Nghiên cứu ứng xử của sàn bê tông cốt thép bị cháy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGÔ PHI GIANG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ CHÁY BEHAVIOUR OF REINFORCED CONCRETE SLABS EXPOSED TO FIRE Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số : 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm2023 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: Cán hướng dẫn: PGS.TS CAO VĂN VUI Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS ĐỖ NGUYỄN VĂN VƯƠNG Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS ĐÀO ĐÌNH NHÂN Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS NGÔ HỮU CƯỜNG - Chủ tịch Hội đồng TS LIÊU XUÂN QUÍ - Thư ký PGS.TS ĐỖ NGUYỄN VĂN VƯƠNG - Ủy viên (Phản biện 1) PGS.TS ĐÀO ĐÌNH NHÂN - Ủy viên (Phản biện 2) TS NGUYỄN HỒNG ÂN - Ủy viên CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGÔ PHI GIANG Ngày, tháng, năm sinh: 07/12/1997 MSHV: 2070185 Nơi sinh: Thành phố Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580201 TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng xử sàn bê tông cốt thép bị cháy Behaviour of reinforced concrete slabs exposed to fire I NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng quan tình hình nghiên cứu nước giới sàn bê tông cốt thép (BTCT) bị cháy Mô ứng xử sàn bê tơng cốt thép bị cháy Phân tích ứng xử sàn BTCT bị cháy Phân tích thời gian chịu lửa sàn BTCT bị cháy theo tham số thiết kế khác chiều dày lớp bể tơng bảo vệ, diện tích cốt thép chiều dày sàn khác So sánh đưa kết luận II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/06/2023 IV HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Cao Văn Vui i Tp HCM, ngày 13 tháng 06 năm 2023 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) PGS.TS Cao Văn Vui TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) ii TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu ứng xử sàn bê tông cốt thép (BTCT) bị cháy Phần mềm phần tử hữu hạn SAFIR sử dụng để mơ phân tích ứng xử nhiệt học học cho sàn BTCT bị cháy theo tiêu chuẩn ISO 834 Đầu tiên, phần mềm mơ phân tích nhiệt học cho sàn BTCT bị cháy Kết so sánh kiểm chứng với tiêu chuẩn Eurocode Sau mô nhiệt học, liệu nhiệt độ tiếp tục sử dụng để phân tích học SAFIR, để xác định độ võng sàn BTCT bị cháy Kết nghiên cứu cho thấy quan hệ độ võng-thời gian cháy sàn chia làm ba giai đoạn: giai đoạn gần tuyến tính, giai đoạn hai giai đoạn chuyển tiếp, giai đoạn ba giai đoạn sụp đổ Đồng thời, kết mô cho thấy tham số thiết kế chiều dày lớp bê tơng bảo vệ, diện tích cốt thép, bề dày sàn có ảnh hưởng đáng kể đến khả chịu lửa sàn BTCT Trong tham số thiết kế, diện tích cốt thép có vai trò lớn khả chịu lửa sàn BTCT ABSTRACT This thesis investigates on the behaviour of reinforced concrete (RC) slabs exposed to fire Finite element SAFIR software was used to conduct thermal and mechanical analyses of RC slabs exposed to ISO 834 fire First, thermal analyses were conducted to obtain the temperature distribution in RC slabs exposed to fire The results of thermal analysis were compared with those of Eurocode The results of thermal analyses were used for mechanical analyses to determine the deflection of RC slabs The results showed that the deflection-fire time relationship of RC slabs exposed to fire can be divided into three phases: phase one was almost linear, phase two was a transitional phase, and phase three was the collapse phase The results also show that the design parameters such as the thickness of concrete cover, the steel area and the slab thickness had significant influences on the fire resistance of RC slabs Among the considered parameters, the steel area played the most important role in the fire resistance of RC slabs iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan làm tơi thực hướng dẫn Thầy Cao Văn Vui Các kết làm đúng theo tính tốn chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm luận văn thực Học viên cao học Ngô Phi Giang iv MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Lý thực đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học 1.4.1 Ý nghĩa nghiên cứu 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Sơ lược lịch sử phát triển 2.2.1 Ở nước 2.2.2 Ở nước 14 2.3 Nhận xét 17 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18 3.1 Nguyên tắc thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép chịu lửa theo EN 1992 18 3.1.1 Các phương pháp tính tốn 18 3.1.2 Phương pháp tra bảng tính tốn sàn BTCT nhiệt độ cao 19 3.1.3 Phường pháp đường đẳng nhiệt 5000C tính tốn sàn nhiệt độ cao 21 3.1.4 Phương pháp phân lớp tính tốn sàn nhiệt độ cao 22 iv 3.1.5 Đường gia nhiệt tiêu chuẩn 23 3.1.6 Sự phát triển đám cháy 24 3.1.7 Tổ hợp hệ tác động chịu lửa 24 3.1.8 Các tiêu chí khả chịu lửa nguyên tắc kiểm tra 25 3.1.9 Sự suy giảm tính chịu lực vật liệu nhiệt độ cao 26 3.2 Tổng quan phần mềm SAFIR 28 CHƯƠNG PHÂN TÍCH SỐ 30 4.1 Mô hình sàn phân tích 30 4.1.1 Cấu hình sàn phân tích 30 4.1.2 Phân tích nhiệt phần mềm SAFIR 32 4.1.3 Mơ hình phân tích học phần mềm Safir 41 4.1.4 Kiểm chứng học 44 4.2 Kết thảo luận 46 4.2.1 Sự ảnh hưởng lớp bê tông bảo vệ đến ứng xử sàn 46 4.2.2 Sự ảnh hưởng diện tích cốt thép đến ứng xử sàn 57 4.2.3 Sự ảnh hưởng chiều dày sàn đến ứng xử cháy 68 4.3 Kết luận chương 87 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 5.1 Kết luận 89 5.2 Kiến nghị 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Cháy rụi cơng ty sản xuất ghế sofa Bình Dương [5] Hình 1-2: Vụ cháy trung tâm thương mại Thủ đô Dhaka Bangladesh [6] Hình 2-1: Hỏa hoạn bảo tàng Quốc gia Brazil Rio de Janeiro [7] Hình 2-2: Hỏa hoạn khu dân cư Hà Nội, Việt Nam [8] Hình 3-1: Sự phân bố nhiệt độ sàn bị cháy 30 đến 240 phút theo Eurocode [2] 21 Hình 3-2: Phương pháp phân lớp tính tốn phần sàn bị cháy Eurocode [2] 22 Hình 3-3: Một số đường cong quan hệ nhiệt độ thời gian cháy cháy 23 Hình 3-4: Sự suy giảm cường độ bê tông bị cháy theo tiêu chuẩn Châu Âu [2] 26 Hình 3-5: Bảng tra suy giảm cường độ bê tông bị cháy theo tiêu chuẩn Châu Âu [2] 26 Hình 3-6: Sự suy giảm cường độ cốt thép bị cháy theo tiêu chuẩn Châu Âu [2] 27 v Hình 3-7: Bảng tra suy giảm cường độ cốt thép bị cháy theo tiêu chuẩn Châu Âu [2] 27 Hình 3-8: Kết mô kết cấu thép phần mềm SAFIR [3] 28 Hình 3-9: Kết nhiệt độ phân lớp sàn mô SAFIR [3] 29 Hình 4-1: Sơ đồ tính sàn phương đơn giản 30 Hình 4-2: Thiết lập thơng số nhiệt học SAFIR cho Thép 33 Hình 4-3: Thiết lập thông số học SAFIR [3] cho cốt thép 34 Hình 4-4: Thiết lập thơng số nhiệt học SAFIR [3] cho Bê tơng 35 Hình 4-5: Thiết lập thông số học SAFIR [3] cho bê tơng 36 Hình 4-6: Đường gia nhiệt ISO 834 [4] nhiệt độ thường sàn SAFIR [3] 36 Hình 4-7: Mơ hình sàn BTCT rời rạc hóa phần tử SAFIR [3] 37 Hình 4-8: Nhiệt độ sàn thời điểm cháy 30 phút 38 Hình 4-9: Nhiệt độ tiết diện sàn thời điểm cháy 60 phút 38 Hình 4-10: Nhiệt độ tiết diện sàn thời điểm cháy 90 phút 38