
задач: .