Tính toán khả năng chịu cháy của cấu kiện liên hợp thép bê tông theo tiêu chuẩn châu âu (tt)

Bảng 2.4 Hệ số giảm cường độ tra theo nhiệt độ của thép Bảng 2.5 Các hệ số giảm theo nhiệt độ Bảng 2.6 Kích thước nhỏ nhất của mặt cắt ngang, lớp bê tông bảo vệ tối thiểu của thép hìn

PHẠM LÊ BIÊN

TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CHÁY CỦA CẤU KIỆN LIÊN HỢP THÉP- BÊ TÔNG THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CTDD&CN

Hà Nội - 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

PHẠM LÊ BIÊN KHÓA: 2014-2016

TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CHÁY CỦA CẤU KIỆN LIÊN HỢP

THÉP- BÊ TÔNG THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS CHU THỊ BÌNH

TS DƯƠNG QUANG HÙNG

Hà Nội – 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt hai năm học tập tại Khoa Sau Đại học – Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, tôi và các học viên khóa cao học 2014-2016 đã luôn nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo và cán bộ khoa Chúng tôi cũng được học tập và tiếp thu những kiến thức, phương pháp nghiên cứu khoa học vô cùng quý báu mà các thầy cô đã dày công nghiên cứu, truyền đạt lại cho chúng tối trong các buổi học

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và biết ơn sâu sắc tới TS Chu Thị Bình – người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và cung cấp nhiều tài liệu khoa học có giá trị trong suốt quá trình tôi thực hiện Luận văn này Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo, các cán bộ nhân viên trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội nói chung, Khoa Sau Đại học nói riêng

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn này, tuy rằng bản thân đã không ngừng cố gắng và học hỏi, nhưng với kinh nghiệm và vốn hiểu biết còn hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi những tồn tại thiếu sót Tôi mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp của các thầy cô cũng như bạn bè, đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2016

Tác giả Luận văn

Phạm Lê Biên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Tính toán khả năng chịu

cháy của kết cấu liên hợp thép- bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu” là công

trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả

nghiên cứu là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

Phạm Lê Biên

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

Danh mục bảng, biểu

Danh mục hình vẽ, đồ thị

PHẦN MỞ ĐẦU 1

* Lý do chọn đề tài: * Mục tiêu nghiên cứu: * Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: * Phương pháp nghiên cứu: * Ý nghĩa khoa học và thưc tiễn của đề tài * Cấu trúc luận văn: Chương 1:Tổng quan về tính toán khả năng chịu cháy của kết cấu liên hợp thép- bê tông 4

1.1 Giới thiệu về kết cấu liên hợp thép- bê tông 4

1.2 Ứng xử của kết cấu công trình trong điều kiện cháy 5

1.2.1 Các đặc tính của vật liệu thép dưới tác động của nhiệt độ cao 5

1.2.2 Các đặc tính của vật liệu bê tông dưới tác động của nhiệt độ cao 12

1.2.3 Ứng xử của kết cấu liên hợp thép- bê tông dưới tác động của nhiệt độ cao .16

1.3 Giới thiệu phương pháp tính toán khả năng chịu cháy của kết cấu liên hợp thép- bê tông 17

1.3.1 Tại Việt Nam 17

1.3.2 Trên thế giới 18

1.4 Tổ hợp tải trọng cho kết cấu trong điều kiện cháy 20

Chương 2: Tính toán khả năng chịu cháy của cấu kiện kết cấu liên hợp thép - bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu 23

2.1 Tính toán khả năng chịu cháy của sàn liên hợp thép- bê tông 23

2.2 Tính toán khả năng chịu cháy của dầm liên hợp 32

2.3 Tính toán khả năng chống cháy của cấu kiện cột 34

Chương 3: Tính toán khả năng chịu cháy của công trình ví dụ 39

3.1 Sàn 40

3.2 Dầm 63

3.2 Cột: 71

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Danh mục các bảng, biểu

Số hiệu bảng Tên bảng

Bảng 1.1 Giá trị các hệ số suy giảm môđun đàn hồi, giới hạn chảy và

giới hạn tỷ lệ của vật liệu thép ở nhiệt độ 

Bảng 1.2 Hệ số suy giảm khả năng chịu nén và biến dạng cực hạn của

bê tông ở nhiệt độ 

Bảng 2.1 Hệ số xác định khả năng kháng cháy đối với cách nhiệt

Bảng 2.2 Hệ số xác định khả năng kháng cháy đối với tấm thép

Bảng 2.3 Hệ số xác định nhiệt độ của các thanh thép trong các xương

sườn

Bảng 2.4 Hệ số giảm cường độ tra theo nhiệt độ của thép

Bảng 2.5 Các hệ số giảm theo nhiệt độ

Bảng 2.6 Kích thước nhỏ nhất của mặt cắt ngang, lớp bê tông bảo vệ tối

thiểu của thép hình và khoảng cách tối thiểu đến trục cốt thép đối với cột liên hợp có thép hình được bọc bê tông toàn bộ Bảng 2.7 Lớp bê tông bảo vệ tối thiểu cho tiết diện cột thép khi bê tông

chỉ đóng vai trò chống cháy Bảng 2.8 Kích thước nhỏ nhất của mặt cắt ngang, khoảng cách tối thiểu

đến trục cốt thép và tỷ lệ cốt thép tối thiểu của cột liên hợp có thép hình được bọc bê tông một phần

Bảng 2.9 Kích thước nhỏ nhất của mặt cắt ngang, tỷ lệ cốt thép tối thiểu

và khoảng cách tối thiểu đến trục cốt thép đối với cột liên hợp

có tiết diện rỗng được nhồi bê tông Bảng 3.1 Các tải trọng tác dụng lên sàn

Bảng 3.2 Bảng tra chiều dày hiệu quả

Bảng 3.3 Bảng tra các hệ số a i cho bê tông thường

Bảng 3.4 Tra hệ số b i ứng với bê tong thường ở thời gian 90 phút

Bảng 3.5 Hệ số c i đối với bê tông thường và thời gian 90 phút

Bảng 3.6 Bảng giá trị tính toán của hệ số giảm cường độ k y,Ѳ ,cường độ

f y,Ѳ và lực F i của các phần thép tấm và thép trong sườn ở nhiệt

độ i

Bảng 3.7 Giá trị tính toán mô men các phần trong bản sàn

Bảng 3.8 Hệ số d i đối với bê tông thường và thời gian cháy 90 phút Bảng 3.9 Giá trị tọa độ các 4 điểm trên đường đẳng nhiệt

Bảng 3.10 Giá trị cường độ và lực giới hạn của cốt thép sàn

Bảng 3.11 Giá trị tinh toán của mô men các phần

Bảng 3.12 Tra hệ số b i cho R120 và bê tông thường

Bảng 3.13 Bảng tra các hệ số c i với R120 và bê tông thường

Bảng 3.14 Bảng giá trị tính toán của hệ số giảm cường độ k y,Ѳ ,cường độ

f y,Ѳ và lực F i của các phần thép tấm và thép trong sườn ở nhiệt

độ i

Bảng 3.15 Giá trị tính toán mô men các phần trong bản sàn

Bảng 3.16 Hệ số d i đối với bê tông thường và thời gian cháy 120 phút Bảng 3.17 Giá trị tọa độ các 4 điểm trên đường đẳng nhiệt

Bảng 3.18 Giá trị tinh toán của các phần mô men đối với mép dưới của

sàn liên hợp Bảng 3.19 Hệ số giảm cường độ theo nhiệt độ

Bảng 3.20 Thông số tính toán và các giá trị nhiệt độ của dầm

Bảng 3.21 So sánh thông số vật liệu với bảng tra Eurocode

Bảng 3.22 Thông số cột và thép tăng cường ứng với khả năng chịu cháy

yêu cầu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Số hiệu

hình

Tên bảng

Hình 1.1 Một số kiểu tiết diện cột

Hình 1.2 Kết cấu sàn liên hợp sử dụng tấm tôn song

Hình 1.3 Cường độ thép giảm theo nhiệt độ

Hình 1.4 Các thông số đặc trưng cho trạng thái làm việc của vật liệu thép ở

một nhiệt độ  cho trước Hình 1.5 Biểu đồ ứng suất- biến dạng của vật liệu thép trong điều

kiệnnhiệt độ cao theo Eurocodes Hình 1.6 Biểu đồ hệ số suy giảm môđun đàn hồi, giới hạn chảy và giới hạn

tỷ lệ của vật liệu thép ở nhiệt độ 

Hình 1.7 Sự biến thiên hệ số giãn nở vì nhiệt của kết cấu thép theo nhiệt

độ Hình 1.8 Sự biến thiên độ giãn dài vì nhiệt của thép theo nhiệt độ

Hình 1.9 Sự biến thiên nhiệt dung riêng của thép theo nhiệt độ

Hình 1.10 Sự biến thiên dẫn nhiệt của thép theo nhiệt độ

Hình 1.11 Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của vật liệu bê tông trong

điều kiện chịu nhiệt độ cao Hình 1.12 Độ giảm cường độ chịu nén của vật liệu bê tông khi hạ nhiệt

độ về nhiệt độ thường Hình 1.13 Sự biến thiên khả năng giãn nở vì nhiệt của vật liệu bê tông theo

nhiệt độ Hình 1.14 Sự biến thiên tính dẫn nhiệt của vật liệu bê tông theo nhiệt độ Hình 1.15 Sự biến thiên nhiệt dung riêng của vật liệu bê tông theo nhiệt

độ Hình 1.16 Sự biến thiên hệ số giảm tải trọngfi theo tỷ số tải trọng Qk,1/Gk

Hình 2.1 Định nghĩa của các yếu tố hình học cho sườn sàn liên hợp

Hình 2.2 Các tham số cho các vị trí của các thanh gia cố

Hình 2.3 Biểu đồ đường đẳng nhiệt

Hình 2.4 Đường đẳng nhiệt xác định bằng 4 điểm

Hình 3.1 Mặt bằng kết cấu

Hình 3.2 Mặt bằng kết cấu sàn

Hình 3.3 Chi tiết sàn liên hợp thép bê tông và tải trọng tác dụng

Hình 3.4 Chi tiết 1 sườn của sàn

Hình 3.5 Chi tiết dải sàn cofraplus 77

Hình 3.6 Độ dày hiệu quả của bản sàn

Hình 3.7 Khoảng cách thép thanh trong sườn với các phần tấm thép

Hình 3.8 Trục trung hòa của bản sàn theo mô men dương

Hình 3.9 Đường đẳng nhiệt θ lim

Hình 3.10 Mặt cắt ngang còn lại của sàn

Hình 3.11 Đường trung hòa của mặt cắt ngang R90

Hình 3.12 Mặt cắt tính toán của mô men âm giới hạn R90

Hình 3.13 Đường trung hòa của mặt cắt ngang R120

Hình 3.14 Mặt bằng tính toán hệ kết cấu

Hình 3.15 Tải trọng tác dụng lên dầm

Hình 3.16 Chi tiết vị trí dầm tính toán

Hình 3.17 Chi tiết kích thước của dầm liên hợp

Hình 3.18 Chi tiết sàn liên hợp tựa lên dầm

Hình 3.19 Cấu tạo dầm IPE450 với sơn chống cháy

Hình 3.20 Biểu đồ nhiệt độ theo thời gian của cấu kiện ứng với thời gian

cháy 90 phút Hình 3.21 Biểu đồ nhiệt độ theo thời gian của cấu kiện ứng với thời gian

cháy 120 phút Hình 3.22 Mặt bằng kết cấu tính toán cột

Hình 3.23 Chi tiết cột liên hợp bọc bê tông một phần

Hình 3.24 Tải trọng tác dụng lên cột dưới cùng của công trình

1

PHẦN MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài:

- Kết cấu liên hợp thép bê tông là kết cấu sử dụng thép hình kết hợp với bê tông để làm kết cấu chịu lực cho công trình Kết cấu liên hợp thép -

bê tông có nhiều ưu điểm về mặt chịu lực và tiến độ thi công nên ngày càng được áp dụng rộng rãi;

- Kết cấu liên hợp thép bê tông còn có ưu điểm về khả năng chịu cháy so với kết cấu thép Bê tông còn đóng vai trò làm lớp vật liệu bảo vệ, làm chậm quá trình tăng và truyền nhiệt trong kết cấu thép;

-Việc xác định khả năng chịu cháy của kết cấu liên hợp là phức tạp

do phải kể đến sự biến dạng do nhiệt,và sự thay đổi các tính chất cơ lý của vật liệu khi nhiệt độ tăng cao Tiêu chuẩn Việt Nam chưa có chỉ dẫn tính toán Một số tiêu chuẩn nước ngoài có chỉ dẫn như tiêu chuẩn châu Âu Eurocodes, tiêu chuẩn Canada, New Zealand… trong đó tiêu chuẩn châu Âu trình bày chi tiết hơn cả Song song với tiêu chuẩn thiết kế kết cấu trong điều kiện nhiệt độ thường (phần 1), tiêu chuẩn châu Âu có thêm phần 2 hướng dẫn thiết kế kết cấu trong điều kiện cháy Tiêu chuẩn EN 1994-1-2 dùng cho thiết kế kết cấu liên hợp thép- bê tông trong điều kiện cháy;

- Do kiến thức về kết cấu trong điều kiện cháy còn chưa được công

bố nhiều nhất là tài liệu tiếng Việt, luận văn này trình bày rõ phương pháp tính toán khả năng chịu cháy của cấu kiện kết cấu liên hợp thép - bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu Luận văn dành một chương thực hành tính toán một công trình cụ thể, khảo sát kết quả tính khi thay đổi một thông số qua đó đưa ra các nhận xét, khuyến nghị

* Mục tiêu nghiên cứu:

2

Trình bày rõ ràng cách tính khả năng chịu cháy của cấu kiện liên hợp thép- bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu EN 1994-1-2 Tính toán một bài toán

cụ thể trong đó có khảo sát kết quả tính bằng cách thay đổi một số thông số qua đó đưa ra các đánh giá, nhận xét;

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu về tính toán khả năng chịu cháy của cột, dầm sàn trong kết cấu liên hợp thép- bê tông

* Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu theo tài liệu, thực hành tính toán số để đưa ra các nhận

xét, khuyến nghị

* Ý nghĩa khoa học và thưc tiễn của đề tài

Đề tài trình bày một cách rõ ràng các bước tính toán khả năng chịu cháy của cấu kiện kết cấu liên hợp thép- bê tông, có ví dụ tính toán với một

số thông số thay đổi để có các nhận xét kiến nghị Do vậy đây là tài liệu có ý nghĩa khoa học góp phần làm rõ các kiến thức về thiết kế kết cấu trong điều kiện cháy trong điều kiện Việt Nam còn thiếu các tài này bằng tiếng Việt

Đề tài còn là tài liệu tham khảo, hướng dẫn kỹ sư xây dựng cách tính toán khả năng chịu cháy của kết cấu trong việc thiết kế kết cấu liên hợp thép- bê tông có kể đến điều kiện an toàn cháy Đây là ý nghĩa thực tiễn của đề tài

* Cấu trúc luận văn:

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung chính của luận văn có 3 chương gồm có:

Chương 1: Tổng quan về tính toán khả năng chịu cháy của kết cấu liên hợp thép- bê tông

3

Chương 2: Tính toán khả năng chịu cháy của kết cấu liên hợp thép - bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu

Chương 3: Tính toán khả năng chịu cháy của các cấu kiện với công trình ví

dụ

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

75

KẾT LUẬN Luận văn đã đạt được một số kết quả như sau:

1 Tìm hiểu được tổng quan về ứng xử của kết cấu liên hợp thép- bê tông trong điều kiện cháy, tìm hiểu cách tính toán khả năng chịu cháy của cấu kiện liên hợp thép bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu;

2 Làm rõ quy trình tính toán khả năng chịu cháy của cấu kiện sàn, dầm, cột liên hợp thép- bê tông Vận dụng tính toán đối với công trình ví dụ, thay đổi thông số tính toán cho lần lượt các cấp bền chịu lửa yêu cầu, đưa ra các thông số tham khảo khi thiết kế cấp bền chịu cháy của cấu kiện liên hợp

3 Bằng việc thay đổi thông số tính toán cho các cấp bền chịu lửa, luận văn

đã rút ra được nhận xét về giải pháp tăng khả năng chịu cháy của cấu kiện liên hợp sàn, dầm, cột:

 Tăng tiết diện thép sàn, chiều dày bản sàn để tăng khả năng chịu cháy của bản sàn liên hợp

 Tăng chiều dày, kích thước thép định hình để tăng khả năng chịu cháy dầm

 Tăng chiều dày, kích thước thép định hình, tăng diện tích cốt thép để tăng khả năng chịu lực của cột liên hợp

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:

1 Nguyễn Thị Nhịp (2013), Xác định khả năng chịu lực của kết cấu liên hợp

thép- bê tông trong điều kiện cháy, Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng

CTDD&CN, Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội, Hà Nội

2 Ngô Xuân Tùng (2015), Thiết kế kết cấu công trình theo điều kiện an toàn

cháy, Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng CTDD&CN, Trường Đại Học

Kiến Trúc Hà Nội, Hà Nội

Tiếng Anh:

3 CAJOT Luis- Guy (2012), Fire resistance assessment of composite steel-

concrete structures, Basic design methods of EN 1994-1-2, Fire part of Eurocode 4, Workshop ‘Structural Fire Design of Buildings according to the Eurocodes’, Brussels

4 CAJOT Luis- Guy (2012), Fire resistance assessment of composite steel-

concrete structures, Worked Example, Workshop ‘Structural Fire Design of Buildings according to the Eurocodes’, Brussels

5 EN 1994-1-2 (2004), Eurocode 4- Design of composite steel and concrete structures, part 1-2: General rules- Structural fire design