Tính toán khả năng chịu lực của cột liên hợp thép - bê tông trong điều kiện cháy theo tiêu chuẩn châu Âu

Bài viết Tính toán khả năng chịu lực của cột liên hợp thép - bê tông trong điều kiện cháy theo tiêu chuẩn châu Âu giới thiệu cách xác định khả năng chịu lực của cột liên hợp thépbê tông trong điều kiện cháy theo tiêu chuẩn Eurocode 4 (EC4). Một ví dụ tính toán được trình bày chi tiết làm sáng tỏ các bước tính toán.

TIN TáC & Sẳ KIêN Tớnh toỏn kh nng chu lực cột liên hợp thép- bê tông điều kiện cháy theo tiêu chuẩn châu Âu Calculation of load resistance of steel-concrete composite columns in fire condition according to Eurocode Chu Thị Hồng Anh(1), Chu Thị Bình(2) Tóm tắt Bài báo giới thiệu cách xác định khả chịu lực cột liên hợp thépbê tông điều kiện cháy theo tiêu chuẩn Eurocode (EC4) Một ví dụ tính tốn trình bày chi tiết làm sáng tỏ bước tính tốn Từ khóa: cột liên hợp thép- bê tông, điều kiện cháy, phương pháp đơn giản hóa, tiêu chuẩn châu Âu Abstract In this paper, the method to determine the bearing capacity of composite steel-concrete columns in fire conditions according to Eurocode (EC4) is introduced Some work examples are presented to clarify the calculation method Key words: composite steel-concrete column, fire resistance, simplified method, european standard Đặt vấn đề Kết cấu liên hợp thép-bê tông loại kết cấu sử dụng thép kết cấu kết hợp với bê tông bê tông cốt thép để chúng tham gia chịu lực Kết cấu thép khơng bọc chống cháy có khả chịu lửa thấp (không 15 phút chịu lửa) nên dùng kết cấu liên hợp thép -bê tơng ngồi việc làm tăng khả chịu lực, tăng khả ổn định cịn nâng cao tính chịu lửa cơng trình Như vậy, kết cấu liên hợp thép - bê tơng có ưu điểm mặt chịu lực so với kết cấu bê tơng cốt thép có ưu điểm khả chống cháy so với kết cấu thép Xác định khả chịu lực kết cấu liên hợp thép- bê tơng điều kiện thường nói chung điều kiện cháy nói riêng tốn cấp thiết phục vụ nhu cầu nghiên cứu sử dụng kết cấu liên hợp xây dựng Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế kết cấu điều kiện cháy Nghiên cứu dùng tiêu chuẩn châu Âu EN 1994-1-2 (2005) [3] để tính tốn khả chịu lực cột liên hợp thép-bê tông điều kiện cháy Trong tiêu chuẩn EC [3], quy trình tính tốn cấu kiện liên hợp điều kiện cháy nói chung cột liên hợp chịu lửa nói riêng thực theo phương pháp sau: - Dựa theo bảng liệu lập cho loại cấu kiện cụ thể (phương pháp tra bảng) - Dùng mô hình tính tốn đơn giản cho loại cấu kiện cụ thể (phương pháp đơn giản hóa) - Dùng mơ hình tính tốn nâng cao để mơ ứng xử kết cấu (phương pháp nâng cao) Phương pháp tra bảng nhanh chóng sử dụng cho số tiết diện vật liệu Phương pháp đơn giản hóa xác định kiểm tra khả chịu lực cho cấu kiện cột độc lập, sử dụng cho tốn kiểm tra thời điểm cháy định Phương pháp nâng cao cần nhiều bước thiết lập tốn, mơ hình phân tích kết cấu làm việc điều kiện cháy cách tổng thể, với nhiều tình cháy khác Phương pháp nâng cao khơng tính tốn kiểm tra khả chịu lực cột liên hợp mà cịn phân tích biến đổi nhiệt kết cấu Vì chúng dùng để thiết kế, kiểm tra cột liên hợp trước sau đám cháy Trong phạm vi báo tác giả giới thiệu ba phương pháp sử dụng phương pháp đơn giản hóa để tính tốn khả chịu lực dọc số cột liên hợp thép- bê tông số mốc thời gian đám cháy sau 30, 60, 90 120 phút Xác định khả chịu lực cột liên hợp thép bê tông điều kiện cháy 2.1 Phương pháp tra bảng (1) TS, Giảng viên, khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Email: (2) PGS,TS, Giảng viên, khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Email: Ngày nhận bài: 06/04/2022 Ngày sửa bài: 27/04/2022 Ngày duyệt đăng: 5/7/2022 34 Eurocode 1994-1-2 [3] giới hạn việc sử dụng liệu dạng bảng cho vài trường hợp có liệu bảng, điều kiện tiếp xúc với lửa tiêu chuẩn dành cho khung có giằng Giả định tải trọng tác dụng điều kiện biên khơng thay đổi q trình cháy, chênh lệch nhiệt độ mặt cắt ngang cấu kiện thay đổi Sự chênh lệch nhiệt dọc trục dãn nở nhiệt bỏ qua Tất thơng số bảng tính nội suy tuyến tính Yêu cầu kiểm tra: Efi ,d ,t ≤ Rfi ,d ,t = ηfi ,t Rd (1) Hệ số tải trọng cho thiết kế chịu lửa tỷ lệ tác động thiết kế chịu lửa khả chịu lực thiết kế, = ηfi ,t Efi ,d ,t Rd ≤ 1, (2) Efi,d,t là hệ (nội lực) thiết kế tác động tình cháy, thời điểm t; Rd khả chịu lực thiết kế tính nhiệt độ bình thường TP CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG 2.2 Phương pháp tính tốn đơn giản hố Khả chống cháy tiêu chuẩn Phương pháp tính tốn đơn giản hố áp dụng cho cấu kiện kết cấu cột liên hợp thép định hình, thép tổ hợp hàn dạng chữ H bọc bê tơng phần tồn bộ, thép ống nhồi đầy bê tông bê tơng cốt thép Ứng dụng mơ hình tính tốn đơn giản giới hạn phạm vi: tính cấu kiện riêng lẻ, cấu kiện coi tiếp xúc trực tiếp với lửa toàn chiều dài chúng Tác động nhiệt xảy phù hợp với với đường cong nhiệt độ - thời gian đám cháy tiêu chuẩn theo ISO 834 [5], phân bố nhiệt độ giả định giống dọc chiều dài cấu kiện Các mơ hình tính tốn đơn giản hố mơ tả sau sử dụng cho cột khung có giằng, độ mảnh tương đối quy ước cột không vượt Bước 1: Kiểm tra điều kiện sử dụng phương pháp Bước 2: Xác định nhiệt độ thành phần thép bê tông Nhiệt độ trung bình cánh dựa vào tham số θ0,t, kt lấy theo bảng G.1 phụ lục G EN 1994-1-2 [3] hệ số tiết diện Am/V Nhiệt độ trung bình bê tơng lấy theo bảng G.4 phụ lục G [3] R90 R120 0,5 0,5 0,5 0,5 160 200 300 400 ηfi,t=