Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của lửa bằng thực nghiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> BỘ XÂY DỰNG<br /> VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG<br /> <br /> NGUYỄN ĐỨC VIỆT<br /> <br /> NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ KẾT CẤU THÉP<br /> CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA LỬA BẰNG THỰC NGHIỆM<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ<br /> Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và Công<br /> nghiệp<br /> Mã số: 62.58.02.08<br /> <br /> HÀ NỘI - 2016<br /> 1<br /> <br /> BỘ X<br /> <br /> CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI<br /> VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG – BỘ XÂY DỰNG<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học:<br /> 1. PGS. TS NGUYỄN VÕ THÔNG<br /> 2. GS. TS PHẠM VĂN HỘI<br /> Phản biện 1: GS.TS. ĐOÀN ĐÌNH KIẾN<br /> Phản biện 2: PGS.TS. NGÔ VĂN XIÊM<br /> Phản biện 3: PGS.TS. VŨ QUỐC ANH<br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện theo<br /> Quyết định số ……. ngày …….tháng…… năm……. của Giám đốc Viện<br /> Khoa học công nghệ xây dựng, họp tại Viện Khoa học công nghệ xây dựng<br /> vào hồi …… giờ ……. ngày……… tháng……. năm………<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Viện Khoa học công nghệ xây dựng.<br /> - Thư viện Quốc gia<br /> <br /> 2<br /> <br /> PHẦN MỞ ĐẦU<br /> Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu<br /> Ở nước ta hiện nay, kết cấu thép chịu lực được sử dụng một cách phổ biến.Trong các<br /> công trình nhà có kết cấu thép chịu lực, khi xảy ra cháy, các kết cấu thép sẽ nhanh<br /> chóng bị biến dạng gây sập đổ công trình. Kết cấu thép khi không được bảo vệ<br /> chống cháy, thời gian chịu lửa chỉ từ 15 phút đến 24 phút. Do đó, giải pháp bảo vệ<br /> kết cấu thép chịu tác động của lửa nhằm tăng giới hạn chịu lửa là vấn đề hết sức<br /> quan trọng trong xây dựng. Khi nghiên cứu về giải pháp bọc thạch cao bảo vệ chống<br /> cháy đối với kết cấu thép, các vấn đề sau cần phải được làm sáng tỏ cả lý thuyết và<br /> thực nghiệm. Đó là:<br /> - Việc sử dụng hệ số dẫn nhiệt của các tấm thạch cao do các nhà sản xuất cung cấp<br /> để tính toán có phù hợp với điều kiện làm việc và có đảm bảo an toàn cho kết cấu<br /> được bảo vệ không.<br /> - Các tham số ảnh hưởng đến hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao bảo vệ chống cháy<br /> khi các tấm này bị ẩm, do độ ẩm của không khí và tác động gia nhiệt để làm thoát<br /> hết nước trong tấm.<br /> - Ảnh hưởng khi tác động đồng thời của lửa lên số mặt của cấu kiện được bảo vệ 1,<br /> 2, 3, hoặc 4 mặt.<br /> - Ảnh hưởng của chiều dày lớp không khí giữa tấm thạch cao và cánh của cột thép.<br /> - Ảnh hưởng của chiều dày tấm thạch cao đến khả năng thoát nước do ẩm trong tấm<br /> thạch cao, làm ảnh hưởng gián tiếp đến hệ số truyền nhiệt trong giai đoạn thoát nước<br /> - Các yếu tố ảnh hưởng khác.<br /> Hiện nay, kết cấu thép chịu lực chính dùng phổ biến là kết cấu khung. Trong kết cấu<br /> này, cột đóng vai trò quan trọng, do vậy nghiên cứu sinh chọn hướng nghiên cứu của<br /> luận án là “Nghiên cứu giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của lửa bằng<br /> thực nghiệm”. Phạm vi của luận án tập trung nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc<br /> của cột thép chịu nén đúng tâm được bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy bọc<br /> dạng hộp chịu tác động của lửa.<br /> 1. Mục đích của luận án<br /> Nghiên cứu xác định hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao chống cháy và sự làm việc<br /> của cột thép chịu nén đúng tâm được bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy bọc<br /> dạng hộp chịu tác động của lửa.<br /> 2. Đối tƣợng nghiên cứu<br /> Cột thép chịu nén đúng tâm được bọc tấm thạch cao dạng hộp chịu tác động của lửa.<br /> 3. Nội dung nghiên cứu<br /> - Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của lửa,<br /> từ đó lựa chọn giải pháp bảo vệ phù hợp. Xác định được những vấn đề cần làm sáng<br /> tỏ cho giải pháp đó để phù hợp với thực tiễn tác động của một đám cháy và điều kiện<br /> khí hậu ẩm của Việt Nam.<br /> - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao chống<br /> cháy trong điều kiện khí hậu ẩm của Việt Nam.<br /> - Cách xác định hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao cho phù hợp với điều kiện thực tế,<br /> đó là khi đám cháy xảy ra thì trong các tấm thạch cao vẫn có một lượng nước nhất<br /> 3<br /> <br /> định do tác động của không khí ẩm và quá trình thoát nước này có ảnh hưởng đến hệ<br /> số dẫn nhiệt của tấm thạch cao.<br /> - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quá trình truyền nhiệt trong vật rắn, sau đó truyền<br /> qua môi trường không khí khi hệ số dẫn nhiệt trong vật rắn thay đổi. Từ đó xây dựng<br /> mô hình tính toán sự truyền nhiệt trong kết cấu được bọc tấm thạch cao chống cháy,<br /> có kể đến ảnh hưởng của hiện tượng đối lưu và bức xạ khi truyền nhiệt qua lớp<br /> không khí.<br /> - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về ứng xử cơ học của kết cấu khi chịu tác động của tải<br /> trọng và tác động của lửa cho cấu kiện cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng tấm<br /> thạch cao chống cháy. Từ đó xây dựng quy trình thuật toán tính kết cấu cột có và<br /> không có lớp bọc bảo vệ bằng thạch cao chống cháy dạng hộp chịu tác động của đám<br /> cháy tiêu chuẩn.<br /> - Từ các mô hình đã lập, so sánh và phân tích ảnh hưởng của các tham số chính đến<br /> sự truyền nhiệt và khả năng chịu lực của cột thép dưới tác động của lửa.<br /> - Thí nghiệm kiểm chứng ảnh hưởng của một số tham số chính đến sự truyền nhiệt<br /> và khả năng chịu lực của cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng tấm thạch cao bọc<br /> dạng hộp dưới tác dụng của lửa.<br /> 4. Phƣơng pháp nghiên cứu<br /> - Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định giá trị của hệ số dẫn nhiệt của tấm<br /> thạch cao biến thiên theo quá trình mất nước do tác động của đám cháy tiêu chuẩn<br /> gây ra.<br /> - Sử dụng hệ số dẫn nhiệt đã xác định được để nghiên cứu sự làm việc của cột thép<br /> chịu nén đúng tâm, được và không được bảo vệ bằng bọc tấm thạch cao chống cháy<br /> chịu tác động của lửa.<br /> - Từ các kết quả nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết, rút ra các kết quả nghiên cứu<br /> của luận án.<br /> 5. Phạm vi nghiên cứu:<br /> Cột thép chịu nén đúng tâm được bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy bọc dạng<br /> hộp chịu tác động của lửa.<br /> 6. Những đóng góp mới của luận án<br /> - Đưa ra được giải pháp bảo vệ cột thép chịu tác động của lửa phù hợp với điều kiện<br /> Việt nam.<br /> - Xây dựng được quy trình xác định hệ số dẫn nhiệt có kể đến quá trình mất nước<br /> trong tấm thạch cao do tác động của đám cháy tiêu chuẩn phục vụ cho việc tính toán<br /> thời gian chịu lửa của kết cấu thép.<br /> - Đã xét được các tham số ảnh hưởng chính liên quan trực tiếp đến các thông số thiết<br /> kế, đánh giá cho giải pháp bảo vệ kết cấu chịu tác động của lửa bằng bọc tấm thạch<br /> cao dạng hộp gồm: kích thước hình học của cột thép; chiều dày lớp thạch cao bảo<br /> vệ; hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao lấy theo thông số do nhà sản xuất cung cấp và<br /> theo thông số xác định từ thực nghiệm; tác dụng nhiệt theo 3 mặt và theo 4 mặt;<br /> khoảng cách thông thủy giữa tấm thạch cao và bề mặt cột thép; ảnh hưởng của giải<br /> pháp bảo vệ; tải trọng nén đúng tâm đến sự truyền nhiệt và khả năng chịu lực cho<br /> mô hình cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng bọc tấm thạch cao chống cháy<br /> 4<br /> <br /> dạng hộp dưới tác dụng của lửa.<br /> - Đã thí nghiệm kiểm chứng, so sánh với kết quả tính toán lý thuyết với thực nghiệm<br /> cho trường hợp cột chịu nén đúng tâm được bọc bảo vệ bằng tấm thạch cao chống<br /> cháy và trường hợp không bọc bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy.<br /> 7. Cấu trúc luận án<br /> Ngoài các phần mở đầu, kết luận, mục lục, danh mục các tài liệu tham khảo, các<br /> công trình khoa học đã công bố, các phụ lục hình vẽ, bảng biểu, luận án được bố cục<br /> trong 4 chương: Chƣơng 1: Tổng quan về các giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác<br /> động của lửa và lựa chọn giải pháp phù hợp với điều kiện Việt Nam. Chƣơng<br /> 2:Nghiên cứu các yếu tố gián tiếp ảnh hưởng đến hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao<br /> trong quá trình xảy ra cháy. Chƣơng 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số đến<br /> sự truyền nhiệt và khả năng chịu lực của cột thép dưới tác động của lửa Chƣơng 4:<br /> Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của một số tham số chính đến sự truyền nhiệt và<br /> khả năng chịu lực của cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng tấm thạch cao bọc<br /> dạng hộp dưới tác dụng của lửa.<br /> CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ KẾT CẤU<br /> THÉP CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA LỬA VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP<br /> VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM<br /> Đã tiến hành tổng quan theo các nội dung 1) Các giải pháp bảo vệ cột thép khỏi tác<br /> dụng của lửa như Xây gạch ốp bên ngoài; Tạo lớp bê tông, cốt lưới thép bao xung<br /> quanh cấu kiện; Ốp bên ngoài bằng vật liệu không cháy có hệ số dẫn nhiệt thấp (tấm<br /> thạch cao chống cháy); Phun lớp vữa bảo vệ bên ngoài cấu kiện; Sơn chống cháy; 2)<br /> Đã làm rõ các quy định và nghiên cứu trong và ngoài nước về bảo vệ cột thép chịu<br /> tác động của lửa trong nước và trên thế giới; 3) Đã đưa ra các nghiên cứu về ứng xử<br /> của cột thép được và không được bảo vệ trong điều kiện cháy trên thế giới và trong<br /> nước. Từ tổng quan đã nhận xét rút ra: để nghiên cứu về giải pháp bảo vệ kết cấu<br /> thép bằng bọc tấm thạch cao chống cháy bọc dạng hộp thì cần làm rõ các nội dung<br /> sau:<br /> - Sự thay đổi của hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao theo mức độ mất nước dưới tác<br /> động của một đám cháy tiêu chuẩn.<br /> - Các yếu tố thực tiễn có ảnh hưởng đến mức độ tổn hao nước trong tấm thạch cao:<br /> gia nhiệt (cháy) 1 mặt hay ở cả 2 mặt của tấm thạch cao; chiều dầy tấm thạch cao;<br /> cường độ (tốc độ) gia nhiệt; số lượng tấm để tạo chiều dầy ốp...<br /> 4) Đã nghiên cứu giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của lửa phù hợp với<br /> điều kiện Việt Nam dựa trên các điều kiện kinh tế - kỹ thuật; điều tra khảo sát tại<br /> một số thành phố lớn ở Việt nam.<br /> Từ các nghiên cứu tại chương 1, tác giả luận án đã rút ra một số kết luận như sau:<br /> - Đối với kết cấu thép không được bảo vệ khi chịu tác động của nhiệt độ cao thì tính<br /> chất cơ học của thép giảm dần và nhiệt độ giới hạn của thép là trong khoảng từ<br /> 500°C đến 550°C. Với nhiệt độ giới hạn này thì thời gian chịu tác dụng của lửa mà<br /> kết cấu không bị sụp đổ là tương đối thấp trong khoảng từ 15 đến 24 phút.<br /> - Các tiêu chuẩn trên thế giới có quy định về việc bảo vệ kết cấu thép để kết cấu đảm<br /> bảo được thời gian chịu lửa theo quy định đối với từng loại công trình cụ thể. Trong<br /> 5<br /> <br />