Испытания и расчет железобетонных панелей с огнезащитным слоем на огнестойкость

Актуальность темы

Огнезащита строительных конструкций (СК), изготовленных из железобетона и металла, играет решающую роль в системе обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений. Ее главная задача состоит в снижении пожарной опасности конструкций и повышении их огнестойкости до требуемого согласно нормам уровня. Проблема эффективной огнезащиты приобретает особую значимость в случае подземных сооружений типа тоннелей, высотных современных зданий и специальных сооружений типа торговых центров и спортивных сооружений. Строительство этих сооружений в настоящее время ведется в широких масштабах и все возрастающими темпами во всех крупных городах.

Поэтому совершенствование технологии нанесения огнезащитных материалов на СК, проведение натурных исследований эффективности огнезащитных материалов на железобетонных конструкциях и расчет деформирования железобетонных балок и панелей с учетом трещин отрыва и сдвига при огневом воздействии следует считать актуальной задачей.

Цель работы.

1.Провести натурные испытания железобетонных плит П-1 и НВ 6012−09 совместно с современными огнезащитными материалами (Signulan-Ноесо, CONLIT, ОП-2000, Эсма-Б) с целью экспериментального определения пределов огнестойкости указанных конструкций.

Для железобетонной многопустотной панели НВ-60−12−09 также ставиться задача экспериментального определения прогибов в центральном сечении пролета при стандартном огневом воздействии.

2.Определить в результате натурных огневых испытаний предел огнестойкости для железобетонных элементов обделки тоннелей с листовым огнезащитным материалом PROMATECT-H.

3.Разработать частную (инженерного уровня) методику предэкспериментального расчета изменения температуры по толщине огнезащитного материала и конструкции.

4.Разработать обобщенную методику расчета прогибов посередине пролета панели НВ 60−12−09 с огнезащитным слоем при стандартном пожарном воздействии с учетом на базе основных положений механики разрушения железобетонных балок трещин нормального отрыва и поперечного сдвига.

В представленной работе автор защищает:

— совершенствование технологии нанесения огнезащитных материалов (ОГЗМ) на железобетонные панели;

— результаты натурных огневых испытаний плит П-1 с огнезащитными материалом Signulan-Hoeco.

— результаты натурных испытаний на огнезащитную эффективность многопустотных панелий большего пролета НВ-60−12−05 с огнезащитными материалами ОП-2000, CONLIT, Эсма-Б с параллейными измерениями зависимости прогиба панели посередине пролета во времени;

— экспериментальное определение придела огнестойкости элемента железобетонной обделки тоннеля с листовым огнезащитным материалом PROMATECT-H.

— методику численного расчета распределения температуры по толщине огнезащитного слоя и конструкции, которая учитывает все нелинейные теплофизические свойства огнезащитного материала и бетона, а также обеспечивает на основе принципа замороженных коэффициентов Н. С. Бахвалова сходимость расчетной схемы;

— обобщенную методику расчета прогибов в железобетонных панелях при одновременном действии распределенной нагрузки и огневого воздействия с учетом трещин нормального отрыва и поперечного сдвига в сечении посередине пролета панели.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1.Проведена серия натурных испытаний железобетонных конструкций с огнезащитными слоями из современных материалов на огнезащитную эффективность.

2.Экспериментально определили пределы огнестойкости плиты П-1 с огнезащитным материалом Signulan-Hoecoмногопустотных панелей с материалом ОП-2000, CONLIT, Эсма-Б (для этих плит экспериментально определены прогибы). Так же определен предел огнестойкости для элемента железобетонной обделки тоннеля с огнезащитным листовым материалом PROMATECT-H.

3.Разработана обобщенная методика расчета прогибов в железобетонных панелях с учетом трещин нормального отрыва и поперечного сдвига при одновременном действии распределенной нагрузки и стандартном пожарном воздействии.

Достоверность полученных результатов основывается на следующих факторах:

1.Испытания на огнестойкость железобетонных конструкций с огнезащитным слоем проводились на сертифицированном оборудования в специальных печах в соответствии с требованиями ГОСТ.

2.Использованием апробированных методов вычислительной математики, строительной механики и основных положений механики разрушения железобетонных конструкций, которые в совокупности позволяют получить результаты, соответствующие результатам испытаний.

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

Результаты экспериментального определения пределов огнестойкости железобетонных конструкций с огнезащитными материалами различной технологической направленности (Signulan-Hoeco, ОП-2000; нанесение напыленийCONLIT-плитаЭсма-Бмеханизированное нанесение-Р1ЮМАТЕСТ-Нлисты) предназначены для использования в проектах систем огнезащиты комплексной системы противопожарной защиты всего сооружения.

Методика расчета температурных полей и методика расчетов прогибов в железобетонных плитах на основе положений механики разрушения позволит оценивать несущую способность конструкции ® как в оценочных расчетах перед и в процессе испытаний, так и в проектных работах.

В частности, рассмотренные в работе материалы и конструкции внедрены в системах огнезащиты тоннелей (Кутузовского, Гагаринского, Лефортовского) третьего транспортного кольца г. Москвы, а также на других объектах.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем работы: 219 страниц текставключая 50 рисунков и 26 таблицбиблиографический список из 174 названий.

Выводы:

1. как следует из рис. 5.15 результаты применения обобщенной методики расчёта прогибов в ж/б панелях дает удовлетворительное соответствие результатом экспериментального исследования.

2. расхождение результатов расчета и испытаний обусловлены следующими обстоятельствами;

— учетом только одной трещины нормального отрыва, расположенной посередине пролета панели;

— влиянием технологических факторов устройства термопар на арматурных строениях;

— учетом пустот только при расчете геометрических характеристиках поперечного сечения панели.

3. Разработанная обобщенная методика может примениться для оценки огнестойкости железобетонных балок и панелей перекрытий на основе анализа максимальных прогибов, что требует ГОСТ.

Заключение

по разделу 5.

1. При пожаре железобетонные конструкции в нагруженном состоянии подвергаются быстрому нагреву, который изменяет прочностные и дефор-мативные свойства бетона и арматуры.

2. Несущая способность конструкций при огневом воздействии зависит от изменения свойств бетона и арматуры с ростом температуры.

3. Испытаниями, проведенными рядом авторов, установлено, что разрушение железобетонных конструкций при огневом высокотемпературном нагреве происходит по тем же схемам, что и в условиях нормальных температур. Поэтому для расчета предела огнестойкости по потере несущей способности используются те же уравнения равновесия и деформаций, из которых выводятся формулы для статического расчета.

4. Статический расчет предела огнестойкости по потере несущей способности базируется на общих требованиях расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы в соответствии со СНиП 2.03.01−84*.

5. Статический расчет предела огнестойкости по потере несущей способности можно производить тремя группами методов: аналитическими, основанными на точном решении математической задачи теории термовяз-коупругопластичности, численными (метод конечных разносгей, конечных и граничных элементов), а также эмпирико-аналитическими (проектно-нормативными).

6. Расчет предела огнестойкости сплошной гладкой железобетонной плиты П-1 с огнезащитным покрытием «Signulan Ноесо» по потере несущей способности показал: в расчетах на огнестойкость весом огнезащитного покрытия можно пренебречьбалочная схема опирания показывает меньшую расчетную огнестойкость по сравнению с опиранием по контуру, что, по всей видимости, объясняется статической неопределимостью второй схемы и, как следствие, большей расчетной жесткостьюприменение огнезащитного покрытия «Signulan Ноесо» толщиной 15 мм позволяет на 80% увеличить предел огнестойкости железобетонной плиты П-1. При толщине 30 мм предел огнестойкости увеличивается в 3,5 раза, а при 40 мм — в 4,5. Эти результаты свидетельствуют о высокой эффективности огнезащитного покрытия «Signulan Ноесо» при огневом воздействии на железобетонную плиту П-1.

7. Расчет многопустотной железобетонной плиты перекрытия марки НВ-60−12−09 с огнезащитным покрытием «ОП-2000» показал, что расчетные значения прогиба на всем интервале температур огневого воздействия меньше предельного, что доказывает высокую эффективность огнезащитного состава «ОП-2000», применение которого позволило получить предел огнестойкости железобетонной многопустотной плиты перекрытия более 180 мин.

8. Результаты проведенных расчетов и экспериментальных исследований показали высокую эффективность огнезащитных составов «Signulan Ноесо» и «ОП-2000» для защиты железобетонных плит от огневого воздействия, и потому они могут быть рекомендованы к применению в практике строительства пожароопасных объектов.

9. Сравнение расчетных и опытных значений прогибов (см. табл. 5.6 и главу 3) в интервале больших температур показывает их большое расхождение, для обоснования которого требуется учет образования трещин отрыва и применения основных положений механики разрушения железобетонных балок.

100(.

Прогиб ti>m) О.

30 60 90 120 ISO ISO 210 240 мин.

Рис. 5.15 Зависимости прогибов от времени (температуры) в ж/б панели при пожарном воздействии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1.Проведена адаптация и совершенствование технологии нанесения огнезащитных материалов Signulan-H на железобетонные конструкции. Разработаны и утверждены технологические регламенты нанесения этих материалов на железобетонные конструкции. Технологические регламенты являются неотъемлемой частью проектов по устройству огнезащитных материалов, а также являются составной частью договорной документации на выполнение огнезащитных работ.

2. Проведена серия натурных испытаний на огнестойкость железобетонной плиты П-1 с огнезащитным материалом «Signulan-Ноесо» (напыление) — железобетонной многопустотной панели большого пролета НВ 60−12−09 последовательно с тремя огнезащитными материалами: ОП-2000 (напыление), CONLIT (плиты), Эсма-Б (механизированное нанесение). Также проводились испытания элемента железобетонной обделки тоннеля с листовым огнезащитным материалом PROMATECT-H без и с учетом воздушной прослойки.

3.По результатам натурных испытаний получены температурные зависимости от времени в характерных точках поперечного сечения системы огнезащитный материалпанель. На основании этих зависимостей согласно ГОСТ определены пределы огнестойкости по теплоизолирующей способности огнезащитного материала, которые содержатся в таблице 1.

4.Результаты экспериментального изучения зависимости прогибов посередине пролета многопустотной панели от времени при огневом воздействии и при наличии огнезащитных материалов, позволяют утверждать:

— ко времени окончания испытаний значение прогиба было меньше предельного, которое составляет ~30 см;

— согласно требованиям ГОСТ предельное значение скорости нарастания прогиба составляет 0,18*103 см/мин. По результатам испытании мы имеем намного меньше значения, а именно — для панели с «ОП-2000» скорость нарастания прогибов составляла всего 0,066 см/миндля панели с CONLIT- 0,081 см/миндля панели с «Эсма-Б» — 0,10 см/мин.

— сравнивая значения прогибов при использовании CONLIT и «Эсма-Б» отметим несущественное влияние на прогибы различие в удельных весах огнезащитных материалов;