- Phụ́i hợp đa ngành trong xõy dựng phát triển đụ thị theo quy hoạch được duyệt;
3 PHÂN TÍCH NHIỆT
Trong bài bỏo này, phần mềm SAFIR [9] được sử dụng để phõn tớch cột BTCT bị chỏy. SAFIR [9] là một chương trỡnh mỏy tớnh cú mục đớch đặc biệt là để phõn tớch cỏc kết cấu trong điều kiện nhiệt độ cao và mụi trường xung quanh. Chương trỡnh được dựa trờn phương phỏp phần tử hữu hạn (FEM), cú thể được sử dụng để nghiờn cứu ứng xử của một, hai và ba chiều (3D) của một kết cấu. Chương trỡnh SAFIR được phỏt triển bởi Đại học Liege - Vương quốc Bỉ và hiện nay được xem là thế hệ thứ hai của thuật toỏn về kết cấu chịu lửa đó được phỏt triển ở Đại học Liege. Ở thế hệ thứ nhất, SAFIR cũn cú tờn gọi khỏc là Kỹ thuật mỏy tớnh về thiết kế chịu lửa của kết cấu composite và kết cấu thộp (Computer Engineering of the Fire deign of Composite and Steel Structures - CEFICOSS).
3.1Trỡnh tự mụ phỏng bằng phần mềm SAFIR
Giao diện của phần mềm SAFIR [9] được trỡnh bày ở Hỡnh 2. Đối với phần mềm này, cú nhiều loại mụ phỏng được gợi ý sẵn, trong đú cú Safir_thermal_2d, Safir_thermal_3d. Bài bỏo sử dụng Safir_Thermal_2d của SAFIR [9] để tiến hành mụ phỏng 2D mặt cắt cột như đó nờu ở phần trước. Một số cụng cụ cú sẵn trong phần mềm dựng để tạo cỏc đối tượng hỡnh học như đường thẳng, hỡnh chữ nhật, hỡnh trũn, v.v. Cỏc đặc tớnh như vật liệu, điều kiện nhiệt độ, điều kiện biờn khỏc nhau cú thể được gỏn cho cỏc đối tượng hỡnh học sau khi khởi tạo xong.
Hỡnh 2. Chương trỡnh SAFIR [9] phõn tớch nhiệt 2D.
Hỡnh 3. Mặt cắt cột BTCT trong SAFIR [9].
2ỉ20
300
300
Mặt cắt cột BTCT trong SAFIR [9] được thể hiện như trờn Hỡnh 3. Đường bao của mặt cắt tiết diện được thể hiện bằng cỏc đường màu xanh phớa ngoài. Bề mặt tiết diện - đường màu hồng được giới hạn bằng cỏc đường màu xanh. Vỡ vậy, khi gỏn cỏc điều kiện biờn về nhiệt độ thỡ sử dụng đường màu xanh, ngược lại đường màu hồng được sử dụng để gỏn đặc tớnh cho một vựng của mặt cắt.
Lửa thường tiếp xỳc ngẫu nhiờn ở cỏc mặt của cột khi xảy ra hỏa hạn. Để mụ phỏng phự hợp với thực tế khi xảy ra chỏy do sự hiện diện của tường bao che trong cụng trỡnh, bài bỏo sẽ tiến hành mụ phỏng bốn trường hợp chỏy từ một mặt cho đến bốn mặt của cột. Do đú, cỏc mặt tiếp xỳc với lửa sẽ được gỏn điều kiện chỏy theo đường chuẩn ISO 834, cỏc mặt cũn lại của cột được xem như tiếp xúc với nhiợ̀t đụ̣ thường ở 20oC trong suụ́t quá trình cháy. Mặt cắt ngang của cột khi đó được gỏn cỏc điều kiện bờn về nhiệt độ được thể hiện ở Hỡnh 4. Ở đõy, mặt khụng tiếp xỳc với lửa nờn được gỏn điều kiện nhiệt độ thường F20, ngược lại được gỏn điều kiện chỏy FISO theo ISO 834.
a) chỏy một mặt b) chỏy hai mặt
c) chỏy ba mặt d) chỏy bốn mặt
Hỡnh 4. Điều kiện nhiệt độ ở cỏc mặt tiết diện cột.
Hỡnh 5 trỡnh bày mặt cắt ngang cột BTCT bằng phần mềm SAFIR [9]. Phần mềm SAFIR [9] cú sẵn mụ hỡnh vật liệu thộp và bờ tụng mà cỏc tớnh chất vật liệu lấy theo quy định trong tiờu chuẩn Eurocode 2 [10]. Vớ dụ vật liệu thộp cú mụ hỡnh STEELEC2EN, bờ tụng cú cú mụ hỡnh SILCON ETC cho bờ tụng cốt liệu đỏ silic, CALCON ETC cho bờ tụng cốt liệu đỏ canxit. Trong bài bỏo này này, vật liệu dựng trong phõn tớch nhiệt độ lấy theo mụ hỡnh cú sẵn trong SAFIR [9], lấy bờ tụng và thộp theo tiờu chuẩn Eurocode 2 [10].
Hỡnh 5. Tiết diện cột BTCT tạo bằng SAFIR [9].
Cỏc tham số khai bỏo cho cốt thộp được thể hiện trờn Hỡnh 6. Cỏc tham số gồm cú thụng số về nhiệt học và cơ học. Cốt thộp cú thụng số nhiệt học gồm hệ số đối lưu núng là 25; hệ số đối lưu lạnh là 4; hệ số bốc hơi tương đối là 0,7. Thụng số cơ học gồm mụ đun đàn hồi là 210000 MPa; hệ số Poisson là 0,3; cường độ bền của thộp là fu = 400 MPa.
Hỡnh 6. Thụng số cốt thộp khai bỏo trong phần mềm SAFIR [9].
Cỏc tham số khai bỏo cho bờ tụng được thể hiện trờn Hỡnh 7, giống như cốt thộp, bờ tụng cú thụng số nhiệt học và cơ học. về thụng số nhiệt học gồm cú trọng lượng riờng là 2400 kg/m3; độ ẩm là 48%; hệ số đối lưu núng là 25; hệ số đối lưu lạnh là 4; hệ số bốc hơi tương đối là 0,7; thụng số dẫn nhiệt là 0,5. Thụng số cơ học bao gồm hệ số Poisson 0,2; cường độ chịu nộn là 30 MPa.
Hỡnh 7. Thụng số bờ tụng khai bỏo trong phần mềm SAFIR [9].
Tiết diện được chia lưới thành cỏc phần tử tam giỏc như Hỡnh 8. Việc chia lưới mịn với cỏc phần tử tam giỏc nhỏ hơn ở phần rỡa ngoài tiết diện và lưới lớn hơn ở gần tõm tiết diện sẽ giỳp kết quả phõn tớch được chớnh xỏc hơn.
Hỡnh 8. Rời rạc húa kết cấu thành cỏc phần tử con trong phõn tớch nhiệt.
3.2 Kết quả phõn tớch
Hỡnh 9 - 12 trỡnh bày kết quả phõn tớch nhiệt của mặt cắt ngang cột ở cỏc mốc thời gian lần lượt là 15, 30, 45 và 60 phỳt. Cỏc mặt cắt ngang này thể hiện cỏc đường đẳng nhiệt khỏc nhau. Nhỡn chung, nhiệt độ cấu kiện tăng dần theo thời gian chỏy và giỏ trị nhiệt độ lớn nhất đạt được khi cột bị chỏy đầy đủ bốn mặt.
a) 15 phỳt b) 30 phỳt
c) 45 phỳt d) 60 phỳt
a) 15 phỳt b) 30 phỳt
c) 45 phỳt d) 60 phỳt
Hỡnh 10. Sự phõn bố nhiệt độ trờn mặt cắt ngang của cột BTCT chỏy hai mặt
a) 15 phỳt b) 30 phỳt
c) 45 phỳt d) 60 phỳt
Hỡnh 11. Sự phõn bố nhiệt độ trờn mặt cắt ngang của cột BTCT chỏy ba mặt
a) 15 phỳt b) 30 phỳt
c) 45 phỳt d) 60 phỳt
Hỡnh 12. Sự phõn bố nhiệt độ trờn mặt cắt ngang của cột BTCT chỏy bốn mặt