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
Trang 1BỘ 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
Trang 2Hà Nội – 2017
Trang 3BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀOTẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
NGÔ QUỐC TRUNG KHÓA: 2015 - 2017
ẢNH HƯỞNG CỦA LIÊN KẾT TỚI KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NỔ CỦA TẤM BÊ TÔNG CỐT THÉP
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN
Mã số: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa đào tạo sau đại học, Khoa xây dựng dân dụng và công nghệp – Trường đại học Kiến trúc Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này
Xin đặc biệt cảm ơn PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương - Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã động viên, hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn
Mặc dù tôi đã hoàn thành luận văn với nỗ lực lớn của bản thân nhưng do hạn chế về thời gian và kiến thức nên luận văn không tránh khỏi những khuyết điểm, thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp của ý kiến của các thầy cô và đồng nghiệp
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2017
Ngô Quốc Trung
Trang 5LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu độc lập của tôi Các đoạn trích dẫn và số liệu sử dụng trong luận văn đều được dẫn nguồn và có độ chính xác cao nhất trong phạm vi hiểu biết của tôi
Tác giả
Ngô Quốc Trung
Trang 6MỤC 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 1
* Lý do chọn đề tài 1
* Mục đích nghiên cứu 1
* Mục tiêu 2
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
* Phương pháp nghiên cứu 2
* Cơ sở khoa học và thực tiễn 2
* Kết quả đã đạt được và vấn đề còn tồn tại 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TẢI TRỌNG NỔ 4
1.1 Nguy cơ và hậu quả khi công trình chịu tải trọng nổ 4
1.1.1 Nguy cơ xuất hiện tải trọng nổ 4
1.1.2 Hậu quả khi công trình chịu tải trọng nổ 6
1.2 Khái niệm và các đặc trưng của bản của tải trọng nổ 9
1.2.1 Bản chất của tải trọng nổ 9
1.2.2 Vụ nổ và diễn biến vụ nổ 9
1.2.3 Ảnh hưởng của tải trọng nổ tới công trình 10
1.2.4 Đặc điểm chung của tải nổ, các đặc trưng cơ bản của tải nổ 13
Trang 71.2.5 Cách xác định các đặc trưng cơ bản của tải trọng nổ 16
CHƯƠNG 2 ỨNG XỬ VÀ NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT CHỊU TẢI TRỌNG NỔ 27
2.1 Ứng xử của kết cấu BTCT chịu tải trọng nổ 27
2.1.1 Phương pháp mô hình hệ 1 bậc tự do 27
2.1.2 Phương pháp mô hình hệ nhiều bậc tự do 34
2.2 Nguyễn lý thiết kế kết cấu bê tông cốt thép chịu tác dụng của tải trọng nổ 34
2.2.1 Cường độ cửa vật liệu khi chịu tải trọng động 38
2.2.2 Khả năng chịu lực đợn vị tới hạn ru 39
2.2.3 Trạng thái phá hoại của cấu kiện BTCT chịu tải trọng nổ 47
2.2.4 Chuyển vị tới hạn XM 48
2.2.5 Xác định khả năng của cấu kiện trong gian đoạn đàn hồi re và đàn hồi dẻo rep của cấu kiện 51
2.2.6 Hệ số quy đổi độ cứng và chuyển vị của hệ 53
2.2.7 Mômen quán tính trung bình Ia 55
2.2.8 Chuyển vị tương đương XE 56
2.2.9 Hệ số quy đổi lực khối KLM của cấu kiện BTCT chịu tải trọng nổ 56
CHƯƠNG 3 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 toán 68
3.2 Xác định khả năng chịu xung lực của tấm BTCT làm việc 1 phương: 70
3.3 Xác định khả năng chịu xung lực của tấm BTCT làm việc 2 phương liên kết 4 cạnh ngàm 72
Trang 83.4 Xác định khả năng chịu xung lực của tấm BTCT làm việc 2 phương liên kết 3
cạnh ngàm, 1 cạnh tự do: 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87
1 Kết luận 87
2 Kiến nghị 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 9CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN
b Khoảng cách từ tường chắn tới công trình
BTCT Bê tông cốt thép
Ds Khoảng cách từ tâm nổ tới công trình
Dw Khoảng cách từ tâm nổ tới tường chắn
Hs Chiều cao công trình
Hw Chiều cao tường chắn
I r Công của áp lực phản xạ
I so Công của áp lực nổ trong pha đẩy trong
L w Bước sóng nổ
P r Giá trị lớn nhất của áp lực phản xạ
P so Giá trị lớn nhất của áp lực nổ trong pha đẩy
qo Giá trị lớn nhất của áp lực động (dynamic over pressure)
t d Khoảng thời gian của pha đẩy
t r Khoảng thời gian pha đẩygiả định của áp lực phản xạ,
Us Vận tốc mặt sóng nổ
Trang 10DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tâm vụ nổ ở cao phía trên công trình [11] 11
Hình 1.3 Góc nghiêng của sóng tới [11] 12 Hình 1.4 Quá trình hình thành sóng kết hợp [12] 13
Hình 1.5 Sự thay đổi của giá trị lớn nhất của áp lực với khoảng cách
từ tâm nổ tại một thời điểm nhất định [11] 14
Hình 1.6 Sự thay đổi của áp lực theo khoảng cách theo biến thiên
Hình 1.7 Sự thay đổi của áp lực tới và áp lực động theo thời gian tại
một điểm nhất định [11] 15
Hình 1.8 Giá trị lớn nhất của áp lực tới theo khoảng cách quy đổi: so
sánh giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm [12] 22 Hình 1.9 Sự thay đổi của hệ số phản xạ theo góc tới [16] 24
Hình 1.10 Các thông số của tải nổ theo TM5-1300 chuyển đổi sang hệ
đơn vị SI của Remennikov (2002) [16] 25 Hình 2.1 Sơ đồ mô hình một bậc tự do tương đương 27 Hình 2.2 Hệ một bậc tự do tương đương [11] 28 Hình 2.3 Ứng xử điển hình của hệ SDOF [6] 33 Hình 2.4 Ứng xử của kết cấu BTCT khi chịu tải trọng nổ [11] 35 Hình 2.5 Chuyển vị của dầm đơn giản chịu tải trọng nổ 36
Hình 2.6 Các trạng thái làm việc của cấu kiện BTCT chịu tải trọng
Hình 2.7 Sơ đồ Lực – Chuyển vị tương đương 38
Hình 2.8 Vị trí đường chảy déo trong mốt số cấu kiện làm việc 2
Trang 11Hình 2.9 Vị trí đường chảy dẻo đối với bản làm việc 2 phương liên
kết ngàm 3 cạnh, 1 cạnh tự do [16] 45
Hình 2.10 Vị trí đường chảy dẻo đối với bản làm việc 2 phương liên
Hình 2.11 Biến dạng của dầm BTCT chịu tải trọng nổ [12] 48 Hình 2.12 Biến dạng của hệ khung BTCT chịu tải trọng nổ [12] 48 Hình 2.13 Quan hệ lực – chuyển vị trong giới hạn chuyện vị Xm [16] 54
Hình 2.14 Hệ số Momen và hệ số chuyển vị bản ngàm 3 cạnh, 1 cạnh
tự do chịu tải trọng phân bố [16] 58
Hình 2.15 Hệ số Momen và hệ số chuyển vị của bản ngàm 1 cạnh, 2
cạnh khớp, 1 cạnh tự do chịu tải trọng phân bố [16] 59
Hình 2.16 Hệ số Momen và hệ số chuyển vị của bản ngàm 3 cạnh
khớp, 1 cạnh tự do chịu tải trọng phân bố [16] 60
Hình 2.17 Hệ số Momen và hệ số chuyển vị của bản ngàm 4 cạnh
chịu tải trọng phân bố [16] 61
Hình 2.18 Hệ số Momen và hệ số chuyển vị của bản ngàm 2 cạnh, 2
cạnh khớp chịu tải trọng phân bố [16] 62
Hình 2.19 Hệ số Momen và hệ số chuyển vị của bản 4 cạnh khớp chịu
Hình 2.20 Hệ số xác định mômen quán tính khi xuất hiện vết nứt [16] 64
Trang 12DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Ví dụ về khối lượng TNT tương đương của một số loại
Bảng 2.1 Hệ số DIF cho bê tông và cốt thép được đề xuất Smith và
Bảng 2.2 Khả năng chịu lực đơn vị tới hạn ru [16] 42
Bảng 2.3 Khả năng chịu lực đơn vị tới hạn ru của cấu kiện làm việc 2
Bảng 2.4 Giới hạn biến dạng theo mức độ bảo vệ [12] 47 Bảng 2.5 Mức độ thiệt hại của công trình [14] 49
Bảng 2.6 Biến dạng giới hạn của cấu kiện BTCT khi kể đến mức độ
Bảng 2.7 Chuyển vị cực hạn và chuyển tới hạn của cấu kiện làm việc
Bảng 2.8 Chuyển vị cực hạn và chuyển tới hạn của cấu kiện làm việc
Bảng 2.9 Khả năng chịu lực đơn vị trong gian đoạn đàn hồi và đàn
hồi – dẻo của cấu kiện làm việc 1 phương [16] 52
Bảng 2.10 Độ cừng giai đoạn dẻo, đàn – dẻo và độ cứng tương đương
của cấu kiện làm việc 1 phương [16] 65
Bảng 2.11 Hệ sô quy đổi KL, KM , KLM cho bản làm việc 1 phương
Bảng 2.12 Hệ sô quy đổi KL, KM , KLM cho bản làm việc 2 phương
Bảng 3.1 Tổng hợp số liệu tính toán khẳ năng chịu tải trọng nổ của
Bảng 3.2 So sánh khả năng chịu tải trọng nổ của tấm BTCT liên kết
ngàm 2 cạnh và tấm BTCT ngàm 4 cạnh 85
Bảng 3.3 So sánh khả năng chịu tải trọng nổ của tấm BTCT liên kết
ngàm 2 cạnh và tấm BTCT ngàm 4 cạnh 85
Trang 131
MỞ ĐẦU
* Lý do chọn đề tài
Những năm gần đây, trên cả nước liên tiếp xảy ra nhiều vụ nổ kinh hoàng, gây thiệt hại lớn về người và của Không chỉ khiến dư luận bàng hoàng, đau xót, hậu quả của
nó còn gióng lên hồi chuông báo động đối với công tác phòng chống cháy nổ, đặc biệt tại các khu đông dân cư Bên cạnh đó tại các nước trên thế giới, đã và đang xảy
ra tình trạng các tổ chức khủng bố lên tiếng đe dọa các công trình của chính phủ và
tự nhân Do vậy, tại các nước phát triển, các nước trong khu vực nói chung và Việt Nam nói riêng, các tổ chức chính phủ, phi chính phủ, doanh nghiệp và các nhà đầu
tư trong và ngoài nước khi đầu tư xây dựng công trình có thể yêu cầu người thiết kế cân nhắc phương án đưa ra giải pháp thiết kế phòng chống chảy nổ
Cho đến nay, phàn lớn các công trình dân sự tại Việt Nam thường chỉ được thiết kế chịu tác động của tĩnh tải, hoạt tải, gió và động đất mà chưa có nhiều nghiên cứu cũng như quy chuẩn và tiêu chuẩn cho công trình có thiết kế phòng chống cháy, nổ nói chung và công trình chịu tải trọng nổ nói riêng Thiết kế phòng chống cháy nổ là
sự kết hợp chặt chẽ giữa quy hoạch kiến trúc, bố trí tổng mặt bằng, tính toán độ bền
và cấu tạo các cấu kiện kết cấu, lựa chọn đặc trưng kỹ thuật của các thiết bị cơ điện v.v… Một trong những giải pháp thường được cân nhắc là bố trí tường bê tông bảo
vệ tại những vị trí trọng yếu của công trình
Từ những 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 và tính thực tiễn cao
* Mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu về tải trọng nổ trong thiết kế kết cấu BTCT
- Tìm hiểu về ứng xử của tấm BTCT chịu tải trọng nổ
Trang 142
- So sánh khả năng chịu lực của tấm bê tông cốt thép chịu tải trọng nổ trong các điều kiện liên kết khác nhau
* Mục tiêu
Đánh giá được hiệu quả kháng sóng nổ khi thay đổi liên kết của tấm BTCT từ một phương thành hai phương
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
Tấm BTCT chịu tại trọng nổ
- Phạm vi nghiên cứu
+ Nghiên cứu về tải trọng nổ: nguyên lý hình thành và cách xác định các đặc trưng của tải trọng nổ
+ Nghiên cứu ứng xử kết cấu dưới tác dụng của tải trọng nổ
+ Nghiên cứu khả năng chịu lực của tấm bê tông cốt thép chịu tải trọng nổ trong các điều kiện liên kết khác nhau (tấm BTCT làm việc một phương và hai phương)
* Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng lý thuyết tính toán
* Cơ sở khoa học và thực tiễn
Do tính thời sự, nguy cơ nổ ngày càng được chú ý và ngày càng trở thành nguyên nhân quan trọng gây thiệt hại cho công trình Tuy nhiên các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành chưa có hướng dẫn tính toán thiết kế công trình chịu tải trọng nổ gây khó khăn cho các kỹ sư khi thiết kế các công trình nằm gần nguồn nổ
Trang 153
* Kết quả đã đạt được và vấn đề còn tồn tại
- Kết quả dự kiến đạt được
+ Phân tích tác động của tải trọng nổ và ứng xử của tấm BTCT chiu tải trọng nổ
+ Đánh giá được vai trò của liên kết đến khả năng chịu tại trọng nổ của tấm BTCT: tấm BTCT làm việc 2 phương có khả năng chịu tải trọng nổ tăng đáng kể so với bản một phương
- Vấn đề còn tồn tại
Do hạn chế về thời gian nên trong phạm vị luân văn tác giả chỉ khảo sát giới hạn các thông số: khối lượng thuốc nổ, kích thước tấm BTCT có giá trị không đổi, tấm BTCT liên kết ngàm hai cạnh đối diện, liên kết ngàm 3 cạnh và liên kết ngàm 4 cạnh Chưa đánh giá, so sánh được khả năng chịu lực của tấm BTCT có liên kết hai cạnh vuông góc cũng như sự thay đổi về cường độ vật liệu và các điều kiện khác nhau của nguồn nổ
Trang 16THÔNG 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
Trang 1787
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1 Kết luận
Thông qua nghiên cứu lý thuyết và thực hiện khảo sát về ảnh hưởng của liên kết tới khả năng chịu tải trọng nổ của tấm BTCT, luận văn đã đạt được những kết quả sau:
- Tìm hiểu về tải trọng nổ và ứng xử của tấm BTCT khi chịu tải trọng nổ trên cơ sở
sử dụng tiêu chuẩn TM5-1300
- Thiết kế cốt thép cho tấm BTCT chịu tải trọng nổ ở dạng xung
- Từ kế quả tính toán nhận thấy điều kiện liên kết có ảnh hưởng đáng kể đối với khả năng chịu tải trọng nổ của tấm BTCT:
+ Khi thay đổi liên kết của tấm BTCT từ 2 cạnh ngàm đối xứng (tấm làm việc 1 phương) thành 3 cạnh ngàm (tấm làm việc 2 phương) khă năng chịu tải trọng nổ của tấm tăng 35%
+ Khi thay đổi liên kết của tấm BTCT từ 2 cạnh ngàm đối xứng (tấm làm việc 1 phương) thành 4 cạnh ngàm (tấm làm việc 2 phương) khă năng chịu tải trọng nổ của tấm tăng 58%
2 Kiến nghị
- Luận văn có thể là tài liệu tham khảo cho các kỹ sư kết cấu thiết kế tấm BTCT chịu tải trọng nổ, đồng thời đặt ra vấn đề trong nghiên cứu về tải trọng nổ cũng như
sự làm việc của tấm BTCT với Tiêu chuẩn Việt Nam
- Để đánh giá chính xác hơn cần có các nghiên cứu thực nghiệm và khảo sát thêm 1
số yếu tổ ảnh hưởng khác như: cường độ vật liệu, hàm lượng cốt thép cũng như cấu tạo cốt thép theo các phương và kích thước của tấm BTCT
Trang 18TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1 Phan Quang Minh, Ngô Phế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006), “Kết cấu
bêtông cốt thép (phần cấu kiện cơ bản)”, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội
2 Đỗ Kiến Quốc, Lê Đức Tuấn (2007) “Ứng xử động lực học kết cấu bê tông cốt
thép dưới tác dụng của tải trọng nổ” Tạp chí Khảo sát thiết kế, 3, 2007
3 TCVN 2737 : 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
4 TCVN 5574 : 2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế
Tiếng Anh
5 Biggs, J M (1964) Introduction to Structural Dynamics New York, McGraw-
Hill
6 Brode, H L (1955) "Numerical Solutions of Spherical Blast Waves.” Journal
of Applied Physics 26(6): 766-775
7 Department of the Army (1990), "Structures to resist the effects of accidental
explosions", TM5-1300, Washington, D.C
8 Henrych, J (1979) The Dynamics of Explosion and its Use Amsterdam,
Elsevier
9 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
Trang 1913 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 Explosion-
induced 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