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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI 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 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG 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 LỜI CẢM ƠN Trong suốt hai năm học tập Khoa Sau Đại học – Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, học viên khóa cao học 2014-2016 nhận giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy cô giáo cán khoa Chúng học tập tiếp thu kiến thức, phương pháp nghiên cứu khoa học vô quý báu mà thầy cô dày công nghiên cứu, truyền đạt lại cho chúng tối buổi học Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành biết ơn sâu sắc tới TS Chu Thị Bình – người tận tình bảo, hướng dẫn cung cấp nhiều tài liệu khoa học có giá trị suốt trình thực Luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy cô giáo, cán nhân viên trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội nói chung, Khoa Sau Đại học nói riêng Trong suốt trình thực luận văn này, thân không ngừng cố gắng học hỏi, với kinh nghiệm vốn hiểu biết hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi tồn thiếu sót Tôi mong nhận bảo đóng góp thầy cô bạn bè, đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 30 tháng 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 chịu cháy kết cấu liên hợp thép- bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu” công trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN 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 * Lý chọn đề tài: * Mục tiêu nghiên cứu: * Đối tượng phạm vi nghiên cứu: * Phương pháp nghiên cứu: * Ý nghĩa khoa học thưc tiễn đề tài * Cấu trúc luận văn: Chương 1:Tổng quan tính toán khả chịu cháy kết cấu liên hợp thép- bê tông 1.1 Giới thiệu kết cấu liên hợp thép- bê tông 1.2 Ứng xử kết cấu công trình điều kiện cháy 1.2.1 Các đặc tính vật liệu thép tác động nhiệt độ cao 1.2.2 Các đặc tính vật liệu bê tông tác động nhiệt độ cao 12 1.2.3 Ứng xử kết cấu liên hợp thép- bê tông tác động nhiệt độ cao 16 1.3 Giới thiệu phương pháp tính toán khả chịu cháy kết cấu liên hợp thép- bê tông 17 1.3.1 Tại Việt Nam 17 1.3.2 Trên giới 18 1.4 Tổ hợp tải trọng cho kết cấu điều kiện cháy 20 Chương 2: Tính toán khả chịu cháy cấu kiện kết cấu liên hợp thép bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu 23 2.1 Tính toán khả chịu cháy sàn liên hợp thép- bê tông 23 2.2 Tính toán khả chịu cháy dầm liên hợp 32 2.3 Tính toán khả chống cháy cấu kiện cột 34 Chương 3: Tính toán khả chịu cháy 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 bảng, biểu Số hiệu bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 2.5 Bảng 2.6 Bảng 2.7 Bảng 2.8 Bảng 2.9 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Tên bảng Giá trị hệ số suy giảm môđun đàn hồi, giới hạn chảy giới hạn tỷ lệ vật liệu thép nhiệt độ  Hệ số suy giảm khả chịu nén biến dạng cực hạn bê tông nhiệt độ  Hệ số xác định khả kháng cháy cách nhiệt Hệ số xác định khả kháng cháy thép Hệ số xác định nhiệt độ thép xương sườn Hệ số giảm cường độ tra theo nhiệt độ thép Các hệ số giảm theo nhiệt độ Kích thước nhỏ mặt cắt ngang, lớp bê tông bảo vệ tối thiểu thép hình khoảng cách tối thiểu đến trục cốt thép cột liên hợp có thép hình bọc bê tông toàn Lớp bê tông bảo vệ tối thiểu cho tiết diện cột thép bê tông đóng vai trò chống cháy Kích thước nhỏ mặt cắt ngang, khoảng cách tối thiểu đến trục cốt thép tỷ lệ cốt thép tối thiểu cột liên hợp có thép hình bọc bê tông phần Kích thước nhỏ mặt cắt ngang, tỷ lệ cốt thép tối thiểu khoảng cách tối thiểu đến trục cốt thép cột liên hợp có tiết diện rỗng nhồi bê tông Các tải trọng tác dụng lên sàn Bảng tra chiều dày hiệu Bảng tra hệ số cho bê tông thường Tra hệ số bi ứng với bê tong thường thời gian 90 phút Hệ số ci bê tông thường thời gian 90 phút Bảng giá trị tính toán hệ số giảm cường độ ky,Ѳ,cường độ fy,Ѳ lực Fi phần thép thép sườn nhiệt độ i Giá trị tính toán mô men phần sàn Hệ số di bê tông thường thời gian cháy 90 phút Giá trị tọa độ điểm đường đẳng nhiệt Giá trị cường độ lực giới hạn cốt thép sàn Giá trị tinh toán mô men phần Tra hệ số bi cho R120 bê tông thường Bảng tra hệ số ci với R120 bê tông thường Bảng giá trị tính toán hệ số giảm cường độ ky,Ѳ,cường độ Bảng 3.15 Bảng 3.16 Bảng 3.17 Bảng 3.18 Bảng 3.19 Bảng 3.20 Bảng 3.21 Bảng 3.22 fy,Ѳ lực Fi phần thép thép sườn nhiệt độ i Giá trị tính toán mô men phần sàn Hệ số di bê tông thường thời gian cháy 120 phút Giá trị tọa độ điểm đường đẳng nhiệt Giá trị tinh toán phần mô men mép sàn liên hợp Hệ số giảm cường độ theo nhiệt độ Thông số tính toán giá trị nhiệt độ dầm So sánh thông số vật liệu với bảng tra Eurocode Thông số cột thép tăng cường ứng với khả chịu cháy yêu cầu Danh mục hình vẽ, đồ thị Số hiệu hình Hình 1.1 Một số kiểu tiết diện cột Hình 1.2 Hình 1.3 Kết cấu sàn liên hợp sử dụng tôn song Cường độ thép giảm theo nhiệt độ Hình 1.4 Các thông số đặc trưng cho trạng thái làm việc vật liệu thép nhiệt độ  cho trước Biểu đồ ứng suất- biến dạng vật liệu thép điều kiệnnhiệt độ cao theo Eurocodes Biểu đồ hệ số suy giảm môđun đàn hồi, giới hạn chảy giới hạn tỷ lệ vật liệu thép nhiệt độ  Sự biến thiên hệ số giãn nở nhiệt kết cấu thép theo nhiệt độ Sự biến thiên độ giãn dài nhiệt thép theo nhiệt độ Sự biến thiên nhiệt dung riêng thép theo nhiệt độ Sự biến thiên dẫn nhiệt thép theo nhiệt độ Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Tên bảng Hình 1.16 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng vật liệu bê tông điều kiện chịu nhiệt độ cao Độ giảm cường độ chịu nén vật liệu bê tông hạ nhiệt độ nhiệt độ thường Sự biến thiên khả giãn nở nhiệt vật liệu bê tông theo nhiệt độ Sự biến thiên tính dẫn nhiệt vật liệu bê tông theo nhiệt độ Sự biến thiên nhiệt dung riêng vật liệu bê tông theo nhiệt độ Sự biến thiên hệ số giảm tải trọngfi theo tỷ số tải trọng Qk,1/Gk Định nghĩa yếu tố hình học cho sườn sàn liên hợp Các tham số cho vị trí gia cố Biểu đồ đường đẳng nhiệt Hình 2.4 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Đường đẳng nhiệt xác định điểm Mặt kết cấu Mặt kết cấu sàn Chi tiết sàn liên hợp thép bê tông tải trọng tác dụng Hình 3.4 Chi tiết sườn sàn Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.14 Hình 1.15 Hình 3.5 Hình 3.6 Chi tiết dải sàn cofraplus 77 Độ dày hiệu sàn Hình 3.7 Hình 3.8 Khoảng cách thép sườn với phần thép Trục trung hòa sàn theo mô men dương Hình 3.9 Hình 3.10 Đường đẳng nhiệt θlim Mặt cắt ngang lại sàn Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Đường trung hòa mặt cắt ngang R90 Mặt cắt tính toán mô men âm giới hạn R90 Đường trung hòa mặt cắt ngang R120 Mặt tính toán hệ kết cấu Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Tải trọng tác dụng lên dầm Chi tiết vị trí dầm tính toán Chi tiết kích thước dầm liên hợp Chi tiết sàn liên hợp tựa lên dầm Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.22 Hình 3.23 Cấu tạo dầm IPE450 với sơn chống cháy Biểu đồ nhiệt độ theo thời gian cấu kiện ứng với thời gian cháy 90 phút Biểu đồ nhiệt độ theo thời gian cấu kiện ứng với thời gian cháy 120 phút Mặt kết cấu tính toán cột Chi tiết cột liên hợp bọc bê tông phần Hình 3.24 Tải trọng tác dụng lên cột công trình Hình 3.21 PHẦN MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài: - Kết cấu liên hợp thép bê tông 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 mặt chịu lực tiến độ thi công nên ngày áp dụng rộng rãi; - Kết cấu liên hợp thép bê tông có ưu điểm khả chịu cháy so với kết cấu thép Bê tông đóng vai trò làm lớp vật liệu bảo vệ, làm chậm trình tăng truyền nhiệt kết cấu thép; -Việc xác định khả chịu cháy kết cấu liên hợp phức tạp phải kể đến biến dạng nhiệt,và thay đổi tính chất lý vật liệu nhiệt độ tăng cao Tiêu chuẩn Việt Nam chưa có dẫn tính toán Một số tiêu chuẩn nước có dẫn tiêu chuẩn châu Âu Eurocodes, tiêu chuẩn Canada, New Zealand… tiêu chuẩn châu Âu trình bày chi tiết Song song với tiêu chuẩn thiết kế kết cấu điều kiện nhiệt độ thường (phần 1), tiêu chuẩn châu Âu có thêm phần hướng dẫn thiết kế kết cấu điều kiện cháy Tiêu chuẩn EN 1994-1-2 dùng cho thiết kế kết cấu liên hợp thép- bê tông điều kiện cháy; - Do kiến thức kết cấu điều kiện cháy chưa công bố nhiều tài liệu tiếng Việt, luận văn trình bày rõ phương pháp tính toán khả chịu cháy cấu kiện kết cấu liên hợp thép - bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu Luận văn dành chương thực hành tính toán công trình cụ thể, khảo sát kết tính thay đổi thông số qua đưa nhận xét, khuyến nghị * Mục tiêu nghiên cứu: Trình bày rõ ràng cách tính khả chịu cháy cấu kiện liên hợp thép- bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu EN 1994-1-2 Tính toán toán cụ thể có khảo sát kết tính cách thay đổi số thông số qua đưa đánh giá, nhận xét; * Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán khả chịu cháy cột, dầm sàn kết cấu liên hợp thép- bê tông * Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu theo tài liệu, thực hành tính toán số để đưa nhận xét, khuyến nghị * Ý nghĩa khoa học thưc tiễn đề tài Đề tài trình bày cách rõ ràng bước tính toán khả chịu cháy cấu kiện kết cấu liên hợp thép- bê tông, có ví dụ tính toán với số thông số thay đổi để có nhận xét kiến nghị Do tài liệu có ý nghĩa khoa học góp phần làm rõ kiến thức thiết kế kết cấu điều kiện cháy điều kiện Việt Nam thiếu tài tiếng Việt Đề tài tài liệu tham khảo, hướng dẫn kỹ sư xây dựng cách tính toán khả chịu cháy kết cấu việc thiết kế kết cấu liên hợp thép- bê tông có kể đến điều kiện an toàn cháy Đây ý nghĩa thực tiễn đề tài * Cấu trúc luận văn: Ngoài phần mở đầu kết luận, nội dung luận văn có chương gồm có: Chương 1: Tổng quan tính toán khả chịu cháy kết cấu liên hợp thép- bê tông Chương 2: Tính toán khả chịu cháy kết cấu liên hợp thép - bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu Chương 3: Tính toán khả chịu cháy cấu kiện với công trình ví dụ THÔNG BÁO Để xem phần văn 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 đạt số kết sau: Tìm hiểu tổng quan ứng xử kết cấu liên hợp thép- bê tông điều kiện cháy, tìm hiểu cách tính toán khả chịu cháy cấu kiện liên hợp thép bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu; Làm rõ quy trình tính toán khả chịu cháy cấu kiện sàn, dầm, cột liên hợp thép- bê tông Vận dụng tính toán công trình ví dụ, thay đổi thông số tính toán cho cấp bền chịu lửa yêu cầu, đưa thông số tham khảo thiết kế cấp bền chịu cháy cấu kiện liên hợp Bằng việc thay đổi thông số tính toán cho cấp bền chịu lửa, luận văn rút nhận xét giải pháp tăng khả chịu cháy cấu kiện liên hợp sàn, dầm, cột:  Tăng tiết diện thép sàn, chiều dày sàn để tăng khả chịu cháy sàn liên hợp  Tăng chiều dày, kích thước thép định hình để tăng khả chịu cháy dầm  Tăng chiều dày, kích thước thép định hình, tăng diện tích cốt thép để tăng khả chịu lực cột liên hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Nguyễn Thị Nhịp (2013), Xác định khả chịu lực kết cấu liên hợp thép- bê tông điều kiện cháy, Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng CTDD&CN, Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội, Hà Nội 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: CAJOT Luis- Guy (2012), Fire resistance assessment of composite steelconcrete 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 CAJOT Luis- Guy (2012), Fire resistance assessment of composite steelconcrete structures, Worked Example, Workshop ‘Structural Fire Design of Buildings according to the Eurocodes’, Brussels EN 1994-1-2 (2004), Eurocode 4- Design of composite steel and concrete structures, part 1-2: General rules- Structural fire design  ... kết cấu liên hợp thép- bê tông điều kiện cháy, tìm hiểu cách tính toán khả chịu cháy cấu kiện liên hợp thép bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu; Làm rõ quy trình tính toán khả chịu cháy cấu kiện. .. cháy cấu kiện kết cấu liên hợp thép bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu 23 2.1 Tính toán khả chịu cháy sàn liên hợp thép- bê tông 23 2.2 Tính toán khả chịu cháy dầm liên hợp 32 2.3 Tính. .. chịu cháy kết cấu liên hợp thép- bê tông Chương 2: Tính toán khả chịu cháy kết cấu liên hợp thép - bê tông theo tiêu chuẩn châu Âu Chương 3: Tính toán khả chịu cháy cấu kiện với công trình ví dụ