1400 градусов не предел: новые стандарты для бетонных и железобетонных конструкций

В строительной практике всё большее внимание уделяется вопросам надёжности и долговечности конструкций, работающих в экстремальных условиях эксплуатации. Особое место среди таких условий занимает воздействие повышенных и высоких температур, возникающих в технологических установках, тепловых агрегатах, промышленных печах, дымовых трубах и других сооружениях.

Для обеспечения безопасной и эффективной работы подобных объектов разработан СП 27.13330.2017 «Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур». 

Основные разделы и ключевые положения

Область применения и термины

СП распространяется на конструкции, подвергающиеся систематическим воздействиям температур 50–200 °С (повышенные) и выше 200 °С (высокие).
Конструкции из жаростойкого бетона допускаются при температурах выше 200 °С.
В документе даются определения ключевых терминов: жаростойкий бетон, длительный нагрев, кратковременный нагрев, циклический нагрев и др.

Общие указания и подходы к проектированию

• При температурах до 200 °С, как правило, можно использовать обычный бетон; выше — требуется применять жаростойкий бетон.

• Конструктивные схемы должны обеспечивать пространственную жёсткость и устойчивость как в процессе монтажа, так и в эксплуатации.

• При воздействии температуры необходимо учитывать снижение прочности и жёсткости материалов, поведение трещин, влияние усадки и ползучести.

• Расчёт конструкций подразумевает различные стадии: кратковременный нагрев (первый разогрев), длительный нагрев (эксплуатационный режим).

• Применяются коэффициенты надёжности по температуре: при расчёте по первой группе предельных состояний = 1,1, по второй группе = 1,0.

Материалы: бетон и арматура

• Обычный бетон: плотность от 2200 до 2500 кг/м³.

• Жаростойкий бетон: плотной структуры, плотность от ~900 кг/м³ и более (в зависимости от назначения).

• Для жаростойкого бетона вводят класс по предельно допустимой температуре применения.

• Требования к арматуре: учитывается изменение её свойств с температурой, потери напряжения, релаксация, а также потери предварительного напряжения при нагреве.

• В конструкциях с предварительным напряжением арматура может терять часть или полностью своё напряжение, и после остывания оно не восстанавливается.

Расчёт конструкций при температурном воздействии

• Расчёт усилий и деформаций от температуры ведётся с учётом коэффициентов надёжности, распределения температуры по сечению и нелинейных характеристик материалов.

• Для статически неопределимых конструкций расчёт нужно делать как для кратковременного нагрева (наибольшие температурные усилия), так и для длительного нагрева (учитывая снижение свойств).

• При расчёте прочности, прогибов, раскрытия трещин и других предельных состояний вводятся специальные поправки и формулы, учитывающие температурные эффекты.

• Особое внимание уделяется взаимодействию бетона и арматуры при тепловом расширении: разность деформаций вызывает дополнительные напряжения.

• Для предварительно напряжённых элементов учитываются как «основные» потери, так и «дополнительные» — возникающие при нагреве.

Конструктивные требования

• Минимальные размеры, защитные слои бетона, расстояния между арматурными стержнями, анкеровка должны обеспечивать устойчивость и долговечность при температурных режимах.

• В сборных конструкциях важна надёжность соединений, чтобы усилия передавались без потерь.

• Обязательны температурно-усадочные швы.

• В приложениях приводятся примеры сварных соединений арматуры, применения жаростойкого бетона в элементах конструкций тепловых агрегатов и прочие справочные материалы.

Практическое значение и ограничения

СП 27.13330.2017 играет важную роль при проектировании промышленных сооружений, дымовых труб, футеровок печей, котлов, камер сгорания, дымоходов и других объектов, где бетонные конструкции подвергаются нагреву.

Ограничения и особенности:

• Некоторые положения носят исследовательский характер: для ряда составов жаростойкого бетона недостаточно эмпирических данных, поэтому их применение должно подтверждаться экспериментально.

• Документ не распространяется на определение огнестойкости конструкций — рассматривается технологический нагрев, а не пожарные сценарии.

• Верхний предел температур для расчётов — до 1400 °С.

• Влажная среда (пар, конденсат) требует дополнительных мер, учтённых в документе.

Заключение

СП 27.13330.2017 является фундаментальным нормативным документом для проектирования бетонных и железобетонных конструкций, работающих при повышенных и высоких температурах.

                                                                        Автор статьи: Царёв Владимир Сергеевич

                                                                      Подписывайтесь на мою страницу в VK: Перейти