- Phụ́i hợp đa ngành trong xõy dựng phát triển đụ thị theo quy hoạch được duyệt;
4 PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC (KNCL) CỦA CỘT
4.1 Tớnh toỏn khả năng chịu lực của cột theo Eurocode 2 [10]
Khả năng chịu lực của cột được tớnh bằng cụng thức sau đõy:
0.85
Rd ck c yd s
c
N f A f A (1)
Trong đú:
γc là hệ số an toàn riờng cho vật liệu khi tớnh theo trạng thỏi giới
hạn một,c1.5cho trường hợp bờ tụng lõu dài và tạm thời.
fck là cường độ chịu nộn đặc trưng của bờ tụng đối với mẫu trụ
tiờu chuẩn (lấy fck = 30 MPa)
fyd là cường độ tớnh toỏn của cốt thộp, được xỏc định bằng tỷ số
giữa giới hạn chảy đặc trưng fuk và hệ số riờng γs (lấy fuk = 400 MPa và
γs =1,15).
Ac là diện tớch của tiết diện bờ tụng. As là diện tớch của cốt thộp.
Từ cụng thức (1) và cỏc đặc trưng của cột, khả năng chịu lực của cột ở nhiệt độ thường là NRd1530( )kN
4.2 Tớnh toỏn theo phương phỏp phõn lớp
Mụ hỡnh cột BTCT bằng Safir_thermal_2D cú tiết diện 300ì300 mm, cốt thộp 4∅20. Mụ hỡnh được gỏn FISO cho cỏc mặt tiếp xỳc với đỏm chỏy tiờu chuẩn ISO 834, F20 cho cỏc mặt là nơi vẫn hoạt động với điều kiện nhiệt độ tự nhiờn là 200C. Dữ liệu thu được từ phõn tớch nhiệt trong Mục 3 được sử dụng để phõn tớch khả năng chịu lực (KNCL) của cột.
a) một mặt b) hai mặt
c) ba mặt d) bốn mặt
Hỡnh 13. Phõn lớp cho tiết diện cột bị chỏy
Trong bước tớnh toỏn, cấu kiện cột sẽ được chia thành cỏc phõn lớp cú bề dày và bề rộng bằng nhau. Trong mụ phỏng này, cột BTCT được chia thành 30 phõn lớp, mỗi phõn lớp cú bề dày và bề rộng đều là 10 mm, chỏy trong thời gian lần lượt là 15, 30, 45 và 60 phỳt. Hỡnh 13a thể hiện tiết diện ngang cột bị chỏy một mặt và sẽ được phõn lớp một phương. Hỡnh 13b - d lần lượt thể hiện tiết diện ngang cột bị chỏy hai đến bốn mặt, được phõn lớp theo hai phương.
Tại một thời điểm xỏc định, nhiệt độ tại mỗi nỳt của cấu kiện đó xỏc định ở bước phõn tớch nhiệt nhờ vào phần mềm SAFIR [9]. Do đú, dựa vào phương phỏp phõn lớp cú thể tớnh toỏn được nhiệt độ trung bỡnh của mỗi phõn lớp trờn cấu kiện. Từ nhiệt độ trung bỡnh đú cú thể tiến hành tra độ giảm cường độ bờ tụng ở Hỡnh 14. Bài toỏn được lấy theo mụ hỡnh vật liệu bờ tụng gốc silic (đường số 1 - Hỡnh 14) do vật liệu này thường được sử dụng. KNCL của cột ở bị chỏy được tớnh theo biểu thức (2), trong đú, n là số thớ của bờ tụng,
m là số thớ của cốt thộp. , , , , 1 1 0.85 n m Rd ck i c i yd j s j c i j N f A f A (2)
Hỡnh 15 trỡnh bày kết quả phõn tớch KNCL của cột BTCT theo thời gian chỏy. Mục đớch như đó nờu trong tựa đề của bài bỏo là phõn tớch KNCL của cột BTCT bị chỏy trong cỏc điều kiện khỏc nhau. Cú 4 mốc thời gian chỏy từ đú từ đú để phõn tớch KNCL của cột BTCT là 15, 30, 45 và 60 phỳt. Cỏc đường thẳng thể hiện KNCL của cột theo thời gian chỏy được trỡnh bày trờn Hỡnh 15. Về tổng thể, cỏc đường này cú sự khỏc nhau rất rừ rệt. Độ giảm KNCL của cột cú giỏ trị lớn nhất cho trường hợp cột chỏy bốn mặt (hỡnh 15d). Ở cỏc mốc thời gian chỏy được khảo sỏt thỡ giỏ trị độ giảm này lần lượt là 3%, 10%, 18% và 24% so với ban đầu khi chưa chỏy. Điều này cho thấy nhiệt độ phần nào đú đó ảnh hưởng đến KNCL của cột khi chỏy.
a) một mặt b) hai mặt
c) ba mặt d) bốn mặt
Hỡnh 15. Kết quả KNCL của cột trước và sau khi chỏy
a) 15 phỳt b) 30 phỳt
c) 45 phỳt d) 60 phỳt
Hỡnh 16. Ảnh hưởng của điều kiện chỏy đến KNCL của cột.
Số mặt chỏy cũng ảnh hưởng đến khả năng chịu lực (KNCL) của cột. Trong cựng một thời gian chỏy nhất định, cột với số mặt bị chỏy
nhiều hơn thỡ KNCL dọc trục của cột sẽ bị giảm nhiều hơn so với lỳc ban đầu chưa chỏy. Hỡnh 16 trỡnh bày kết quả sự ảnh hưởng của điều kiện chỏy đến KNCL của cột. Cú thể thấy rằng, ở trường hợp chỏy một và hai mặt, KNCL của cột bị giảm rất ớt. Tuy nhiờn, ở hai trường hợp cũn lại là chỏy ba và bốn mặt thỡ KNCL của cột giảm nhanh đỏng kể. Tổng thể, khi tăng dần số mặt chỏy từ một lờn đến bốn mặt thỡ kết quả độ giảm KNCL của cột lần lượt là 3%, 9%, 16% và 22%.
5KẾT LUẬN
Trong bài bỏo này, cột BTCT bị chỏy được phõn tớch bằng phần mềm SAFIR [9] để cú được sự phõn bố của nhiệt độ trong tiết diện. Sau đú, KNCL của cột BTCT được tớnh toỏn bằng phương phỏp phõn lớp. Cỏc phõn tớch được thực hiện cho cột BTCT trong cỏc khoảng thời gian chỏy là 15, 30, 45 và 60 phỳt với cỏc điều kiện chỏy khỏc nhau từ một đến bốn mặt được tiếp xỳc với lửa. Từ kết quả phõn tớch, một số kết luận được rỳt ra như sau:
o Kết quả phõn tớch sự phõn bố nhiệt bờn trong mặt cắt tương đối rừ ràng và cỏc đường đẳng nhiệt thể hiện trờn mặt cắt ngang của cột cũng tương tự như trong tiờu chuẩn Eurocode 2 [10].
oThời gian chỏy ảnh hưởng đỏng kể đến KNCL của cột BTCT. Với thời gian chỏy 15, 30, 45 và 60 phỳt thỡ kết quả độ giảm KNCL của cột lần lượt là 3%, 10%, 18% và 24%. Điều này được giải thớch là thời gian chỏy càng lõu, nhiệt độ bờn trong cấu kiện sẽ tăng nhanh, dẫn đến KNCL của cột cũng giảm một cỏch đỏng kể.
oSố mặt chỏy cũng là một tham số quan trọng ảnh hưởng đến KNCL của cột. Trong cựng một thời gian chỏy, cột bị chỏy với số mặt nhiều hơn thỡ KNCL giảm nhiều hơn so với ban đầu chưa chỏy. Độ giảm KNCL của cột bị chỏy bốn mặt là nhiều nhất, với cỏc giỏ trị lần lượt là 3%, 9%, 16% và 22%.
Lời cảm ơn
Nghiờn cứu được tài trợ bởi Đại học Quốc gia TP.HCM (ĐHQG- HCM) trong khuụn khổ Đề tài mó số B2021-20-07.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Khoury GA (2000) Effect of fire on concrete and concrete structures. Progress in Structural Engineering and Materials 2 (4):429-447. doi:https://doi.org/10.1002/pse.51
[2] Kodur VKR, Bisby LA, Green MF (2006) Experimental evaluation of the fire behaviour of insulated fibre-reinforced-polymer-strengthened reinforced concrete columns. Fire Safety Journal 41 (7):547-557. doi:https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2006.05.004
[3] Wu B, Hong Z, Tang G-H, Wang C (2007) Fire Resistance of Reinforced Concrete Columns with Square Cross Section. Advances in Structural Engineering 10 (4):353-369. doi:10.1260/136943307783239336
[4] ISO (1999) Fire-resistance tests - Elements of building construction (ISO 834). International Organization for Standardization, Geneva
[5] Vinh TQ (2010) Nghiờn cứu phương phỏp tớnh toỏn về khả năng chịu lực của kết cấu thộp - kết cấu BTCT trong điều kiện chỏy theo tiờu chuẩn chõu Âu và Canada. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp cơ sở
[6] Thắng NT (2017) Ảnh hưởng của sự bố trớ cốt thộp dọc tới khả năng chịu lực của cột bờ tụng cốt thộp tại nhiệt độ cao. Vietnam Journal of Construction:141-144
[7] Thắng NT (2017) Khả năng khỏng chỏy của cột trong kết cấu khung bờ tụng cốt thộp. Vietnam Journal of Construction:53-57
[8] Ngo ST, Cao VV (2019) Effects of fire on concrete and the failure of reinforced concrete columns: an experimental study. Vietnam Journal of Construction 6-2019:162-166
[9] SAFIR. 2019 (https://www.uee.uliege.be/cms/c_6331644/en/safir) edn., [10] CEN (2004) Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design. EN 1992-1-2:2004: E. Brussels, Belgium.
1530 1525 1513 1498 1487 1487 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0 15 30 45 60 Kh ả n ă ng ch ị u lự c (k N )
Thời gian chỏy (phỳt)
1530 1520 1434 1434 1334 1259 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0 15 30 45 60 Kh ả n ă ng ch ịu lự c (k N )
Thời gian chỏy (phỳt)
1530 1501 1409 1409 1302 1196 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0 15 30 45 60 Kh ả n ă ng ch ịu lự c (k N )
Thời gian chỏy (phỳt)
1530 1482 1482 1382 1257 1166 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0 15 30 45 60 Kh ả n ă ng ch ịu lự c (kN )