Charakter tworzywa betonowego

Przy ustalaniu obciążeń statycznych konstrukcji nagrzewanych należy rozgraniczać obciążenie stałe i zmienne w stopniu większym niż dla konstrukcji nienagrzewanych. Zmusza do tego sam charakter tworzywa betonowego. Beton jest bowiem materiałem elastoplastycznym, w którym udział odkształceń plastycznych jest znaczny już w normalnych temperaturach. Udział ten rośnie bardzo szybko wraz z temperaturą nagrzania. W związku z tym zachodzi konieczność sprawdzania konstrukcji nagrzewanych nie tylko na sumę obciążeń statycznych i termicznych przy przyjęciu zredukowanej wytrzymałości miarodajnej (marki) betonu, lecz również na obciążenia termiczne i statyczne stałe, przy przyjęciu zredukowanej, trwałej granicy wytrzymałości (pełzania) betonu (program uprawnienia budowlane na komputer).

Pod pojęciem „obciążenia statycznego stałego” rozumie się takie obciążenie, które w sposób stały może obciążać konstrukcję przez okres dłuższy niż 6 godzin. Stale działające obciążenie powoduje powstawanie nieodwracalnych odkształceń plastycznych betonu. Niezbędne jest dlatego sprawdzenie warunku wytrzymałości trwałej. Przy ustalaniu obciążeń statycznych nie stosuje się specjalnych współczynników przeciążenia (program uprawnienia budowlane na ANDROID).

Zagadnienie dynamicznego obciążenia konstrukcji betonowych i żelbetowych, nagrzanych do wysokich temperatur nie zostało dotąd teoretycznie opracowane. Brak badań w tym zakresie. Brak też jakichkolwiek aktów normat3wnych. Na podstawie jednak pewnych zjawisk, zaobserwowanych w nagrzewanych konstrukcjach betonowych zwykłych i żaroodpornych, należy stwierdzić, że obciążenia dynamiczne są znacznie bardziej niebezpieczne niż w przypadku konstrukcji nie narażonych na wysokie temperatury. Niebezpieczeństwo to jest poza tym większe dla betonów zwykłych, niż dla żaroodpornych (uprawnienia budowlane).

Wpływ obciążenia dynamicznego rośnie wraz ze wzrostem temperatury nagrzewania i związanymi z tym odkształceniami, rysami i zmianami strukturalnymi betonu i stali zbrojeniowej. Wprawdzie po odparowaniu wody chemicznie niezwiązanej (ok. 100°C) beton zwiększa wytrzymałość, lecz przy dalszym wzroście temperatury dość znacznie obniża swe cechy mechaniczne (program egzamin ustny).

Wytrzymałość stali

Po przegrzaniu, gdy pojawia się wiązanie ceramiczne, beton staje się bardziej kruchy. Pojawiają się liczne, drobne rysy i istnieje niebezpieczeństwo zjawiska karbu, wybitnie groźne przy obciążeniu dynamicznym. Stal zbrojeniowa już w temperaturze 100°C wykazuje tzw. „kruchość na gorąco”. Wytrzymałość stali wprawdzie rośnie, ale zmniejsza się jej odporność na zmęczenie (opinie o programie).

Zdaniem autora nie należy obciążać dynamicznie konstrukcji betonowych, nagrzewanych do temperatur przekraczających 100 C, a w przedziale do 100°C - stosować dodatkowy współczynnik pewności, równy 1,3. Stosowanie natomiast żelbetu żaroodpornego, obciążonego dynamicznie można by ograniczyć do temperatury 300°C, jednocześnie dwukrotnie zmniejszając dopuszczalną wielkość rozwarcia rys przy równoczesnym zastosowaniu zbrojenia konstrukcyjnego na wszystkich powierzchniach elementów konstrukcji (segregator aktów prawnych).

W najogólniejszym przypadku elementy żelbetowe sprawdza się wg czterech stanów granicznych:

1. nośności (wytrzymałości),
2. sztywności (odkształceń),
3. momentu rozwarcia rys,
4. wielkości rozwarcia rys.

W przypadku zwykłych konstrukcji nienagrzewanych, sprawdza się najczęściej dwa pierwsze stany graniczne: wytrzymałość i sztywność. Pozostałe dwa, związane z zarysowaniem elementu, sprawdza się jedynie w szczególnych przypadkach. Zarysowaniu konstrukcji przeciwdziała się stosując szereg normowych przepisów, ograniczeń i wytycznych konstrukcyjnych wybitnie obniżających prawdopodobieństwo przekroczenia niebezpiecznych momentów rysujących (promocja 3 w 1). Ostatnio wprawdzie coraz więcej uwagi poświęca się zagadnieniu zarysowania również i konstrukcji zwykłych. Wiąże się to nierozdzielnie z przejściem na zbrojenie żelbetu stalami o podwyższonej granicy wytrzymałości. Łatwiej jest bowiem podnieść wytrzymałość stali zbrojeniowej, niż wytrzymałość betonu.