## Tổng quan nghiên cứu

Khả năng chịu lửa của dầm bê tông cốt thép (BTCT) là một vấn đề quan trọng trong kỹ thuật xây dựng, đặc biệt trong bối cảnh an toàn cháy nổ ngày càng được chú trọng. Theo tiêu chuẩn EN 1992-1-2, khả năng chịu tải của dầm BTCT chịu tác động nhiệt được xác định dựa trên sự thay đổi tính chất cơ lý của vật liệu theo nhiệt độ. Nghiên cứu tập trung vào dầm BTCT một nhịp hai đầu ngàm chịu tải trọng hình tam giác trong điều kiện cháy, mô phỏng quá trình truyền nhiệt bằng phần mềm COMSOL và phân tích khả năng chịu lực bằng OpenSees. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô phỏng truyền nhiệt trong mặt cắt dầm trong 180 phút với hai trường hợp: có và không có lớp vữa chống cháy. Mục tiêu chính là đánh giá sự suy giảm tải trọng giới hạn và biến dạng của dầm theo thời gian cháy, đồng thời làm rõ vai trò của lớp vữa chống cháy trong việc bảo vệ cấu kiện. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc thiết kế và thi công các công trình xây dựng nhằm nâng cao khả năng chống cháy, giảm thiểu thiệt hại do hỏa hoạn gây ra.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên tiêu chuẩn EN 1992-1-2 về thiết kế kết cấu BTCT trong điều kiện cháy, trong đó:

- **Lý thuyết truyền nhiệt**: Sử dụng đường gia nhiệt tiêu chuẩn ISO 834 để mô phỏng sự tăng nhiệt độ theo thời gian, kết hợp với các hệ số truyền nhiệt đối lưu và bức xạ nhiệt theo EN 1991-1-2.
- **Mô hình vật liệu phi tuyến**: Áp dụng mô hình vật liệu đàn hồi – dẻo lý tưởng cho thép và mô hình Kent-Park-Scott cho bê tông, mô phỏng sự suy giảm cường độ và biến dạng vật liệu theo nhiệt độ.
- **Phương pháp chia thớ (fiber section)**: Phân tích ứng xử tiết diện dầm bằng cách chia tiết diện thành các thớ với đặc tính vật liệu khác nhau theo nhiệt độ, cho phép mô phỏng chính xác sự phân bố nhiệt độ và ứng suất trong tiết diện.
- **Khái niệm chịu lửa**: Bao gồm các tiêu chí về tính toàn vẹn (E), khả năng chống cháy (I) và khả năng chịu lực (R), với các cấp chịu lửa phổ biến như REI60, REI90, REI120.

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu**: Sử dụng số liệu vật liệu bê tông B25 và thép C45, các thông số cơ lý được lấy theo tiêu chuẩn EN 1992 và các bảng tra hệ số suy giảm cường độ theo nhiệt độ.
- **Mô phỏng truyền nhiệt**: Phần mềm COMSOL Multiphysics được dùng để mô phỏng quá trình truyền nhiệt trong mặt cắt dầm BTCT trong 180 phút, ghi nhận nhiệt độ tại các mốc 30, 60, 90, 120, 150 và 180 phút, với hai trường hợp có và không có lớp vữa chống cháy dày 20 mm.
- **Phân tích khả năng chịu lực**: Phần mềm OpenSees được sử dụng để mô phỏng ứng xử cơ học của dầm dựa trên mô hình vật liệu phi tuyến, phân tích khả năng chịu moment cực hạn và biến dạng của dầm theo thời gian cháy.
- **Timeline nghiên cứu**: Quá trình mô phỏng và phân tích diễn ra theo các bước: thu thập tài liệu → mô phỏng truyền nhiệt → xây dựng mô hình số → phân tích kết quả → đánh giá và kết luận.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- **Sự phân bố nhiệt độ trong dầm**: Kết quả mô phỏng cho thấy nhiệt độ tăng nhanh ở các vùng tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt, với nhiệt độ bên trong dầm tăng dần theo thời gian. Ở 180 phút, nhiệt độ tại lớp bê tông bảo vệ đạt khoảng 500°C, trong khi lớp vữa chống cháy giúp giảm nhiệt độ truyền vào cốt thép đáng kể, duy trì nhiệt độ cốt thép dưới 300°C.
- **Suy giảm cường độ vật liệu**: Hệ số suy giảm cường độ bê tông (kc) giảm từ 1,0 ở nhiệt độ thường xuống còn khoảng 0,3 khi nhiệt độ đạt 700°C. Tương tự, hệ số suy giảm cường độ thép (ks) giảm từ 1,0 xuống còn khoảng 0,15 ở 700°C.
- **Khả năng chịu moment cực hạn**: Dầm không có lớp vữa chống cháy giảm khả năng chịu moment cực hạn nhanh hơn, chỉ còn khoảng 40% sau 90 phút cháy, trong khi dầm có lớp vữa chống cháy duy trì trên 60% khả năng chịu lực cùng thời điểm.
- **Ảnh hưởng vị trí cốt thép**: Thép chịu lực nằm trên dầm có khả năng chịu lực giảm nhanh hơn so với thép nằm dưới do nhiệt độ cao hơn, ảnh hưởng đến độ bền và độ cong của dầm.

### Thảo luận kết quả

Sự khác biệt rõ rệt về khả năng chịu lực giữa hai trường hợp có và không có lớp vữa chống cháy khẳng định vai trò quan trọng của lớp bảo vệ này trong việc trì hoãn sự truyền nhiệt và bảo vệ cốt thép khỏi nhiệt độ cao. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ảnh hưởng của lớp bảo vệ nhiệt lên khả năng chịu lửa của kết cấu BTCT. Việc sử dụng mô hình chia thớ và phần mềm OpenSees cho phép mô phỏng chính xác sự biến đổi cơ lý của vật liệu theo nhiệt độ, giúp dự đoán chính xác hơn khả năng chịu lực của dầm trong điều kiện cháy. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tải trọng cực hạn theo thời gian và bảng hệ số suy giảm cường độ vật liệu, giúp trực quan hóa quá trình suy giảm khả năng chịu lực.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Tăng cường sử dụng lớp vữa chống cháy**: Áp dụng lớp vữa chống cháy dày ít nhất 20 mm cho các dầm BTCT trong công trình có yêu cầu an toàn cháy cao nhằm kéo dài thời gian chịu lửa tối thiểu 90 phút.
- **Thiết kế tiết diện dầm phù hợp**: Tối ưu kích thước tiết diện và khoảng cách bảo vệ cốt thép theo tiêu chuẩn EN 1992 để đảm bảo khả năng chịu lực và chống cháy hiệu quả.
- **Áp dụng mô phỏng số trong thiết kế**: Khuyến khích sử dụng phần mềm mô phỏng như COMSOL và OpenSees để đánh giá chính xác khả năng chịu lửa của kết cấu, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế phù hợp.
- **Đào tạo và nâng cao nhận thức**: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thiết kế kết cấu chịu lửa cho kỹ sư xây dựng, nhằm nâng cao chất lượng thiết kế và thi công.
- **Cập nhật tiêu chuẩn và quy chuẩn**: Đề xuất bổ sung các hướng dẫn chi tiết về tính toán và kiểm tra khả năng chịu lửa trong tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế và kết quả nghiên cứu thực tế.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Kỹ sư thiết kế kết cấu**: Nắm bắt các phương pháp tính toán và mô phỏng khả năng chịu lửa của dầm BTCT để áp dụng trong thiết kế công trình an toàn cháy.
- **Nhà thầu thi công xây dựng**: Hiểu rõ vai trò của lớp vữa chống cháy và các yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo thi công đúng tiêu chuẩn, nâng cao chất lượng công trình.
- **Giảng viên và sinh viên ngành xây dựng**: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo chuyên sâu về kết cấu BTCT chịu lửa, phục vụ giảng dạy và nghiên cứu.
- **Cơ quan quản lý và kiểm định xây dựng**: Áp dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các quy định, tiêu chuẩn kiểm tra an toàn cháy cho các công trình xây dựng.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Lớp vữa chống cháy có tác dụng gì trong dầm BTCT?**  
Lớp vữa chống cháy giúp giảm tốc độ truyền nhiệt vào cốt thép, duy trì nhiệt độ cốt thép dưới mức nguy hiểm, kéo dài thời gian chịu lửa của dầm.

2. **Tiêu chuẩn EN 1992-1-2 áp dụng như thế nào trong tính toán chịu lửa?**  
Tiêu chuẩn cung cấp các hệ số suy giảm cường độ vật liệu theo nhiệt độ và phương pháp tính toán khả năng chịu lực của kết cấu trong điều kiện cháy dựa trên đường gia nhiệt tiêu chuẩn ISO 834.

3. **Phương pháp chia thớ có ưu điểm gì?**  
Phương pháp chia thớ cho phép mô phỏng chính xác sự phân bố nhiệt độ và ứng suất trong tiết diện phức tạp, phù hợp với vật liệu có tính chất thay đổi theo nhiệt độ.

4. **Tại sao thép chịu lực nằm trên dầm giảm khả năng chịu lực nhanh hơn?**  
Vì vị trí này chịu nhiệt độ cao hơn do gần nguồn nhiệt, dẫn đến suy giảm cường độ và module đàn hồi nhanh hơn so với thép nằm dưới.

5. **Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các loại kết cấu khác không?**  
Có, phương pháp mô phỏng và các nguyên tắc tính toán có thể mở rộng áp dụng cho các kết cấu BTCT khác và các điều kiện cháy tương tự.

## Kết luận

- Nghiên cứu đã mô phỏng thành công quá trình truyền nhiệt và phân tích khả năng chịu lực của dầm BTCT trong điều kiện cháy theo tiêu chuẩn EN 1992-1-2.  
- Kết quả cho thấy lớp vữa chống cháy đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cốt thép và duy trì khả năng chịu lực của dầm.  
- Phương pháp chia thớ kết hợp với phần mềm OpenSees là công cụ hiệu quả để đánh giá ứng xử cơ học của kết cấu chịu nhiệt.  
- Các chỉ số suy giảm cường độ vật liệu theo nhiệt độ được xác định rõ ràng, hỗ trợ thiết kế kết cấu an toàn cháy.  
- Đề xuất áp dụng rộng rãi các giải pháp bảo vệ cháy và cập nhật tiêu chuẩn kỹ thuật nhằm nâng cao an toàn cho công trình xây dựng.

**Hành động tiếp theo:** Áp dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế và thi công thực tế, đồng thời phát triển thêm các nghiên cứu mở rộng về kết cấu chịu lửa đa dạng hơn.  
**Liên hệ chuyên gia để được tư vấn chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật.**