TỔNG QUAN
Giới thiệu chung
Hiện nay tình trạng dân cư tập trung sinh sống ở các thành phố lớn của nước ta ngày càng bùng phát Để giải quyết vấn đề đó các tòa nhà cao tầng đã lần lƣợt đƣợc xây dựng và ngày càng phát triển Nhƣng các nhà cao tầng lại có nguy cơ cháy, nổ rất cao và tiềm ẩn nhiều rủ ro cho người sử dụng Trong mấy năm gần đây, nước ta liên tiếp xảy ra nhiều vụ hỏa hoạn ở các tòa nhà cao tầng, khu chung cƣ gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản Khi hỏa hoạn xảy ra thì khả năng chịu lực của kết cấu trong công trình sẽ bị suy giảm Trong đó, cột là kết cấu chịu lực chính sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng như bị nứt, bong tách, phá hủy lớp bê tông bảo vệ, v.v Khi cột bị phá hoại thì sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của kết cấu Do đó, việc đánh giá mức độ hƣ hại sau khi bị hỏa hoạn của các kết cấu chịu chính và cách khắc phục là một vấn đề thiết yếu cần phải đƣợc quan tâm
Hình 2.1 Hỏa hoạn tòa nhà Grenfell Tower Hình 2.2 Hỏa hoạn tòa nhà 32 tầng
Tình hình nghiên cứu
2.2.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Vào năm 2006, Metin Husem [1] đã nghiên cứu sự thay đổi cường độ nén và uốn của bê tông thường và bê tông cường độ cao ở nhiệt độ cao Cường độ nén và uốn của bê tông thường và bê tông cường độ cao được tiếp xúc với nhiệt độ 200, 400, 600, 800 và 1000 0 C và được làm nguội khác nhau trong không khí và nước Cường độ nén và uốn của các mẫu bê tông này đƣợc so sánh với nhau và sau đó đƣợc so sánh với các mẫu không chịu tác dụng của nhiệt Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng cường độ bê tông giảm khi nhiệt độ tăng và cường độ giảm của bê tông thường nhiều hơn so với bê tông cường độ cao Quy trình làm nguội ảnh hưởng đến cường độ nén và uốn còn lại Ảnh hưởng cường độ càng thể hiện rõ rệt khi nhiệt độ tăng
Vào năm 2006, Venkatesh và các cộng sự [2] đã nghiên cứu kết quả từ đám cháy thí nghiệm trên ba cột bê tông cốt thép (BTCT) tăng cường FRP Một so sánh được thực hiện giữa các cột BTCT được tăng cường FRP và các cột BTCT không tăng cường đã được thử nghiệm trước đây Dữ liệu thu được trong thời gian các thí nghiệm được sử dụng để chỉ ra rằng các cột BTCT được tăng cường FRP có khả năng phòng cháy chữa cháy tốt hơn các cột BTCT không được tăng cường FRP
Năm 2009, Chen và cộng sự [3] đã báo cáo một nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc với lửa đối với cột bê tông cốt thép Chín cột bê tông cốt thép có kích thước 45×30×300 cm với tỉ lệ cốt thép dọc 1,4% và 2,3% tiếp xúc với lửa trong 2 và 4 giờ Một tháng sau khi làm mát, các mẫu thử đã đƣợc thử nghiệm nén cho đến khi bị phá hoại Kết quả thử nghiệm cho thấy khả năng chịu tải giảm khi tăng thời gian tiếp xúc với lửa Độ cứng của cột bị giảm thấp hơn so với tải giới hạn Do đó, cần chú ý nhiều đến sự biến dạng và ứng suất của cột bê tông cốt thép sau một vụ hỏa hoạn
Vào năm 2010, Ali và các cộng sự [4] đã nghiên cứu về ứng xử của các cột bê tông cường độ cao trong lửa Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên 30 cột bê tông cường độ cao Nghiên cứu tham số đã điều tra các cột bê tông cường độ cao dưới năm mức tải 0,2, 0,3, 0,4, 0,5 và 0,6 Ngoài ra còn thực hiện mô hình phần tử hữu hạn ba chiều của các cột bê tông cốt thép, có tính đến việc tiếp xúc với nhiệt độ cao Các cột bê tông đƣợc mô hình hóa có tính đến việc gia cố chúng, hình thành và lan truyền vết nứt bằng cách sử dụng mô hình vết nứt, cho phép tiến hành phân tích cấu trúc thoáng qua phi tuyến Việc so sánh kết quả phân tích và các thử nghiệm đƣợc thực hiện cho thấy một kết quả hợp lý và sự khác biệt trong một số trường hợp do sự phá vỡ bê tông Một đánh giá về ứng suất được tạo ra trong các cột bê tông cường độ cao dưới lửa bằng mô hình phần tử hữu hạn cũng đƣợc trình bày Đánh giá cho thấy ứng suất kéo cơ và nhiệt có thể đạt tới 8,69 MPa, đủ cao để gây ra nứt vỡ bê tông.
Vào năm 2011, Lin và các cộng sự [5] đã nghiên cứu cường độ nén và tốc độ xung siêu âm của bê tông được làm mát bằng nước sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao Mẫu vật hình trụ được làm bằng bê tông với tỷ lệ xi măng nước 0,58 và 0,68 và sau 90 ngày mẫu vật đƣợc nung trong lò điện với nhiệt độ từ 400 đến 1000 0 C Các mẫu bê tông tiếp xúc với nhiệt độ cao đã được làm mát trong bể nước trong 72 giờ và được thử nghiệm sau 4, 27, 87 và 177 ngày Tốc độ xung siêu âm và cường độ nén của từng mẫu thử sau khi làm mát được kiểm tra Kết quả thí nghiệm cho thấy việc làm mát bằng nước của mẫu bê tông sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao làm giảm cường độ nén
Cũng vào năm 2011, Yuan [6] đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao và phương pháp làm mát đến cường độ nén và độ sâu cacbonat của các mẫu bê tông được xử lý trong các thời gian khác nhau Các mẫu bê tông đƣợc nung ở nhiệt độ khác nhau lên tới 750 0 C sau đó được làm mát trong không khí và trong nước Sau khi làm mát đến nhiệt độ phòng, các mẫu thử được bảo dưỡng trong môi trường được kiểm soát trong thời gian 90 ngày Cường độ nén và các thử nghiệm cacbon hóa tăng tốc đã được tiến hành để đo lường sự thay đổi cường độ nén và độ sâu cacbonat của mẫu bê tông Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng cường độ nén của bê tông làm mát bằng không khí sau khi tiếp xúc với nhiệt độ 150, 300 và 450 0 C đạt tương ứng 101,6%, 97,2% và 81,9% giá trị ban đầu Tuy nhiên, sau khi tiếp xúc với nhiệt độ 600 0 C và 750 0 C cường độ nén của bê tông làm mát bằng không khí giảm xuống còn 40,4% và 26,2% giá trị ban đầu Các giá trị cường độ nén của bê tông làm mát bằng nước sau khi tiếp xúc với nhiệt độ
150, 300, 450, 600 và 750 0 C dần thay đổi đạt 102,7%, 96,7%, 80,2%, 46,9% và 28,7% giá trị ban đầu Khả năng chống cacbon hóa của bê tông không đƣợc phục hồi đối với bê tông tiếp xúc với nhiệt độ trên 450 0 C và khả năng chống cacbon hóa của bê tông làm mát bằng nước thấp hơn bê tông làm mát bằng không khí
Năm 2011, Yaqub và Bailey [7] Một nghiên cứu thực nghiệm đã đƣợc tiến hành để kiểm tra xem hình dạng mặt cắt ngang ảnh hưởng như thế nào đến cường độ và độ dẻo của cột BTCT sau gia nhiệt được bọc bằng vật liệu FRP Mười bảy cột đã được mang đi thí nghiệm nén Các yếu tố chính đƣợc điều tra là hình dạng cắt ngang của cột, tổn thương nhiệt và loại FRP được sử dụng để gia cường Các cột được đặt thành ba nhóm gồm cột không chịu nhiệt, cột gia nhiệt và cột đã đƣợc gia nhiệt và gia cường Kết quả kiểm tra cho thấy khả năng chịu tải của các cột bọc FRP sau khi gia nhiệt bị ảnh hưởng đáng kể bởi yếu tố hình dạng mặt cắt ngang Đối với cột tiết diện hình tròn, cường độ của cột được phục hồi lên đến, hoặc lớn hơn cường độ của cột trước khi chịu nhiệt Tuy nhiên, cường độ của cột vuông bọc GFRP hoặc CFRP sau khi gia nhiệt đã được phục hồi ở một mức độ nào đó nhưng không đạt đến cường độ của cột chƣa gia nhiệt Đối với tất cả các cột bị hỏng, việc sử dụng FRP không khôi phục độ cứng của cột bị giảm do hƣ hỏng bởi nhiệt độ Dựa vào các kết quả thí nghiệm, tác giả đã kết luận:
Cường độ của các cột hình vuông và hình tròn giảm 44% và 42% tương ứng sau khi nung nóng đến nhiệt độ đồng đều 500 0 C
Cường độ của cả hai cột hình vuông và cột tròn được tăng lên đáng kể bằng cách bọc lớp GFRP hoặc CFRP
Hình dạng mặt cắt ngang có vai trò rất quan trọng trong việc tăng cường độ và độ dẻo của cột bọc GFRP hoặc CFRP sau khi gia nhiệt Trong nghiên cứu này, sau khi nung nóng tiết diện tròn đƣợc bọc bằng lớp GFRP hoặc CFRP hiệu quả hơn so với cột hình vuông về tăng cường độ và độ dẻo
Đối với các cột tròn được gia nhiệt, cường độ được khôi phục hoặc tăng so với cột trước khi gia nhiệt, trong khi các cột vuông thì tăng lên đáng kể nhưng không đạt tới cường độ cột trước khi gia nhiệt, khi được bọc bằng một lớp GFRP hoặc CFRP sau khi gia nhiệt đến 500 0 C
Khi được bọc bằng một lớp GFRP hoặc CFRP, các cột tròn bị gia nhiệt có cường độ tăng từ 10–29% so với cường độ cột tròn không gia nhiệt và từ 65 đến 122% so với cột tròn không gia cố sau khi gia nhiệt Trong khi đó, cường độ cột vuông phục hồi 71–86% so với cột không gia nhiệt và đạt cường độ tăng từ 26– 51% so với cột không gia cố sau khi gia nhiệt
Các cột tròn bọc lớp GFRP hoặc CFRP phản ánh rõ hơn so với cột vuông
Việc sử dụng một lớp GFRP hoặc CFRP ảnh hưởng không đáng kể đến độ cứng của cột hình vuông và cột hình tròn đƣợc gia nhiệt
GFRP hoặc CFRP rất hiệu quả trong việc cải thiện cường độ nén của cột vuông và cột tròn bị hƣ hỏng do nhiệt Điều này là do các cột đƣợc gia nhiệt trở nên 'mềm' sau khi gia nhiệt và có sự giản nở nhiệt nhiều hơn so với cột không gia nhiệt Tuy nhiên, hiệu ứng hạn chế của GFRP hoặc CFRP đối với cột tròn tốt hơn là đối với với cột vuông
Sau đó năm 2013, Li và các cộng sự [8] đã nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ bê tông vô cơ (ICC) đến cường độ nén và độ sâu cacbonat của bê tông bị cháy Các mẫu bê tông được làm mát bằng cách phun nước, cách thường được sử dụng để chữa cháy trong các đám cháy thực sự ICC đã được áp dụng để tăng cường cường độ nén và để giảm độ sâu cacbonat của bê tông bị cháy ở các giai đoạn khác nhau Kết quả cho thấy hiệu suất của bê tông với ICC tốt hơn so với bê tông không tráng phủ Sau khi đƣợc tiếp xúc ở nhiệt độ 150, 300, 450, 600 và 750 0 C, so với bê tông không tráng phủ, cường độ nén của bê tông với ICC được tăng cường lần lượt 3,8%, 3,7%, 11,0%, 17,3% và 6,1% Đối với bê tông tiếp xúc với nhiệt độ dưới 750 0 C, độ sâu cacbonat của bê tông với ICC đã giảm đáng kể so với bê tông không tráng phủ Sự tăng cường rõ ràng nhất của cường độ nén và giảm đáng kể độ sâu cacbonat của bê tông với ICC có thể đƣợc tìm thấy sau khi bê tông đƣợc tiếp xúc với 600 0 C
Vào năm 2014, Szymon Seręga [9] đã nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách cốt thép ngang đến khả năng chống cháy của cột bê tông cường độ cao Kết quả của các thử nghiệm chỉ ra rằng các cột có khoảng cách cốt thép ngang cho thiết kế kết cấu bê tông có thể bị hỏng sớm do hậu quả của việc không co giãn các thanh cốt thép chính giữa các mối nối liền kề Sau đó phân tích số bổ sung của các cột đƣợc thử nghiệm, các cột đƣợc mô hình hóa trong đối xứng trục với cốt thép nhúng Mô hình vật liệu ứng dụng đã tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ thoáng qua đến tính chất cơ học của bê tông và thép Kết quả tính toán chỉ ra rằng trong toàn bộ thời gian gia nhiệt, nhiệt độ cao tạo ra ứng suất kéo trong mặt phẳng tiết diện của các cột
Năm 2015, Abdel-Hafez và cộng sự [10] đã tiến hành một cuộc thử nghiệm Mục tiêu chính của thí nghiệm là nghiên cứu ứng xử của cột bê tông cốt thép gia cường CFRP tiếp xúc với lửa trong thí nghiệm nén dọc trục Có tổng cộng mười bốn mẫu được gia cường với số lượng lớp CFRP khác nhau chịu nhiệt độ 900 0 C trong 30 phút và chịu nén đồng thời Từ nghiên cứu này, tác giả rút ra các kết luận sau:
Không có bất kỳ ảnh hưởng gì đối với những cột sử dụng CFRP chịu nhiệt độ
Độ dày của vật liệu bảo vệ ảnh hưởng chính đến việc giảm nhiệt độ tại lớp CFRP
CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM
Vật liệu
Bê tông sử dụng để chế tạo mẫu thí nghiệm có cấp phối nhƣ Bảng 3.1 Trong đó, xi măng sử dụng là xi măng PCB 50 Hà tiên với hàm lƣợng xi măng sử dụng là 350 kg/m 3 bê tông Nước sử dụng là nước máy với hàm lượng sử dụng là 157 lít/m 3 bê tông Cát dùng là loại cát sông có nguồn tại Tân Châu Mdl 1,6 – 1,8 với hàm lƣợng sử dụng là 752 kg/m 3 bê tông Đá sử dụng là đá 10×20 mm Tân Cang có nguồn tại Đồng Nai với hàm lƣợng sử dụng là 1170 kg/m 3 bê tông Phụ gia sử dụng là phụ siêu dẻo với hàm lƣợng sử dụng là 3 lít Các loại vật liệu sử dụng đƣợc thể hiện trong Hình 3.1 Trong quá trình đổ bê tông, các mẫu bê tông hình trụ đường kính 150 mm cao 300 mm được lấy để đánh giá cường độ của bê tông Cường độ chịu nén của mẫu bê tông hình trụ đường kính 150 mm cao 300mm là 24,8 Mpa
Bảng 3.1 Bảng cấp phối bê tông chế tạo mẫu cấp độ bền 250
Xi măng Nước Cát sông Đá 10x20
Phụ Gia siêu dẻo SIKA R301M
(kg) (lít) (kg) (kg) (lit)
(a) Hình xi măng (b) Hình cát (c) Hình đá (d) Hình phụ gia
Hình 3.1 Hình vật liệu dùng trong công tác xây dựng
Cốt thép dọc sử dụng là thép Miền Nam CB400 – V có giới hạn dứt 570 N/mm 2 , độ giãn dài tương đối 14%, đường kính thép dọc là 14 mm Cốt thép ngang sử dụng cũng là thép Miền Nam có đường kính thép là 6 mm Các loại thép đều được lấy mẫu để kiểm tra cường độ thực tế Cường độ chảy dẻo của thép là 335,7 MPa
3.1.3 Vật liệu Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP)
Vật liệu CFRP là một dạng vật liệu Composite đƣợc chế tạo từ các vật liệu sợi CFRP là loại vật liệu có trọng lượng nhẹ, cường độ chịu kéo cao và không bị ăn mòn Tấm sợi Carbon thường được áp dụng trong việc phục hồi khả năng chịu lực của các cấu kiện kết cấu bê tông cốt thép
Tấm sợi Carbon sử dụng là loại tấm sợi Carbotex UD230 có các đặc điểm nhƣ trọng lượng 230 g/m 2 , độ dày 0,51 mm, cường độ kéo 4900 N/mm 2 , độ giãn dài tới đứt > 2,1%, mô đun đàn hồi 240 GPa, chiều rộng 500 mm, chiều dài cuộn 100 m
Keo kết dính sử dụng là loại keo chuyên dụng Carbotex Impreg gồm 2 loại Carbotex Impreg A và Carbotex Impreg B Khi sử dụng phải trộn 2 loại Carbotex Impreg chung với nhau hàm lƣợng khi pha trộn là 2.35 kg Carbotex Impreg A và 0.65 kg Carbotex Impreg B Sau khi pha trộn sẽ đƣợc 1 hỗn hợp kết dính có thể sử dụng đƣợc trong thời gian 30 phút
Hình 3.2 Hình keo Carbotex Impreg.
Chế tạo khung bê tông cốt thép
Mẫu đƣợc thử nghiệm đốt là khung bê tông cốt thép toàn khối gồm các cấu kiện như Hình 3.3 Cấu kiện dầm dọc được thiết kế kích thước tiết diện 300×300 dài 5300 mm có thép dọc chịu lực là 6 cây thép đường kính tiết diện 14 mm bố trí đối xứng 2 bên Dầm dọc đƣợc thiết kế có tác dụng liên kết đỡ dầm ngang giúp giữ ổn định và chống lật cho hệ khung Dầm ngang đƣợc thiết kế tiết diện 300×400 dài 4000 mm với thép dọc chịu lực là 6 cây thép có đường kích tiết diện 14 mm bố trí đối xứng 2 bên Dầm ngang có tác dụng liên kết với chân cột để tạo thành hệ khung Cột trong khung đƣợc thiết kế tiết diện 200×250 dài 2940 mm với thép dọc chịu lực là 6 cây thép có đường kích tiết diện 14 mm bố trí đối xứng 2 bên Cột là cấu kiện chịu lực chính trong khung được liên kết với dầm ngang ở dưới và dầm giằng ở trên để tạo thành hệ khung Cuối cùng là dầm ở trên đầu cột đƣợc thiết kế tiết diện 200×220 dài 3500 mm với thép dọc chịu lực là 4 cây thép có đường kính tiết diện 14 mm bố trí đối xứng 2 bên Dầm đƣợc thiết kế để liên kết với cột tạo thành hệ khung hoàn chỉnh Ngoài ra, đầu dầm còn được bố trí thêm 2 lưới thép có đường kính tiết diện 6 mm giúp cho đầu dầm không bị phá hủy khi thí nghiệm
Hình 3.3 Hình kích thước mẫu khung thí nghiệm.
Hình 3.4 Hình mặt cắt khung có bố trí hồ chứa dầu
Hình 3.5 Hình mặt cắt khung có bố trí vách ngăn bao che
Hình 3.6 Hình mặt bằng hồ đựng dầu
Hình 3.6 mô tả mặt bằng hồ đựng dầu có kích thước 4600×4900 mm Hồ chứa dầu đƣợc thi công bao xung quanh 5 khung thí nghiệm Sau cho khi làm thí nghiệm đốt lửa trong hồ có thể cháy bao trùm hết cả 5 khung thí nghiệm.
Quá trình thi công khung thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm đƣợc xây dựng tại tỉnh Vĩnh Long, trong khu vực trống trải cách xa khu dân cƣ Việc xây dựng đƣợc thực hiện tuần tự theo đúng bản vẽ thiết kế
3.3.1 Giải phóng mặt bằng và định vị tim cột
Công tác đầu tiên là giải phóng mặt bằng thi công và định vị tim các cột nhƣ Hình 3.7 Các khu vực thí nghiệm đƣợc quy hoạch cách nhau khoảng 5m để đảm bảo khi thực hiện thí nghiệm cháy sẽ không bị ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm
(a) Hình giải phóng mặt bằng (b) Hình định vị tim cột
Hình 3.7 Hình giải phóng mặt bẳng và định vị
(a) Hình đổ bê tông dầm chống lật (b) Hình hoàn thành dầm chống lật
Hình 3.8 Hình thi công dầm dọc chống lật
3.3.2 Thi công dầm dọc chống lật
Dầm dọc chống lật đƣợc thi công đầu tiên gồm 4 cấu kiện có tiết diện 300×300 dài 5700 mm nhƣ Hình 3.8 để liên kết với 10 khung bê tông cốt thép thí nghiệm bị cháy Ngoài ra còn có 2 cấu kiện có tiết diện 300×300 dài 1500 mm để liên kết với khung bê tông cốt thép thí nghiệm không bị cháy
Dầm ngang có kích thước tiết diện 300×400 dài 4000 mm gồm 11 cấu kiện Dầm ngang được thi công nằm trên dầm dọc chống lật và bố trí theo phương ngang của dầm dọc
Hình 3.9 Hình gia công thép và lắp ván khuôn dầm ngang
Khi thi công dầm ngang được bố trí thêm một số ống nhựa rỗng có đường kính tiết diện 32 mm theo phương ngang của dầm ngang như Hình 3.9 Các ống nhựa này đƣợc đặt cách đáy dầm 30mm có tác dụng tạo khoảng trống giữa dầm cho dầu có thể thông qua khi thực hiện thí nghiệm cháy
(a) Hình gia công thép và ván khuôn (b) Hình bố trí thêm ống thông dầu
(a) Hình đổ bê tông dầm ngang (b) Hình dùi bê tông
Hình 3.10 Hình đổ bê tông dầm ngang
Hình 3.10 mô tả quá trình thi công đổ bê tông dầm ngang Công tác đổ bê tông dầm ngang được thực hiện theo phương án cuốn chiếu dầm nào ở xa sẽ được đổ bê tông trước Bê tông được trộn theo đúng cấp phối đã thiết kế và khi đổ có sử dụng đầm dùi để đảm bảo bê tông không bị xuất lỗ rỗng Sau khi dầm ngang đƣợc đổ bê tông xong qua 24 giờ thì sẽ tiến hành tháo dỡ ván khuôn và bảo dƣỡng để bê tông tiếp tục phát triển cường độ như Hình 3.11
(a) Hình tháo ván khuôn và bảo dƣỡng dầm ngang (b) Hình hoàn thành dầm ngang
Hình 3.11 Hình thi công hoàn thành dầm ngang
Cột có kích thước tiết diện 200×250 dài 2950 mm gồm tất cả 22 cấu kiện được thi công lần lượt theo phương dọc của dầm ngang Cốt thép cột được cấu tạo từ 6 thanh thép dọc chịu lực có đường kính tiết 14 mm và thép đai ngang có đường kính tiết diện 6 mm chịu lực cắt Cốt thép cột được gia công trước rồi lắp dựng vào thép chờ của dầm ngang như Hình 3.12 Ván khuôn cột cũng được gia công trước rồi mới lắp dựng vào cốt thép cột đã thi công xong Sau khi lắp dựng ván khuôn cột vào đúng vị trí cốt thép cột sẽ tiến hành điều chỉnh để cho cột thẳng đứng không bị nghiêng ngã khi đổ bê tông cột
(a) Hình lắp dựng thép cột (b) Hình liên kết thép cột và thép chờ
Hình 3.12 Hình lắp dựng cốt thép cột
(a) Hình lắp dựng ván khuôn (b) Hình điều chỉnh ván khuôn
Hình 3.13 Hình lắp dựng ván khuôn cột
Sau khi lắp ván khuôn cột xong sẽ tiến hành công tác đổ bê tông cột Bê tông cột có cường độ theo đúng cường độ thiết kế Trước khi đổ bê tông cột phải xử lí phần liên kết giữa cột và dầm ngang bằng cách tưới hồ dầu lên để khi đổ bê tông cột có thể liên kết tốt với dầm ngang Bê tông cột sẽ đƣợc đổ từ từ theo từng đoạn cột, mỗi đoạn đổ bê tông cao khoảng 1m Khi đổ bê tông xong đoạn đầu tiên của cột thì tiến hành đóng thêm ván khuôn mặt cột để đổ đoạn tiếp theo Sau khi đổ xong mỗi đoạn cột thì sẽ tiến hành dùi bê tông bằng đầm dùi để đảm bảo bê tông đổ đƣợc đầy đủ không bị xuất hiện lỗ rỗng Bê tông cột đƣợc đổ liên tục nhƣ thế cho tới đáy dầm giằng thì ngừng lại Mỗi lần đổ bê tông cột sẽ tiến hành thực hiện 5 cây cột thẳng hàng theo cùng 1 phương để có thể kiểm tra thẳng hàng
(a) Hình đổ bê tông cột đầu tiên (b) Hình đổ bê tông cột tiếp theo
Hình 3.14 Hình đổ bê tông cột
Sau khi đổ bê tông cột khoảng 1 ngày tiến hành tháo ván khuôn và bảo dƣỡng cột Khi tháo ván khuôn cột cần chú ý không để cột bị mẻ cạnh hoặc răn nứt, tiến hành bảo dưỡng cột để bê tông cột có thể tiếp tục phát triển cường độ Ván khuôn sau khi tháo thì tiến hành vệ sinh và gia công lại để thi công cột tiếp theo nhƣ Hình 3.15
(a) Hình tháo ván khuôn cột (b) Hình thi công cột tiếp theo
Hình 3.15 Hình tháo ván khuôn và lắp dựng cột tiếp theo
Tiếp tục thi công tương tự với các cột còn lại như thế cho tới khi hoàn thành tất cả các cột nhƣ Hình 3.16
(a) Hình thi công cột khu thí nghiệm thứ 2 (b) Hình thi công hoàn thiện các cột
Hình 3.16 Hình thi công hoàn thành các cột
Dầm giằng cột có kích thước tiết diện 200×220 dài 3500 mm gồm tất cả 11 cấu kiện, dầm được thi công ngang trên 2 đầu cột và song song với dầm ngang ở dưới Dầm giằng cột được cấu tạo từ 4 thanh thép dọc chịu lực có đường kính tiết diện 14 mm và thép đai ngang có đường kính tiết diện 6 mm chịu lực cắt Cốt thép dầm giằng được gia công trực tiếp trên đầu cột Đầu tiên gia công trước thép dọc chịu lực và thép đai để định hình dầm Sau đó sẽ đƣa dầm vào vị trí thép chờ của cột rồi gia công hoàn thiện phần còn lại Ở hai đầu dầm giằng được lắp thêm hai lớp lưới thép có đường kính tiết diện 6mm có tác dụng gia cường thêm cho đầu dầm khi làm thí nghiệm gia tải Sau gia công và lắp dựng cốt thép dầm giằng xong sẽ tiến hành gia công lắp dựng ván khuôn dầm giằng Hình 3.17
(a) Hình gia công cốt thép dầm giằng (b) Hình bố trí 2 lưới thép ở đầu dầm
(c) Hình lắp dựng ván khuôn dầm giằng
Hình 3.17 Hình gia công thép và lắp dựng ván khuôn dầm giằng cột
Sau khi lắp dựng ván khuôn xong sẽ tiến hành công tác đổ bê tông dầm giằng
Bê tông dầm giằng được thi công theo phương án cuốn chiếu từ xa về gần Mỗi đợt đổ bê tông sẽ thực hiện 3 cấu kiện dầm giằng để thuận tiện cho việc kiểm tra và di chuyển do khoảng cách giữa các dầm gần nhau Trước khi đổ bê tông cần phải xử lí chỗ liên kết giữa dầm giằng và cột bẳng cách tưới hồ dầu vào vị trí liên kết sẽ giúp các cấu kiện liên kết với nhau tốt hơn
(a) Hình đổ bê tông dầm giằng đầu tiên (b) Hình đổ bê tông dầm giằng tiếp theo
(c) Hình phương án thi công dầm giằng Hình 3.18 Hình đổ bê tông dầm giằng cột
Dầm giằng sau khi đổ bê tông xong khoảng 24 giờ sẽ tiến hành tháo ván khuôn và bảo dƣỡng Khi tháo ván khuôn dầm giằng phải giữ lại ván đáy và cây chống dầm giằng chỉ đƣợc tháo ván thành Nếu tháo hết ván khuôn đáy và cây chống của dầm giằng thì dầm sẽ bị võng nên phải giữ lại ván đáy và cây chống cho tới khi dầm đạt đủ cường độ mới được tháo Sau khi tháo ván thành xong thì tiến hành tưới nước để bảo dưỡng dầm tạo điều kiện cho bê tông mau chóng phát triển cường độ
(a) Hình tháo ván khuôn dầm giằng (b) Hình bảo dƣỡng bê tông dầm giằng
(c) Hình thi công hoàn thiện dầm giằng
Hình 3.19 Hình tháo ván khuôn và thi công tiếp các dầm còn lại
3.3.6 Thi công hồ thi công hồ chứa dầu
Tiếp đến là thi công hồ chứa dầu có kích thước 500×4600×4900 mm Hồ chứa dầu đƣợc thi công bằng gạch ống, thành hồ chứa dầu xây cao 500 mm bao quanh 5 khung thí nghiệm Đáy hồ chứa dầu đƣợc láng một lớp bê tông đá mi dày 30 mm có sử dụng phụ gia chống thấm nhƣ Hình 3.21 Sau khi thi công xong phần đáy hồ chứa và mặt trong thành hồ sẽ đƣợc quét thêm 2 lớp chống thấm nữa để đảm bảo khi chứa dầu đốt thí nghiệm không bị hao hụt
(a) Hình xây tường thành hồ chứa dầu (b) Hình tô thành hồ chứa dầu
(c) Hình xây xong thành hồ chứa dầu
Hình 3.20 Hình xây thành hồ chứa dầu
(a) Hình láng bê tông đáy hồ chứa dầu (b) Hình láng xong đáy hồ chứa dầu
Hình 3.21 Hình láng đáy hồ chứa bằng bê tông
(a) Hình quét chống thấm khu thí nghiệm đầu (b) Hình quét chống thấm hoàn thiện
Hình 3.22 Hình quét chống thấm cho hồ chứa dầu
Hình 3.23 mô tả công tác thi công vách bao che khu thí nghiệm đốt cháy Vách bao che đƣợc thi công hệ khung chống bằng cừ tràm và dựng tôn bao che bên trong Tác dụng của việc thi công vách bao che là để cản gió, ngăn cho lửa không bốc ra khỏi khu thí nghiệm đảm bảo lửa cháy đều và bao trùm hết khung thí nghiệm
(a) Hình thi công hệ chống vách (b) Hình dừng vách bằng tôn
(a) Hình hoàn thành thi công vách bao che (b) Hình hoàn thành khu thí nghiệm
Hình 3.23 Hình thi công vách bao che khu thí nghiệm
Vậy là kết thúc quá trình xây dựng khung bê tông cốt thép phục vụ cho việc thí nghiệm Tất cả quá trình xây dựng đƣợc hoàn tất trong thời gian 2 tháng sau đó khung bê tông cốt thép sẽ được bảo dưỡng trong 2 tuần để đạt cường độ theo thiết kế.
Đốt khung thí nghiệm cháy bê tông cốt thép
Thí nghiệm cháy được thực hiện trên mô hình gần giống thực tế theo phương đứng Trong quá trình thử nghiệm, mẫu thí nghiệm chịu tác động của lửa tiêu chuẩn theo ISO 834:1999 trong khoảng thời gian 45 phút đến 75 phút tương ứng với các cấp độ cháy khác nhau
3.4.1 Quá trình chuẩn bị trước khi đốt thí nghiệm Đầu tiên là đánh dấu số hiệu từng khung bê tông cốt thép Các khung thí nghiệm được đánh dấu số hiệu theo các số hiệu đã quy định trước Các khung thí nghiệm được đánh dấu số hiệu tại vị trí giữa dầm và ở vị trí cạnh bên của cột sao cho có thể quan sát rõ sự thay đổi của mỗi khung trong quá trình thí nghiệm cháy nhƣ Hình 3.24
(a) Hình đánh số lên dầm khung thí nghiệm (b) Hình đánh số lên cột khung thí nghiệm
Hình 3.24 Hình đánh dấu số hiệu lên khung thí nghiệm
Hình 3.25 mô tả quá trình vận chuyển và xếp củi đốt vào khu vực đốt thí nghiệm theo khối lượng đã tính trước Khu vực thí nghiệm đốt thí nghiệm 45 phút cần xếp 1 m 3 củi đốt, khu vực thí nghiệm đốt 75 phút cần xếp 1,5 m 3 củi đốt
(a) Hình vận chuyển củi vào khu thí nghiệm (b) Hình chất củi vào khu thí nghiệm
(c) Hình hoàn thành việc chất củi vào khu thí nghiệm
Hình 3.25 Hình vận chuyển và xếp củi vào khu vực thí nghiệm
Sau khi chất củi vào khu thí nghiệm xong sẽ cho thêm các vụn gỗ vào khu thí nghiệm để làm mồi bắt lửa Thí nghiệm đốt cháy đƣợc thực hiện khi trời tối để có thể quan sát rõ quá trình cháy cho nên cần chuẩn bị hệ thống chiếu sáng đầy đủ Tiếp theo là chuẩn bị một máy bơm nước với đường dây dẫn nước để tưới nước xung quanh khu vực thí nghiệm đốt đề phòng khi thí nghiệm lửa sẽ cháy lan sang các khu vực lân cận Cuối cùng là cho dầu lửa vào khu vực thí nghiệm cháy với lƣợng dầu đƣợc tính toán phù hợp với thời gian cháy cần thí nghiệm Dầu lửa được tưới đều lên củi đã xếp trước trong khu vực đốt sau cho tất cả củi đều đƣợc thấm dầu và ngập đều lên khoảng 20 mm từ đáy hồ chứa dầu Ngoài ra chuẩn bị trước một số túi đựng dầu ở bên ngoài để bổ xung thêm dầu duy trì thí nghiệm khi dầu trong khu vực thí nghiệm cháy quá nhanh không đạt đƣợc thời gian cháy cần thí nghiệm
Thí nghiệm đốt sẽ được thực hiện lần lượt theo từng khu vực đã quy định trước Đầu tiên sẽ tiến hành thí nghiệm ở khu vực cháy 45 phút trước sau đó sẽ tiến hành thí nghiệm ở khu vực cháy 75 phút Dùng củi đã được ngâm trong dầu trước để làm mồi lửa rồi đƣa vào khu vực đốt Quan sát khi thấy lửa cháy đều hết khu vực thí nghiệm thí dùng súng đo nhiệt độ bắn vào khu vực cháy để ghi nhận nhiệt độ đám cháy Cứ khoảng 10 giây thì bắn súng đo nhiệt độ khu vực cháy một lần sau đó ghi nhận lại
(a) Hình thí nghiệm cháy 45 phút (b) Hình thí nghiệm cháy 75 phút
Hình 3.26 Hình mồi lửa cho khu thí nghiệm
Hình 3.27 Hình bắn súng đo nhiệt độ khi bắt đầu cháy của khu vực thí nghiệm
Tiếp tục quan sát quá trình thí nghiệm để ý nhiệt độ cháy và sự thay đổi của các khung thí nghiệm Khi cháy khoảng hơn nửa thời gian cháy thí nghiệm thì thấy lửa cháy yếu đi chứng tỏ dầu trong hồ đã cháy hết chỉ còn củi duy trì cháy Lúc này tiến hành đưa các túi chứa dầu đã chuẩn bị trước vào khu vực đốt để duy trì thời gian cháy và nhiệt độ cháy Tiếp tục quan sát và ghi nhận quá trình thí nghiệm cho tới khi hết thời gian cháy thí nghiệm quy định.
Gia cường kháng nở hông FRP cho khung bê tông cốt thép bị cháy
3.5.1 Công tác chuẩn bị Đầu tiên cần chuẩn bị các dụng cụ cần thiết cho việc gia cường như tấm FRP, keo chuyên dụng Carbotex Impreg, cọ lăn và bao tay chống thấm Tấm FRP sử dụng Hình 3.28 là loại Cacbotex UD 230 chuyên dùng để phục hồi khả năng chịu lực của các cấu kiện bê tông cốt thép Tấm FRP có trọng lƣợng khá nhẹ, có thể cắt ghép dễ dàng nên rất tiện lợi khi thi công gia cường cho các cấu kiện bê tông cốt thép Tấm FRP sử dụng có kích thước 0.5×50 m sẽ được cắt thành các miếng nhỏ theo đúng kích thước đã tính toán trước
(a) Hình loại FRP sử dụng (b) Hình khổ tấm FRP sử dụng
Hình 3.28 Hình tấm FRP được sử dụng để gia cường
Keo Carbotex Impreg là loại keo chuyên dụng để thi công tấm FRP Keo gồm có 2 loại Carbotex Impreg A và Carbotex Impreg B đƣợc trộn chung với nhau theo một tỉ lệ nhất định để hình thành 1 hỗn hợp dính kết
Cọ lăn và bao tay là dụng cụ cần thiết khi thi công gia cường FRP Cọ lăn sử dụng là loại cọ nhỏ có lông mềm mịn dễ lăn số lƣợng cần thiết khoảng 10 cây Bao tay sử dụng là loại bao tay nhựa cao su dày với chiều dài bao phủ đến khủy tay có khả năng chống thấm nước khi đeo, số lượng cần chuẩn bị cũng khoảng 10 cái Hình 3.29 mô tả các dụng cụ cần thiết để thi công gia cường FRP
(a) Hình cọ lăn sử dụng (b) Hình bao tay sử dụng
Hình 3.29 Hình dụng cụ thi công gia cường FRP
3.5.2 Tiến hành thi công gia cường FRP cho khung bê tông cốt thép bị cháy
Khung bê tông cốt thép sau khi bị cháy thì bê công của các cấu kiện bị bong tróc và còn bị ám khói đen nên rất khó thi công gia cường FRP Đầu tiên phải sử dụng máy mài bê tông để làm bằng phẳng và loại bỏ lớp khói đen ám trên bề mặt bê tông
Hình 3.30 Hình dùng máy mài bê tông làm phẳng bề mặt bê tông
Sau khi mài bê tông xong thì tiến hành vệ sinh cho sạch bụi ở các vị trí cần gia cường FRP Cắt tấm FRP thành các tấm nhỏ theo kích thước và số lượng như trong Bảng 3.2 Xếp các tấm FRP đã cắt theo kích thước của các vị trí cần gia cường lên một mặt phẳng sạch sẽ để quét keo lên
Bảng 3.2 Bảng kích thước, số lượng tấm FRP cần sử dụng
Tiến hành pha keo theo hàm lƣợng là 2.35 kg Carbotex Impreg A và 0.65 kg Carbotex Impreg B để thành hỗn hợp kết dính Do keo dán có tính dính kết cao và có nhiều thành phần hóa học nguy hại nên khi pha keo phải đeo bao tay chống thấm để không tiếp xúc trực tiếp với keo dán Sau khi pha keo xong thì dùng cọ lăn để quét keo lên vị trí cần gia cường Khi quét keo vị trí gia cường thì cần quét keo đều hết không quét tập trung một vị trí và nên quét nhiều keo để tấm FRP có thể kết dính tốt Tiếp đến dùng cọ lăn đều lên 2 mặt tấm FRP cần dán rồi đem dán tấm FRP lên vị trí cần gia cường đã quét keo trước đó Dùng 2 tay đã được đeo bao tay chống thấm để căng chỉnh cho tấm FRP vào đúng vị trí cần gia cường Khi dán tấm FRP cần chú ý phải dán vào đúng vị trí cần gia cường đã được quét keo và phải dán cho tấm FRP căng thẳng ra không để tấm FRP bị dùng Sau khi dán xong thì dùng cọ lăn quét thêm 1 lớp keo lên vị trí vừa mới dán để cho tấm FRP có thể liên kết tốt với cấu kiện cần gia cường Sau khi dán xong thì tiếp tục thực hiện các thao tác như vậy để dán tiếp tấm thứ 2 Mỗi vị trí gia cường cần phải được dán 2 tấm FRP để đảm bảo khả năng gia cường Các vị trí cần gia cường FRP trong khung thí nghiệm được thể hiện cụ thể trong Hình 3.31 Khung thí nghiệm được gia cường FRP là khung bê tông bị cháy trong thời gian 45 phút và 75 phút đƣợc đánh số hiệu F-45-2 và F-75-2
Trong thời gian gia cường nếu keo dán bị khô hoặc bị cháy thì phải bỏ không được sử dụng tiếp Muốn gia cường tiếp thì phải pha trộn hỗn hợp keo mới, đối với cọ lăn cũng nhƣ vậy nếu cọ bị khô cứng thì phải thay cọ lăn mới để sử dụng
Hình 3.31 Hình các vị trí cần gia cường FRP
(a) Hình gia cường FRP ở đầu cột (b) Hình gia cường FRP ở chân cột
Hình 3.32 Hình gia cường FRP ở cột
(a) Hình gia cường FRP ở dầm bên trái (b) Hình gia cường FRP ở dầm bên phải
Hình 3.33 Hình gia cường FRP ở dầm
Sau khi gia cường FRP khoảng 24 giờ tiến hành kiểm tra lại các vị trí gia cường nếu sờ vào thấy bị phồng hoặc chưa dính sát với cấu kiện cần gia cường thì phải pha thêm keo và bắn vào các vị trí bị phồng
Hình 3.34 Hình kiểm tra lại các vị trí đã gia cường FRP.
Gia tải lên khung thí nghiệm bê tông cốt thép
Sau khi thực hiện gia cường FRP cho khung bê tông cốt thép bị cháy sẽ tiến hành gia tải để kiểm tra khả năng chịu lực của khung Quá trình gia tải sẽ đƣợc thực hiện lần lƣợt bắt đầu từ khung bê tông cốt thép đối chứng không bị cháy F-0 đến khung bê tông cốt thép bị cháy 45 phút (mẫu F-45) và cuối cùng là khung bê tông cốt thép bị cháy 75 phút (mẫu F-75)
Hình 3.35 Hình sơ đồ hệ khung thép gia tải
Chuẩn bị các dụng cụ cần thiết cho việc gia tải nhƣ hệ khung thép gia tải, kích thủy lực và chuyển vị kế Hệ khung thép gia tải đƣợc cấu tạo từ các thanh thép hình chịu lực được liên kết với nhau bằng bu lông thép và các đường hàn Trong hệ khung thép gia tải gồm có các thanh thép hình đƣợc cấu tạo nhƣ sau Thép hình chữ I có tiết diện 200×100×8×12 có tác dụng làm điểm đặt lực cho kích thủy lực khi gia tải vào khung thí nghiệm Phần đầu thép hình chữ I đƣợc liên kết hàn với 2 thép bản mã có tiết diện 200×200× Trên mỗi thép bản mã tiết diện 200×200×8 đƣợc tạo 2 lỗ rỗng tròn để gắn bu lông thép có tiết diện 16 mm Thép bản mã có tác dụng liên kết thép hình chữ V và thép hình chữ I Ở phần chân thép hình chữ I được liên kết với hệ đỡ chữ A bằng đường hàn cấu tạo Hệ đỡ chữ A được cấu tạo bằng thép V có tác dụng cố định phần chân thép hình chữ I với dầm ngang khung thí nghiệm trong quá trình gia tải Tiếp theo là hệ chữ U có cấu tạo từ thép hình chữ I và 2 thép bản mã có tiết diện 300×300×8 được liên kết với nhau bằng đường hàn Hệ đỡ chữ U có tác dụng liên kết với thép hình V và giữ cố định cho chân thép hình chữ V trong quá trình gia tải Cuối cùng là 2 thanh thép hình V có tiết diện 75×75×6mm Hệ thép hình chữ I đứng và 2 thanh thép V xiên tạo ra phản lực kích, làm lực kích tác dụng vào khung BTCT Khi lực kích là P thì cũng tác dụng lực P đồng thời vào khung BTCT và hệ khung thép Khả năng chịu lực kéo của hai thanh thép V là 35,84 tấn Do đó, giả sử hai thanh thép V bị phá hoại thì lực kích cần là 50,68 tấn Khả năng chịu lực ngang của hệ thép này quá dƣ so với lực cần thiết để phá hoại khung BTCT Máy bơm kích thủy lực gồm có đồng hồ thể hiện lực tác dụng khi bơm kích, cần gạt để bơm dầu và ống dẫn dầu để dẫn dầu trong máy bơm vào kích thủy lực Ngoài ra, còn sử dụng chuyển vị kế để đo chuyển vị của khung thí nghiệm trong quá trình gia tải
(a) Hình kích thủy lực sử dụng (b) Hình chuyển vị kế sử dụng
Hình 3.36 Hình kích thủy lực và chuyển vị kế sử dụng
3.6.2 Quá trình gia tải cho khung thí nghiệm
Công tác đầu tiên là lắp dựng hệ khung thép gia tải đã đƣợc gia công vào khung thí nghiệm Việc lắp dựng hệ khung thép gia tải đƣợc thực hiện lần lƣợt nhƣ sau Cho lồng thép giữ kích thủy lực vào đầu dầm khung thí nghiệm cần gia tải Sau đó, cho dựng thép hình chữ I song song với cột khung thí nghiệm cần gia tải, điều chỉnh sao cho đầu thép hình chữ I tiếp xúc với lồng thép giữ kích thủy lực Tiếp theo điều chỉnh chân thép chữ I sao cho hệ đỡ chữ A gối lên dầm ngang của khung thí nghiệm và hai cạnh thép hộp vuông tại chân thép hình chữ I ôm sát dầm ngang Tiến hành điều chỉnh cho thép hình chữ I đứng thẳng và tiến hành khoan bắt bu lông có đường kính tiết diện 16 mm tại vị trí hệ đỡ chữ A vào dầm ngang để cố định chân thép hình chữ I Tiếp theo đưa hệ đỡ chữ U vảo dưới đầu dầm ngang đối diện với thép hình chữ I đã dựng, sao đó đƣa hai cây thép hình V 75 vào vị trí lổ chờ bu lông trên thép bản mã của hệ đỡ chữ U và thép hình chữ I Tiến hành lắp bu lông có đường kính 16 mm vào để liên kết 2 thanh thép hình V với thép bản mã của hệ đỡ chữ U và thép hình chữ I Vậy là hoàn thành công tác lắp dựng hệ khung thép gia tải
(a) Hình đƣa kích thủy lực vào lồng đựng kích (b) Hình lắp dây bơm dầu vào kích
Hình 3.37 Hình lắp kích thủy lực vào khung gia tải
Công tác tiếp theo nhƣ trong Hình 3.37 là đƣa kích thủy lực vào lồng giữ kích rồi điều chỉnh cho kích nằm ngay thắng đúng vị trí để cho đầu kích tiếp xúc với thép hình chữ I và đuôi kích tiếp xúc với đầu dầm khung cần gia tải Sau khi điều chỉnh kích xong thì tiến hành lắp dây bơm dầu của máy bơm kích vào kích thủy lực Tiếp theo là lắp chuyển vị kế vào khung thí nghiệm gia tải, chuyển vị kế sẽ đƣợc lắp ở đầu dầm đối diện đầu dầm lắp đặt kích thủy lực Điều chỉnh sao cho đầu đo của chuyển vị kế vừa đủ tiếp xúc với đầu dầm rồi sau đó khởi động chuyển vị kế rồi tiến hành kích gia tải
Hình 3.38 Hình lắp dựng hoàn thiện trước khi gia tải
Khi kích để gia tải thì phải kích chậm cho tải tăng từ từ vào khung gia tải Trong quá trình kích thì phải nhìn vào đồng hồ đo lực trên máy bơm kích, khi kích mà thấy đồng hồ đo lực lên đƣợc 2.5 vạch thì ngừng lại xem chuyển vị kế đo chuyển vị đƣợc bao nhiêu ghi lại số liệu rồi mới kích gia tải tiếp Quá trình kích gia tải đƣợc tiến hành liên tục nhƣ vậy cho tới khi khung gia tải bị phá hoại thì ngƣng lại Trong quá trình gia tải cần chú ý quan sát sự thay đổi các cấu kiện trong khung gia tải.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Kết quả thí nghiệm cháy
Sau khi thực hiện xong thí nghiệm cháy, ta quan sát và nhận thấy các kết quả nhƣ sau
4.1.1 Kết quả thí nghiệm cháy 45 phút
Hình 4.1 Đường cong nhiệt độ và thời gian cháy trong 45 phút
Hình 4.1 thể hiện đường cong nhiệt độ và thời gian cháy trong thí nghiệm 45 phút Trong đó, đường màu xanh biểu diễn đường cong nhiệt độ và thời gian cháy trong thí nghiệm Đường màu cam biểu diễn đường cong nhiệt độ và thời gian cháy theo tiêu chuẩn ISO834:1999 Khi bắt đầu cháy nhiệt độ trong khung thí nghiệm tăng dần tương tự như nhiệt độ của tiêu chuẩn ISO834:1999, nhưng khi cháy được khoảng
10 phút thì nhiệt độ trong khung thí nghiệm tăng đột biến do dầu bén lên Lúc này nhiệt độ trong khung thí nghiệm cao hơn so với nhiệt độ của tiêu chuẩn ISO834:1999 Khi thời gian cháy đƣợc khoảng 30 phút thì nhiệt độ cháy trong khung thí nghiệm giảm dần cho đến khi hết thời gian cháy 45 phút Lúc này nhiệt độ cháy trong khung thí nghiệm thấp hơn so với nhiệt độ cháy của tiêu chuẩn ISO834:1999
Time (minute) Đối với khung bê tông cốt thép bị cháy trong khoảng thời gian 45 phút thì thấy xuất hiện các đường răn nhỏ trên bề mặt cấu kiện cột và dầm Ngoài ra, còn thấy bê tông bên mép ngoài các cạnh cột bị bong tróc ra không còn nguyên vẹn nhƣ lúc ban đầu Các cạnh dầm ngang bên dưới cũng có hiện tượng bê tông bị bong tróc nhưng không nhiều bằng các cột Các hệ khung bị ám khói đen không còn màu nhƣ lúc ban đầu Hình 4.2 mô tả sự thay đổi của khung bê tông cốt thép sau khi bị cháy 45 phút
(a) Hình khung bị ám khói (b) Hình khung bị răn nứt
(c) Hình bê tông cột bị bong tróc (d) Hình bê tông cột xuất hiện vết rạn
(e) Hình bê tông dầm ngang bị bong tróc
Hình 4.2 Hình khung thí nghiệm sau khi cháy 45 phút
4.1.2 Kết quả thí nghiệm cháy 75 phút
Hình 4.3 Đường cong nhiệt độ và thời gian cháy trong 75 phút
Hình 4.3 thể hiện đường cong nhiệt độ và thời gian cháy trong thí nghiệm 75 phút Trong đó, đường màu xanh biểu diễn đường cong nhiệt độ và thời gian cháy trong thí nghiệm Đường màu cam biểu diễn đường cong nhiệt độ và thời gian cháy theo tiêu chuẩn ISO834:1999 Lúc bắt đầu cháy nhiệt độ trong khung thí nghiệm tăng dần nhƣng thấp hơn so với nhiệt độ của tiêu chuẩn ISO834:1999, khi thời gian cháy
Time (minute) được 10 phút thì nhiệt độ cháy trong khung thí nghiệm tăng dần ổn định tương tự như nhiệt độ cháy của tiêu chuẩn ISO834:1999 Khi thời gian cháy đƣợc 30 phút thì nhiệt độ cháy trong khung thí nghiệm vẫn tăng nhƣng lại thấp hơn nhiệt độ cháy của tiêu chuẩn ISO834:1999 Từ lúc thời gian cháy đƣợc 65 phút thì nhiệt độ cháy trong khung thí nghiệm không tăng nữa mà giữ ổn định cho đến khi hết thời gian cháy của thí nghiệm 75 phút Đối với khung bê tông cốt thép bị cháy trong khoảng thời gian 75 phút thì thấy có xuất hiện các vết nứt nhỏ ở dưới đáy dầm giằng Ngoài ra, cũng có các đường răn nhỏ ở trên bề mặt của cột và dầm với số lƣợng nhiều hơn so với khung bê tông cốt thép bị cháy trong khoảng thời gian 45 phút Các cạnh cột và dầm bị bong tróc bê tông nhiều làm thay đổi tiết diện của các cấu kiện Hình 4.4 mô tả sự thay đổi của khung bê tông cốt thép sau khi bị cháy trong thời gian 75 phút
(a) Hình khung bị ám khói đen sau cháy (b) Hình dầm khung bị ám khói
(c) Hình dầm xuất hiện vết rạn (d) Hình cột bị rạn nứt nhiều
(e) Hình cột bê tông bị tróc ra (f) Hình xuất hiện vết nứt lớn ở mép cột
Hình 4.4 Hình khung thí nghiệm sau khi cháy 75 phút.
Kết quả thí nghiệm gia tải khung không bị cháy
Khi gia tải khung bê tông cốt thép không bị cháy F-0 tiến hành quan sát các cấu kiện trong khung nhận thấy các kết quả nhƣ sau
Hình 4.5 Hình khung thí nghiệm sau khi gia tải
Hình 4.5 có thể nhìn thấy hình dạng các cấu kiến trong khung thí nghiệm đã bị biến dạng sau khi gia tải Cấu kiện dầm bị biến dạng rõ nhất có thể thấy một bên dầm đã bị võng xuống còn bên dầm còn lại thì bị căng lên Cấu kiện cột thì bị chuyển vị ngang qua ở đỉnh cột còn chân cột thì bị nứt
(a) Hình vết nứt bắt đầu xuất hiện ở dầm (b) Hình vết nứt phát triển rộng ở đáy dầm
Hình 4.6 Hình vết nứt ở mép dưới dầm
Trong Hình 4.6, có thể nhìn thấy vết nứt xuất hiện ở mép dưới dầm phía bên đầu dầm có lắp kích gia tải Sau khi gia tải xong thì thấy vết nứt phát triển ngày càng rộng và tập trung xuống dưới đáy dầm Bề rộng vết nứt lớn khoảng gần 5 mm và cắt đứt dầm ra thành 2 phần rõ ràng
Trong Hình 4.7, có thể nhìn thấy vết nứt xuất hiện ở mép trên dầm phía bên đầu dầm đối diện với đầu dầm đƣợc kích gia tải trực tiếp Vết nứt phát triển thành nhiều đường càng gần cột thì vết nứt càng lớn và phát triển theo hướng ra xa đầu cột
Bề rộng vùng hình thành và phát triển vết nứt khoảng 220 mm và vết nứt lớn nhất đạt khoảng 5-6 mm
(a) Hình xuất hiện vết nứt ở mép trên dầm (b) Hình vết nứt phát triển ở mép trên dầm
Hình 4.7 Hình vết nứt ở mép trên dầm
(a) Hình nứt chân cột (b) Hình chân cột bị hở lên khỏi dầm
Hình 4.8 Hình phá hủy ở chân cột ở bên không gia tải trực tiếp
Trong Hình 4.8, có thể thấy vết nứt xuất hiện ở mép cạnh cột bên phía không gia tải trực tiếp Vết nứt phát triển theo hướng từ chân cột đi lên phía đầu cột, chiều dài vết nứt dài khoảng 30 cm và bề rộng vết nứt đạt khoảng 4 mm Chân cột bị hở lên khỏi dầm khoảng 5 -6 mm, trên mặt dầm có xuất hiện vết nứt nhƣng không lớn
(a) Hình cột xuất hiện vết nứt (b) Hình chân cột bị hở lên trên dầm
Hình 4.9 Hình phá hủy chân cột bên gia tải trực tiếp
Trong Hình 4.9, có thể thấy vết nứt xuất hiện ở mép cạch cột phía bên gia tải trực tiếp Vết nứt xuất hiện nhỏ phát triển theo hướng từ chân cột lên đầu cột, chiều dài vết nứt dài khoảng 20 cm và bề rộng vết nứt khoảng 2 mm Chân cột hở lên khỏi mặt dầm khoảng 4 – 5 mm, chân cột bị phá hoại nhiều.
Kết quả thí nghiệm gia tải khung bị cháy 45 phút có gia cường FRP
Sau khi gia tải khung bị cháy 45 phút F-45-2 có gia cường FRP tiến hành quan sát và ghi nhận đƣợc kết quả nhƣ sau
(a) Hình vết nứt ở nút khung bên trái (b) Hình vết nứt ở nút khung bên phải
Hình 4.10 Hình vết nứt ở nút khung
Trong Hình 4.10, có thể thấy vết nứt xuất hiện ở nút khung bên trái và bên phải sau khi đƣợc gia tải đến phá hủy Vết hình thành và phát triển tại vị trí gần mép cột, chiều dài vết nứt khoảng 150 - 200 mm và bề rộng vết nứt khoảng 2 – 3 mm
(a) Hình vết nứt ở chân cột bên trái (b) Hình vết nứt ở chân cột bên phải
Hình 4.11 Hình vết nứt ở chân cột
Trong Hình 4.11, có thấy vết nứt xuất hiện ở chân cột bên trái và bên phải của khung sau khi gia tải đến phá hủy Vết nứt hình thành và phát triển ở vị trí tiếp giáp giữa chân cột và dầm dưới làm chân cột bị hở lên cao khỏi mặt dầm Chiều dài vết nứt khoảng 150 – 200 mm và chiều rộng vết nứt đạt khoảng 5 – 6 mm
Trong Hình 4.12, thấy đƣợc vết nứt xuất hiện ở mặt trên bên trái và bên phải của khung sau khi gia tải đến phá hủy Vết nứt xuất hiện nhiều và phát triển xuống dưới dầm, chiều dài vết nứt khoảng 150 – 200 mm
(a) Hình vết nứt ở mặt trên dầm bên trái (b) Hình vết nứt ở mặt trên dầm bên phải
Hình 4.12 Hình vết nứt trên mặt dầm.
Kết quả thí nghiệm gia tải khung bị đốt 75 phút có gia cường FRP
Sau khi gia tải khung bị cháy 75 phút có gia cường FRP tiến hành quan sát và ghi nhận đƣợc kết quả nhƣ sau
Trong Hình 4.13, nhận thấy đƣợc vết nứt xuất hiện ở nút bên trái và bên phải của khung sau khi gia tải đến phá hoại Vết nứt hình thành và phát triển ở gần mép cột có xu hướng đi xuống dầm Chiều dài vết nứt đạt khoảng 100 – 150 mm và chiều rộng vết nứt đạt khoảng 3 – 4 mm
Trong Hình 4.14, quan sát thấy đƣợc vết nứt xuất hiện ở chân cột bên trái và bên phải khung sau khi gia tải đến phá hoại Vết nứt hình thành và phát triển ở vị trí tiếp giáp giữa chân cột và dầm dưới làm chân cột hở lên khỏi mặt dầm Chiều dài vết nứt đạt khoảng 100 – 150 mm và chiều rộng vết nứt đạt khoảng 4 – 5 mm
(a) Hình vết nứt ở nút bên trái khung (b) Hình vết nứt ở nút bên phải khung
Hình 4.13 Hình vết nứt ở nút khung
(a) Vết nứt ở chân cột bên trái khung (b) Vết nứt ở chân cột bên phải khung
Hình 4.14 Hình vết nứt ở chân cột.
Phân tích kết quả
4.5.1 Phân tích kết quả khung không bị cháy F-0 sau khi gia tải
Sau khi gia tải khung không bị cháy F-0 ghi nhận số liệu của lực và chuyển vị của khung tiến hành phân tích kết quả đạt đƣợc nhƣ sau
Hình 4.15 Hình biểu diễn đường cong lực và chuyển vị có được khi gia tải
Hình 4.15 thể hiện đường cong lực và chuyển vị có được sau khi gia tải khung F-0 Có thể thấy đƣợc lực tác dụng vào khung lớn nhất là 54.8 KN, độ cứng của khung là 1.54 KN/mm và chuyển vị lớn nhất của khung là 102.8 mm Độ cứng sau khi khung bị phá hoại rất nhỏ xấp xỉ bằng 0 Khi bắt đầu gia tải lực tác dụng vào khung tăng dần làm khung chuyển vị ngang tăng theo Đến khi khung bị chuyển vị ngang đạt giá trị 80 mm thì lực tác dụng vào khung đạt giá trị cao nhất là 54.8 KN, từ đó khung vẫn bị chuyển vị ngang nhƣng lực tác dụng vào khung thì không tăng lên nữa Khi khung bị chuyển vị ngang đạt giá trị 102.8 mm thì lực tác dụng vào khung bị giảm dần, lúc này khung đã bị phá hoại hoàn toàn
4.5.2 Phân tích kết quả khung bị cháy 45 phút có gia cường FRP
Sau khi gia tải khung bị cháy 45 phút F-45-2 có gia cường FRP ghi nhận số liệu của lực và chuyển vị của khung tiến hành phân tích kết quả nhƣ sau
Hình 4.16 Hình biểu diễn đường cong lực và chuyển vị sau khi gia tải
Trong Hình 4.16 thể hiện đường cong của lực và chuyển vị sau khi thực hiện gia tải khung F-45-2 Có thể thấy đƣợc lực tác dụng lớn nhất vào khung là 53.6 KN, độ cứng của khung là 1.2 KN/mm và chuyển vị lớn nhất của khung là 88.7 mm Độ cứng sau khi khung bị phá hoại rất nhỏ xấp xỉ bằng 0 Khi bắt đầu gia tải lực tác dụng vào khung tăng dần làm khung chuyển vị ngang theo Đến khi khung bị chuyển vị ngang đạt giá trị 88.7 mm thì lực tác dụng vào khung đạt giá trị cao nhất là 53.6 KN, từ đó khung vẫn bị chuyển vị ngang nhƣng lực tác dụng vào khung thì không tăng lên nữa Khi khung bị chuyển vị ngang đạt giá trị 96.8 mm thì lực tác dụng vào khung bị giảm dần, lúc này khung đã bị phá hoại hoàn toàn
4.5.3 Phân tích kết quả khung bị cháy 75 phút có gia cường FRP
Sau khi gia tải khung bị cháy 75 phút F-75-2 có gia cường FRP ghi nhận số liệu của lực và chuyển vị của khung tiến hành phân tích kết quả đƣợc nhƣ sau
Hình 4.17 Hình biểu diễn đường cong lực và chuyển vị sau khi gia tải
Trong Hình 4.17 thể hiện đường cong của lực và chuyển vị sau khi tiến hành gia tải khung F-75-2 Có thể thấy đƣợc lực tác dụng lớn nhất vào khung là 50.5 KN, độ cứng của khung là 1.16 KN/mm và chuyển vị lớn nhất của khung là 80.6 mm Độ cứng sau khi bị phá hoại rất nhỏ xấp xỉ bằng 0 Khi bắt đầu gia tải lực tác dụng vào khung tăng dần làm khung chuyển vị ngang theo Đến khi khung bị chuyển vị ngang đạt giá trị 60 mm thì lực tác dụng vào khung đạt giá trị cao nhất là 50.5 KN, từ đó khung vẫn bị chuyển vị ngang nhƣng lực tác dụng vào khung thì không tăng lên nữa Khi khung bị chuyển vị ngang đạt giá trị 98.6 mm thì lực tác dụng vào khung bị giảm dần, lúc này khung đã bị phá hoại hoàn toàn
Từ những kết quả phân tích đƣợc tiến hành so sánh các kết quả nhƣ
Hình 4.18 Khung thí nghiệm bị cháy trong thời gian dài hơn sẽ chịu lực kém hơn so với với khung thí nghiệm bị cháy trong thời gian ngắn hơn Các khung thí nghiệm bị cháy sau đó được gia cường bằng FRP thì vẫn không thể phục hồi được các đặc trƣng cơ học nhƣ ban đầu của khung
Hình 4.18 Hình so sánh kết quả các khung thí nghiệm
Bảng 4.1 Bảng so sánh kết quả các khung thí nghiệm sau khi gia tải
Chuyển vị (mm) Độ cứng (KN/mm) Độ cứng phục hồi (%)