Chương 1 giới thiệu sơ lược tình hình hỏa hoạn xảy ra trong thời gian qua và ảnh hưởng của hỏa hoạn đối với các kết câu trong công trình. Từ đó nêu lý do thực hiện đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa của nghiên cứu, cấu trúc luận văn. Chương 2 giới thiệu tổng quan tình hình nghiên cứu kết cấu bê tông bị cháy tại các công trình. Chương này được chia làm 3 phần gồm giới thiệu chung, tình hình 3 nghiên cứu trong và ngoài nước về các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu và từ đó đưa ra tổng kết cho đề tài.
Chương 3 trình bày vật liệu để xây dựng khung thí nghiệm, cách thức xây dựng các kết cấu trong khung. Tiếp đến là phần mô tả quá trình chuẩn bị làm thí nghiệm, các thiết bị phục vụ cho việc thí nghiệm. Sau cùng là phần tiến hành làm thí nghiệm theo tiến độ đã hoạch định. Chương 4 trình bày những kết quả thu được từ thí nghiệm.
Sau khi làm thí nghiệm tiến hành quan sát, thu thập các số liệu trong quá trình thí nghiệm. Tiếp đó là phần thảo luận dựa trên các số liệu thu thập được để đưa ra kết quả về việc thí nghiệm Chương 5 từ những kết quả thí nghiệm, một số kết luận về vấn đề nghiên cứu được rút ra. Cũng từ đó, một số kiến nghị được trình bày. Cuối cùng là phần tài liệu tham khảo được trích dẫn các tài liệu liên quan phục vụ cho mục đích nghiên cứu của đề tài.
Giới thiệu chung Ở Việt Nam, nhà cao tầng thực sự phát triển từ năm 1996 trở lại đây. Tình trạng hỏa hoạn gây hư hỏng, sập đổ các công trình đã và đang là vấn đề nan giải trong nhiều năm nay. Nhiều nhà cao tầng đã và đang được xây dựng đã gặp phải hỏa hoạn khiến công trình bị hư hỏng nặng gây thiệt hại về người và tài sản như: Cháy tòa nhà ITC: Trưa ngày 29/10/2002, vụ cháy kinh hoàng đã xảy ra ở tòa nhà Trung tâm Thương mại quốc tế (ITC, Nam Kỳ Khởi Nghĩa, Quận 1, TP.HCM), cướp đi sinh mạng 60 người, làm bị thương 70 người, thiệt hại tài sản hơn 32 tỷ đồng như trong Hình 2.1 Cháy tòa nhà ITC Ở khu vực đô thị lớn của Mỹ, Châu Âu và một số nước Châu Á, đã có rất nhiều nhà cao tầng và siêu cao tầng bị thiêu rụi không thể cứu chữa như: Lửa bùng phát từ những tầng trên cùng của trung tâm thương mại 21 tầng Bashundhara City tại thủ đô Dhaka của Bangladesh vào ngày 13/3/2009. Chỉ một nhân viên bảo vệ thiệt mạng do nhảy từ nóc tòa nhà xuống đất.
17 người khác bị thương như trong Hình 2.2 Lửa bùng phát từ những tầng trên cùng của trung tâm thương mại 21 tầng. Trong khi đó, các công trình hiện hữu được thiết kế theo các tiêu chuẩn cũ không đáp ứng được khả năng chịu lực. Để có thể đáp ứng được các yêu cầu về khả năng chịu lực cho công trình, hoặc đối với những kết cấu bị hư hại ở mức độ có thể sửa chữa, cải tạo thì gia cường bằng vật liệu FRP đã thể hiện nhiều ưu điểm nổi bật và đáp ứng được nhiều yêu cầu về gia cường cho công trình. Tình hình nghiên cứu 2.
Tình hình nghiên cứu trên thế giới Trên thế giới, nghiên cứu về kết cấu bê tông trong điều kiện cháy đã được thực hiện trong nhiều thập kỷ qua. Năm 1996, Dotreppe và cộng sự [1] nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số chính ảnh hưởng đến ứng xử của cột bê tông cốt thép trong điều kiện cháy. Các kết luận chính được rút ra như sau: Cốt thép các cột có đường kính lớn 25 mm có điện trở nhiệt nhỏ hơn, đáng kể hơn và có ích hơn so với cốt thép có đường kính 12 và 16 mm khi làm rõ ảnh hưởng của đường kính cốt thép dọc. Kết quả thí nghiệm hiển thị độ phân tán khá rộng.
Sự phá vỡ bê tông xảy ra thường xuyên hơn ở Ghent so với Liege ở các vết nứt lớn dọc theo cốt thép chịu lực. Sự phân tán vết nứt là hậu quả những hiện tượng này. Điện trở nhiệt thấp nhất thường tương ứng với các cột có mức tải cao nhất. 6 Kích thước của mặt cắt ngang ảnh hưởng đến khả năng chịu cháy.
Đối với các cột 200 mm × 300 mm, dễ dàng thu được Rf = 1 h, trong khi rất khó đạt Rf = 2 h. Đối với các cột 300 mm × 300 mm, dễ dàng thu được Rf = 1 h; có thể đạt Rf = 2 h, nhưng mức chịu tải phải được giới hạn cùng với một số đặc điểm chi tiết khác. Đối với hai cột 400 mm × 400 mm, thời gian chịu cháy thu được nhỏ hơn đáng kể so với dự kiến. Việc tăng chiều dài có ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình chịu tải ở mức bình thường cũng như ở nhiệt độ cao, kết quả từ các ảnh hưởng phi tuyến hình học.
Việc tăng lớp bảo vệ bê tông có tác động tích cực đến khả năng chịu cháy hoặc ở mức tải trọng phù hợp, ảnh hưởng này ít ảnh hưởng hơn và được đưa ra bởi các khuyến nghị của FIP/CEB hoặc Eurocode 2. Năm 2005, Franssen [2] đã nghiên cứu về kết cấu chịu cháy trong quá khứ, hiện tại và tương lai. Bài nghiên cứu này đã kết luận: Mô hình hóa phản ứng và ước tính khả năng chịu cháy của các công trình chịu cháy là một đề tài nghiên cứu hiện đã đạt đến một mức độ phát triển nhất định. Phương pháp sẵn có khác nhau với mức độ tinh vi khác nhau.
Thí nghiệm thực nghiệm, dữ liệu, mô hình tính toán đơn giản, các mô hình số nâng cao là những yếu tố cần thiết của ngành học, trong đó thí nghiệm thực nghiệm mãi mãi là trụ cột ngành học. Mô hình số đơn giản kiểm tra tính ổn định của các cấu kiện kết cấu dựa trên cơ sở các phương pháp cân bằng. Mô hình số nâng cao giúp mô hình hóa phản ứng của kết cấu phức tạp một cách thực tế nhất có thể. Tất cả các phương pháp này đều có những hạn chế riêng và cần nổ lực phát triển hơn, để mở rộng khả năng của nó và làm nó đáng tin cậy hơn nữa.
Hầu hết các cố gắng hiện nay đều dành cho các mô hình số tiên tiến. Năm 2007, Wu và cộng sự [3] đã tiến hành nghiên cứu khả năng chịu cháy của cột bê tông cốt thép tiết diện vuông. Trong bài nghiên cứu này, mô hình số dùng cho dự đoán sự phát triển khả năng chịu cháy của cả hai cột bê tông thường (NSC) và cường độ cao (HSC). Bốn mặt của các cột được tiếp xúc với lửa, có nhiệt độ giống nhiệt độ tiêu chuẩn ISO 834.
Nhiệt độ cột được tính bằng phương pháp sai phân hữu hạn (FDM). Thí nghiệm mô phỏng thực hiện trên 480 mặt cắt ngang và 480 cột bê tông cường độ cao (HSC) được làm bằng cốt liệu silic. Các mẫu mô phỏng kháng nhiệt tăng dần từ 00C đến 14000C. Với các kết quả thu được từ phân tích thí nghiệm mô phỏng, các kết luận được rút ra như sau: 7 Kích thước mặt cắt ngang ảnh hưởng đến khả năng chịu cháy của các cột bê tông là đáng kể, sự gia tăng kích thước mặt cắt ngang tỷ lệ thuận với khả năng chịu cháy của cả hai cột NSC và HSC.
Khả năng chịu cháy của các cột HSC nhỏ hơn nhiều so với các cột NSC, do bề mặt tiết diện cột HSC bị phá vỡ trong quá trình tăng nhiệt độ. Tăng tỷ lệ tải trọng dọc trục làm tăng khả năng chịu cháy của cột NSC so với cột HSC, nhưng nhìn chung có giảm hoặc hầu như không thay đổi đối với tăng kích thước mặt cắt ngang cột. Với sự gia tăng tỷ lệ tải trọng dọc trục, khả năng chịu cháy của các cột HSC ban đầu giảm nhanh nhưng sau đó giảm dần đều. Ngoài ra, sự gia tăng tỷ lệ tải dọc trục cũng làm giảm đáng kể khả năng chịu cháy của các cột NSC và sự thay đổi phi tuyến khả năng chịu cháy của các cột NSC.
Tỷ lệ thép trong các cột NSC và HSC chịu nén đúng tâm ảnh hưởng không đáng kể đến khả năng chịu cháy. Năm 2008, Jau và cộng sự [4] đã đi sâu nghiên cứu về ứng xử của các cột biên trong khung kết cấu sau khi chịu cháy. Sáu mẫu được tiến hành thí nghiệm được đốt trong lò ở thời gian là 2 giờ và 4 giờ, và tiết diện các mẫu là 300×450 mm, trong đó 3 mẫu sử dụng thép dọc 4 25 mm, 3 mẫu sử dụng 4 32mm và tăng dần độ dày lớp bê tông bảo vệ lần lượt là 50 mm, 60 mm, 70 mm. Sau đó các mẫu được thí nghiệm nén.
Kết luận được rút ra như sau: Cấu tạo cốt thép cột ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu tải, khả năng chịu tải thép 25 mm kém hơn 32mm. Dựa vào tỉ lệ thép và độ dày lớp bê tông bảo vệ mà vết nứt cột hình thành khi cháy. Nhiệt độ trong cột vẫn tăng dù không còn chịu lửa. Kết quả của nghiên cứu chỉ dừng lại ở mức độ cơ bản, còn ảnh hưởng của lửa nói chung tác dụng lên khung kết cấu chưa được đề cập vào.
Năm 2009, Chen và cộng sự [5] đã làm một báo cáo nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của cột bê tông cốt thép tiếp xúc với lửa theo thời gian. Chín cột bê tông cốt thép được thí nghiệm cháy trong 2 và 4 giờ có kích thước đầy đủ là 45×30×300 cm, tỉ lệ cốt thép dọc là 1,4% và 2,3%. Các mẫu thí nghiệm đã được thử nghiệm nén mẫu sau một tháng để nguội. Kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng chịu tải của các cột giảm khi tăng thời gian thí nghiệm cháy.
Sự suy giảm khả năng chịu tải sau khi tăng 8 thời gian cháy sẽ làm giảm khả năng phục hồi cường độ các thanh cốt thép sau khi làm nguội. Năm 2010, Khan và cộng sự [6] đã tiến hành nghiên cứu độ bền cắt của dầm RC chịu tải nhiệt tuần hoàn. Bài viết trình bày kết quả kiểm tra khả năng chịu cắt của mẫu dầm RC tiếp xúc với tải chu kỳ nhiệt. Tỷ lệ chịu nứt bên ngoài ban đầu của các dầm chịu chu kỳ nhiệt 3000C bị ảnh hưởng nhiều hơn và giảm đi khi tăng số chu kỳ nhiệt.
Trong đó, ở nhiệt độ cao nhất 1000C và 2000C, đa số không bị ảnh hưởng bởi số lượng chu kỳ.
