Ảnh hưởng của liên kết tới khả năng chịu tải trọng nổ của tấm bê tông cốt thép (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀOTẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGÔ QUỐC TRUNG ẢNH HƯỞNG CỦA LIÊN KẾT TỚI KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NỔ CỦA TẤM BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀOTẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGƠ QUỐC TRUNG KHĨA: 2015 - 2017 ẢNH HƯỞNG CỦA LIÊN KẾT TỚI KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NỔ CỦA TẤM BÊ TÔNG CỐT THÉP Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa đào tạo sau đại học, Khoa xây dựng dân dụng công nghệp – Trường đại học Kiến trúc Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Xin đặc biệt cảm ơn PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương - Đại học Kiến Trúc Hà Nội động viên, hướng dẫn tận tình cho tơi suốt thời gian thực luận văn Mặc dù hoàn thành luận văn với nỗ lực lớn thân hạn chế thời gian kiến thức nên luận văn không tránh khỏi khuyết điểm, thiếu sót, mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng Ngô Quốc Trung năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu độc lập tơi Các đoạn trích dẫn số liệu sử dụng luận văn dẫn nguồn có độ xác cao phạm vi hiểu biết Tác giả Ngô Quốc Trung MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài * Mục đích nghiên cứu * Mục tiêu * Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu * Cơ sở khoa học thực tiễn * Kết đạt vấn đề tồn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TẢI TRỌNG NỔ 1.1 Nguy hậu cơng trình chịu tải trọng nổ 1.1.1 Nguy xuất tải trọng nổ 1.1.2 Hậu cơng trình chịu tải trọng nổ 1.2 Khái niệm đặc trưng của tải trọng nổ 1.2.1 Bản chất tải trọng nổ 1.2.2 Vụ nổ diễn biến vụ nổ 1.2.3 Ảnh hưởng tải trọng nổ tới công trình 10 1.2.4 Đặc điểm chung tải nổ, đặc trưng tải nổ 13 1.2.5 Cách xác định đặc trưng tải trọng nổ 16 CHƯƠNG ỨNG XỬ VÀ NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT CHỊU TẢI TRỌNG NỔ 27 2.1 Ứng xử kết cấu BTCT chịu tải trọng nổ 27 2.1.1 Phương pháp mơ hình hệ bậc tự 27 2.1.2 Phương pháp mơ hình hệ nhiều bậc tự 34 2.2 Nguyễn lý thiết kế kết cấu bê tông cốt thép chịu tác dụng tải trọng nổ 34 2.2.1 Cường độ cửa vật liệu chịu tải trọng động 38 2.2.2 Khả chịu lực đợn vị tới hạn ru 39 2.2.3 Trạng thái phá hoại cấu kiện BTCT chịu tải trọng nổ 47 2.2.4 Chuyển vị tới hạn XM 48 2.2.5 Xác định khả cấu kiện gian đoạn đàn hồi re đàn hồi dẻo rep cấu kiện 51 2.2.6 Hệ số quy đổi độ cứng chuyển vị hệ 53 2.2.7 Mơmen qn tính trung bình Ia 55 2.2.8 Chuyển vị tương đương XE 56 2.2.9 Hệ số quy đổi lực khối KLM cấu kiện BTCT chịu tải trọng nổ 56 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI VỀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC KHI THAY ĐỔI LIÊN KẾT TRONG THIẾT KẾ TẤM BTCT CHỊU TẢI TRỌNG NỔ 68 3.1 Ví dụ tính tốn 68 3.2 Xác định khả chịu xung lực BTCT làm việc phương: 70 3.3 Xác định khả chịu xung lực BTCT làm việc phương liên kết cạnh ngàm 72 3.4 Xác định khả chịu xung lực BTCT làm việc phương liên kết cạnh ngàm, cạnh tự do: 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 Kết luận 87 Kiến nghị 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN b Khoảng cách từ tường chắn tới cơng trình BTCT Bê tơng cốt thép Ds Khoảng cách từ tâm nổ tới cơng trình Dw Khoảng cách từ tâm nổ tới tường chắn Hs Chiều cao công trình Hw Chiều cao tường chắn Ir Cơng áp lực phản xạ Iso Công áp lực nổ pha đẩy Lw Bước sóng nổ Pr Giá trị lớn áp lực phản xạ Pso Giá trị lớn áp lực nổ pha đẩy qo Giá trị lớn áp lực động (dynamic over pressure) td Khoảng thời gian pha đẩy tr Khoảng thời gian pha đẩygiả định áp lực phản xạ, Us Vận tốc mặt sóng nổ DANH MỤC HÌNH VẼ STT Nội dung Trang Hình 1.1 Tâm vụ nổ cao phía cơng trình [11] 11 Hình 1.2 Vụ nổ bề mặt 12 Hình 1.3 Góc nghiêng sóng tới [11] 12 Hình 1.4 Q trình hình thành sóng kết hợp [12] 13 Hình 1.5 Sự thay đổi giá trị lớn áp lực với khoảng cách từ tâm nổ thời điểm định [11] 14 Hình 1.6 Sự thay đổi áp lực theo khoảng cách theo biến thiên thời gian [11] 14 Hình 1.7 Sự thay đổi áp lực tới áp lực động theo thời gian điểm định [11] 15 Hình 1.8 Giá trị lớn áp lực tới theo khoảng cách quy đổi: so sánh phương pháp lý thuyết thực nghiệm [12] 22 Hình 1.9 Sự thay đổi hệ số phản xạ theo góc tới [16] 24 Hình 1.10 Các thơng số tải nổ theo TM5-1300 chuyển đổi sang hệ đơn vị SI Remennikov (2002) [16] 25 Hình 2.1 Sơ đồ mơ hình bậc tự tương đương 27 Hình 2.2 Hệ bậc tự tương đương [11] 28 Hình 2.3 Ứng xử điển hình hệ SDOF [6] 33 Hình 2.4 Ứng xử kết cấu BTCT chịu tải trọng nổ [11] 35 Hình 2.5 Chuyển vị dầm đơn giản chịu tải trọng nổ 36 Hình 2.6 Các trạng thái làm việc cấu kiện BTCT chịu tải trọng nổ 37 Hình 2.7 Sơ đồ Lực – Chuyển vị tương đương 38 Hình 2.8 Vị trí đường chảy déo mốt số cấu kiện làm việc phương 43 Hình 2.9 Vị trí đường chảy dẻo làm việc phương liên kết ngàm cạnh, cạnh tự [16] 45 Hình 2.10 Vị trí đường chảy dẻo làm việc phương liên kết ngàm cạnh [16] 46 Hình 2.11 Biến dạng dầm BTCT chịu tải trọng nổ [12] 48 Hình 2.12 Biến dạng hệ khung BTCT chịu tải trọng nổ [12] 48 Hình 2.13 Quan hệ lực – chuyển vị giới hạn chuyện vị Xm [16] 54 Hình 2.14 Hệ số Momen hệ số chuyển vị ngàm cạnh, cạnh tự chịu tải trọng phân bố [16] 58 Hình 2.15 Hệ số Momen hệ số chuyển vị ngàm cạnh, cạnh khớp, cạnh tự chịu tải trọng phân bố [16] 59 Hình 2.16 Hệ số Momen hệ số chuyển vị ngàm cạnh khớp, cạnh tự chịu tải trọng phân bố [16] 60 Hình 2.17 Hệ số Momen hệ số chuyển vị ngàm cạnh chịu tải trọng phân bố [16] 61 Hình 2.18 Hệ số Momen hệ số chuyển vị ngàm cạnh, cạnh khớp chịu tải trọng phân bố [16] 62 Hình 2.19 Hệ số Momen hệ số chuyển vị cạnh khớp chịu tải trọng phân bố [16] 63 Hình 2.20 Hệ số xác định mơmen quán tính xuất vết nứt [16] 64 DANH MỤC BẢNG STT Nội dung Trang Bảng 1.1 Ví dụ khối lượng TNT tương đương số loại thuốc nổ mạnh [11] 17 Bảng 2.1 Hệ số DIF cho bê tông cốt thép đề xuất Smith Hetherington [11] 39 Bảng 2.2 Khả chịu lực đơn vị tới hạn ru [16] 42 Bảng 2.3 Khả chịu lực đơn vị tới hạn ru cấu kiện làm việc phương [16] 44 Bảng 2.4 Giới hạn biến dạng theo mức độ bảo vệ [12] 47 Bảng 2.5 Mức độ thiệt hại cơng trình [14] 49 Bảng 2.6 Biến dạng giới hạn cấu kiện BTCT kể đến mức độ phá hoại [14] 49 Bảng 2.7 Chuyển vị cực hạn chuyển tới hạn cấu kiện làm việc phương [16] 50 Bảng 2.8 Chuyển vị cực hạn chuyển tới hạn cấu kiện làm việc phương [16] 51 Bảng 2.9 Khả chịu lực đơn vị gian đoạn đàn hồi đàn hồi – dẻo cấu kiện làm việc phương [16] 52 Bảng 2.10 Độ cừng giai đoạn dẻo, đàn – dẻo độ cứng tương đương cấu kiện làm việc phương [16] 65 Bảng 2.11 Hệ sô quy đổi KL, KM , KLM cho làm việc phương [16] 66 Bảng 2.12 Hệ sô quy đổi KL, KM , KLM cho làm việc phương [16] 67 Bảng 3.1 Tổng hợp số liệu tính tốn khẳ chịu tải trọng nổ BTCT 85 Bảng 3.2 So sánh khả chịu tải trọng nổ BTCT liên kết ngàm cạnh BTCT ngàm cạnh 85 Bảng 3.3 So sánh khả chịu tải trọng nổ BTCT liên kết ngàm cạnh BTCT ngàm cạnh 85 MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài Những năm gần đây, nước liên tiếp xảy nhiều vụ nổ kinh hoàng, gây thiệt hại lớn người Không khiến dư luận bàng hồng, đau xót, hậu gióng lên hồi chng báo động cơng tác phòng chống cháy nổ, đặc biệt khu đơng dân cư Bên cạnh nước giới, xảy tình trạng tổ chức khủng bố lên tiếng đe dọa cơng trình phủ tự nhân Do vậy, nước phát triển, nước khu vực nói chung Việt Nam nói riêng, tổ chức phủ, phi phủ, doanh nghiệp nhà đầu tư ngồi nước đầu tư xây dựng cơng trình u cầu người thiết kế cân nhắc phương án đưa giải pháp thiết kế phòng chống chảy nổ Cho đến nay, phàn lớn cơng trình dân Việt Nam thường thiết kế chịu tác động tĩnh tải, hoạt tải, gió động đất mà chưa có nhiều nghiên cứu quy chuẩn tiêu chuẩn cho cơng trình có thiết kế phòng chống cháy, nổ nói chung cơng trình chịu tải trọng nổ nói riêng Thiết kế phòng chống cháy nổ kết hợp chặt chẽ quy hoạch kiến trúc, bố trí tổng mặt bằng, tính tốn độ bền cấu tạo cấu kiện kết cấu, lựa chọn đặc trưng kỹ thuật thiết bị điện v.v… Một giải pháp thường cân nhắc bố trí tường bê tơng bảo vệ vị trí trọng yếu cơng trình Từ phân tích nêu trên: Đề tài “ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN LIÊN KẾT TỚI KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NỔ CỦA TẤM BTCT” có tính cấp thiết tính thực tiễn cao * Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu tải trọng nổ thiết kế kết cấu BTCT - Tìm hiểu ứng xử BTCT chịu tải trọng nổ 2 - So sánh khả chịu lực bê tông cốt thép chịu tải trọng nổ điều kiện liên kết khác * Mục tiêu Đánh giá hiệu kháng sóng nổ thay đổi liên kết BTCT từ phương thành hai phương * Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu Tấm BTCT chịu trọng nổ - Phạm vi nghiên cứu + Nghiên cứu tải trọng nổ: nguyên lý hình thành cách xác định đặc trưng tải trọng nổ + Nghiên cứu ứng xử kết cấu tác dụng tải trọng nổ + Nghiên cứu khả chịu lực bê tông cốt thép chịu tải trọng nổ điều kiện liên kết khác (tấm BTCT làm việc phương hai phương) * Phương pháp nghiên cứu Sử dụng lý thuyết tính tốn * Cơ sở khoa học thực tiễn Do tính thời sự, nguy nổ ngày ý ngày trở thành nguyên nhân quan trọng gây thiệt hại cho cơng trình Tuy nhiên tiêu chuẩn thiết kế hành chưa có hướng dẫn tính tốn thiết kế cơng trình chịu tải trọng nổ gây khó khăn cho kỹ sư thiết kế công trình nằm gần nguồn nổ 3 * Kết đạt vấn đề tồn - Kết dự kiến đạt + Phân tích tác động tải trọng nổ ứng xử BTCT chiu tải trọng nổ + Đánh giá vai trò liên kết đến khả chịu trọng nổ BTCT: BTCT làm việc phương có khả chịu tải trọng nổ tăng đáng kể so với phương - Vấn đề tồn Do hạn chế thời gian nên phạm vị luân văn tác giả khảo sát giới hạn thơng số: khối lượng thuốc nổ, kích thước BTCT có giá trị khơng đổi, BTCT liên kết ngàm hai cạnh đối diện, liên kết ngàm cạnh liên kết ngàm cạnh Chưa đánh giá, so sánh khả chịu lực BTCT có liên kết hai cạnh vng góc thay đổi cường độ vật liệu điều kiện khác nguồn nổ 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 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Thông qua nghiên cứu lý thuyết thực khảo sát ảnh hưởng liên kết tới khả chịu tải trọng nổ BTCT, luận văn đạt kết sau: - Tìm hiểu tải trọng nổ ứng xử BTCT chịu tải trọng nổ sở sử dụng tiêu chuẩn TM5-1300 - Thiết kế cốt thép cho BTCT chịu tải trọng nổ dạng xung - Từ kế tính tốn nhận thấy điều kiện liên kết có ảnh hưởng đáng kể khả chịu tải trọng nổ BTCT: + Khi thay đổi liên kết BTCT từ cạnh ngàm đối xứng (tấm làm việc phương) thành cạnh ngàm (tấm làm việc phương) khă chịu tải trọng nổ tăng 35% + Khi thay đổi liên kết BTCT từ cạnh ngàm đối xứng (tấm làm việc phương) thành cạnh ngàm (tấm làm việc phương) khă chịu tải trọng nổ tăng 58% Kiến nghị - Luận văn tài liệu tham khảo cho kỹ sư kết cấu thiết kế BTCT chịu tải trọng nổ, đồng thời đặt vấn đề nghiên cứu tải trọng nổ làm việc BTCT với Tiêu chuẩn Việt Nam - Để đánh giá xác cần có nghiên cứu thực nghiệm khảo sát thêm số yếu tổ ảnh hưởng khác như: cường độ vật liệu, hàm lượng cốt thép cấu tạo cốt thép theo phương kích thước BTCT TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phan Quang Minh, Ngơ Phế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006), “Kết cấu bêtông cốt thép (phần cấu kiện bản)”, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Đỗ Kiến Quốc, Lê Đức Tuấn (2007) “Ứng xử động lực học kết cấu bê tông cốt thép tác dụng tải trọng nổ” Tạp chí Khảo sát thiết kế, 3, 2007 TCVN 2737 : 1995: Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574 : 2012: Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế Tiếng Anh Biggs, J M (1964) Introduction to Structural Dynamics New York, McGrawHill Brode, H L (1955) "Numerical Solutions of Spherical Blast Waves.” Journal of Applied Physics 26(6): 766-775 Department of the Army (1990), "Structures to resist the effects of accidental explosions", TM5-1300, Washington, D.C Henrych, J (1979) The Dynamics of Explosion and its Use Amsterdam, Elsevier John Crawford (2006) An introduction to explosion, design for blast and design of antiram barriers Advanced Protective Technologies for Egineering Structures (APTES) Group 10 Kingery, C N and Bulmash, G (1984) Airblast Parameters from TNT Spherical Air Burst and Hemispherical Surface Burst Technical Report ARBRL-TR-02555, U S Army Armament Research and Development Center 11 Smith, P D and Hetherington, J G (1994) Blast and Ballistic Loading of Structures Oxford, Butterworth Heinemann 12 Smith, P.D and G.C Mays, Eds (1995) Blash Effects on Buildings London, Thomas Telford 13 T Ngo, N Nguyen, P Mendis (2004) “An investigation on the effectiveness of blast walls and blast-structure interaction”, Department of Civil & Environmental Engineering, The University of Melbourne, Australia 14 AICE (1996) Guildelines for Evaluating Process Plant Building for External Explosions and Fires New York, American Institute of Chemical Engineers 15 ASCE (1975) A Comparative Study of Structural Response to Explosioninduced ground motions New York, ASCE 16 TM5-1300 (1991) Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions US Army Technical Manual U.S Department of the Army 17 Weidlinger, R (1994), "Civilian structures: taking the defensive", Civil engineering, McGraw- Hill Book Co., Inc., N-Y  ... nghiên cứu - Tìm hiểu tải trọng nổ thiết kế kết cấu BTCT - Tìm hiểu ứng xử BTCT chịu tải trọng nổ 2 - So sánh khả chịu lực bê tông cốt thép chịu tải trọng nổ điều kiện liên kết khác * Mục tiêu... cách xác định đặc trưng tải trọng nổ + Nghiên cứu ứng xử kết cấu tác dụng tải trọng nổ + Nghiên cứu khả chịu lực bê tông cốt thép chịu tải trọng nổ điều kiện liên kết khác (tấm BTCT làm việc phương... KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Thông qua nghiên cứu lý thuyết thực khảo sát ảnh hưởng liên kết tới khả chịu tải trọng nổ BTCT, luận văn đạt kết sau: - Tìm hiểu tải trọng nổ ứng xử BTCT chịu tải