СП 27.13330.2017 Действует

7.23 Расчет на продавливание для плоских железобетонных элементов (плит), работающих в условиях повышенных и высоких температур, при действии на них (нормально к плоскости элемента) местных, концентрированно приложенных усилий - сосредоточенных силы и изгибающего момента следует проводить на основе положений СП 63.13330.2018 (пункты 8.1.46–8.1.52).

8.12 Определение момента образования трещин на основе нелинейной деформационной модели проводят, исходя из общих положений, приведенных в 5.16, с учетом работы бетона в растянутой зоне нормального сечения на основе трехлинейной диаграммы деформирования. Расчетные характеристики материалов принимают для предельных состояний второй группы при максимальной температуре нагрева крайнего волокна бетона растянутой зоны. Значения

6.3 Для конструкций, находящихся на открытом воздухе, коэффициент теплоотдачи наружной поверхности

При расчете наибольших усилий в конструкциях от воздействия температуры принимают максимальную из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более, а при определении максимальной температуры нагрева бетона и арматуры принимают минимальную из средних скоростей ветра по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16 % и более согласно СП 131.13330, но не менее 1 м/с.

9.38 При проектировании конструкций футеровок для цилиндрических трубчатых печей нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленности в виде панелей из легкого жаростойкого бетона, формуемых на металлическом основании, необходимо предусматривать конструктивные решения, обеспечивающие кислото- и газонепроницаемость теплозащитного бетонного слоя на контакте с металлической поверхностью во избежание возникновения коррозии металла в процессе эксплуатации.

Футеровка конструктивных элементов печей (панелей) из жаростойкого бетона предназначена для изоляции металлической обшивки печи от воздействия температуры и снижения теплопотерь в процессе эксплуатации печей.

Поскольку жаростойкий бетон футеровок в процессе эксплуатации проявляет усадочные деформации в виде трещин, проблему изоляции металла от проникновения газов следует решать путем устройства антикоррозийной газонепроницаемой обмазки на границе раздела фаз «жаростойкий бетон - металл», которая позволяет обеспечить защиту метала от воздействия различных газов и кислот, адсорбирующих на поверхность металла.

Для исключения попадания дымовых газов, содержащих Н2S и SО2, на металлические поверхности оснований панелей и армирующих деталей, последние перед укладкой жаростойких бетонных смесей следует покрыть антикоррозионной газонепроницаемой обмазкой в виде промежуточного слоя (рисунок 9.12).

Газонепроницаемую обмазку следует наносить на металлические поверхности методом набрызга (торкретом) за 2-3 прохода при толщине каждого слоя не менее 3 мм или вручную. При этом необходимо обеспечить сплошность нанесения обмазки по всей площади защищаемой металлической поверхности.

Рисунок 9.12 - Фрагмент футеровки цилиндрической трубчатой печи панелей из легкого жаростойкого бетона, формуемой на металлическом основании

В качестве антикоррозионной газонепроницаемой обмазки применяют гидроизоляционные смеси на расширяющих добавках со следующими характеристиками:

- средняя плотность 1800–2000 кг/м3;

- предел прочности на изгиб/сжатие, МПа, в возрасте:

- марка по водонепроницаемости W20;

- марка по морозостойкости F200;

- сульфатостойкость с содержанием сульфатов в пересчете на ионы SО4 до 5000 мг/л;

- газопроницаемость  0,0238 – 0,0509 см3/с.

5.2 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, в зависимости от их назначения и условий работы задаются показатели качества бетона:

а) класс бетона по прочности на сжатие В; назначается для всех видов бетонов;

б) класс обычного бетона по прочности на осевое растяжение Вt; назначается в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение, и ее контролируют на производстве;

в) класс жаростойкого бетона по предельно допустимой температуре применения И по ГОСТ 20910; назначается во всех случаях;

г) марка жаростойкого бетона по термической стойкости в водных Т1 и воздушных -Т2 теплосменах; назначается для конструкций, к которым предъявляют требования по термической стойкости;

д) марка бетона по водонепроницаемости W назначается для конструкций из тяжелых и легких (кроме поризованных) бетонов, к которым предъявляют требования по ограничению водонепроницаемости;

е) марка бетона по морозостойкости F1 назначается для конструкций из тяжелых и легких (кроме поризованных) бетонов в зависимости от проектных параметров их режима эксплуатации и условий окружающей среды, а также для конструкций, которые в период строительства или при останове теплового агрегата могут подвергаться переменному воздействию замораживания и оттаивания;

ж) марка по средней плотности D; назначается для конструкций, к которым кроме конструктивных предъявляют требования теплоизоляции, и контролируется при их изготовлении.

Таблица 5.1

Таблица 5.1№составабетона | Класс бетонапо предельнодопустимой температуреприменения(И) | Исходные материалы | | | | Наиболь-ший класс бетона попрочностина сжатие(В) | Марка бетонапо средней плотности (D) | Марка бетонапо термической стойкости | | Область применения | | Вяжущее | Отвердитель | Тонкомолотаядобавка | Заполнители | | | в водныхтепло-сменах | в воз-душных тепло-сменах | Обычные бетоны | | | | | | | | | | 1 | И2 | Портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, шлакопортланд-цемент | Не применяется | Не применяется | Гранитовые, доломитовые, плотные известняковые, сиенитовые, плотные пески | В55 | D2200–D2500 | – | – | Фундаменты и другие несущие конструкции, находящиеся в условияхпостоянного нагрева 1а | И2 | Портландцемент, быстротвердеющий портландцемент | То же | Расширяющая добавка(5 % – 20 %) | То же | В55 | D2200–D2500 | – | – | Фундаменты, находящиеся в условияхпостоянного нагрева Жаростойкие бетоны | | | | | | | | | | 2 | И3 | Портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, шлакопортландце-мент | То же | Не применяется | Андезитовые, базальтовые, диабазовые, диоритовые | В40 | D2200–D2500 | Т15, Т115*, Т125** | – | Тепловые агрегаты с нейтральной средой 3 | И3 | То же | То же | То же | Из доменных отвальных шлаков | В40 | D2200–D2500 | Т15, Т115*, Т125** | – | То же 4 | И9 | То же | То же | Из золы-уноса | Аглопоритовые,из боя керамическогокирпича | В15 | D1600–D1700 | Т110,Т115*, Т125** | – | То же 5 | И8 | То же | То же | Из литого шлака, шлаковой пемзы | Из шлаков металлургических пористых (шлаковая пемза) | В15 | D1800–D1900 | Т15, Т115*, Т125** | – | То же 6 | И7 | То же | То же | Шамотная, из золы-уноса, боя керамического кирпича, из отвального и гранулирован-ного доменного шлака | Андезитовые, базальтовые, диабазовые, диоритовые | В40 | D2200–D2500 | Т15,Т115*, Т125** | – | То же 7 | И7 | То же | То же | Из доменных отвальных шлаков | Из доменных отвальных шлаков | В40 | D2200–D2500 | Т15,Т115*, Т125** | – | То же 8 | И8 | То же | То же | То же | Из шлаков топливных (золошлаковая смесь) | В15 | D1600–D1700 | Т15,Т115*, Т125** | – | То же 9 | И9 | То же | То же | Из боя керамического кирпича | Из боя керамического кирпича | В15 | D1600–D1800 | Т110,Т115*, Т125** | – | То же 10 | И11 | Портландцемент, быстротвердеющий портландцемент | То же | То же,из золы-уноса, бетонная | Шамотные кусковые, из боя изделий, из вторичных шамотных огнеупоров, бетонные | В35 | D1800–D1900 | Т110,Т115*, Т125** | – | То же 11 | И12 | То же | То же | Шамотная | Шамотные кусковые или из боя вторичных шамотных огнеупоров | В35 | D1800–D1900 | Т110, Т115*, Т125** | – | Футеровки тепловых агрегатов с нейтральной средой 12 | И8 | Жидкое стекло | Саморассы-пающиеся шлаки | Из шлаков ферромарганца, силикомарганца | Из шлаков ферромарганца, силикомарганца | В20 | D1900–D2200 | Т15,Т115*, Т125** | – | Футеровки тепловых агрегатов со средой сернистого газа 13 | И6 | То же | Кремнефторис-тый натрий, нефелиновый шлам, саморас-сыпающиеся шлаки | Шамотная | Андезитовые, базальтовые, диабазовые, диоритовые | В20 | D2200–D2500 | Т15,Т115*, Т125** | – | То же 14 | И10 | То же | Кремнефторис-тый натрий | Шамотная, из катализатора ИМ-2201 отработанного | Шамотные кусковые и из боя изделий, из вторичных шамотных огнеупоров | В20 | D1900–D2200 | Т110,Т115*, Т125** | – | Футеровки тепловых агрегатов с кислой агрессивной средой 15 | И11 | То же | Нефелиновый шлам, саморассыпа-ющиеся шлаки | Шамотная, шлак гранулированный силикомарганца | Из смеси шамотных кусковых илииз боя изделийи карборунда, шамотные | В20 | D2000–D2300 | Т140, Т180,Т115*, Т125** | – | Тепловые агрегаты с резкой сменой температур 16 | И13 | То же | Кремнефто-ристый натрий | Магнезитовая | Шамотные кусковые и из боя изделий, из вторичных шамотных огнеупоров | В15 | D1800–D2100 | Т115,Т115*, Т125** | – | Футеровки аппаратов с расплавами солей натрия и содореге-нерационными расплавами 17 | И12 | То же | Нефелиновый шлам, саморас-сыпающиеся шлаки, фосфорные шлаки | Шамотная, из катализатора ИМ-2201 отработанного | То же,бетонные | В15 | D1800–D2100 | Т15,Т115*, Т125** | – | Тепловые агрегатыс резкой сменой температур 18 | И13 | То же | То же | Магнезитовая | Шамотные кусковые и из боя изделий, из вторичных шамотных огнеупоров, бетонные | В15 | D1800–D2100 | Т115,Т115*, Т125** | – | Футеровки аппаратов с расплавами солей натрия и водорегенера-ционными расплавами 19 | И13 | Глиноземистый цемент | Не применяется | Не применяется | То же | В30 | D1800–D2100 | Т115,Т115*, Т125** | – | Тепловые агрегаты с толщиной футеровки не более 400 мми нейтральной средой 20 | И12 | То же | То же | То же | Из передельного феррохрома | В30 | D2600–D2700 | Т115,Т115*, Т125** | – | То же 21 | И14 | То же | То же | То же | Муллитокорундовые кусковые и из боя изделий | В35 | D2600–D2700 | Т110,Т115*, Т125** | – | То же 22 | И6 | Портландцемент | То же | Шамотная, из золы-уноса, боя керамического кирпича, отвального и гранулированного доменного шлака | Вспученный перлит | В5 | D800–D1000 | – | Т210 Т220* | В качестве теплоизоляционного слоя в нейтральной среде 23 | И11 | То же | То же | Шамотная, из катализатора ИМ-2201 отработанного | Керамзитовые с насыпной плотностью 550–650 кг/м3 | В15 | D1300–D1500 | Т15,Т115*, Т125** | Т210 | В качествефутеровочного и теплоизоляционного слоя в нейтральной среде 24 | И10 | То же | То же | То же | Керамзитовые с насыпной плотностью 350–500 кг/м3 | В10 | D900–D1200 | – | Т210,Т220* | То же 25 | И10 | То же | То же | Шамотная, из золы-уноса, боя керамического кирпича, керамзитовая | Из смеси керамзита и вспученного вермикулита | В3,5 | D900–D1000 | – | Т210 | В качестветеплоизоляционного слоя в нейтральной среде 26 | И10 | То же | То же | То же | Вспученный вермикулит | В2,5 | D900–D1100 | – | Т210 | То же 27 | И8 | Жидкое стекло | Кремнефторис-тый натрий | Шамотная, из катализатораИМ-2201 отработанного | Из смеси керамзита и вспученного вермикулита | В10 | D800–D1000 | – | Т210,Т220* | То же 28 | И8 | То же | То же | То же | Вспученный вермикулит | В3,5 | D900–D1100 | – | Т210 | То же 29 | И8 | То же | То же | То же | Керамзитовые с насыпной плотностью 550–650 кг/м3 | В15 | D1300–D1500 | Т15,Т115*, Т125** | Т210 | В качестве футеровочного и теплоизоляционного слоя в нейтральной среде 30 | И8 | То же | То же | То же | Керамзитовые с насыпной плотностью 350–500 кг/м3 | В5–В10 | D900–D1300 | – | Т210, Т220* | То же 31 | И8 | То же | То же | То же | Из смеси зольного гравия и вспученного перлита | В3,5 | D700–D900 | – | Т210 | В качестветеплоизоляционного слоя в нейтральной среде 32 | И6 | То же | То же | То же | Вспученный перлит | В5 | D700–D900 | – | Т210,Т220* | То же 33 | И11 | Глиноземистый цемент | Не применяется | Не применяется | Вспученный вермикулит | В2,5 | D600–D800 | – | Т210 | То же 34 | И11 | То же | То же | То же | Из смеси керамзита и вспученного вермикулита | В3,5 | D800–D900 | – | Т210 | То же 35 | И11 | То же | То же | То же | Керамзитовые со средней плотностью 350–500 кг/м3 | В5 | D800–D900 | – | Т210,Т220* | В качествефутеровочного и теплоизоляционного слоя в нейтральной среде 36 | И11 | То же | То же | То же | Из смеси зольного гравия и вспученного перлита | В5 | D900–D1000 | – | Т210,Т220* | То же 37 | И11 | То же | То же | То же | Вспученный перлит | В30 | D900–D1000 | – | Т210,Т220* | То же 38 | И11 | Портландцемент | То же | Кордиеритовая | Кордиеритовые | В30 | D1800–D1900 | – | Т150 | Для футеровки агрегатов с резкой сменой температур 39 | И6 | То же | То же | Смесь хромитовой и шлаковой | Смесь гранулирован-ного и литого шлаков | В40 | D2100–D2200 | – | – | Для полов горячих цехов с нейтральной средой 40 | И10 | Портландцемент, быстротвердеющий портландцемент | То же | Силикат-глыба или глиноземистый цемент | Смесь керамзита, вспученного вермикулита и асбеста | В1 | D600–D700 | – | – | В качестветеплоизоляционного слоя в нейтральной среде 41 | И11 | Жидкое стекло | Нефелиновый шлам или саморассыпаю-щиеся шлаки | Шамотная | Кордиеритовые | В15 | D1800–D2000 | Т150 | – | Для футеровки агрегатов с резкой сменой температур 42 | И14 | То же | Кремнефторис-тый натрий, нефелиновый шлам или саморассыпаю-щиеся шлаки | Магнезитовая | Магнезитовые | В20 | D2300–D2500 | Т15 | – | Для футеровки агрегатов с расплавами солей натрия и содореге-нерационными расплавами 43 | И16 | То же | То же | То же | Периклазошпи-нельные | В20 | D2800–D3000 | Т110 | – | Для футеровки агрегатов медеплавильных производств и агрегатов с кислой средой 44 | И12 | Глиноземистый цемент | Неприменяется | Не применяется | Кордиеритовые | В22,5 | D1800–D2100 | Т1100 | – | Для футеровки агрегатов с резкой сменой температур 45 | И13 | То же | То же | То же | Муллито-кордиеритовые | В30 | D1900–D2100 | Т1100 | – | То же 46 | И11 | Высокоглинозе-мистый цемент | То же | То же | Вспученный перлит | В5 | D700–D900 | – | Т210 | Для футеровки агрегатов с углерод-содержащей средой 47 | И14 | То же | То же | То же | Шамотные кусковые, из боя шамотных изделий, или из вторичных огнеупоров | В22,5 | D1800–D2100 | Т120 | – | Для футеровки агрегатов с нейтральной средой 48 | И14 | То же | То же | То же | Титаноглиноземис-тый шлак | В30 | D2700–D2900 | Т110 | – | То же 49 | И15 | То же | То же | То же | Муллитокорундовые | В30 | D2500–D2700 | Т120 | – | Для футеровки тепловых агрегатов с углеродсодержащей средой 50 | И16 | То же | То же | То же | Хромитоглиноземис-тый шлак | В30 | D2700–D2900 | Т110 | – | Для нейтральныхи слабоагрессивных сред оксида углерода 51 | И17 | То же | То же | То же | Корундовые | В30 | D2600–D2800 | Т110 | – | Для тепловых агрегатов с водородной и углерод-содержащей средой 52 | И13 | Ортофосфорная кислота 50 %-ной концентрации | То же | Шамотная | Из боя шамотных легковесных изделий | В5 | D800–В1000 | – | – | То же 53 | И14 | Ортофосфорная кислота 70 %-ной концентрации | То же | То же | Шамотные кусковые или из боя изделий, или из вторичных шамотных огнеупоров | В22,5 | D1900–D2100 | Т130 | – | Для тепловых агрегатов с резкой сменой температур 54 | И18 | То же | То же | Корундовая, муллитокорун-довая | Корундовые, муллитокорундовые | В55 | D2600–D2800 | Т130 | – | Для футеровки тепловых агрегатов с резкой сменой температур и истирающим воздействием 55 | И12 | Портландцемент | То же | Шамотная | Из обожженных отходов обогащения асбеста | В30 | D2200–D2400 | Т130 | – | Для футеровки вагонеток и тепловых агрегатов с нейтральной средой 56 | И12 | Жидкое стекло | Саморассы-пающиеся шлаки | Шамотная или из обожженных отходов обогащения асбеста | То же | В22,5 | D2300–D2500 | Т130 | – | То же * Марка бетона по термической стойкости при циклическом нагреве.** Марка бетона по термической стойкости при циклическом нагреве с резким охлаждением водой или воздухом.Примечания1 Для бетонов на жидком стекле с отвердителем из кремнефтористого натрия классов по предельно допустимой температуре применения И8–И13 воздействие на них пара и воды без предварительного нагрева до 800 ºС не допускается. Бетоны на жидком стекле с кремнефтористым натрием класса по предельно допустимой температуре применения И6 подвергать воздействию пара и воды не следует.2 Все положения настоящего свода правил для состава обычного бетона № 1 распространяются на состав бетона № 1а.3 При необходимости, для обычного бетона состава № 1 назначают класс по прочности на растяжение в пределах от Bt 0,8 до Bt 3,2 включительно. | | | | | | | | | |

5.16 Влияние температуры на изменение прочности бетона при растяжении учитывают умножением прочностных характеристик бетона на коэффициент условия работы бетона при растяжении

Таблица 5.2

5.25 Коэффициент температурной усадки бетона αcs принимают по таблице 5.7. Коэффициент температурной усадки бетона принят:

при кратковременном нагреве – для подъема температуры на 10 ºС/ч и более;

при длительном нагреве – в зависимости от воздействия температуры во время эксплуатации.

Таблица 5.7

Таблица 5.7Номера составов бетона по таблице 5.1 | Расчет на нагрев | Коэффициент линейной температурной усадки бетонаαcs· 10-6 · град-1 при температуре бетона, ºС | | | | | | | | | 50 | 100 | 200 | 300 | 500 | 700 | 900 | 1100 1–4 | КратковременныйДлительный | 0,06,0 | 0,05,5 | 0,73,0 | 1,02,5 | - | - | - | - 5–11, 23–25 | КратковременныйДлительный | 0,07,0 | 0,56,5 | 0,93,5 | 1,12,8 | 1,52,5 | 1,42,4 | 2,33,2 | 3,24,2 12–18,27, 29, 30 | КратковременныйДлительный | 2,011,0 | 3,08,0 | 2,55,0 | 2,03,7 | 1,32,3 | 1,01,7 | 0,81,4 | 0,71,2 19–21 | КратковременныйДлительный | 0,55,5 | 2,05,5 | 1,53,2 | 1,32,6 | 1,42,2 | 1,62,5 | 2,13,0 | 2,33,2 22 | КратковременныйДлительный | 4,011,0 | 5,09,0 | 4,76,7 | 4,25,7 | 3,74,7 | 3,64,6 | - | - 26 | КратковременныйДлительный | 6,611,6 | 7,611,6 | 7,19,1 | 7,18,4 | 5,56,5 | 4,35,3 | 5,06,0 | 6,07,0 28 | КратковременныйДлительный | 4,013,0 | 5,010,0 | 4,67,0 | 4,15,8 | 1,32,3 | 1,21,9 | 1,01,7 | - 31, 32 | КратковременныйДлительный | 4,03,0 | 4,00 | 3,51,5 | 3,01,5 | 2,01,0 | 1,00 | - | - 33 | КратковременныйДлительный | 10,515,5 | 12,015,5 | 11,513,3 | 11,312,6 | 10,712,2 | 9,910,8 | 10,411,4 | 10,711,7 34, 35 | КратковременныйДлительный | 6,311,3 | 7,810,8 | 7,310,3 | 7,18,4 | 5,56,1 | 4,35,2 | 5,06,0 | 5,26,2 36, 37 | КратковременныйДлительный | 1,76,7 | 3,26,7 | 3,05,3 | 4,85,1 | 5,06,8 | 5,16,0 | 9,310,2 | 14,315,2 П р и м е ч а н и я1 Коэффициент αcs для промежуточных значений температуры определяется интерполяцией.2 Значение коэффициента αcs принимают со знаком минус. | | | | | | | | |

5.32 Влияние температуры на изменение прочностных свойств арматуры учитывают умножением нормативных и расчетных сопротивлений арматуры на коэффициент условия работы арматуры



Значения коэффициентов условия работы арматуры γst принимают по таблице 5.14 в зависимости:

- от температуры в центре тяжести растянутой арматуры при расчете по формулам (8.2), (8.5), (8.6), (8.8), (8.9), (8.12), (8.13), (8.19), (8.23), (8.25), (8.64) СП 63.13330.2018, а также (5.15);

- сжатой арматуры – по формулам (8.4)–(8.8), (8.10), (8.12), (8.13), (8.22), (8.24), (8.25) СП 63.13330.2018, а также (5.16);

- максимальной ts поперечной – по формулам (8.59), (8.92) СП 63.13330.2018;

- косвенной арматуры – по формуле (8.84) СП 63.13330.2018;

- в зоне анкеровки – по формулам (9.1), (9.3).

5.5 Для вновь проектируемых несущих железобетонных конструкций из обычного и жаростойкого бетонов, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, следует применять класс бетона по прочности на сжатие не ниже В15. Назначение других нормируемых показателей марок и классов жаростойкого бетона следует принимать по ГОСТ 20910.

5.20 При длительном действии нагрузки и температуры значения начального модуля деформации бетона Ebτ рассчитывают по формуле

Значения коэффициента ползучести φb,cr для разных составов жаростойкого бетона (по таблице 5.1), учитывающего влияние длительной ползучести бетона на деформации элемента без трещин при длительном нагреве, представлены в таблице 5.4. Коэффициент ползучести бетона φb,cr получен как отношение полных относительных деформаций сжатия бетона при длительном воздействии температуры к упругим деформациям бетона естественной влажности до воздействия температуры.

Таблица 5.4

6.9 При стационарном нагреве конструкции, состоящей из n-слоев, и начале отсчета слоев со стороны более нагретой поверхности температуру материала tn между слоями n-1 и n рассчитывают по формуле

R1, R2, …, Rn-1, Rn  –  термическое сопротивление материала в отдельных слоях конструкции, пронумерованных со стороны нагреваемой поверхности, м2·ºС/Вт;

δ1, δ2, …, δn-1, δn          –   толщина отдельных слоев, м;

λ1, λ2, …, λn-1, λn – коэффициенты теплопроводности материалов в слоях конструкции, принимаемые в зависимости от средней температуры слоя, Вт/м·ºС.

5.6 Для предварительно напряженных железобетонных конструкций из обычного и жаростойкого бетонов, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, класс бетона по прочности на сжатие следует принимать в зависимости от вида и класса напрягаемой арматуры, но не менее В20.

5.26 Марку по средней плотности бетона естественной влажности принимают по таблице 5.1.

Среднюю плотность бетона в сухом состоянии при его нагреве свыше 100 ºС уменьшают на 150 кг/м3.

Среднюю плотность железобетона (при μ ≤ 3 %) принимают на 100 кг/м3 больше средней плотности соответствующего состояния бетона.

4.28 Потери предварительного напряжения в арматуре, возникшие при нагреве, после остывания не восстанавливаются.

6.33 Момент при остывании от усадки и ползучести бетона определяют по формуле (6.49), считая кривизну равной сумме кривизне оси элемента при остывании от усадки и от ползучести бетона. Кривизну оси элемента при остывании от усадки бетона вычисляют по формуле (6.40) и от ползучести бетона по формуле

где Мt и Mt' – моменты, возникающие соответственно при кратковременном и длительном воздействиях температуры.

Наибольшие температурные моменты возникают при первом кратковременном нагреве. При повторных кратковременных нагревах и длительном нагреве температурные моменты меньше, чем при первом нагреве.

4.11 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций их надежность должна обеспечиваться расчетом, путем использования расчетных значений нагрузок, температур и характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности сооружения или теплового агрегата.

Расчет конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, следует проводить на все возможные неблагоприятные сочетания нагрузок от собственного веса, внешней нагрузки и температуры, с учетом длительности их действия и, в случае необходимости, после остывания.

Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетания, коэффициентов надежности по нагрузке и назначению конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) следует принимать по СП 20.13330. Виды нагрузок и температурных воздействий, учитываемые при расчете конструкции по предельным состояниям первой и второй групп, следует принимать по таблице 4.1.

Таблица 4.1

5.18 Значения начального модуля упругости для различных составов жаростойких бетонов (согласно таблице 5.1) при сжатии и растяжении Eb приведены в таблице 5.3 в зависимости от класса по прочности на сжатие бетона.

Таблица 5.3

Таблица 5.3Номера составов бетона по таблице 5.1 | Начальные модули упругости бетона при сжатии и растяжении принимаются равным Еb·103 (МПа)при классе бетона по прочности на сжатие | | | | | | | | | | | | | | | | | | | В1 | В1,5 | В2 | В2,5 | В3,5 | В5 | В7,5 | В10 | В12,5 | В15 | В20 | В25 | В30 | В35 | В40 | В45 | В50 | В55 | В60 1-3, 6, 7, 13, 20, 21 естественного твердения | - | - | - | 8,5 | 9,5 | 13,0 | 16,0 | 19,0 | 21,0 | 24,0 | 27,5 | 30,0 | 32,5 | 34,5 | 36 | 37,0 | 38,0 | 39,0 | 39,5 1-3, 6, 7, 20, 21 подвергнутого тепло-вой обработке при атмосферном давлении | - | - | - | 8,0 | 8,5 | 11,5 | 14,5 | 16,0 | 19,0 | 20,5 | 24,0 | 27,0 | 29,0 | 31,0 | 32,5 | 34,0 | 35,0 | 36,0 | 37,0 31, 32* | 3,7 | 4,0 | 4,3 | 4,5 | 5,0 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - 25, 27, 32, 34, 35, 37** | 4,2 | 4,5 | 4,8 | 5,0 | 5,5 | 6,3 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - 22, 24, 26, 28, 30, 32, 33, 36*** | 4,3 | 4,6 | 4,9 | 5,5 | 6,1 | 6,9 | 7,9 | 8,7 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - 24, 30*4 | - | - | 5,8 | 6,5 | 7,2 | 8,2 | 9,4 | 10,3 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - 23, 29 | - | - | 7,3 | 8,0 | 9,0 | 10,0 | 11,5 | 12,5 | 13,2 | 14,0 | 14,8 | - | - | - | - | - | - | - | - 4, 8, 9 | - | - | 8,0 | 8,6 | 9,8 | 11,2 | 13,0 | 14,0 | 14,7 | 15,5 | 16,3 | - | - | - | - | - | - | - | - 5, 10-12, 14-19 | - | - | 10,0 | 10,5 | 11,5 | 13,0 | 14,5 | 16,0 | 17,0 | 18,0 | 19,5 | 21,0 | 22,0 | 23,0 | 24,0 | 25,0 | - | - | - П р и м е ч а н и е – *D900; ** D1000; ***D1100; *4 D1200-1400. | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

5.29 Для армирования железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, арматура должна приниматься по СП 63.13330.

Для железобетонных конструкций из жаростойкого бетона при нагреве арматуры свыше 400 ºС предусматривают стержневую арматуру и прокат из:

- легированной стали марки 30ХМ по ГОСТ 4543;

- коррозионно-стойких жаростойких и жаропрочных сталей марок 12Х13, 20Х13, 08Х17Т, 12Х189Н9Т, 20Х23Н18, 45Х14Н14В2М по ГОСТ 5632 и ГОСТ 5949.

6.2 Расчет распределения температур в стенках боровов и каналов, расположенных под землей, допускается проводить:

для кратковременного нагрева, принимая сечение по высоте стен неравномерно нагретым с прямолинейным распределением температур бетона, и величину коэффициента теплоотдачи наружной поверхности стенки αe\alpha_eαe​ — по таблице 6.1;

для длительного нагрева, принимая сечение по высоте стен равномерно нагретым.

Температуру арматуры в сечениях железобетонных конструкций принимают равной температуре бетона в месте ее расположения.

6.28 Для конструкций, за предельное состояние которых принимают образование первого или такого количества пластических шарниров, когда система превращается в статически определимую конструкцию, расчет по несущей способности ведут на совместное действие усилий от температуры и нагрузки. Для конструкций, за предельное состояние которых принимают образование последнего пластического шарнира, когда система превращается в механизм, расчет по несущей способности ведут методом предельного равновесия на действие усилий от нагрузки без учета температурных усилий.

9.4 Толщину защитного слоя бетона в конструкциях из обычного бетона следует принимать по СП 63.13330 при температуре арматуры до 100 °С:

для продольной рабочей арматуры, ненапрягаемой и напрягаемой при натяжении на упоры;

для поперечной, распределительной и конструктивной арматуры.

9.7 Толщина защитного слоя бетона у концов предварительно напряженных элементов из обычного и жаростойкого бетонов на длине зоны передачи напряжений при температуре арматуры до 100 °С должна составлять, не менее:

для стержневой арматуры классов А400 и А600, а также для арматурных канатов - 2d,

для стержневой арматуры классов А800 и А1000 - 3d,

а при более высокой тем¬пературе ее следует увеличивать на 0,5 диаметра анкеруемой арматуры.

9.9 В полых элементах кольцевого или коробчатого сечения при воздействии повышенной и высокой температуры расстояние от стержней продольной арматуры до внутренней поверхности бетона должно назначаться по 9.5 и 9.6.

9.13 Поперечное армирование железобетонных элементов из обычного и жаростойкого бетона, предназначенных для работы при повышенных и высоких температурах, следует принимать по СП 63.13330.

Поперечную арматуру следует устанавливать у всех поверхностей железобетонных элементов, вблизи которых ставится продольная арматура. При этом поперечная арматура должна охватывать крайние продольные стержни.

Диаметр отогнутых стержней в зависимости от температуры арматуры следует принимать по 9.11.

9.31 Для обеспечения надежного соединения несущего и футеровочного слоев многослойной футеровки следует применять пространственные анкеры в виде соединенных между собой крестообразно установленных гнутых стержней, расположенных перпендикулярно к арматурной сетке, например, как показано на рисунке 9.8.

Пространственные анкеры устанавливают в швах плитной и минераловатной изоляции.

Расстояние между анкерами принимают в пределах 0,7-1,0 м, а расстояние от краев панели до центра пространственного анкера принимают кратным размеру плит теплоизоляции и равным половине расстояния между анкерами. Плита из жаростойкого бетона, закрепленная с помощью анкеров, от действия собственного веса в горизонтальном положении панели будет работать как двухконсольная система с максимальными растягивающими усилиями в сечениях под пространственными анкерами, где имеются местные арматурные сетки, включенные в пространственный анкер для увеличения площади анкеровки.

Футеровочная плита из жаростойкого бетона в укрупненных монтажных элементах разрезается швами шириной 2 мм на отдельные части таким образом, чтобы каждый отдельный монолитный участок бетонной футеровки крепился к основанию панели четырьмя или двумя анкерами.

9.44 Предельные отклонения геометрических размеров возведенных бетонных и железобетонных конструкций промышленных печей, боровов, газовоздуховодов, рекуператоров, промышленных дымовых и вентиляционных труб высотой более 15 м, фундаментов труб или частей сооружений, служащих опорными конструкциями труб, не должны превышать допускаемых значений, приведенных в СП 83.13330.

6.15 При расчете элементов, подвергающихся нагреву, положение центра тяжести всего сечения бетона или его сжатой зоны, а также статический момент и момент инерции всего сечения следует определять, приводя все сечение к ненагретому, более прочному бетону. Для этой цели при расчете с использованием ЭВМ сечение по высоте разбивается не менее чем на четыре части.

9.26 Для организованного развития усадочных трещин в бетоне со стороны рабочего пространства теплового агрегата следует предусматривать усадочные швы. Швы шириной 2-3 мм и глубиной, равной 1/10 высоты сечения, но не менее 20 мм, следует располагать через 60–90 см в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рисунок 9.5, б).

9.38б Для конструкций, работающих при воздействии температуры выше 50 °С, необходимо предусматривать защиту наружной поверхности бетона от периодического замачивания, если процесс замачивания возможен при эксплуатации. При этом целесообразно применение оштукатуривания гидроизоляционным покрытием по металлической сетке снаружи теплового агрегата либо устройство наружной армированной набетонки из напрягающего бетона согласно пункту 5.8.10 СП 70.13330.2012.

8.24 Прогибы железобетонных элементов допускается определять по общим правилам строительной механики с использованием вместо кривизны непосредственно изгибных жесткостных характеристик D путем замены упругих изгибных характеристик ЕI в расчетных зависимостях на указанные характеристики D, вычисленные по формулам, приведенным в СП 63.13330.2018 (пункты 8.2.25 и 8.2.29).

При совместном действии кратковременных и длительных нагрузок и температур полный прогиб элементов без трещин и с трещинами в растянутой зоне определяют путем суммирования прогибов соответствующих нагрузок и длительности нагрева, по аналогии с суммированием кривизны согласно 8.26, принимая жесткостные характеристики D в зависимости от указанной в этом пункте принятой продолжительности действия, рассматриваемой нагрузки и нагрева.

7.7 Во всех формулах СП 63.13330 вместо расчетных сопротивлений бетона Rb следует принимать Rb,tеm, определяемое по формуле (5.1), с учетом коэффициента условий работы бетона γbt\gamma_{bt}γbt​, определяемого по таблице 5.2:

для элементов прямоугольного и кольцевого сечений, а также тавровых сечений с полкой в растянутой зоне — в зависимости от средней темпе­ратуры бетона сжатой зоны сечения;

для двутавровых и тавровых сечений с полкой в сжатой зоне — в зависимости от средней температуры бетона отдельно сжатой зоны ребра и сжатых свесов полки.

Среднюю температуру бетона сжатой зоны прямо­угольных сечений при ξ<ξR\xi<\xi_Rξ<ξR​ допускается принимать по температуре бетона, расположенного на расстоянии 0,2h0 от сжатой грани сечения. Если x=ξRh0x=\xi_Rh_0x=ξR​h0​, или сечение полностью сжато (x=h), коэффициент условий работы бетона γbt\gamma_{bt}γbt​ допускается принимать в зависимости от температуры бетона, расположенного на расстоянии 0,5х от сжатой грани сечения.

При расчете на нагрузку наибольшая температура бетона сжатой зоны сечения элемента не должна превышать предельно допустимой температуры применения бетона, указанной в ГОСТ 20910. Полку, расположенная в растянутой зоне, в расчете не учитывают.

5.39 Для снижения интенсивности трещинообразования от температурно-усадочных деформаций в конструкциях из жаростойких бетонов совместно с рабочей арматурой целесообразно применять добавки: металлической фибры из легированных сталей, коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей (диаметр фибры 0,5–1,2 мм, длина 30–50 мм), стеклянной или базальтовой микрофибры (диаметр микроволокна 13–17 мкм, длина 3–20 мм). При этом температурный диапазон применения жаростойких бетонов с добавкой металлической фибры ограничивается предельно допустимой температурой применения стали по таблице 5.11, из которой изготовлена фибра, с добавкой стеклянной или базальтовой микрофибры в виде микроволокон – 800 °С.

9.19 Сварные соединения арматуры и закладных деталей, а также стыки ненапрягаемой арматуры внахлест (без сварки) и механические соединения в конструкциях из жаростойкого бетона следует выполнять по СП 63.13330.

Длина перепуска (нахлеста) l арматуры в рабочем направлении должна быть не менее величины lо,an, определяемой с учетом 9.16. Диаметр стыкуемых стержней из арматуры периодического профиля не должен превышать 28 мм, а из гладкой арматуры — 20 мм.

Стыки внахлест без сварки не допускаются при циклическом нагреве и при постоянном нагреве растянутой арматуры свыше 100 °С.

Стыки рабочей растянутой арматуры внахлестку без сварки следует располагать «в разбежку». При этом считается, что стыки расположены в разных сечениях, если расстояния между ближними концами стержней нахлесток не менее 0,3ls.

9.25 Ширину температурно-усадочного шва b в зависимости от расстояния между швами l следует рассчитывать по формуле

b = εt l . | (9.4)

Относительное удлинение оси элемента εt следует вычислять в зависимости от вида конструкции и характера нагрева по 6.22–6.25.

Ширину температурно-усадочного шва, вычисленную по формуле (9.4), следует увеличить на 30 %, если шов заполняется асбесто-вермикулитовым раствором, каолиновой ватой или шнуровым асбестом, смоченным в глиняном растворе (рисунок 9.4, а).

Температурно-усадочные швы в бетонных и железобетонных конструкциях следует принимать шириной не менее 20 мм.

В случае если давление в рабочем пространстве теплового агрегата не равно атмосферному, температурно-усадочный шов должен иметь уширение для установки бетонного бруса. Брус следует устанавливать насухо, без раствора. Между брусом и менее нагретой поверхностью шов необходимо заполнить легко деформируемым теплоизоляционным материалом (рисунок 9.4, б).

В печах, где требуется герметичность рабочего пространства, с наружной поверхности в температурно-усадочном шве следует предусматривать компенсатор (рисунок 9.4, в).

7.18 При расчете железобетонных элементов с поперечной арматурой, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, на действие поперечной силы следует соблюдать условие формулы (8.55) СП 63.13330.2018, обеспечивающее прочность по бетонной полосе между наклонными сечениями.

В формуле (8.55) СП 63.13330.2018 расчетное сопротивление бетона Rb следует дополнительно умножать на коэффициент условий работы бетона γbt\gamma_{bt}γbt​, принимаемый по таблице 5.2 в зависимости от температуры бетона в центре тяжести сечения.

7.16 При расчете прочности в условиях воздействия температур, усилия и деформации в сечении, нормальном к продольной оси элемента, определяют на основе нелинейной деформационной модели, используя уравнения равновесия внешних сил и внутренних усилий в сечении элемента с учетом изменения свойств бетона и арматуры от воздействия температуры.

Общие положения расчета, расчетные зависимости между усилиями и деформациями, методика расчета по прочности нормальных сечений следует принимать по формулам (8.26)–(8.54) СП 63.13330.2018 с учетом 7.7–7.10.

Бетон по высоте сечения разбивают на элементарные участки с одинаково деформируемыми стержнями арматуры. Диаграмму деформирования бетона на сжатие строят для средней температуры бетона сжатой зоны (рисунок 5.1). Диаграмму деформирования арматуры строят для температуры ее нагрева (рисунок 5.2). До момента разрушения соблюдается условие равновесия внешних сил и внутренних усилий с учетом плоского деформирования сечения. Моментную ось следует выбирать на сжатой грани сечения.

Критерием исчерпания прочности нормального сечения является достижение краевой деформацией сжатого бетона ее предельного значения εb2.

В сжатых колоннах при четырехстороннем воздействии температуры определяют распределение температур по сечению колонны. Сечение разбивают на полые прямоугольники с одинаковой температурой нагрева, для которых принимают равномерное распределение напряжений. Строят диаграммы деформирования бетона для температуры нагрева середины толщины каждого участка бетона и диаграммы деформирования арматуры для температуры ее нагрева.

За предельное значение деформаций укорочения с однозначной эпюрой напряжений и деформаций принимают предельную деформацию наименее нагретого бетона в сечении при однородном напряженном состоянии εb0 при нулевой кривизне в сечении.

По диаграмме деформирования для каждого участка определяют напряжения в бетоне и в арматуре соответствующие предельной деформации бетона наименее нагретого участка.

Прочность сечения проверяется из уравнения равновесия.

7.2   Расчет внецентренно сжатых бетонных элементов, подвергающихся равномерному и неравномерному нагреву по высоте сечения с температурой бетона наиболее нагретой грани до 400 °С, необходимо выполнять по формулам (7.1) и (7.3) СП 63.13330.2018, в которых вместо расчетного сопротивления бетона Rb принимается Rb,tem, вычисляемое по формуле (5.1) с учетом коэффициент условий работы бетона γbt\gamma_{bt}γbt​, приве­денного в таблице 5.2, в зависимости от средней температуры бетона сжатой зоны сечения.

При неравномерном нагреве по высоте сечения с температурой бетона наиболее нагретой грани более 400 °С расчет внецентренно сжатых элементов следует проводить с учетом различия прочности бетона по высоте сечения. Сечение по высоте разделяют на две части, нагретых до температуры менее и более 400 °С.

5.14 При расчете бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур, влияние температуры на изменение прочностных характеристик бетона при сжатии и растяжении учитывают их умножением на соответствующие коэффициенты условий работы бетона при сжатии γbt\gamma_{bt}γbt​ и растяжении γtt\gamma_{tt}γtt​, приведенные в таблице 5.2.

5.24    Коэффициент линейной температурной деформации бетона αbt в зависимости от температуры следует принимать по таблице 5.6. Коэффициент αbt определен с учетом температурной усадки бетона при кратковременном и длительном нагреве.

При необходимости определения температурного расширения бетона при повторном воздействии температуры после кратковременного или длительного нагрева к коэффициенту линейной температурной деформации αbt следует прибавить абсолютное значение коэффициента температурной усадки бетона αcs соответственно для кратковременного или длительного нагрева.

Таблица 5.6

Таблица 5.6Номера составов бетона по таблице 5.1 | Расчет на нагрев | Коэффициент линейной температурной деформации бетона αbt· 10-6 · град-1 при температуре бетона, ºС | | | | | | | | | 50 | 100 | 200 | 300 | 500 | 700 | 900 | 1100 1, 1а | Кратковременный Длительный | 10,04,0 | 10,04,5 | 9,57,2 | 9,07,5 | - | - | - | - 2, 6 | Кратковременный Длительный | 9,03,0 | 9,03,5 | 8,05,7 | 7,05,5 | 6,0- | 5,0- | - | - 3, 7 | Кратковременный Длительный | 8,52,5 | 8,53,0 | 7,55,2 | 7,05,5 | 5,5- | 4,5- | 4,0- | 3,0- 8 | Кратковременный Длительный | 9,02,0 | 9,03,0 | 8,05,4 | 7,05,3 | 6,05,0 | 6,05,0 | - | - 4, 5, 9–11, 23–25 | Кратковременный Длительный | 8,51,5 | 8,52,5 | 7,54,9 | 7,05,3 | 5,54,5 | 4,53,5 | 4,03,1 | 3,02,0 12–18, 27, 29, 30 | Кратковременный Длительный | 5,0-4,0 | 5,00 | 5,53,0 | 6,04,3 | 7,06,0 | 6,55,8 | 6,05,4 | 5,04,5 19–21 | Кратковременный Длительный | 8,03,0 | 8,04,5 | 7,05,3 | 6,55,2 | 5,54,7 | 4,53,6 | 4,03,1 | 3,52,6 22 | Кратковременный Длительный | 4,0-3,0 | 4,00 | 3,51,5 | 3,01,5 | 2,01,0 | 1,00 | - | - 26 | Кратковременный Длительный | 4,3-0,7 | 4,30,3 | 3,81,8 | 3,32,0 | 3,22,2 | 2,41,4 | 1,60,6 | 0,8-0,7 28 | Кратковременный Длительный | 5,0-4,0 | 5,00 | 5,53,1 | 5,03,3 | 7,06,0 | 6,86,1 | 6,65,9 | - 31,32 | Кратковременный Длительный | 1,2-7,8 | 1,2-3,8 | 1,3-1,1 | 1,00,7 | -1,2-0,2 | 0,70 | 0,80,1 | - 33 | Кратковременный Длительный | -3,0-8,0 | -3,0-6,5 | -3,5-5,3 | -4,5-5,8 | -3,0-4,5 | -2,8-3,7 | -3,5-4,5 | -4,7-5,7 34,35 | Кратковременный Длительный | 5,50,5 | 5,52,5 | 4,51,5 | 3,32,0 | 3,22,6 | 2,41,5 | 1,60,6 | 0,8-0,2 36,37 | Кратковременный Длительный | 2,0-3,0 | 2,0-1,5 | 1,5-0,8 | 1,0-0,7 | 0,6-1,2 | 0,4-0,5 | -3,7-4,6 | -8,6-9,5 П р и м е ч а н и я 1 Коэффициент αbt для промежуточных значений температуры определяется интерполяцией. 2 Для бетонов состава № 1 (по таблице 5.1) с карбонатным щебнем (доломит, известняк) коэффициент αbt следует увеличить на 1· 10-6 · град-1. | | | | | | | | |

6.11 Температуру бетона в сечениях конструкций от нагрева при эксплуатации следует определять теплотехническим расчетом установившегося теплового потока при заданной по проекту расчетной температуре рабочего пространства или воздуха производственного помещения.

Для конструкций, находящихся на наружном воздухе, наибольшие температуры нагрева бетона и арматуры определяют по расчетной летней температуре наружного воздуха, принимаемой по средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца в районе строительства по СП 131.13330.

Вычисленные температуры не должны превышать значений предельно допустимых температур применения бетонов по ГОСТ 20910 и арматуры - по таблице 5.11.

8.6 Изгибающий момент Mcrc при образовании трещин определяют по 8.9.

Расчет железобетонных элементов по образованию трещин на усилия, вызванные только воздействием температуры, следует проводить при нагреве:

в элементах статически неопределимых конструкций, когда перепад температур по высоте сечения более 30 ºС;

в статически определимых конструкциях, когда перепад температур по высоте сечения более 50 ºС при криволинейном распределении температуры;

когда температура растянутой арматуры превышает 100 °С в конструкциях из обычного бетона и 70 °С – в конструкциях из жаростойкого бетона;

при остывании после нагрева, когда температура арматуры превышала 70 °С в элементах статически неопределимых конструкций.

При совместном воздействии нагрузки и температуры трещина образуется от внешней нагрузки при более низких температурах.

Расчет по образованию трещин при температурах свыше 200 ºС для элементов с µ ≥\ge≥ 0,4 % допускается не проводить, так как эти элементы работают с трещинами в растянутой зоне.

4.17 При расчете прочности железобетонных элементов на действие сжимающей продольной силы следует учитывать случайный эксцентриситет еа, принимаемый не менее:

1/600 длины элемента или расстояния между сечениями, закрепленными от смещения;

1/10 высоты сечения и не менее 10 мм.

Для элементов статически неопределимых конструкций значения эксцентриситета продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения ео принимают равным значению эксцентриситета, полученного из статического расчета, но не менее еа.

Для элементов статически определимых конструкций эксцентриситет ео принимают равным сумме эксцентриситетов из статического расчета конструкции, случайного и температурного от неравномерного нагрева по высоте сечения элемента.

6.13 При расчете статически неопределимых конструкций, предназначенных для работы в условиях воздействия температур, теплотехнический расчет следует проводить на расчетную температуру рабочего пространства и на температуру, вызывающую наибольшие усилия, определяемые по 4.14.

При расчете наибольших усилий от воздействия температуры в конструкциях, находящихся на наружном воздухе, температуру бетона и арматуры вычисляют по расчетной зимней температуре наружного воздуха, принимаемой по температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 по СП 131.13330.