Các Khoảng Cách Ui Để Xác Định Hàm Vị Trí Z [13]

2.1.3. Bản sàn liên hợp thép – bêtông không được bảo vệ

Bản sàn liên hợp thép – bêtông đang sử dụng khá rộng rãi. Khi thi công, bêtông được đổ trực tiếp lên tấm tôn vừa đóng vai trò chịu lực vừa là ván khuôn. Ưu điểm cơ bản của dạng kết cấu này là thuận lợi và tiết kiệm thời gian thi công. Tùy thuộc vào từng công trình cụ thể mà tấm sàn có thể cấu tạo có gối tựa đơn giản hay liên tục.

Khi nghiên cứu trạng thái làm việc chịu lửa, người ta giả thiết rằng tấm tôn không được cách nhiệt, bị nung nóng dưới tác trực tiếp của ngọn lửa và cũng không có sự cách nhiệt giữa bản sàn bêtông và lớp bêtông láng bề mặt. Chính vì vậy, nhiệt độ trong tấm tôn sẽ tăng rất nhanh, tự động biến dạng và được xem là làm việc độc lập với phần bêtông. Trong các quan điểm tính toán truyền thống, người ta bỏ qua sự tham gia chịu lực của tấm tôn trong điều kiện chịu lửa.

Hình 2.1: Hình ảnh tấm tôn sàn [9]

Tuy nhiên trong thực tế, tấm tôn đóng một vai trò khá quan trọng, nó vừa giống như một tấm cứng ngăn không cho lửa, khói truyền qua, giảm tốc độ truyền nhiệt trong bêtông và có tác dụng hạn chế hiện tượng nứt, vỡ bêtông. Vì vậy mà tiêu chuẩn E về tính kín luôn thỏa mãn đối với dạng kết cấu này.

Do không kể đến ảnh hưởng của tấm tôn nên cốt thép đóng vai trò chịu lực chính, bản sàn được tính toán như bản bêtông cốt thép thường nhưng chịu tải trọng nhiệt. Bản sàn sẽ bị phá hoại khi ứng suất trong cốt thép đạt đến giới hạn chảy. Bêtông có nhiệm vụ cách nhiệt cho cốt thép và kiểm soát quá trình lan truyền nhiệt qua bản sàn. Việc sử dụng bêtông cốt liệu nhẹ để thực hiện hai vai trò trên có nhiều ưu điểm hơn so với bêtông thường, ngoài ra tốc độ giảm cường độ của bêtông nhẹ cũng chậm hơn. Như vậy, tấm tôn, cốt thép và bêtông đều có những chức năng riêng, người ta đã nghiên cứu sự làm việc tổng thể của kết cấu theo hai tiêu chuẩn I và R. Luận văn chỉ trình bày tiêu chuẩn R

* Tiêu chuẩn R:

Dưới tác động của nhiệt độ cao, các đặc tính cơ học của vật liệu đều giảm xuống, làm cho cả cường độ và độ cứng chống uốn của tấm sàn cũng giảm theo. Trong thực tế, do khả năng chịu nhiệt cao của bêtông và do sự thoát hơi nước trên bề mặt bêtông mà nhiệt độ của tấm tôn luôn nhỏ hơn nhiệt độ của đám cháy. Vì vậy trong nhiều trường hợp người ta không xét đến ảnh hưởng của tấm tôn khi tính toán độ bền chịu lửa. Trong nhiều trường hợp khi tấm tôn được cố định tại gối (thông qua các chốt liên kết với dầm) hoặc khi tấm tôn được bố trí tại phần bản sàn có nhiệt độ thấp hơn (khi bản sàn có kích thước lớn, nhiệt độ phân bố trong sàn không đều), biến dạng dọc trục của tấm tôn bị hạn chế, làm cho bản sàn cũng bị ngăn cản trong mặt phẳng của nó. Kết quả là ứng lực màng trong sàn tăng lên và làm tăng khả năng chịu lửa của tấm sàn.

Theo phương pháp tính toán đơn giản, khi chịu lực trong điều kiện chịu lửa, trục trung hòa của bản sàn được xác định từ phương trình cân bằng ứng suất:





 f   f 

∑ A k

 ay,i   0,85∑ A k

 c, j 

i

Trong đó:

y , ,i 





M , fi,a 

j c, , j 





M , fi,c 

fay ,i /  M , fi ,a : là cường độ tính toán của phần diện tích thép Ai ở điều kiện nhiệt độ thường, lấy giá trị dương với phần chịu nén và lấy giá trị âm với phần chịu kéo của tiết diện bản sàn.

fc, j /  M , fi ,c : là cường độ tính toán của phần diện tích bêtông Aj ở điều kiện nhiệt độ thường, chỉ lấy giá trị dương (vì bỏ qua sự làm việc của bêtông chịu kéo).

ky , ,i

và kc, , j

là hệ số suy giảm cường độ của vật liệu thép và bêtông

khi làm việc trong điều kiện chịu lửa.

Khi đó khả năng chịu mômen của bản sàn có giá trị:



 f   f 

M  ∑ A k

 ay ,i   0,85∑ A k

 c, j 



i y , ,i 





M , fi,a 

j c, , j 





M , fi ,c 

Trong đó zi và zj lần lượt là khoảng cách từ trục trung hòa đến trọng tâm của phần diện tích Ai và Aj

Để kết cấu thỏa mãn điều kiện bền thì giá trị tính toán theo tải trong lửa

phải nhỏ hơn khả năng chịu mômen này, tức là

M fi,Sd

 M fi,Rd . Vấn đề đặt ra

là ta phải phân tích nhiệt, xác định sự phân bố nhiệt độ trong từng phần của tiết diện bản sàn ứng với các trường hợp chịu lực cụ thể:

- Khi tính toán khả năng chịu mômen dương của bản sàn, không chỉ tấm tôn mà cả phần bêtông chịu kéo cũng được bỏ qua. Nếu các yêu cầu cấu tạo về cách nhiệt được thỏa mãn thì nhiệt độ của phần cấu kiện không lộ trực tiếp trong lửa thấp, vì vậy phần bêtông chịu nén được coi như là không giảm cường độ. Hàm lượng cốt thép chịu kéo và nhiệt độ của cốt thép sẽ quyết định khả năng chịu mômen dương của bản sàn. Nhiệt độ này phụ thuộc vào

khoảng cách từ các bề mặt bị đốt nóng đến cốt thép, được biểu diễn theo một hàm vị trí “z”:

1 1

 

z u1

1 1



u2 u3

Với ui là các khoảng cách vuông góc từ cốt thép đến các cạnh của tấm tôn (về cấu tạo, u1 và u2  50mm; u3  35mm)

  c  c1u3  c z  c3 A  c   c5

(0C)

h

H

l

s 0 2 4

2 p 3

Trong đó  là góc nghiêng của bản bụng tấm tôn so với phương nằm ngang.

u1 u



u 3 2

Cèt thÐp

u1 u 2

u

3

Hình 2.2: Các khoảng cách ui để xác định hàm vị trí z [13]

Các hệ số ci được tra bảng sau, phụ thuộc vào thành phần cốt liệu của bêtông và cấp bền chịu lửa yêu cầu:

	Cấp bền	c0	c1	c2	c3	c4	c5
Bêtông	chịu lửa	(0C)	(0C)	(0C.mm1/2)	(0C.mm)	(0C/0)	(0C.mm)
	R60	1191	-250	-240	-5,01	1,04	-925
	R90	1342	-256	-235	-5,30	1,39	-1267
	R120	1387	-238	-227	-4,79	1,68	-1326
	R60	1336	-242	-292	-6,11	1,63	-900
	R90	1381	-240	-269	-5,46	2,24	-918
	R120	1397	-230	-253	-4,44	2,47	-906

Có thể bạn quan tâm!

• Phương pháp tính toán khả năng chịu lực của kết cấu liên hợp thép - bêtông trong điều kiện cháy - 2
• Các Thông Số Đặc Trưng Cho Trạng Thái Làm Việc Của Vật Liệu Thép Ở
• Sự Biến Thiên Khả Năng Giãn Nở Vì Nhiệt Của Vật Liệu Bêtông Theo Nhiệt Độ [13]
• Sự Phân Bố Nhiệt Độ Và Ứng Suất Trong Tiết Diện Dầm Liên Hợp Không Bọc Bêtông, Áp Dụng Tính Khả Năng Chịu Mômen Dương. [13]
• Tiết Diện Và Cường Độ Tính Toán Chịu Mômen Âm Trong Điều Kiện Chịu Lửa Của Dầm Liên Hợp Bọc Một Phần Bêtông [13]
• Cách Xác Định Chiều Dài Tính Toán Của Cột [13] (A): Vị Trí Của Cấu Kiện Cột Chịu Lửa Trong Sơ Đồ Khung (B): Biến Dạng Của Cột Trong Điều Kiện

Xem toàn bộ 113 trang tài liệu này.

Bảng 2.1: Giá trị ci tương ứng với bêtông thường và bêtông nhẹ [13]

Bêtông thường

Bêtông nhẹ

Khi tính toán khả năng chịu mômen âm, ta vẫn bỏ qua sự làm việc của tấm tôn và phần bêtông chịu kéo. Do phần bêtông chịu nén lộ trực tiếp trong

lửa nên phải xét đến sự giảm tiết diện tính toán. Trong trường hợp này, ta tính giá trị nhiệt độ giới hạn lim:

lim = d0 + d1Ns + d3 + d2A/Hp + d4/l3 (0C)

Trong đó:

Ns = As . fay là lực kéo của phần cốt thép chịu kéo

Với hệ số di phụ thuộc vào thành phần cốt liệu của bêtông và cấp bền chịu lửa theo yêu cầu

Bảng 2.2: Giá trị di tương ứng với bêtông thường và bêtông nhẹ [13]

Bêtông

Cấp bền chịu lửa	d0 (0C)	d1.10-4 (0C.N)	d2 (0C.mm)	d3 (0C.mm)	d4 (0C.mm)
Bêtông thường	R60 R90 R120	867 1055 1144	-1,9 -2,2 -2,2	-8,75 -9,91 -9,71	-123 -154 -166	-1378 -1990 -2155
Bêtông nhẹ	R60 R90 R120	1030 1159 1213	-2,6 -2,5 -2,5	-10,95 -10,88 -10,09	-181 -208 -214	-1834 -2233 -2320

Từ trạng thái phân bố nhiệt trên tiết diện tấm sàn, ta vẽ đường đẳng nhiệt, nối tất cả các điểm có nhiệt độ giới hạn lim (tức là phần nằm trên đường đẳng nhiệt này). Đường đẳng nhiệt được xác định thông qua 4 tiết diện

PhÇn bª t«ng tÝnh to¸n

h1

Y

Cèt thÐp chÞu kÐo

(3) (4)

h2 (1) (2)

l2

l3 /2 l1

§−êng ®¼ng nhiÖt lim

X

l3 /2

Hình 2.3: Xác định đường đẳng nhiệt  = lim [13]

+ Điểm 1: điểm nằm giữa sóng tôn, cách bản cánh dưới của tấm tôn một khoảng được xác định theo 2 giá trị tọa độ X1 và Y1

X1 = 0;

Y1 

1

1

4



l1  l3

 z





trong đó z được tính từ phương trình xác

2







định nhiệt độ của cốt thép s khi thừa nhận u3/h2 = 0,75 và s = lim

+ Điểm 4: điểm nằm giữa hai sóng tôn, cách bản cánh trên của tấm tôn một khoảng được xác định theo 2 giá trị tọa độ X4 và Y4

X 4 

1

2 l1 

1

2 l3

; Y4

 h2  b

trong đó b 

1

2 l1

 

a2  4a  c





sin  1  

 a 



Với   arctan

2h2



1



 ; a   

2

1

 l sin 

h2

 l  l   z  1

 1 2   

c  81 

1  a khi

a  8 và

c  81 

1  a  khi

a  8

+ Điểm 2: nằm trên đường thẳng ngang, có cùng cao độ với điểm 1, cách bản bụng của tấm tôn một khoảng bằng khoảng cách từ nó đến bản cánh dưới

1 Y1

X 2  2 l2  sin  cos 1; Y2  Y1

+ Điểm 3: nằm trên đường thẳng ngang, có cùng cao độ với bản cánh trên của tấm tôn, cách bản bụng một khoảng bằng khoảng cách từ điểm (4) đến bản

cánh trên: X

 1 l 

b ; Y  h

3 2 1

sin  3 2

Trong trường hợp này, phần bêtông trên cùng có hàm lượng cốt thép chịu kéo và nhiệt độ của cốt thép sẽ quyết định khả năng chịu mômen âm của bản sàn. Nhiệt độ của cốt thép chịu kéo có thể lấy bằng nhiệt độ của bêtông tại vị trí đặt cốt thép.

2.1.4. Dầm liên hợp thép – bêtông Dầm liên hợp không bọc bêtông:

Trong điều kiện chịu lửa, do tiết diện dầm thép không được bảo vệ nên có một sự khác biệt đáng kể giữa nhiệt độ của bản cánh trên (phần liên kết với bản sàn bêtông) và bản cánh dưới (phần lộ trực tiếp trong lửa). Điều này có ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu uốn của tiết diện liên hợp.

a. Trường hợp chịu mômen dương:

- Khi bản sàn bêtông có chiều dày lớn hơn 120mm, dầm thép có chiều cao tiết diện nhỏ hơn hoặc bằng 500mm, ta giả thiết rằng nhiệt độ phân bố đều trên tiết diện dầm thép và sử dụng phương pháp nhiệt độ tới hạn. Kết cấu thỏa mãn yêu cầu chịu lực trong điều kiện chịu lửa khi fi,t  cri,t

Khi đó, fi,t là hệ số giảm tải khi xét đến ảnh hưởng của các dạng tải trọng tác

dụng lên kết cấu trong điều kiện chịu lửa được xác định:

 fi,t

E fi,d ,t



Rd

Trong đó:

Efi,d,t : là kết quả tính toán các tác động tại thời điểm t trong điều kiện chịu lửa.

Rd: là cường độ tính toán của vật liệu thép tại điều kiện nhiệt độ

thường.

Ở trạng thái tới hạn, khi nhiệt độ trong kết cấu đạt crit thì Efi,d,t = Rfi,d,t với Rfi,d,t là cường độ tính toán của vật liệu thép tại thời điểm t trong điều kiện chịu lửa.

E fi,d ,t

 

R fi,d ,t

R

 

fa max,cr /  M , fi,a

R

fi,t

d d

fay,200 C

/  M ,a

ay,20 C M ,a

f 0 /  : là cường độ tính toán của thép trong điều kiện nhiệt độ

thường ở 200C

fa max,cr /  M , fi,a : là cường độ tính toán của thép trong điều kiện chịu lửa

Điều này đã chứng minh rằng trạng thái làm việc chịu nén của bêtông không ảnh hưởng nhiều đến khả năng chịu uốn của dầm liên hợp trong điều kiện chịu lửa. Do bản cánh dưới và bản bụng lộ trực tiếp trong lửa làm cường độ bị giảm nhanh nên khả năng chịu kéo của dầm thép là khá nhỏ. Vì vậy vị trí trục trung hòa của tiết diện dầm liên hợp nằm trong phần bản sàn bêtông và chỉ một phần nhỏ bêtông sàn chịu nén. Như vậy, khả năng chịu mômen dương của tiết diện được quy định bởi trạng thái làm việc của tiết diện dầm thép. Trong thực tế, M,fi,a=1; M,a=1,1.

 fi,t

R fi,d ,t



Rd

 fa max,cr

,20

0,9 f 0

ay C

hay 0,9 fi,t 

fa max,cr ay,20 C

f 0

- Khi dầm thép cao hơn 500mm, bản sàn nhỏ hơn 120mm, ta sử dụng phương pháp mômen, tính toán theo trạng thái làm việc dẻo của vật liệu. Sự phân bố nhiệt độ trong tiết diện được thể hiện trên hình 2.8: bao gồm nhiệt độ của bản cánh trên 2, nhiệt độ của bản bụng w và nhiệt độ của bản cánh dưới

1. Trong khoảng thời gian chịu lửa cho phép, vị trí trục trung hòa được xác

định từ sự cân bằng các lực kéo T ở phần dưới và các lực nén F ở phần trên của tiết diện.

Bề rộng tính toán của bản sàn được xác định giống như trong trường hợp dầm liên hợp chịu lực ở điều kiện thường. Giả thiết rằng trục trung hòa nằm ở trong phần bản bêtông, cách mép trên của bản một khoảng hu, lực nén của bêtông được tính toán theo công thức:

f 0 h b 

F  ay , 20 C u ef

 M , fi ,c