Sự Phân Bố Nhiệt Độ Và Ứng Suất Trong Tiết Diện Dầm Liên Hợp Không Bọc

Bỏ qua khả năng chịu kéo của bêtông, lực kéo của tiết diện dầm thép được

xác định: T 

fa,max, b1e1  fa,max,w hwew  fa,max, b2e2 

1 2

 M , fi ,a

e 2

e w

beff

c

2

w

1

f amax, / 

fc / M,fi,c

hu F

2 M,fi,a

+ T

h famax, / M,fi,a yF

f amax,1

/ M,fi,a

Hình 2.4: 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]

Vì F = T  chiều cao vùng bêtông chịu nén h

 T

beff

fc, 200 C

/  M , fi ,c

Gọi yT, yF lần lượt là khoảng cách từ mép dưới của dầm đến trọng tâm của vùng kéo và trọng tâm của vùng nén:

f 0,5b e2  f

h e

e

 0,5h

 f

b e

h  0,5e 

y  a,max,1

1 1 a,max,w w w 1

w a,max,2 2 2 2

T T

yF  h  hc  0,5hu

M , fi,a

 Khả năng chịu mômen dương của toàn tiết diện



fi,Sd

 T yF

 yT 

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

phải nhỏ hơn giá trị mômen này, tức là : M   M 

fi,Sd fi,Rd

Trong trường hợp bản sàn có tấm tôn dập nguội bên dưới, ta cũng có cách tính tương tự, chỉ riêng chiều cao bản sàn được tính bởi chiều cao hiệu quả heff.

b. Trường hợp chịu mômen âm:

Bề rộng tính toán của bản sàn beff được xác định theo điều kiện trục trung hòa của tiết diện không nằm trong sàn bêtông, xem như bỏ qua toàn bộ khả năng chịu lực của bêtông. Bề rộng này cũng không được lớn hơn bề rộng áp dụng để tính toán trong điều kiện nhiệt độ thường. Sự phân bố nhiệt độ trong tiết diện được thể hiện trên hình sau, bao gồm nhiệt độ cốt thép s, nhiệt độ của bản cánh trên 2, nhiệt độ của bản bụng w và nhiệt độ của bản cánh dưới 1

beff



f r /

M,fi,r

c +

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 113 trang tài liệu này.

famax,2/  a

e2 2

M,fi,

h hw

w -

famax, /



M,fi,

1

famax, / 

1 M,fi,a

Hình 2.5: Sự phân bố nhiệt độ và ứng suất trong tiết diện dầm liên hợp không bọc bêtông, áp dụng tính khả năng chịu mômen âm [13]

Khi trục trung hòa nằm tại vị trí tiếp xúc giữa bản sàn bêtông và tiết diện dầm thép, khả năng chịu mômen âm của tiết diện liên hợp được xác định

theo công thức:



fi,Sd

 T  y

 y 



eff

Trong đó T- là tổng hợp lực kéo của cốt thép nằm tròn bề rộng tính toán của bản sản được lấy bằng lực F- của tiết diện dầm thép:

f 0 A

 r ,20 C r

 fa,max, b1e1 

fa,max,w hwew 

fa,max,

b2e2 

T   F

 M , fi,s

 1 2

 M , fi,a

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

phân bố nhỏ hơn giá trị mômen này tức là: M   M 

fi,Sd fi,Rd

Khi trục trung hòa nằm trong tiết diện dầm thép, ta cũng áp dụng phương pháp tính toán tương tự sau khi phân phối lại phần chịu nén và phần chịu kéo của tiết diện dầm.

c. Đối với điều kiện bền chịu cắt:

Đối với điều kiện bền chịu cắt, các chốt liên kết phải được kiểm tra để đảm bảo bêtông và tiết diện dầm thép cùng làm việc như một cấu kiện duy nhất. Trong điều kiện chịu lửa, lực cắt xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa thép và bêtông tăng do có sự giãn dài khác nhau giữa thép và bêtông. Các chốt liên kết phải có đủ độ bền và độ cứng để chống lại lực cắt đó. Cường độ chịu lực cắt được tính toán theo EC và là giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị sau:

d 2

Pfi,Rd

Trong đó

 PRd kmax,  kmax,

0,29d 2



f E

ck cm

M , fi,v

 PRd kc,  kc,

0,8



4 u

M , fi,v

 : là nhiệt độ của chốt liên kết. Nhiệt độ này có thể lấy bằng 80% nhiệt

độ bản cánh của dầm thép.

fck: là cường độ cắt của bêtông khi được thí nghiệm trên mẫu hình trụ Ecm: là môđun cắt của bêtông khi được thí nghiệm trên mẫu hình trụ fu: là cường độ chịu kéo cực hạn của vật liệu chốt,  500N/mm2 kmax; kc : là hệ số suy giảm cường độ của chốt và bêtông

Những công thức này chỉ đúng với các chốt có kích thước nhỏ hơn 25mm. Nếu chốt có đường kính lớn hơn thì sự làm việc của chúng phải được xác định thông qua thí nghiệm.

Dầm liên hợp được bọc bêtông một phần

Sự nóng lên của tiết diện ngang dầm liên hợp được bọc bêtông một phần phức tạp hơn dầm thép không được bảo vệ. Cánh dưới của dầm thép sẽ nóng lên một cách trực tiếp, trong khi các bộ phận khác được bảo vệ bởi các lớp bêtông bọc. Lớp bêtông này sẽ tham gia chịu lực với cốt thép trong bêtông giữa các bán cánh. Vì vậy không thể xác định một cách chính xác nhiệt độ của từng bộ phận riêng rẽ trong tiết diện bằng các phương pháp tính toán đơn giản, để có thể so sánh chúng với một nhiệt độ giới hạn chung. Để xác định khả năng chịu uốn của dầm trong trường hợp này, nhiệt độ của các bộ phận trong tiết diện ngang được xem là phân bố đều hoặc biến thiên tuyến tính, tiết diện có thể được tính toán giảm yếu hoặc có thể được tính toán trọn vẹn nhưng cường độ bị giảm yếu.

a. Trường hợp chịu mômen dương:

beff

hc ,h

hc ,fi

h hw

bfi

e w

f c / M,fi,c

f ay / M,fi,a

f ay / M,fi,a +

kr.fry / 

M,fi,s

h fay, / M,fi,a

u1 kay.fay / M,fi,a

Hình 2.6: Tiết diện và cường độ tính toán chịu mômen dương trong điều kiện chịu lửa của dầm liên hợp bọc bêtông một phần [13]

- Đối với tấm sàn bêtông: chỉ có phần bêtông chịu nén không ảnh hưởng của nhiệt độ là được kể đến trong tính toán. Cường độ chịu nén tính

toán của bêtông bằng (fc,200C / M,fi,c). Chiều rộng tính toán của sàn bêtông beff được lấy bằng chiều rộng tính toán ở nhiệt độ thường. Chiều dày bị giảm yếu hc,fi thay đổi theo cấp bền chịu lửa, tra theo bảng sau:

Bảng 2.3: Giá trị hc,fi tương ứng với các cấp bền chịu lửa [13]

Cấp bền chịu lửa

Giá trị hc,fi (mm)
Thời gian chịu lửa là 30 phút (R30)	10
Thời gian chịu lửa là 60 phút (R60)	20
Thời gian chịu lửa là 90 phút (R90)	30
Thời gian chịu lửa là 120 phút (R120)	40
Thời gian chịu lửa là 180 phút (R180)	55

- Đối với bản cánh trên của dầm thép: cường độ tính toán vẫn được lấy trọn vẹn (fay,200C / M,fi,a), nhưng phần mép bản có bề rộng bfi không được xét đến trong tính toán với giả thiết rằng chúng cũng chịu tác động trực tiếp của ngọn lửa, giá trị bfi phụ thuộc vào cấp bền chịu lửa. Tra theo bảng sau:

Bảng 2.4: Giá trị bfi tương ứng với các cấp bền chịu lửa [13]

Cấp bền chịu lửa

Giá trị bfi (mm)

Thời gian chịu lửa là 30 phút (R30) Thời gian chịu lửa là 60 phút (R60) Thời gian chịu lửa là 90 phút (R90) Thời gian chịu lửa là 120 phút (R120)

Thời gian chịu lửa là 180 phút (R180)

e f  b  bc

2 2

e f  b  bc  10 2 2

e f  b  bc  30 2 2

e f  b  bc  40 2 2

e f  b  bc  60 2 2

- Bản bụng dầm thép: được chia thành 2 phần, phần trên hh không chịu ảnh hưởng của ngọn lửa nên vẫn giữ ở nhiệt độ 200C và không bị giảm cường độ chịu lực. Phần dưới hl có sự thay đổi nhiệt độ một cách tuyến tính từ 200C đến nhiệt độ mép của bản cánh dưới. Vì vậy, cường độ tính toán cũng giảm tuyến tính theo nhiệt độ.

Khi

h  1 hoặc  2

thì

h  al

 a2ew

bc h

 hl.min

Khi 1  h

 2 thì

hl được tính theo bảng sau:

Bảng 2.5: Giá trị hl tương ứng với các cấp bền chịu lửa [13]

Cấp bền

chịu lửa

hl (mm)

hl,min

(mm)

R30

3600

9500 20000.e  h 

 w  2  

bc h.bc  bc 

1400 75000.e 85000.e  h 

 w  w  2  

bc h.bc h.bc  bc 

23000 110000.e 70000.e  h 

 w  w  2  

bc h.bc h.bc  bc 

35000 250000.e 150000.e  h 

 w  w  2  

bc h.bc h.bc  bc 

R60

R90

R120

R180

Trong đó

h :là chiều cao tiết diện dầm

ew :là chiều dày bản bụng dầm

Bảng 2.6: Giá trị a1; a2 tương ứng với các cấp bền chịu lửa [13]

h/bc

Cấp bền chịu lửa	a1 (mm2)	a2 (mm2)	hl,min (mm)
	R30	3600	0	20
	R60	9500	20000	30
h/bc  1	R90	14000	160000	40
	R120	23000	180000	45
	R180	35000	400000	55
	R30	3600	0	20
	R60	9500	0	30
h/bc 2	R90	14000	75000	40
	R120	23000	110000	45
	R180	35000	250000	55

Bảng 2.7: Giá trị ka,max, ka,min tương ứng với các cấp bền chịu lửa [13]

Cấp bền

chịu lửa

Giá trị ka	ka,min	ka,max
R30	1,12  84  h0,018e  0,7 b 22b f	0,5	0,8
	 c c 
R60	 0,21  26  h0,018e  0,7 b 24b f	0,12	0,4
	 c c 
R90	 0,12  17  h0,018e  0,7 b 38b f	0,06	0,12
	 c c 
R120	 0,1  15  h0,018e  0,7 b 40b f	0,05	0,1
	 c c 
R180	 0,03  3  h0,018e  0,7 b 50b f	0,03	0,06
	 c c 

- Đối với bản cánh dưới: vì toàn bộ cánh dưới chịu ảnh hưởng trực tiếp của ngọn lửa nên nhiệt độ được xem như phân bố đều. Do đó, diện tích chịu lực không bị giảm yếu nhưng cường độ tính toán bị giảm bởi hệ số ka phụ thuộc vào cấp bền chịu lửa, tra theo bảng 2.9.

- Nhiệt độ của cốt thép: phụ thuộc vào khoảng cách từ chúng đến mép trên của bản cánh dưới ui và chiều dày lớp bêtông bảo vệ us. Khi đó, hệ số kr không chỉ là một hàm của cấp bền chịu lửa mà còn biến thiên theo hàm vị trí

u  1 1 1

 

ui usi

bc  ew  usi

Trong thực tế kr cũng có thể được xác định theo công thức kinh nghiệm

kr ,min

 kr

 ua3  a4 a

 kr ,max

Am / V

Trong đó u, Am, V được tính bằng mm, và a3, a4, a5 được cho trong bảng sau:

Bảng 2.8: Các giá trị a3, a4, a5 tương ứng với các cấp bền chịu lửa [13]

Cấp bền chịu lửa

a3	a4	a5	kr,min	kr,max
R30	0,062	0,16	0,126	0,1	1
R60	0,034	-0,04	0,101	0,1	1
R90	0,026	-0,154	0,090	0,1	1
R120	0,026	-0,284	0,082	0,1	1
R180	0,024	-0,562	0,076	0,1	1

- Phần bêtông giữa các bản cánh: không được xét đến khi tính toán khả năng chịu uốn của tiết diện, nhưng cũng được kiểm tra theo điều kiện chịu cắt khi giả thiết rằng nó có khả năng chống cắt theo phương đứng.