واکنش سازه های بتنی به آتش سوزی

خلاصه

این تحقیق به بررسی اثرات افزایش دما بر خصوصیات بتن می پردازد. سازه های بتنی معمولاً در دماهای بالا یا آتش سوزی کارآمد هستند. با این حال، از آنجایی که بتن یک ماده پیچیده است، هنگامی که در معرض دماهای بالاتر قرار می گیرد، به شدت تغییر می کند. اثرات اولیه آتش بر روی بتن از دست دادن مقاومت فشاری و پوسته شدن مواد منفجره است که می تواند به عنوان حذف شدید مواد از سطح بتن تعریف شود.

اگرچه اطلاعات قابل توجهی در هر دو شرایط جمع آوری شده است، تحقیقات سیستماتیک بیشتری در مورد عواقب قرار گرفتن در معرض دما هنوز مورد نیاز است. مدل سازی پدیده های ترمومکانیکی پیشرفت کرده است. علاوه بر این، مدل‌های فعلی برای خواص مکانیکی و حرارتی مورد بررسی قرار می‌گیرند. بررسی همتا برای یک مدل موجود برای خواص مکانیکی و حرارتی بتن نامحدود انجام شده است.

معرفی

فروپاشی پیش رونده سازه ساختمان به فروریختن نامتناسب یا کلی سازه ای اشاره دارد که در اثر یک شکست محلی اولیه ایجاد می شود که در سیستم سازه منتشر می شود. فعالیت‌های اتفاقی مانند آتش‌سوزی، برخورد وسیله نقلیه یا انفجار گاز ممکن است باعث خرابی محلی اولیه شود.

یک سازه در طول عمر مفید خود می تواند در معرض انواع خطرات مصنوعی و طبیعی قرار گیرد. آتش سوزی جدی ترین و رایج ترین این خطرات است. فجایع آتش‌سوزی می‌تواند در نتیجه حوادث ناگوار مانند اتصال کوتاه، تبخیر شیمیایی، آتش‌سوزی یا سایر بلایای طبیعی مانند آتش‌سوزی‌های پس از زلزله، آتش‌فشان‌ها و غیره رخ دهد.

قرار گرفتن در معرض آتش می تواند باعث آسیب جزئی یا کامل ساختاری شود و خطری برای زندگی و دارایی ایجاد کند. به دلیل اعمال مستقیم کشش بر روی یک نمونه، آزمایش مقاومت کششی مستقیم یک نمونه بتنی عملاً دشوار است.

در نتیجه، آزمایش کشش شکاف برای تعیین استحکام کششی غیرمستقیم انتخاب می‌شود. بتن در دماهای بالا افزایش ثابتی در کرنش در حداکثر تنش نشان می‌دهد و مقدار تقریباً ثابتی را برای شرایط از پیش بارگذاری شده نشان می‌دهد.

عوامل موثر بر مقاومت فشاری مشابه مدول الاستیسیته اولیه است. داده های تجربی حاضر پراکندگی قابل توجهی را نشان می دهد، اما همچنین کاهش در مدول الاستیسیته اولیه را با افزایش دما نشان می دهد. داده‌های تجربی حاضر پراکندگی قابل‌توجهی را نشان می‌دهند، اما همچنین کاهش در مدول الاستیسیته اولیه را با افزایش دما نشان می‌دهد، طبق مدل‌های شناخته شده تنش-کرنش، مقادیر کرنش افزایش می‌یابد اما مقادیر تنش با افزایش دما کاهش می‌یابد.

بتن در نتیجه نوسانات دما منبسط و منقبض می شود. بسته به شرایط مرزی اجزای سازه، این پدیده تنش حرارتی اضافی ایجاد می کند. علاوه بر این، کاهش سختی و استحکام ستون‌های بتنی به دنبال قرار گرفتن در معرض آتش شدید وجود داشت. عامل دیگری که خصوصیات محافظ بتن را در شرایط گرمایش نامتقارن تضعیف می کند، از دست دادن رطوبت است. این کاهش مقاومت بتن در نهایت منجر به ایجاد شکستگی می شود که باعث تسریع ریزش بتن می شود.

یک سازه باید مقاومت خاصی در برابر آتش داشته باشد تا از آسیب جانی و مالی جلوگیری کند. به طور کلی، اکثر مقررات طراحی دستورالعمل های کافی برای طراحی مقاوم در برابر آتش ساختمان های RCC ارائه نمی دهند. دستورالعمل‌های طراحی فقط از نظر پوشش‌های بتنی، ابعاد اعضا و غیره ارائه می‌شوند، که باعث می‌شود طراحی ما ارزان‌تر و اغلب خطرناک باشد. در نتیجه، یک مطالعه مبتنی بر عملکرد برای ارائه اطلاعات دقیق در مورد رفتار عناصر RCC هنگام قرار گرفتن در معرض آتش مورد نیاز است. با استفاده از این تحقیق، ممکن است بتوانیم ساختمان های مستعد آتش سوزی مانند انبارها، کارخانه های شیمیایی، پمپ بنزین ها و غیره را به طور مناسب طراحی کنیم و همچنین نحوه واکنش یک سازه RCC به آتش را درک کنیم.

۱. برای مطالعه مدل ها، خواص مواد و خواص مکانیکی مواد تحت قرار گرفتن در معرض آتش مختلف.

۲. برای ارزیابی تغییرات حرارتی در مقطع عضو با تجزیه و تحلیل انتقال حرارت.

۳. به طور کلی یک مطالعه پارامتری سازه بتن مسلح با شرایط مرزی مختلف داشته باشید.

با توجه به مطالعات گسترده ای که در سطح جهان انجام شده است، بررسی اثر آتش بر عنصر سازه در شرایط هند ضروری است زیرا در هر ساختمان حداقل حفاظت در برابر آتش وجود دارد. این را می توان از حادثه آتش سوزی گذشته برجسته کرد که علت این حادثه به دلیل فقدان دستورالعمل های ارائه شده توسط مقامات هند است.

بنابراین، یک مطالعه اضافی در جهت طراحی مبتنی بر عملکرد برای اعضای بتنی محدود ساختمان در معرض آتش با تجزیه و تحلیل انتقال حرارت مورد نیاز است. این بررسی همتا برای یک مدل موجود برای خواص مکانیکی و حرارتی برای بتن محصور نشده انجام شده است تا دانش کافی در مورد عملکرد سازه‌های بتنی در معرض آتش داشته باشد.

هنگامی که یک سازه در معرض آتش سوزی قرار می گیرد، خواص مواد آن که استحکام آن را تشکیل می دهد شروع به کاهش می کند. به دلیل این تخریب، ظرفیت باربری سازه کاهش می یابد که ممکن است باعث آسیب دائمی و یا حتی فروریختن سازه شود. بنابراین، مطالعه این عوامل کاهش دهنده برای تعیین ایمن بودن سازه یا تعداد تعمیرات و مقاوم سازی مورد نیاز بسیار مهم است.

برای انجام تجزیه و تحلیل کامل سازه های در معرض آتش سوزی یا دماهای بالا، داشتن دانش کامل از مواد و تعامل اجزاء سازنده در هنگام آتش سوزی مهم است. ادبیات موجود در مورد عناصر بتن مسلح در معرض آتش بسیار محدود است. بنابراین، توسعه یک رویکرد مبتنی بر عملکرد برای یافتن ظرفیت‌های تنش عناصر ساختاری در هنگام آتش‌سوزی مهم است. از این رو با حفظ این حقایق، یک مدل ریاضی برای پیش بینی رفتار عناصر تقویت شده در معرض آتش ایجاد شده است.

تاثیر آتش بر سازه های بتن مسلح

در سازه های بتنی، عمل حریق را می توان به عنوان یک عمل حرارتی در نظر گرفت که یک گرادیان دما را در سراسر قطعات سازه تحمیل می کند. این تغییرات دما از دو طریق بر رفتار سازه تأثیر می گذارد:

۱. گرادیان های دما انبساط حرارتی را افزایش می دهند، که در مورد سازه های محدود ممکن است منجر به تولید نیروهای بازدارنده قابل توجهی شود که قادر به ایجاد فروپاشی ساختار RCC هستند.

۲. دما بر کیفیت بتن و تقویت کننده اثر مخرب دارد

نکته : اگر در هوای سرد بتن ریزی انجام میدهید حتما از انواع ضد یخ بتن مطلع شوید.

نسبت مخلوط

مقاومت فشاری بتن مرکب بازیافتی تا ۲۰ درصد در کل محدوده دما و نوردهی کاهش یافت. در نتیجه، استفاده از بتن سنگدانه بازیافتی برای سازه هایی که در معرض دمای ثابت هستند توصیه نمی شود. فشار باقیمانده ۲۰ درصد منیزیت جایگزین بتن تا ۱۵ درصد افزایش یافت. در نتیجه، برای ساختمان‌هایی که دمای بالا را در مدت زمان طولانی تجربه می‌کنند، می‌توان یک ترکیب منیزیت را در قسمتی جایگزین کرد.

ابزار دقیق و روش های آزمایش

چندین آزمایش بر روی نمونه های استوانه ای با ضخامت های مختلف انجام شد. این نمونه ها در یک کوره صدا خفه کن گرم شدند و نتیجه نشان داد که ضخامت مواد با افزایش دما کاهش می یابد. در دمای ۴۰۰ درجه سانتیگراد، افت حدود ۶۰٪ است. برای آزمایش مقاومت در برابر آتش این ساختمان های بتنی، بسیاری از منحنی های دمایی زمانی ابداع شد. کشف شد که پس از ۴ ساعت قرار گرفتن در معرض، ممکن است ۴۰٪ افت وجود داشته باشد .

منحنی های زمان و دما

نوع و شدت آتش‌سوزی می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر میزان آسیب به سازه‌های بتن مسلح ناشی از قرار گرفتن در معرض آتش داشته باشد. آتش واقعی ممکن است تغییر ماهیت داشته باشد و بازسازی آن در آزمایشگاه را چالش برانگیز کند. دو نوع منحنی استاندارد آتش وجود دارد که برای مدل سازی سناریوهای واقعی آتش استفاده می شود:

1. منحنی آتش سوزی ISO 834-1 یا منحنی آتش سلولزی .
2. منحنی آتش ASTM E119.

بار آتش در هر دو منحنی استاندارد آتش تقریبا مشابه است.

مقاومت فشاری باقیمانده

ریزساختار بتن و هیدراتاسیون خمیر سیمان هر دو به میزان قابل توجهی به مقاومت بتن کمک می کنند. نوع سنگدانه مورد استفاده در بتن یکی از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر مقاومت بتن در برابر گرما بود و ژن کشف کرد که مقاومت با افزایش رطوبت کاهش می‌یابد .

استحکام فشاری بالای بتن سنگدانه سیلیسی با غلظت بالای آلومینا بتن مرتبط است.

رابطه تنش-کرنش بتن در معرض آتش سوزی

رابطه تنش-کرنش برای هر شکلی از تحلیل عناصر بتنی مورد نیاز است. از آنجا که آتش سوزی یکی از مخرب ترین بلایایی است که ممکن است یک ساختمان با آن مواجه شود، مطالعه کامل مدل های تنش-کرنش موجود بتن با افزایش دما ضروری است. بسیاری از محققان مدل های تنش-کرنش قوی را توسعه داده اند که لی و لین (۱۹۸۵) از آنها استفاده کردند. پرکاربردترین آنها EN-1992-1-2 و (Kodur (2014) هستند.

منحنی تنش-کرنش فولاد تقویت کننده در معرض آتش سوزی

بسیاری از یافته های تجربی مختلف ضروری نیست زیرا فولاد تقویت کننده یک ماده همگن است. یوروکد (EN-1992-1-2[7]) ارتباط قوی بین تنش و کرنش و نوسان دما را مشخص می کند. برای تعریف منحنی از سه پارامتر استفاده می شود:

شیب مقطع الاستیک خطی اولیه، حد تناسب و حداکثر سطح تنش. محققان آزمایش‌های بیشتری را با تجهیزات تست هیدرولیک انجام دادند و گرما با یک دستگاه الکتریکی انجام شد.

مدول الاستیسیته بتن در دماهای بالا

مدول الاستیسیته در درجه اول تحت تأثیر عواملی مانند خمیر سیمان، تخلخل، نوع سنگدانه ها، وضعیت رطوبتی بتن قرار می گیرد زیرا مدول الاستیسیته اولیه بیشتری در دمای محیط می دهد.

برای کسب اطلاعات بیشتر در حوزه بتن می توانید لینکدین بتن شیمی و اینستاگرام شرکت بتن شیمی را مطالعه نمایید.