Статически определимые изгибаемые конструкции. Общее решение статической задачи

При расчёте несущей способности железобетонных конструкций при пожаре следует учитывать изменение механических свойств бетона и арматуры в зависимости от их температуры, определяемой теплотехническим расчётом.

Расчётные сопротивления сжатию и растяжению бетона R_bu и R_btu и арматуры R_scu и R_su для расчёта огнестойкости определяются делением нормативных сопротивлений, приведённых в [1] (см. приложение 20) на соответствующие коэффициенты надёжности – по бетону g_b = 0,83, по арматуре g_s =0,9.

Статически определимые изгибаемые железобетонные конструкции в условиях пожара подвергаются воздействию высоких температур по-разному. Плоские элементы подвергаются одностороннему нагреву, стержневые – трёхстороннему. При этом у плоских элементов b_tem=b, а у стержневых элементов b_tem =b-2δ_tem,x.

Общие положения расчёта на огнестойкость строительных конструкций применимы и к железобетонным элементам. Однако для статических определимых конструкций предел огнестойкости может быть определён по критической температуре стальных элементов, что значительно упрощает расчёт.

Статически определимые изгибаемые элементы в условиях пожара разрушаются, как правило, в результате образования пластического шарнира в середине пролёта за счёт снижения предела текучести или прочности нагревающейся растянутой арматуры до величины напряжений в её сечении.

Редкое исключение составляют изгибаемые элементы переармированные и нагруженные предельно допустимой нагрузкой, у которых потеря несущей способности происходит от хрупкого разрушения сжатой зоны бетона. Сжатые бетон и арматура нагреваются слабо, а поэтому в расчётах их прочностные характеристики считаются неизменными. В момент образования пластического шарнира происходит резкое увеличение температурной ползучести арматуры, что вызывает интенсивное раскрытие трещин в растянутой зоне. Раскрывающиеся трещины уменьшают высоту сжатой зоны бетона x_tem до минимального значения, при котором происходит разрушения сжатого бетона и обрушения элемента. Таким образом, наступление предела огнестойкости изгибаемой конструкции характеризуется предельным равновесием внутренних и внешних сил. При этом напряжения в сжатой зоне бетона за счёт уменьшения её размеров и деформации растянутой арматуры увеличивается до R_bn, а нормативное сопротивление растянутой арматуры R_sn снижается до предела прочности нагретой стали R_s,tem, равного рабочему напряжению в её сечении σ_s,tem.

Решение статической задачи в этом случае сходиться к нахождению критической температуры растянутой арматуры при предельном равновесии конструкции в условиях пожара.

В общем виде статическая задача для изгибаемых конструкций решается с помощью уравнений статики. Для определения высоты сжатой зоны бетона x_tem в состоянии предельного равновесия конструкции при заданных условиях обогрева составлятся уравнение моментов от внешних и внутренних сил относительно растянутой рабочей арматуры ∑M_s=0.

Рабочие напряжения в растянутой арматуре определяют из уравнения равновесия проекции внутренних и внешних сил, действующих в плоскости изгиба ∑M_s=0.

По соотношению рабочих напряжений σ_s и сопротивлений стали R_su определяют коэффициент снижения прочности g_s,tem, а затем по справочным данным определяют критическую температуру растянутой арматуры:

и .