מצבי כישלון של טורים קונקטרט בבניה גבוהה במהלך שריפות

עמודות קונקרטט יוצרות את עמוד השדרה האנכי-נושא של כמעט כל בניין מודרני גבוה. בעוד בטון מציע התנגדות אש מעולה בהשוואה פלדה מבנית לא מוגן, התהליכים התרחום-מיכימיים המורכבים המופעלים על ידי חשיפה קשה באש יכול להוביל למצבים קטסטרופליים. הבנה בסיסית של מנגנונים אלה היא לא רק פעילות אקדמית; זהו תנאי קריטי לביצועים מבניים ולהבטיח את החיים הבטיחותיים קיצוניים במהלך אירועים קיצוניים.

תגובה חומרית של קונקטר לשריפה

לפני פיזור מצבי כשלון ספציפיים, חיוני להבין איך קונקרטי, כחומר מורכב, מתנהג תחת טמפרטורה גבוהה. Concrete הוא חומר ⁇ , heterogeneous המורכב ממשטח מלט ומצטבר, כל אחד מגיב אחרת חום.

שינויים פיזיולוגיים ב Cement Paste

ככל שהטמפרטורות עולות, פס מלט עובר סדרה של שינויים כימיים בלתי הפיכים. מים חינם מתאדה לראשונה סביב 100 מעלות צלזיוס ו-300 מעלות צלזיוס, מים כבולים מבחינה כימית מתחילים לרדת מהמחזור הסידן של סידן מים נקיים (C-S-H) ג'ל ראשוני נמשך עד 400-500 מעלות צלזיוס מוביל לדיסוציאציה של סידן (C-C) לתוך קיבולת מלאה של מים (C) וירידה משמעותית של C.

התנהגות מתפתחת והתאמה

סוג של מצטבר בשימוש נרחב מכתיב את התכונות מכניות של בטון לאחר אש.הצטברות סילינזיות (למשל, גרניט, quartzite) לעבור התרחבות נפחית פתאומית ב 57 ° C בשל שינוי שלב במפרקרץ, בדרך כלל גורם סדקים פנימיים נרחבים (למשל, סידן, דוומיט) הם יציבים יותר עד 700 מעלות צלזיוס, מתחיל ירידה פנימית מתוחה יותר.

פיתוח לחץ

גורם קריטי בכישלון המושרה באש הוא פיתוח של לחץ פנימי. as לחות בתוך החום הבטון למעלה, הוא מחוספס ומרחיב.אם ה- vapor לא יכול לברוח דרך המטריצה הבטונית, הוא בונה לחץ.זה מסוכן במיוחד ב בטון צפוף, גבוה עם יכולת נמוכה.

ניתוח של מצבי כישלון ראשוני

הכישלון של עמודה בטון באש הוא לעתים רחוקות אירוע ייחודי.זה בדרך כלל תהליך קלוש, שבו ספיגה מובילה להשפלה כוח, אשר בתורו מפשר יציבות.

ארכיון תגיות: Mechanisms and Consequences

ספלינג הוא השבר האלים או הלא אלים של שכבות או חתיכות של בטון מן פני השטח של אלמנט מבני כאשר נחשפים לטמפרטורות גבוהות וצומחות במהירות.זה כנראה האיום המיידי המסוכן ביותר על שלמות העמודה הבטונית.

ספיגה מופרזת

זה מתרחש בתוך 20-30 הדקות הראשונות של החשיפה באש, לעתים קרובות מלווה במפץ חזק.זה מונע על ידי אפקט משולב של מתח תרמי ולחץ פואר. כמו פני השטח מתחממת במהירות, מתחים דחוסים מצטברים, בעוד הלחץ הפנימי של vapor דוחף החוצה. כאשר יכולת העשש של הבטון היא עלה, להתפוצץ חתיכות מהמשטח, פוטנציאל חשיפת פלדה להבה מהירה.

משטחים ו Corner Spalling

הסוג הזה הוא הדרגתי יותר ולעתים קרובות נובע מ ⁇ תרמיים.השכבה החיצונית מתרחבת מהר יותר מאשר הפנים הקרות יותר.זה גורם ללחץ רבילי במקביל על פני השטח, המוביל לפצח ולאובדן של כיסוי בטון. בעוד פחות דרמטי מאשר התכווצות נפץ, הוא מפחית בהדרגה את האזור חוצה-שטח של העמודה ומזרז את העברת החום לליבת.

נבואות של ספלינג

אובדן כיסוי בטון חושף את פלדה המושכות ישירות באש. Steel מאבד כוח במהירות מעל 400 מעלות צלזיוס, ומגיע לכ-50% מכוח התשואות הממוקד שלה ב-600 מעלות צלזיוס. יתר על כן, ההפחתה בפרשת הצלב של העמודה מקטין באופן ישיר את יכולת העומס האקסקלי שלה ואת הנוקשות הגמישות, דוחפת את האלמנט קרוב יותר להתמוטטות מבנית.

רכוש מכני Degradation

גם אם עמודה אינה ספאל, הנזק המיקרו-מבנה הפנימי שנגרם על ידי תוצאות חום בהשפלה מכנית חמורה.זהו תהליך תלוי בזמן ישירות תואמים את פרופיל הטמפרטורה הפנימי של העמודה.

כוח מדכא Decay

הכוח הדחוס של בטון יורד בהדרגה עם טמפרטורה עולה. יורוקוד 2 חלק 2 חלק 2 מספק גורמי הפחתה סטנדרטיים עבור סוגים שונים של מצטברים.לדוגמה, בטון מצטבר מסיבי שומרת על כ-50% מכוחו המחלחל ב 600 מעלות צלזיוס, בעוד בטון מצטבר calcareous שומרת על כ -70% באותו הטמפרטורה.הפחתה זו פוגעת ישירות ביכולת של העמודה לתמוך בעומסי הכבידה.

« השפעות על פיתוי ואפקטים של Epic Modulus Reduction and Creep Effects

המודולולים של גמישות (E) מחלחלים מהר יותר מאשר כוח דחוס.כפי ש- E מפחית, העמודה הופכת גמישה יותר, הגדלת הרגישות שלה לאפקטים מסדרה שנייה (P-Delta) יתר על כן, מצמרר חולף (או מתח תרמי מושרה עומס) מתרחשת בטמפרטורות גבוהות תחת עומס מתמשך.זה לא ליניארית זו עלולה לגרום עיוותים גדולים, מה שמוביל לאי יציבות לפני החוזק החומרי הוא מותש לחלוטין.

כישלון: Buckling and Second-order Effects

עמודות בנייה גבוהות הן לעתים קרובות מחוספסות תחת תנאי אש, אובדן הנוקשות והכוח משנה את מצב הכישלון מחומר המחץ לאי יציבות גיאומטרית.

« « ⁇ ואפקט P-Delta

עמודה סלנדר נתונה ל ⁇ תרמית מושרה באש ונוקשות מופחתת יחווה השתקפות מאוחרת משמעותית.השיטה זו מגבירה את אקסצנטריות של העומס האנכי, ומייצרת רגע משני (P-Delta) העמודה חייבת להתנגד לאחר מכן הן לעומס צירי והן לרגע הנוסף הזה, יצירת מנגנון אי יציבות נמלט.

חיזוק רך ו Buckling

ככל שהגיבורת הפלדה מתחממת (במיוחד אם הכיסוי נלחם), כוח התשואות שלה מתפוגג באופן חריף.בטמפרטורות מעל 600-700 מעלות צלזיוס, פלדה נכנסת למצב פלסטיק ויכולה לעבור קרע מצמרר.הברים הארוכים עשויים להתפצל החוצה בין הקשרים המאוחרים, מצב המכונה "קטיפה" או "ללקלינג" מלוטש נמוך, כמו עניבה רחבה, להחמיר את הכשלים פתאומיים וכישלון זה יכול להוביל להפסדים פתאומי של השבר פתאומי של השבר.

גורמי השפעה קריטיים בביצועים

חומרת מצבי הכישלון המתוארים לעיל רגישה מאוד למספר פרמטרים מרכזיים.

עיצוב מיקס אינטגרטיבי ו-Moisture Content

יחס המים לcement (w/c) הוא הגורם העיקרי לביצועי אש.HPC עם יחס w/c מתחת 0.35 יש יכולת נמוכה מאוד, לכידת vapor והופכת אותו להסתברות גבוהה מאוד לספיגה נפץ. תוספת של לחות מסיבית מגבירה את הסיכון של חוסר התאמה תרמי.

טעינה והגבלות

רמת העומס ההתחלתי יחסית ליכולת ה- ambient (יחס עומס) היא הגורם המבני החשוב ביותר.עמודים עם יחסי עומס גבוהים (למשל, > 50%) יש יכולת מילואים קטנה מאוד לעמוד בהשפלה חומרית והם הרבה יותר סביר להיכשל.טעינה אקסצנטרית, נפוצה בעמודות היקפיות, גורמת רגעים ראשוניים כי הם מוגברים על ידי ⁇ ratives, בנוסף, הוא לעתים קרובות יותר מתוחם על ידי מבנה מחוספסת ודחוס זה.

האש Scenario

עקומות אש סטנדרטיות (כמו ASTM E119 או ISO 834) מניחים סביבה חימום מתמיד.עם זאת, שריפות אמיתיות מתקררות כמו שריפת דלק.זה מתואר על ידי עקומות אש מטריבית. שלב קירור יכול להיות מזיק במיוחד כי בטון יש דיפרנציות תרמית נמוכה - הפנים ממשיך לחמם (שרות חום) אפילו כמו משטח קירור, עשרות לחץ יכול לבנות על פני השטח, מגמות גבוהות יותר, מוביל יותר כדי לפתח חום טבעי, מאשר "ק" טבעי," מ" סדקים, כי הוא יכול לפתח חום, כמו גם את הטמפרטורות גבוהות יותר, כי הוא יכול לפתח חום, כי הוא מסוגל לפתח חום טבעי, כמו גם את הטמפרטורות גבוהות יותר, כי הוא מסוגל לפתח את הטמפרטורות גבוהות יותר, כמו טמפרטורות גבוהות יותר, כי הוא מסוגל לפתח חום, כי הוא מסוגלות, 000, כמו טמפרטורות גבוהות יותר, כמו טמפרטורות גבוהות יותר, 000, 000, 000, 000, 000.

אסטרטגיות עיצוב ועיצוב עבור ביצועים Robust

הנדסה יעילה בטיחות אש עבור עמודות בטון מסתמכת על שילוב של תאימות קוד מרשם וניתוח מתקדם מבוסס ביצועים.

Fire Resistance Rating (FRR)

קודי בניין בדרך כלל דורשים ציון מינימום של Fire Resistance עבור עמודות מבניות (למשל, שעתיים או שלוש שעות) באופן מסורתי, זה מושג על ידי הבטחת ממד חצי-שטח מינימלי וכיסוי קונקרטי לחיזוק.ת נתונים טבועים בקודים כמו ACI 216.1 או יורוקוד 2 לספק את הממדים המינימליים האלה על בסיס סוג מצטבר וסוג של פלדה.

הנדסה מבוססת סטריקטלית (SFE)

גישות מבוססות ביצועים מודרניים להשתמש בכלים חישוביים מתקדמים (למשל, ABAQUS, LS-DYNA, SAFIR) כדי לדמות התנהגות מציאותית של עמודה תחת תרחישי אש עיצוב.מודלים אלה מהווים חשבון עבור העומס הספציפי, תנאי איפוק, ועברת חום transient.הם מאפשרים למהנדסים להעריך את "זמן הכשל" בפועל ועיצוב עמודות ספציפיות עם סיבים או הגנה ממוקדת, במקום להסתמך על מחזורי בלבד.

חומרים מתקדמים ומערכות הגנה

המונחים: reinforced Concrete

הוספת בערך 2 ק"ג / מ"מ3 של סיבים פוליפרופילן הוא הדרך היעילה ביותר להפחית את התכה של חומרי נפץ ב HPC. הסיבים נמסים ב-160-170 מעלות צלזיוס, מה שמשאיר רשת של פוגרים קטנים שמקלים לחץ פואר.

הגנה מפני אש (PFP)

חומרים עמידים באש יישומיים (SFRM) וציפויים אינפוציוניים משמשים נרחב עבור עמודות פלדה אבל הם פחות נפוצים עבור קונקרטי.עם זאת, ביישומים בסיכון גבוה (למשל, שריפות פחמימנים במתקני חניה או מבנים תעשייתיים), החלת intumescent או מלטיטמציה אש מספקת שכבה נוספת של עמודות בטון גבוהות בבניינים גבוהים לעתים קרובות למנוע בשלב הראשון של אש.

פרטים על Robustness

התכווצויות סגורות (למשל, ספיגה מקסימלית של 300 מ"מ או קטן יותר) ו-135 מעלות הם הכרחיים להגביל את הבטון ולספק איפוק נגד קריסה של ברים ארוכי טווח חם.

מחקרים ושיעורים של שריפות אמיתיות

אירועי אש בעולם האמיתי מספקים את האימות החזק ביותר של הבנתנו את מצבי הכשל של עמודה.

מרכז הסחר העולמי מתרסק (2001)

התמוטטות גלובלית של מגדלי WTC הופעלה בסופו של דבר על ידי החלקה של עמודות הליבה. בעוד האירוע initating היה השפעה נזק, האש שלאחר מכן נחלשה את המטר הפגום חלקית ואת עמודות הליבה.אובדן הנוקשות בסדקים הדקים, מחזקים את הזחלים הבטון ואת החלקה המצטפת של עמודות הליבה של פלדה תחת עומס תרמי מתמשך הובילה לקשת מתקדמת של ההתמוטטות של המבנה הגלובלי של ההתמוטטות של ההתמוטטות כולה.

מנהרת התעלה (1996)

השריפה במנהרת התעלה גרמה לעומס נרחב של פלחי בטון גבוהים של מנהרות בטון בטון (High-Strength בטון) הצפופים, בעלי יכולת נמוכה, היו בעלי תכולת לחות גבוהה וחסרי סיבים עמידים באש.ההמצוץ הגיע למעמקים של עד 250 מ"מ באזורים מסוימים, חשיפת חוזקות הפלדה.זה היה זרז עיקרי למחקר בתחום הנפץ והוביל לאימוץ נרחב של סיבירים קריטיים.

שלב 8 Fire (1990) - שיעורים בהתנהגות משלימה

בעוד בניין מתואם פלדה, השריפה ברודגייט בלונדון הוכיח כי תא אש יכול להיות מחוספס לחלוטין מבלי לגרום קריסת מבנית אם העמודות מוגנים תרמיים ואת הזחלות המורכבת מספקת פעולה מלמברה מספקת.אירוע זה הניע את הרפורמות הקוד מבוסס הביצועים בבריטניה הראה כי בדיקות פרונסיות סטנדרטיות לעתים קרובות מעל פני האש תוך כדי הגדלת חומרת מבנים בתנאי חריפות המסופקת על ידי נתיבי ספיעה מציאותית וחלוקת.

מסקנה

מצבי הכישלון של עמודות בטון בשריפות בניין גבוהות - מתפתלות, השפלה כוח וחוסר יציבות - קשורים ביסודו לתגובה התרמית של החומר ואת נתיב העומס של המערכת המבנית. גישה הנדסית מודרנית דורשת מעבר בדיקות פשוטות מראש. מעצבים חייבים מודל פעיל של התנהגות תרמית-מדחום של העמודה, בהתחשב בתערובת קונקרטית, עומסים ריאליסטיים, ומגבלות המוטלות על ידי המבנה האנליטי של ביצועים גבוהים ביותר, אשר מבוססים על ידי המערכת.