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
BỘ XÂY DỰNG
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG

NGUYỄN ĐỨC VIỆT

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ KẾT CẤU THÉP
CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA LỬA BẰNG THỰC NGHIỆM

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và Công
nghiệp
Mã số: 62.58.02.08

HÀ NỘI - 2016
1

BỘ X

CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG – BỘ XÂY DỰNG

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS NGUYỄN VÕ THÔNG
2. GS. TS PHẠM VĂN HỘI
Phản biện 1: GS.TS. ĐOÀN ĐÌNH KIẾN
Phản biện 2: PGS.TS. NGÔ VĂN XIÊM
Phản biện 3: PGS.TS. VŨ QUỐC ANH
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện theo
Quyết định số ……. ngày …….tháng…… năm……. của Giám đốc Viện
Khoa học công nghệ xây dựng, họp tại Viện Khoa học công nghệ xây dựng
vào hồi …… giờ ……. ngày……… tháng……. năm………

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Viện Khoa học công nghệ xây dựng.
- Thư viện Quốc gia

2

PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Ở nước ta hiện nay, kết cấu thép chịu lực được sử dụng một cách phổ biến.Trong các
công trình nhà có kết cấu thép chịu lực, khi xảy ra cháy, các kết cấu thép sẽ nhanh
chóng bị biến dạng gây sập đổ công trình. Kết cấu thép khi không được bảo vệ
chống cháy, thời gian chịu lửa chỉ từ 15 phút đến 24 phút. Do đó, giải pháp bảo vệ
kết cấu thép chịu tác động của lửa nhằm tăng giới hạn chịu lửa là vấn đề hết sức
quan trọng trong xây dựng. Khi nghiên cứu về giải pháp bọc thạch cao bảo vệ chống
cháy đối với kết cấu thép, các vấn đề sau cần phải được làm sáng tỏ cả lý thuyết và
thực nghiệm. Đó là:
- Việc sử dụng hệ số dẫn nhiệt của các tấm thạch cao do các nhà sản xuất cung cấp
để tính toán có phù hợp với điều kiện làm việc và có đảm bảo an toàn cho kết cấu
được bảo vệ không.
- Các tham số ảnh hưởng đến hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao bảo vệ chống cháy
khi các tấm này bị ẩm, do độ ẩm của không khí và tác động gia nhiệt để làm thoát
hết nước trong tấm.
- Ảnh hưởng khi tác động đồng thời của lửa lên số mặt của cấu kiện được bảo vệ 1,
2, 3, hoặc 4 mặt.
- Ảnh hưởng của chiều dày lớp không khí giữa tấm thạch cao và cánh của cột thép.
- Ảnh hưởng của chiều dày tấm thạch cao đến khả năng thoát nước do ẩm trong tấm
thạch cao, làm ảnh hưởng gián tiếp đến hệ số truyền nhiệt trong giai đoạn thoát nước
- Các yếu tố ảnh hưởng khác.
Hiện nay, kết cấu thép chịu lực chính dùng phổ biến là kết cấu khung. Trong kết cấu
này, cột đóng vai trò quan trọng, do vậy nghiên cứu sinh chọn hướng nghiên cứu của
luận án là “Nghiên cứu giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của lửa bằng
thực nghiệm”. Phạm vi của luận án tập trung nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc
của cột thép chịu nén đúng tâm được bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy bọc
dạng hộp chịu tác động của lửa.
1. Mục đích của luận án
Nghiên cứu xác định hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao chống cháy và sự làm việc
của cột thép chịu nén đúng tâm được bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy bọc
dạng hộp chịu tác động của lửa.
2. Đối tƣợng nghiên cứu
Cột thép chịu nén đúng tâm được bọc tấm thạch cao dạng hộp chịu tác động của lửa.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của lửa,
từ đó lựa chọn giải pháp bảo vệ phù hợp. Xác định được những vấn đề cần làm sáng
tỏ cho giải pháp đó để phù hợp với thực tiễn tác động của một đám cháy và điều kiện
khí hậu ẩm của Việt Nam.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao chống
cháy trong điều kiện khí hậu ẩm của Việt Nam.
- Cách xác định hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao cho phù hợp với điều kiện thực tế,
đó là khi đám cháy xảy ra thì trong các tấm thạch cao vẫn có một lượng nước nhất
3

định do tác động của không khí ẩm và quá trình thoát nước này có ảnh hưởng đến hệ
số dẫn nhiệt của tấm thạch cao.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quá trình truyền nhiệt trong vật rắn, sau đó truyền
qua môi trường không khí khi hệ số dẫn nhiệt trong vật rắn thay đổi. Từ đó xây dựng
mô hình tính toán sự truyền nhiệt trong kết cấu được bọc tấm thạch cao chống cháy,
có kể đến ảnh hưởng của hiện tượng đối lưu và bức xạ khi truyền nhiệt qua lớp
không khí.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về ứng xử cơ học của kết cấu khi chịu tác động của tải
trọng và tác động của lửa cho cấu kiện cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng tấm
thạch cao chống cháy. Từ đó xây dựng quy trình thuật toán tính kết cấu cột có và
không có lớp bọc bảo vệ bằng thạch cao chống cháy dạng hộp chịu tác động của đám
cháy tiêu chuẩn.
- Từ các mô hình đã lập, so sánh và phân tích ảnh hưởng của các tham số chính đến
sự truyền nhiệt và khả năng chịu lực của cột thép dưới tác động của lửa.
- Thí nghiệm kiểm chứng ảnh hưởng của một số tham số chính đến sự truyền nhiệt
và khả năng chịu lực của cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng tấm thạch cao bọc
dạng hộp dưới tác dụng của lửa.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định giá trị của hệ số dẫn nhiệt của tấm
thạch cao biến thiên theo quá trình mất nước do tác động của đám cháy tiêu chuẩn
gây ra.
- Sử dụng hệ số dẫn nhiệt đã xác định được để nghiên cứu sự làm việc của cột thép
chịu nén đúng tâm, được và không được bảo vệ bằng bọc tấm thạch cao chống cháy
chịu tác động của lửa.
- Từ các kết quả nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết, rút ra các kết quả nghiên cứu
của luận án.
5. Phạm vi nghiên cứu:
Cột thép chịu nén đúng tâm được bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy bọc dạng
hộp chịu tác động của lửa.
6. Những đóng góp mới của luận án
- Đưa ra được giải pháp bảo vệ cột thép chịu tác động của lửa phù hợp với điều kiện
Việt nam.
- Xây dựng được quy trình xác định hệ số dẫn nhiệt có kể đến quá trình mất nước
trong tấm thạch cao do tác động của đám cháy tiêu chuẩn phục vụ cho việc tính toán
thời gian chịu lửa của kết cấu thép.
- Đã xét được các tham số ảnh hưởng chính liên quan trực tiếp đến các thông số thiết
kế, đánh giá cho giải pháp bảo vệ kết cấu chịu tác động của lửa bằng bọc tấm thạch
cao dạng hộp gồm: kích thước hình học của cột thép; chiều dày lớp thạch cao bảo
vệ; hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao lấy theo thông số do nhà sản xuất cung cấp và
theo thông số xác định từ thực nghiệm; tác dụng nhiệt theo 3 mặt và theo 4 mặt;
khoảng cách thông thủy giữa tấm thạch cao và bề mặt cột thép; ảnh hưởng của giải
pháp bảo vệ; tải trọng nén đúng tâm đến sự truyền nhiệt và khả năng chịu lực cho
mô hình cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng bọc tấm thạch cao chống cháy
4

dạng hộp dưới tác dụng của lửa.
- Đã thí nghiệm kiểm chứng, so sánh với kết quả tính toán lý thuyết với thực nghiệm
cho trường hợp cột chịu nén đúng tâm được bọc bảo vệ bằng tấm thạch cao chống
cháy và trường hợp không bọc bảo vệ bằng tấm thạch cao chống cháy.
7. Cấu trúc luận án
Ngoài các phần mở đầu, kết luận, mục lục, danh mục các tài liệu tham khảo, các
công trình khoa học đã công bố, các phụ lục hình vẽ, bảng biểu, luận án được bố cục
trong 4 chương: Chƣơng 1: Tổng quan về các giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác
động của lửa và lựa chọn giải pháp phù hợp với điều kiện Việt Nam. Chƣơng
2:Nghiên cứu các yếu tố gián tiếp ảnh hưởng đến hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao
trong quá trình xảy ra cháy. Chƣơng 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số đến
sự truyền nhiệt và khả năng chịu lực của cột thép dưới tác động của lửa Chƣơng 4:
Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của một số tham số chính đến sự truyền nhiệt và
khả năng chịu lực của cột thép có và không có lớp bảo vệ bằng tấm thạch cao bọc
dạng hộp dưới tác dụng của lửa.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ KẾT CẤU
THÉP CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA LỬA VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP
VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
Đã tiến hành tổng quan theo các nội dung 1) Các giải pháp bảo vệ cột thép khỏi tác
dụng của lửa như Xây gạch ốp bên ngoài; Tạo lớp bê tông, cốt lưới thép bao xung
quanh cấu kiện; Ốp bên ngoài bằng vật liệu không cháy có hệ số dẫn nhiệt thấp (tấm
thạch cao chống cháy); Phun lớp vữa bảo vệ bên ngoài cấu kiện; Sơn chống cháy; 2)
Đã làm rõ các quy định và nghiên cứu trong và ngoài nước về bảo vệ cột thép chịu
tác động của lửa trong nước và trên thế giới; 3) Đã đưa ra các nghiên cứu về ứng xử
của cột thép được và không được bảo vệ trong điều kiện cháy trên thế giới và trong
nước. Từ tổng quan đã nhận xét rút ra: để nghiên cứu về giải pháp bảo vệ kết cấu
thép bằng bọc tấm thạch cao chống cháy bọc dạng hộp thì cần làm rõ các nội dung
sau:
- Sự thay đổi của hệ số dẫn nhiệt của tấm thạch cao theo mức độ mất nước dưới tác
động của một đám cháy tiêu chuẩn.
- Các yếu tố thực tiễn có ảnh hưởng đến mức độ tổn hao nước trong tấm thạch cao:
gia nhiệt (cháy) 1 mặt hay ở cả 2 mặt của tấm thạch cao; chiều dầy tấm thạch cao;
cường độ (tốc độ) gia nhiệt; số lượng tấm để tạo chiều dầy ốp...
4) Đã nghiên cứu giải pháp bảo vệ kết cấu thép chịu tác động của lửa phù hợp với
điều kiện Việt Nam dựa trên các điều kiện kinh tế - kỹ thuật; điều tra khảo sát tại
một số thành phố lớn ở Việt nam.
Từ các nghiên cứu tại chương 1, tác giả luận án đã rút ra một số kết luận như sau:
- Đối với kết cấu thép không được bảo vệ khi chịu tác động của nhiệt độ cao thì tính
chất cơ học của thép giảm dần và nhiệt độ giới hạn của thép là trong khoảng từ
500°C đến 550°C. Với nhiệt độ giới hạn này thì thời gian chịu tác dụng của lửa mà
kết cấu không bị sụp đổ là tương đối thấp trong khoảng từ 15 đến 24 phút.
- Các tiêu chuẩn trên thế giới có quy định về việc bảo vệ kết cấu thép để kết cấu đảm
bảo được thời gian chịu lửa theo quy định đối với từng loại công trình cụ thể. Trong
5