mở đầu của luận văn. Trong đó nêu lên lý do thực hiện đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Các phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa nghiên cứu và cấu trúc của luận văn được trình bày. Trang 3 Chương 2 trình bày tổng quan các nghiên cứu.
Phần đầu tiên của chương 2 trình bày về các vụ cháy lớn xảy ra trên thế giới và tại Việt Nam. Bên cạnh đó, giới thiệu về kết cấu khung BTCT và tính chịu lực của khung BTCT khi bị cháy. Phần tiếp theo trình bày các nghiên cứu lý thuyết lẫn thực nghiệm ở trong và ngoài nước, sau đó rút ra ưu và khuyết điểm của các nghiên cứu. Chương 3 trình bày chương trình thí nghiệm.
Phần đầu trình bày vật liệu bao gồm bê tông và thép. Phần thứ hai là chế tạo khung BTCT. Phần thứ hai này nói về quá trình chế tạo khung BTCT. Phần cuối cùng là quá trình thí nghiệm đốt cháy khung BTCT và thí nghiệm gia tải khung BTCT sau khi bị cháy.
Chương 4 trình bày kết quả thí nghiệm bao gồm 2 phần. Phần thứ nhất là thí nghiệm cháy khung BTCT. Đường cong nhiệt độ và dạng phá hoại cháy, các vết nức khi nén tải ngang của khung BTCT được trình bày. Phần thứ hai trình bày kết quả thí nghiệm nén tải ngang bao gồm các mục như trình bày dạng phá hoại do nén tải ngang, đường cong lực và chuyển vị.
Chương 5 là chương kết thúc luận văn. Chương này trình bày kết luận của luận văn. Bên cạnh đó, các hạn chế trong nghiên cứu và đề xuất kiến nghị cũng được nên lên. Tài liệu tham khảo.
Trang 4 Chương 2 TỔNG QUAN 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2.1 Đặc điểm khung bê tông cốt thép bị cháy Hỏa hoạn là một trong những hiểm họa mà con người thường xuyên phải đối mặt trong cuộc sống hàng ngày. Trên thế giới đã xảy ra nhiều vụ hỏa hoạn gây thiệt hại đến tính mạng con người và tài sản. Nhiều vụ hỏa hoạn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến con người và làm giảm hoặc hư hỏng nghiêm trọng đến khả năng chịu lực của các công trình đang được sử dụng. Vụ hỏa hoạn Chicago vào năm 1871, kéo dài trong 3 ngày, phá hủy toàn bộ hơn 7 km vuông diện tích thành phố Chicago, 100.000 người rơi vào hoàn cảnh mất nhà cửa.
Năm 2010, vụ cháy chung cư 28 tầng ở Thượng Hải, Trung Quốc [2] như Hình 2.1b đã khiến 58 người thiệt mạng và 70 người khác bị thương. Vào năm 2017, hỏa hoạn đã thiêu rụi tòa nhà Grenfel Tower ở Anh [3] như Hình 2.1a khiến 80 người thiệt mạng. Ở Việt Nam, vụ hỏa hoạn ở chung cư Carina Plaza tại thành phố Hồ Chí Minh khiến cho 13 người thiệt mạng. Các công trình đã bị hư hại ở mức độ khác nhau.
Gì vậy nhiều vụ hỏa hoạn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến con người và làm giảm hoặc hư hỏng nghiêm trọng đến khả năng chịu lực của các công trình đang được sử dụng. Sự cố hỏa hoạn xảy ra trong các công trình có thể ảnh hưởng ở các mức độ khác nhau đến kết cấu chịu lực và các bộ phận kiến trúc của công trình. Vì thế hỏa hoạn làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu. Khung bê tông cốt thép là một trong những kết cấu chịu lực chính của các công trình xây dựng.
Kết cấu khung bê tông cốt thép ngày càng được sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà cửa trong nhiều bộ phận của các công trình. Trong hệ kết cấu nhà, khung BTCT trực tiếp chịu sự ổn định trong kết cấu của công trình. Trực tiếp nhận tải trọng thẳng đứng để truyền xuống sàn, tường, sau đó là xuống móng. Đồng thời, khung BTCT còn là liên kết cứng tiếp nhận tải trọng ngang (gió, động đất,…) để chịu sự ổn định trong kết cấu ngôi nhà, và từ đó truyền xuống móng.
Khả năng chịu lửa của khung bê tông cốt thép phụ thuộc vào các đặc tính của vật liệu cấu thành. Ngoài ra, ứng xử của khung còn phụ thuộc vào chất liệu của bê tông cốt thép và đặc tính cấu thành nên kết cấu khung BTCT. Kết cấu bê tông cốt thép chịu tác động của môi trường xung quanh dưới các hình thái khác nhau như các tác động cơ học, lý học, hóa học và những hư hỏng, sự cố do những sai Trang 5 sót trong các khâu khảo sát, thiết kế hoặc thi công. Những tác động này dẫn đến tình trạng không còn đáp ứng được công năng sử dụng công trình hoặc mất an toàn về phương diện chịu tải.
Với những tác động đặc biệt như động đất, hỏa hoạn, cháy nổ… có thể gây ra những sự cố nghiêm trọng, có khi dẫn đến tình trạng sụp đổ từng phần hoặc toàn bộ công trình. Trong đó, khung là một trong những cấu kiện chịu lực quan trọng nhất trong hệ thống kết cấu nhà. Khi xảy ra hỏa hoạn, cấu kiện khung phải đồng thời chịu tác động của các yếu tố bất lợi bao gồm sự nén lệch tâm, lực nén phát sinh do sự cản giãn nở nhiệt dọc trục, bề mặt khung liên tục tiếp xúc với lửa. a) Grenfell Tower b) Chung cư 28 tầng ở Thượng Hải Hình 2.
Các vụ hỏa hoạn trên thế giới 2.2 Đặc điểm của khung bê tông cốt thép thực hiện nghiên cứu Nhiều nghiên cứu phân tích ứng xử cấu kiện khung bê tông cốt thép tiết diện khác nhau chịu tải trọng khác nhau khi bị cháy và sau khi cháy. Vì vậy, việc nghiên cứu thực nghiệm để phân tích, so sánh, đánh giá khả năng chịu tải trọng ngang của khung BTCT trước và sau khi bị cháy. Khung ta cần thí nghiệm là khung có hệ dầm dưới tiết diện 300x400 mm chiều dài của dầm là 4m. Có thép chủ 6 14 và thép đai gần gối 6a100, giửa nhịp 6a200.
Dầm được gắn vào 2 cột thẳng đứng ở 2 đầu. Tiết diện 2 cột là 200x250 mm dài 3,34 m, khoảng cách 2 cột có chiều dài là 2,5 m. Có 6 cây thép chủ 6 14 và thép đai gần gối cách 900 mm ta bố trí 6a100, giữa nhịp 6a180. Đầu trên của 2 cột liên kết với một dầm tiết diện 200x220 Trang 6 mm chiều dài dầm 3,5 m, khoảng cách giữa dầm trên và dầm dưới là 2,5 m.
Có thép chủ 4 14 và thép đai từ hai gối vào 1,15 m bố trí 6a100, giửa nhịp 6a200. Ở đầu dầm tại vị trí lắp đặt kích thủy lực bố trí 2 lưới thép 6 gia cường để làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu ở đầu dầm khi được gia tải.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NƯỚC NGOÀI Năm 2007, Wu và cộng sự [4] đã tiến hành nghiên cứu khả năng kháng cháy của cột bê tông cốt thép tiết diện vuông. Một mô hình số để dự đoán khả năng chống cháy của cả hai cột bê tông thường (NSC) và bê tông cường độ cao (HSC) được phát triển. Người ta cho rằng các cột có bốn mặt được tiếp xúc với lửa, có nhiệt độ theo đường cong nhiệt độ tiêu chuẩn ISO 834.
Nhiệt độ cột được tính bằng phương pháp sai phân hữu hạn (FDM). Chương trình mô phỏng tính toán trên 480 mặt cắt ngang của cột và 480 cột bê tông cường độ cao được làm bằng cốt liệu silic. Tác giả mô phỏng các mẫu chịu nhiệt tăng dần từ 0 đến 1400 0C. Với các kết quả thu được từ phân tích mô hình số, các tác giả rút ra các kết luận sau: Ảnh hưởng của kích thước mặt cắt ngang đến khả năng chống cháy của các cột bê tông là đáng kể.
Khả năng chống cháy của cả hai loại cột HSC và NSC tăng khi kích thước mặt cắt ngang tăng. Khả năng chống cháy của các cột HSC nhỏ hơn nhiều so với các cột NSC, do sự nổ bề mặt tiết diện của cột HSC khi nhiệt độ tăng nhanh. Tỷ lệ kháng cháy của cột NSC so với cột HSC tăng theo tỷ lệ tải trọng dọc trục, nhưng nhìn chung giảm hoặc hầu như không thay đổi với kích thước tăng của mặt cắt ngang cột. Với sự gia tăng tỷ lệ tải trọng dọc trục, khả năng chống cháy của các cột HSC giảm nhanh lúc đầu, và sau đó giảm dần ổn định.
Ngoài ra, sự gia tăng tỷ lệ tải dọc trục cũng làm giảm đáng kể khả năng chống cháy của các cột NSC và khả năng chống cháy của các cột NSC thay đổi tuyến tính. Tỷ lệ thép không ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống cháy của các cột NSC và HSC chịu nén đúng tâm. Năm 2008, Jau và Huang [5] nghiên cứu về ứng xử của các cột biên trong khung kết cấu sau khi chịu cháy. Thí nghiệm được tiến hành trên 6 mẫu có kích thước tiết diện 300x450 mm.
Trong đó, 3 mẫu sử dụng thép dọc 4D25 mm, 3 mẫu sử dụng 4D32mm và lớp bê tông bảo vệ là 50mm, 60mm, 70mm. Các mẫu được đốt trong lò ở thời gian là 2 giờ Trang 7 và 4 giờ. Sau đó tiến hành thí nghiệm nén các mẫu. Kết quả mà các tác giả rút ra sau khi thí nghiệm: Cấu tạo cốt thép trong cột có ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu tải của cột.
Trong đó, các mẫu cột sử dụng D25 mm khả năng chịu tải kém hơn các cột sử dụng D32 mm. Vết nứt trong cột hình thành khi chịu cháy phụ thuộc vào tỉ lệ thép và độ dày lớp bê tông bảo vệ. Nhiệt độ trong cột vẫn tăng dù cột không còn chịu tác dụng của lửa nữa. Kết quả của nghiên cứu chỉ dừng lại ở mức độ cục bộ, còn ảnh hưởng tổng thể của đám cháy tác dụng lên khung kết cấu chưa được đề cập trong nghiên cứu này.
Tác giả hy vọng rằng, trên cơ sở nghiên cứu này, các nhà khoa học tiếp theo sẽ phân tích được vấn đề trên. Năm 2009, Chen và cộng sự [6] đã báo cáo một nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc với lửa đối với cột bê tông cốt thép. Chín cột bê tông cốt thép có kích thước 45x30x300 cm với tỉ lệ cốt thép dọc (1,4% và 2,3%) tiếp xúc với lửa trong 2 và 4 giờ. Một tháng sau khi làm nguội, các mẫu thử đã được thử nghiệm nén đến khi phá hoại.
Kết quả thử nghiệm cho thấy khả năng chịu tải giảm khi tăng thời gian tiếp xúc với lửa. Sự suy giảm khả năng chịu tải này sau khi tăng thời gian tiếp xúc với lửa có thể bị chậm lại do sự phục hồi cường độ của các thanh cốt thép sau khi làm mát.
