Luận án Phân tích kết cấu liên hợp thép - Bê tông trong điều kiện cháy có xét đến quá trình tăng nhiệt và giảm nhiệt

n)
4A 200 * 5 510 HEB 120 375 2943 10 1177 10 0.40
4B
(có sơn)
5A 273 * 5 420 168.3 * 10 333 3995 10 1199 10 0.30
5B 273 * 5 420 168.3 * 10 333 3995 10 1998 10 0.50
0.40
Khả năng chịu tải ở nhiệt độ thường
10 0.40
200 * 5 510 HEB 120 375 2809 10 1124 10
Ống thép bao ngoài Thép hình bên trong Tải trọng tác dụng
219.1 * 5 420 HEB 120 375 2241 10 896
71 
Hình 2. 25 So sánh nhiệt độ trong cột theo mô phỏng và theo thí nghiệm 
 của nghiên cứu [35] 
Kết quả đo chuyển vị giữa cột được so với kết quả tính bằng phần mềm SAFIR 
dùng mô hình vật liệu bê tông theo Eurocodes (EC2) và mô hình đề xuất (ETC) cho 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
N
hi
ệt
 đ
ộ 
(°
C
)
Thời gian cháy (phút)
Nhiệt độ trong cột Profile 2B
Giá trị tính
Giá trị đo
Nút 1-6
Nút 2-7
Nút 3
9 5
1 2 6
8
7
4
3
11
10
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
N
hi
ệt
 đ
ộ 
(°
C
)
Thời gian cháy (phút)
Nhiệt độ trong cột Profile 4B
Giá trị tính tại bề mặt sơn phủ
Giá trị tính
Giá trị đo 
Nút 10-13
Nút 11-12
1
2
6
7
9
8
5
4
3
13
12
11
10Tại bề mặt sơn
72 
thấy mô hình đề xuất cho kết quả tính toán gần với kết quả thí nghiệm hơn ở giá trị 
chuyển vị khi cột bị phá hoại. Sự khác nhau giữa kết quả tính theo hai mô hình là 
không đáng kể khi chỉ có giai đoạn tăng nhiệt Hình 2. 26. 
Hình 2. 26 So sánh chuyển vị ngang giữa cột theo mô phỏng và theo thí nghiệm của 
nghiên cứu [35] 
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
C
h
u
yể
n
 v
ị (
m
m
)
Thời gian cháy (phút)
Chuyển vị ngang của cột FRFC 2B
Thí nghiệm
Tính theo mô hình EC2
Tính theo mô hình ETC
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
C
h
u
yể
n
 v
ị (
m
m
)
Thời gian cháy (phút)
Chuyển vị ngang của cột FRFC 4B 
Thí nghiệm
Tính theo mô hình EC2
Tính theo mô hình ETC
73 
2.6 Kết luận chương 2 
- Sự thay đổi ứng suất- biến dạng của cấu kiện liên hợp thép - bê tông trong đám cháy 
có xét đến quá trình giảm nhiệt rất phức tạp. Rất nhiều trường hợp thay đổi nhiệt độ 
- ứng suất - biến dạng của kết cấu trong đám cháy khi xét đến quá trình giảm nhiệt 
trong khi phần lớn các nghiên cứu đã công bố chỉ quan tâm đến ứng xử kết cấu trong 
quá trình tăng nhiệt; 
- Mô hình mô phỏng vật liệu bê tông tách riêng biến dạng nhiệt tức thời và biến dạng 
do lực cho kết quả tính sát với kết quả thí nghiệm hơn so với mô hình đề xuất trong 
tiêu chuẩn châu Âu hiện hành. Luận án đặt tên mô hình tách riêng biến dạng nhiệt tức 
thời và biến dạng do lực là mô hình CONC-ETC. 
- Luận án đã lập trình tính toán, đưa mô hình vật liệu bê tông CONC-ETC vào phần 
mềm SAFIR. 
- Mô hình vật liệu thêm vào CONC-ETC đã được kiểm chứng qua so sánh kết quả 
mô phỏng số và kết quả thí nghiệm đã được công bố ở các nghiên cứu khác. 
74 
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU KHUNG LIÊN 
HỢP THÉP- BÊ TÔNG TRONG GIAI ĐOẠN TĂNG NHIỆT CỦA ĐÁM CHÁY 
3.1 Đặt vấn đề 
Như đã trình bày chi tiết ở chương 1, việc phân tích ứng suất - biến dạng của kết 
cấu trong điều kiện nhiệt độ tăng cao khác với kết cấu ở điều kiện nhiệt độ thường 
các điểm sau: 
- Tính chất cơ lý của vật liệu liên tục thay đổi khi nhiệt độ thay đổi; 
- Trong kết cấu, ngoài biến dạng từ biến và biến dạng liên quan đến ứng suất 
thì biến dạng do thay đổi nhiệt độ góp phần vào biến dạng chung của kết 
cấu; 
- Các liên kết giữa các cấu kiện kết cấu có thể thay đổi do nhiệt độ cao, do 
vậy điều kiện biên của các cấu kiện kết cấu trong điều kiện cháy không giữ 
nguyên như kết cấu ở nhiệt độ thường. 
Các nghiên cứu trước đây có phân tích ứng xử của kết cấu trong điều kiện 
cháy song chưa phân tích rõ ảnh hưởng của biến dạng do nhiệt độ đến ứng xử chung 
của kết cấu, ảnh hưởng của điều kiện biên, sự thay đổi nội lực trong kết cấu trong 
quá trình chịu cháy.vv... 
Chương này với mục tiêu làm rõ ứng xử của khung liên hợp thép - bê tông 
trong giai đoạn tăng nhiệt của đám cháy đã trình bày các kết quả phân tích biến 
dạng, chuyển vị, ứng suất, nội lực trong khung bằng cách mô phỏng số. Các nghiên 
cứu khảo sát tham số được tiến hành nhằm đưa ra một số quy luật về ứng xử của 
khung liên hợp thép - bê tông trong điều kiện cháy. 
Phần mềm SAFIR với mô hình vật liệu bê tông CONC-ETC như trình bày ở 
chương 2 được sử dụng. 
Khi đã biết nhiệt độ xung quanh kết cấu, việc phân tích kết cấu trong đám 
cháy được chia thành hai bước. Bước 1 gọi là phân tích nhiệt: xác định nhiệt độ 
trong kết cấu thay đổi theo thời gian cháy. Bước 2 gọi là bước phân tích kết cấu: 
tính ứng suất, biến dạng trong kết cấu tại từng bước thời gian cháy có cập nhật tính 
chất cơ lý của vật liệu thay đổi theo nhiệt độ. 
75 
Trong bước phân tích nhiệt, kết cấu có thể được chia thành các phần tử khối 
hoặc phần tử phẳng như Hình 3. 1. Nghiên cứu này giả thiết nhiệt độ không thay đổi 
theo chiều dài dầm và cột, nên chỉ tính nhiệt độ trên tiết diện ngang của dầm và cột. 
Mỗi tiết diện ngang được chia thành nhiều phần tử 3 hoặc 4 nút và tính nhiệt độ tại 
mỗi nút (Hình 3. 2). Nhiệt độ xung quanh cấu kiện là dữ liệu đầu vào, có thể lấy 
theo đường bất kỳ tự chọn. Ở chương này đám cháy được mô phỏng bởi đường 
quan hệ thời gian cháy - nhiệt độ theo đường chuẩn ISO 834. Nhiệt độ tại từng 
điểm ở tiết diện được tính toán theo thời gian cháy. 
Hình 3. 1 Rời rạc hóa cấu kiện thành các phần tử trong bước phân tích nhiệt 
a) Dầm b) Cột 
Hình 3. 2 Chia mặt cắt dầm và cột thành các phần tử trong bước phân tích nhiệt 
76 
a) Dầm b) Cột 
Hình 3. 3 Nhiệt độ trong tiết diện dầm và cột 
Trong bước phân tích kết cấu, cấu kiện dầm hay cột thường được chia thành 
nhiều phần tử loại dầm (ở đây chọn 10 phần tử như Hình 3. 4, Hình 3. 5). Cột được 
mô phỏng có độ cong ban đầu, dầm được mô phỏng là thẳng. Mỗi phần tử gồm một 
bó các thớ (fibre) đặt song song với nhau, mỗi thớ có tiết diện ngang chính là phần 
tử tam giác hoặc tứ giác đã chia trong mặt cắt tiết diện ở bước phân tích nhiệt. Mỗi 
phần tử loại dầm gồm 3 nút: 2 nút đầu có 6 bậc tự do, nút giữa có 1 bậc tự do, để 
viết được phương trình biến dạng dọc trục trong phần tử là hàm bậc 2. Tại một thời 
điểm xác định, nhiệt độ tại mỗi nút của cấu kiện đã xác định ở bước trên nên quan 
hệ ứng suất- biến dạng của từng thớ (fibre) cũng xác định. Chấp nhận giả thuyết mặt 
cắt phẳng Bernoulli, biến dạng của từng thớ trên tiết diện được xác định, suy ra ứng 
suất tại từng thớ trên tiết diện. Nội lực trong cấu kiện được tính toán dựa vào ứng 
suất các thớ trên tiết diện. 
Mục kiểm chứng mô hình tính nhiệt độ bằng cách so sánh kết quả tính bằng 
phần mềm SAFIR với kết quả thí nghiệm đã được công bố ở một số nghiên cứu như 
[36], [87], [112]. 
77 
Hình 3. 4 Mô hình 
cột trong SAFIR 
Hình 3. 5 Mô hình dầm trong SAFIR 
Các phần sau đây trình bày kết quả phân tích cấu kiện dầm, cột và kết cấu 
khung phẳng trong giai đoạn tăng nhiệt của đám cháy. Các nghiên cứu ảnh hưởng 
của tham số cũng được trình bày và một số kết luận được đưa ra ở chương này. 
3.2 Sự làm việc của dầm liên hợp thép - bê tông trong điều kiện cháy 
3.2.1 Ảnh hưởng của biến dạng do nhiệt 
Như đã phân tích ở chương 2, biến dạng do nhiệt độ đóng góp đáng kể vào biến 
dạng tổng của cấu kiện. Khảo sát dầm thép tiết diện I330 đỡ bản sàn bê tông dày 
100m, được tính ứng suất - biến dạng khi không có tải trọng mà chỉ chịu cháy như ở 
Hình 3. 6. Tại thời điểm 6000 giây chuyển vị của dầm như ở Hình 3. 7. 
78 
Hình 3. 6. Mô hình dầm đơn giản tiết diện thép I330 đỡ bản sàn bê tông dày 
100mm 
Dầm đơn giản nhịp 6m tiết diện liên hợp như Hình 3. 6 không chịu tải trọng, 
không có hạn chế chuyển vị dọc trục nên nội lực trong dầm bằng 0, nhưng có ứng 
suất trong dầm do có biến dạng nhiệt không đều nhau trên toàn tiết diện (Hình 3. 8 
và Hình 3. 9). 
Hình 3. 7 Chuyển vị của dầm đơn giản không tải trọng ở thời điểm 6000s (100 
phút) 
Ch¸y
F0
F0 F0
X
Y
Z
 5.0 E-02 m
Diamond 2012.a.0 for SAFIR
FILE: Beam0q
NODES: 21
BEAMS: 10
TRUSSES: 0
SHELLS: 0
SOILS: 0
SOLIDS: 0
NODES PLOT
IMPOSED DOF PLOT
DISTRIBUTED LOADS PLOT
DISPLACEMENT PLOT ( x 10)
TIME: 6000 sec
79 
Hình 3. 8 Ứng suất trong dầm ở thời điểm 1 giây (ngay khi bắt đầu chịu cháy) 
(Ứng suất trong tiết diện gần như bằng 0) 
Hình 3. 9 Ứng suất trong dầm ở thời điểm 3000 giây (50 phút) 
(Bản sàn bê tông không có ứng suất, cánh trên dầm thép có ứng suất kéo, bụng dầm 
có ứng suất nén, cánh dưới dầm có ứng suất kéo) 
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.00
0.00
0.00
0.00
X
Y
Z
Diamond 2012.a.0 for SAFIR
GEOM PROP: 1
FILE: beamsection
NODES: 404
SOLIDS: 306
FIBERS: 306
NODES PLOT
SOLIDS PLOT
CONTOUR PLOT
FIBER STRESSES PLOT
Beam 6 Point 1
TIME: 1 sec
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.00
0.00
0.00
0.00
77.17
54.29
31.41
8.52
-14.36
-37.24
-60.13
-83.01
-105.89
X
Y
Z
Diamond 2012.a.0 for SAFIR
GEOM PROP: 1
FILE: beamsection
NODES: 404
SOLIDS: 306
FIBERS: 306
NODES PLOT
SOLIDS PLOT
FIBER STRESSES PLOT
Beam 6 Point 1
TIME: 3000 sec
77.17
54.29
31.41
8.52
-14.36
-37.24
-60.13
-83.01
-105.89
80 
Ứng suất trong dầm ở giai đoạn tăng nhiệt như sau: bê tông phía trên chịu 
kéo và sau một khoảng thời gian rất ngắn thì bị nứt nên ứng suất bằng không. Bụng 
dầm và cánh dưới có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ tại cánh trên nên giãn nở nhiều hơn 
và gây ứng suất kéo ở cánh trên, tiết diện bụng dầm sát cánh trên bị hạn chế giãn nở 
do cùng biến dạng với cánh trên nên chịu ứng suất nén lớn nhất, các tiết diện cánh 
dưới có ứng suất nén ít hơn do ít bị hạn chế giãn nở, thậm chí trở thành vùng bị kéo 
để thỏa mãn giả thuyết mặt cắt phẳng Bernoulli (Hình 3. 10). 
Hình 3. 10 Biến dạng tại mặt cắt dầm khi có biến dạng do nhiệt 
Với mô hình dầm xét ở trên, nhưng thay gối khớp di động bằng một gối đàn 
hồi hạn chế chuyển vị dọc trục như Hình 3. 11, úng suất- biến dạng của dầm được 
tính toán khi không có tải trọng ngoài mà chỉ chịu cháy. 
Hình 3. 11 Mô hình dầm có gối đàn hồi 
BiÕn d¹ng tù do BiÕn d¹ng do nhiÖt
 do nhiÖt tu©n theo Bernoulli
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2423
F0
F0 F0 F0
F0
DÇm
T¶i träng = 0
81 
Hình 3. 12 Chuyển vị trong dầm ở thời điểm 3000 giây (50 phút) 
Hình 3. 13 Ứng suất trong dầm ở thời điểm 3000 giây (50 phút) 
(Bản sàn bê tông không có ứng suất, cánh trên dầm thép có ứng suất kéo, cánh dưới 
dầm có ứng suất nén) 
F0
F0 F0
F0
X
Y
Z
 5.0 E-01 m
Diamond 2012.a.0 for SAFIR
FILE: Beam0q
NODES: 22
BEAMS: 10
TRUSSES: 1
SHELLS: 0
SOILS: 0
SOLIDS: 0
NODES PLOT
BEAMS PLOT
TRUSSES PLOT
IMPOSED DOF PLOT
DISPLACEMENT PLOT ( x 2)
Structure Not Displaced selected
TIME: 3000 sec
Beam Element
Truss Element
81.86
3.45
-74.96
-153.37
-231.78
-310.18
-388.59
-467.00
-545.41
X
Y
Z
Diamond 2012.a.0 for SAFIR
GEOM PROP: 1
FILE: beamsection
NODES: 404
SOLIDS: 306
FIBERS: 306
NODES PLOT
SOLIDS PLOT
CONTOUR PLOT
FIBER STRESSES PLOT
Beam 6 Point 1
TIME: 3000 sec
81.86
3.45
-74.96
-153.37
-231.78
-310.18
-388.59
-467.00
-545.41
82 
Hình 3. 14 Mô men trong dầm ở thời điểm 3000 giây (50 phút) 
Hình 3. 15 Biến thiên của mô men tại giữa dầm trong quá trình chịu cháy 
Nhận xét: Với dầm có hạn chế chuyển vị dọc trục, biến dạng nhiệt gây ra 
nội lực trong dầm mặc dù không có tải trọng. Nội lực trong dầm luôn thay đổi và có 
thể đổi dấu trong quá trình chịu cháy. Điều này dẫn đến ứng xử của các dầm cùng 
tiết diện tính toán và cùng mô men tác dụng nhưng điều kiện biên khác nhau thì rất 
khác nhau. 
F0
F0 F0
F0
X
Y
Z
 5.0 E+05 Nm
Diamond 2012.a.0 for SAFIR
FILE: Beam0q
NODES: 22
BEAMS: 10
TRUSSES: 1
SHELLS: 0
SOILS: 0
SOLIDS: 0
NODES PLOT
BEAMS PLOT
TRUSSES PLOT
IMPOSED DOF PLOT
Structure Not Displaced selected
BENDING MOMENT PLOT
TIME: 3000 sec
83 
3.2.2 Ảnh hưởng của điều kiện biên 
a) Sơ đồ dầm b) Mặt cắt ngang 
dầm 
 Hình 3. 16 Mô hình dầm 
Thay đổi điều kiện biên của dầm: ngàm - ngàm (fix-fix), ngàm - ngàm trượt (fix- 
slide), khớp cố định - khớp di động (pin-roller), ngàm - khớp di động (fix-roller)... 
song cũng thay đổi tải trọng sao cho tải trọng tác dụng trong điều kiện cháy bằng 
0.5qmax (qmax là tải trọng giới hạn ở điều kiện thường). Một trường hợp một đầu 
khớp cố định, một đầu khớp đàn hồi cũng được khảo sát với giá trị hệ số đàn hồi 
theo phương dọc trục k= 50kN/mm nằm trung gian trong giá trị gối cố định (k=∞) 
và gối di động (k=0). Giới hạn chịu lửa của dầm tính bằng phần mềm SAFIR thể 
hiện ở Bảng 3. 1. 
 Bảng 3. 1 Giới hạn chịu lửa của dầm một nhịp với các điều kiện biên khác nhau 
Như vậy, với các dầm không bị hạn chế chuyển vị ngang (các trường hợp 
pin-roller, fix-slide, fix-roller) thì giới hạn chịu lửa như nhau. Với các dầm có hạn 
chế chuyển vị ngang thì điều kiện liên kết ảnh hưởng đáng kể tới giá trị giới hạn 
chịu lửa của dầm. Điều này có thể giải thích là với các dầm có hạn chế chuyển vị 
ngang, lực dọc trong dầm rất lớn và thay đổi trong quá trình chịu cháy (vì có biến 
dạng do nhiệt) nên ứng suất và biến dạng trong dầm phụ thuộc nhiều vào cả thành 
phần lực dọc. Từ Hình 3. 17 đến Hình 3. 19 chỉ ra sự thay đổi lực dọc, mô men 
trong dầm trong quá trình chịu cháy mặc dù tải trọng không đổi. 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2423
F0
F0 F0 F0
F0
DÇm
T¶i träng
Lß xo
Điều kiện biên pin-roller pin-pin fix-fix fix-slide fix-roller pin-spring
Khả năng chịu cháy (phút) 127 75 96 127 127 114
84 
Hình 3. 17 Sự thay đổi lực dọc giữa dầm của dầm 2 gối khớp cố định (pin-pin) 
Hình 3. 18 Sự thay đổi mô men giữa dầm của dầm 2 gối khớp cố định (pin-pin)
Hình 3. 19 Sự thay đổi lực dọc theo thời gian cháy của dầm một gối khớp cố định 
một đầu gối đàn hồi (pin-spring) 
85 
3.2.3 Ảnh hưởng của tỉ số tải trọng sử dụng 
Khái niệm "tỉ số tải trọng sử dụng" là tỉ số giữa tải trọng tác dụng lên cấu kiện trong 
điều kiện cháy và tải trọng giới hạn cấu kiện chịu được ở điều kiện nhiệt độ thường, 
gọi là "load ratio" = max
/fiN N trong đó fi
N
 là tải trọng tác dụng lên cấu kiện trong 
điều kiện cháy, maxN là tải trọng giới hạn kết cấu chịu được ở điều kiện nhiệt độ 
thường. 
Cho một dầm đơn nhịp 6m, tiết diện như Hình 3. 20 tiếp xúc lửa ở 3 cạnh. 
Mô hình này lấy giống mô hình trong nghiên cứu [50] để có số liệu so sánh. Cốt 
thép trong dầm là 6 20 có giới hạn chảy fy = 400 MPa, bê tông có cường độ chịu 
nén fc=30 MPa. Khả năng chịu lực của dầm khi chịu tải trọng phân bố đều là 
qmax=33700 N/m. Trong điều kiện cháy dầm chịu tải trọng nhỏ hơn ở điều kiện 
thường nên bài toán này khảo sát dầm chịu một tải trọng từ 0.2 qmax đến 0.7 qmax. 
Hình 3. 20 Mô hình dầm đơn giản 
Dùng phần mềm SAFIR để phân tích ứng suất, biến dạng của dầm và tính 
giới hạn chịu lửa của dầm. Các kết quả thể hiện ở Hình 3. 21 và Hình 3. 22. Tại 
trạng thái giới hạn, vùng bê tông chịu nén (phía trên) bị thu hẹp lại, ứng suất trong 3 
thanh thép ở vùng nén khác nhau nhiều (thanh giữa ứng suất -38.58MPa trong khi 2 
thanh bên ứng suất -21.92 MPa). Tương tự, đối với 3 thanh thép vùng kéo, thanh 
giữa nhiệt độ nhỏ hơn nên cường độ cao hơn và đạt ứng suất 311.74MPa ở TTGH, 
trong khi 2 thanh bên nhiệt độ cao hơn nên cường độ nhỏ hơn và đạt ứng suất 
124.72 MPa. Như vậy, sự phân bố ứng suất biến dạng trong dầm rất phức tạp, có thể 
không theo logic của kết cấu ở nhiệt độ thường vì ảnh hưởng của biến dạng do 
Ch¸y
6 20®ai
10
f = 30 MPac
f = 400 MPayqmax
86 
nhiệt. Khi nhiệt độ cao sẽ làm giảm cường độ và mô đun biến dạng của vật liệu. Kết 
quả tính giới hạn chịu lửa của cấu kiện khi thay đổi tỉ số tải trọng sử dụng cho trong 
Bảng 3. 2. Kết quả cho thấy, tỉ số tải trọng cao thì giới hạn chịu lửa giảm rõ rệt. 
Hình 3. 21 Biến dạng của dầm chịu tải 0.5qmax ở trạng thái giới hạn (TTGH) 
Hình 3. 22 Ứng suất (N/mm2) tại mặt cắt ngang giữa dầm chịu tải 0.5qmax tại TTGH 
F0
F0 F0
X
Y
Z
 5.0 E-01 m
Diamond 2012.a.0 for SAFIR
FILE: Beam05q
NODES: 21
BEAMS: 1 0
TRUSSES: 0
SHELLS: 0
SOILS: 0
SOLIDS: 0
NODES PLOT
BEAMS PLOT
SOLID PLOT
IMPOSED DOF PLOT
DISPLACEMENT PLOT ( x 1)
Structure Not Displaced selected
TIME: 7560 sec
Beam Element
Solid Element
314.47
262.71
210.96
159.20
107.44
55.68
3.93
-47.83
-99.59
X
Y
Z
Diamond 2012.a.0 for SAFIR
GEOM PROP: 1
FILE: d30x50-6d
NODES: 400
SOLIDS: 360
FIBERS: 360
SOLIDS PLOT
FRONTIERS PLOT
CONTOUR PLOT
FIBER STRESSES PLOT
Beam 6 Point 1
TIME: 7440 sec
314.47
262.71
210.96
159.20
107.44
55.68
3.93
-47.83
-99.59
87 
Bảng 3. 2. Giới hạn chịu lửa của dầm đơn giản với các tải trọng khác nhau 
Tải trọng 0.2qmax 0.3qmax 0.4qmax 0.5qmax 0.6qmax 0.7qmax 
Giới hạn 
chịu lửa 
(phút) 
211 159 142 127 114 101 
3.3 Sự làm việc của cột liên hợp thép - bê tông trong điều kiện cháy 
Cấu kiện cột được mô phỏng bằng các phần tử loại dầm như mô phỏng dầm, song 
nội lực trong cột chủ yếu là lực dọc và mô men uốn. Trong dầm mô men là chủ yếu, 
nên ứng xử của dầm và cột khác nhau. 
Các mục 3.3.1 đến 3.3.3 trình bày kết quả phân tích cột liên hợp thép - bê 
tông có tiết diện như Hình 3. 23. Cột gồm hộp thép vuông S350x8 bọc bê tông và 
thép hình HEB260. Vật liệu thép và bê tông lấy theo tiêu chuẩn châu Âu: thép có 
giới hạn chảy fsy = 355 MPa, bê tông có cường độ chịu nén fc=30 MPa. Cột cao 
3m, liên kết là một đầu khớp cố định, một đầu khớp di động. Cột được chia làm 
nhiều phần tử để phân tích có kể đến sơ đồ biến dạng hình học (hiệu ứng bậc 2). Cột 
được mô phỏng có độ cong ban đầu để kể đến hệ số uốn dọc. Ở Hình 3. 23, tiết diện 
cột là hộp thép vuông, thép I bên trong và nhồi bê tông. Hình vẽ chỉ hiện 1/4 tiết 
diện cột do dùng lệnh đối xứng. Việc phân tích kết cấu được thực hiện cho toàn tiết 
diện cột. 
Hình 3. 23 Mô phỏng cột 
X
Y
Z
Diamond 2012.a.0 for SAFIR
FILE: PROFILE14-R112
NODES: 395
ELEMENTS: 363
NODES PLOT
SOLIDS PLOT
CONTOUR PLOT
STEELEC3
STEELEC2
SILCONC_EN
USER1
88 
3.3.1 Ứng suất - biến dạng của cột khi không chịu tải trọng 
Khảo sát một cột có cấu tạo như Hình 3. 23 có 4 mặt tiếp xúc lửa. Cột có giãn nở do 
nhiệt và có chuyển vị đứng ở đầu cột (nút 21) như ở Hình 3. 24. 
Hình 3. 24 Chuyển vị đầu cột không chịu tải khi nhiệt độ tăng cao 
Mặc dù trong cột không có nội lực nhưng do sự giãn nở về nhiệt khác nhau 
nên trong các vị trí của tiết diện vẫn có ứng suất lớn trong cột (Hình 3. 25). Phần 
hộp thép bên ngoài tiếp xúc với lửa nên nhiệt độ cao nhất, dẫn đến giãn nở vì nhiệt 
lớn nhất, song sự biến dạng này bị hạn chế bởi bê tông bên trong nên phần hộp thép 
ngoài có ứng suất nén. Phần thép hình bên trong thì ngược lại, chịu ứng suất kéo vì 
nhiệt độ thấp không có giãn nở về nhiệt nhưng bị kéo lên do biến dạng giãn dài của 
ống thép bên ngoài. Phần bê tông bên trong chịu kéo nên đã nứt, có ứng suất bằng 
0. Phần bê tông gần bên ngoài thì có điểm chịu nén, điểm chịu kéo tùy thuộc vào độ 
giãn tự do bởi nhiệt lớn hơn hay nhỏ hơn độ giãn của các phần tử bên cạnh. Như 
vậy, dù chưa chịu tải trọng thì ứng suất trong cấu kiện liên hợp thép - bê tông khi 
chịu nhiệt độ tăng cao cũng rất phức tạp, phụ thuộc vào vị trí, diện tích phần thép và 
diện tích phần bê tông, rất khó dự đoán. 
89 
Hình 3. 25 Ứng suất (N/mm2) trong tiết diện cột ở thời điểm 6600s khi chịu cháy 
3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của số bề mặt tiếp xúc lửa 
Cột được khảo sát nội lực khi không chịu tải trọng nhưng chịu cháy với các trường 
hợp: cả 4 mặt tiếp xúc lửa, 3 mặt tiếp xúc lửa và 1 mặt tiếp xúc lửa như Hình 3. 26 
a) Bốn mặt tiếp xúc lửa b) Ba mặt tiếp xúc lửa c) Một mặt tiếp xúc lửa 
Hình 3. 26 Tiết diện cột với các trường hợp bề mặt tiếp xúc lửa 
90 
a) Bốn mặt tiếp xúc lửa b) Ba mặt tiếp xúc lửa c) Một mặt tiếp xúc lửa 
Hình 3. 27 Nhiệt độ trong tiết diện cột với các trường hợp bề mặt tiếp xúc lửa tại 
một thời điểm cháy (3600s) 
Hình