Giáo trình Thử nghiệm cầu bê tông và cầu thép (Nghề Thí nghiệm và kiểm tra chất lượng cầu đường bộ - Trình độ cao đẳng): Phần 2 gồm có các bài sau: Bài 5: xác định độ võng, độ vồng của dầm và dàn khi thử với tải trọng động; bài 6: xác định độ lún của mố, trụ và gối khi thử với tải trọng động; bài 7: xác định ứng suất lớn nhất ở các mặt cắt cần kiểm tra khi thử với tải trọng động; bài 8: xác định biên độ và tần số dao động tự do khi thử với tải trọng động; bài 9: xác định biến dạng đàn hồi và biến dạng dư khi thử với tải trọng động. Mời các bạn cùng tham khảo.
Trang 1BAI 5:XAC DINH DO VONG, BO VONG CUA DAM VA DAN KHI THU VỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG
1 Bố trí xe thử tải -
~ Theo trình tự cân thử tải tĩnh với nhiêu xe tải trước, sau đó giải phóng các xe đó đi chỉ giữ lại 2 xe để thử tải động Nếu thấy cầu yêu cầu yếu quá trong lúc thử tải tĩnh thì không thử tải động nữa
- Trên cầu ôtô, dù nhiều làn xe , dù nhiều làn xe, được phép chỉ cần sử dụng một làn xe chính giữa cầu để thử tải động
- Tốc độ xe thử động thường bắt đầu từ 5km/h và tăng dần từng cấp tuỳ theo đồ
án thiết kế quy định Nói chung hệ số xung kích sẽ lớn nhất ứng với tốc độ xe từ 25-35 km/h do đó cần cho xe thử ở tốc độ đó
- Dé thử đo xung kích có thé đặt 1 tắm ván dày 5 cm trên mặt cầu tại đúng mặt cắt có đặt máy đo (ví dụ giữa nhịp), khi xe ôtô chạy nhanh quá sẽ gây xung kích
lớn
- Cần thiết cho xe thử chạy nhanh và hăm phanh đột ngột để tạo ra chuyển vi dọc lớn của đỉnh mồ trụ gối trên nhịp đang xét
- Thông tin liên lạc giữa người chỉ huy đo đạc và lái xe cần thống nhất hiệu lệnh và nên có máy điện thoại vô tuyến Cần đặc biệt chú ý khi thử tải động, mặt cầu phải hoàn toàn trống vắng
- Ở nước ngoài có những máy chắn động đặt trên xe chuyên dụng dé gay ra chan động lúc thử nghiệm công trình Tại viện KHCN GTVT có một xe như vậy do nước Nga chế tạo
- Mục đích của thử động là để xác định các đặc trưng động học của kết cầu nhịp,
cụ thê là xác định tân số dao động riêng, tân sô và biên độ cực đại của dao động
cưỡng bức, hệ số xung kích và hệ số tắt của dao động Những thông số đó sẽ
cho phép định ra một chêt độ khai thác hợp lý nhât đôi với công trình
Tải trọng trong thử động có thê là tải trọng di động hoặc tải trọng xung Thử tải trọng xung cho phép xác định một cách hiệu quả tần số dao động riêng của cầu và hệ số tắt dao động Tải trọng xung có thể tác dụng theo phương thẳng đứng hoặc theo phương nằm ngang
Trang 2- Tất cá các kết cầu nhịp thường đều thử với tải trọng xung theo phương thẳng đứng
- Tải trọng xung theo phương nằm ngang chỉ thử đối với những cầu có độ cứng nằm ngang tương đối yếu
- Để tạo tải trọng xung thẳng đứng thường dùng cách thả rơi những khối nặng
300 — 1000 kg từ độ cao 0,3 — 0,5 m lên một đệm cát Đệm cát có tác dụng bảo vệ mặt cầu khỏi bị hư hại và cũng để tránh cho vật rơi không nay lên Dao động
do tác động của tải trọng xung được ghi bằng máy ghi độ võng đặt gần vị trí tác
động Máy ghi được bật làm việc vài giây trước khi thả vật rơi và sẽ tắt sau khi dao động không còn nữa
- Tai trong xung trong phương nằm ngang có thể tạo ra bằng kích có kèm bộ gá gây lực xung, tất cá đặt trên hệ đà giáo thiết lập dưới gầm cầu (hình 35) Đỉnh của đà giáo được neo chẳng chắc chắn bằng các sợi dây cáp Bộ gá lắp gây lực xung có lỗ để tra bu lông chốt Khi kích đạp lên kết cấu nhịp đạt tới một lực nhất định thì bulông chốt bị cắn đứt, làm cho kết cầu nhịp dao động trong phương ngang - Thử động bằng tải trọng di động cho phép xác định tần số và biên độ của dao 3 fad esd động cưỡng bức của kết cấu nhịp và hệ số xung kích
Hình 5-1: Sơ đồ hệ thống tạo tải trọng xung trong phương nằm ngang - Bất kỳ tải trọng di động nào qua cầu cũng gây ra tác dụng động Mã hiệu ứng phụ thuộc các đặc trưng động của chính tải trọng và tương quan giữa dao động do tải trọng đó gây ra với dao động riêng của kết cấu nhịp
Trang 3- Các đặc trưng động học khi thử động được ghi lại bởi các thiết bị và dụng cụ đo thường lắp đặt ở những điểm có độ võng lớn nhất Dé thuận tiện cho việc nghiên cứu các biểu đồ ghi được do thử động, nhất thiết phải ghi rõ tỉ lệ khuếch
đại biến dạng, số hiệu lần tải trọng chạy vào cầu, hướng và tốc độ chuyển động
của tải trọng Cố gắng ghi được được cả trên biểu đồ đo ghi thời điểm tai trọng vào cầu và ra khỏi cầu cũng như khi đi qua những điểm đặc trưng nhất (chẳng hạn như gối hoặc khớp)
2 Nguyên lý đo dộ võng
- Để đo độ võng của kết cấu nhịp cần đo chênh lệch cao độ ở thời điểm chưa có tải C và thời điểm có tải C° Chênh lệch cao độ (CC’) la chuyén vị đứng của
điểm C
- Nếu dầm có gối cứng thì CC' chính là độ võng của điểm C
- Nếu dầm đàn hồi ( Hình 2_17b) độ võng của điểm C(C°°C') được tính bằng hiệu số giữa chuyển vị đứng đo được(CC') và chuyển vị đứng của điểm C do chuyển vị gối sinh ra khi xem như dầm là tuyệt đối cứng Như vậy nếu dầm có
gối đàn hồi, để đo độ võng ở một mặt cắt nào đó cần phải lắp dụng cụ đo ở mặt
cắt đo và cả ở các gối mà chuyền vị của nó ảnh hưởng đến chuyền vị của mặt cắt đo
Hình 5-2: 3 Thiết bị đo
- Sự thay đổi của các thông số kỹ thuật do tải trọng động diễn ra rất nhanh, cho nên các dụng cụ quan trắc phải là các máy móc đặc biệt tự ghi Những dụng cụ
quan trắc làm việc có thể dựa trên nguyên tắc cơ khí hoặc điện Dụng cụ điện sử
dụng trong trường hợp đo động tốt hơn, vì các máy móc cơ khí ít nhiều có quán
tính tương đối lớn hơn do đó khó có thể ghi được chính xác những đại lượng
biến đổi nhanh Một khi dụng cụ quan trắc khi thử tải động hay được dùng là máy tự ghi vạn năng Gâyghe (hình 5-3)
Trang 4
Hình 5-4: Sơ đồ máy Gâyghe đo độ võng
- Bộ cảm nhận độ võng như trên hình 5-4a Bộ phận ghi nối với tay khuỷu 4 có
Trang 5đầu buộc vào điểm đo võng của kết cấu, đầu kia nối qua lò xo mềm 7 vào một
điểm cố định Lò xo 7 bảo đảm cho dây 6 luôn luôn căng đề độ võng động được truyền chính xác sang bộ phận cảm nhận của máy đo Toàn bộ sơ đồ lắp đặt máy đo ghi thể hiện trên hình 38b Tùy theo sự thay đổi khoảng cách của tay khuỷu
cũng như của bút ghi mà độ võng có thể khuếch đại từ 1,5 đến 240 lần
4 Bồ trí điểm đo
- Để bố trí diém đo mặt cắt đo và điểm đo có thể tham khảo các quy định trong quy trình Thử nghiệm cầu Điều 3.11 quy định “ Thông thuờng nên bố trí điểm do tại các mặt cắt có độ võng lớn nhất, tại các vị trí bị suy giảm hay tiết diện thay đổi đột ngột Số lượng điểm đo nhiều hay ít tùy thuộc vào khẩu độ cầu, nếu
phải xây dựng biểu đồ độ võng công trình thì phải đo nhiều điểm dọc theo tim
cầu
- Để cho việc chuẩn bị đà giáo đơn giản và tiết kiệm nhân lực, trong điều kiện cho phép có thẻ bố trí điểm đo độ võng gần điểm đo ứng suất ”
- Cũng trong quy trình này điều 3.12 quy định” Trong trường hợp nhịp giản đơn mà không thể bồ trí thiết bị đo tại điểm giữa nhịp được thì có thể bố trí điểm đo tại tiết diện lân cận rồi sau đó tính ra độ võng tại giữa nhịp
Trang 6
Hình 5-5: Mặt cắt bố trí điểm đo độ võng của cầu dầm ( nếu gối dàn hồi thì
phải đo cả ở hai mặt cắt gối)
Trang 7Hình 5-7: Bồ trí điểm đo độ võng trong cầu dàn - Theo chiều ngang cầu đo ở tất cả các dàn chủ ( hình 5-8)
Hình 5-8: Bồ trí điểm đo độ võng trên mặt cắt ngang cầu dàn c) Dàn chạy dưới
đ) Dàn chạy trên 5 Đánh giá kết quả đo
- Kết quả đo được trong thử tải động là những biểu đồ do các thiết bị, dụng cụ ghỉ lại, cho nên cần phải có sự nghiên cứu, phân tích và đánh giá các kết quả đó để có thể rút ra những kết luận về tình trạng ký thuật của công trình
- Trên hình 5-9c và d là biểu đồ đo võng động của một kết cấu nhịp ghi được khi có một đoàn quân đội qua cầu, tương ứng với các tần số khác nhau của nhịp
bước Với tần số nhịp bước là 120 trong một phút thì dao động là đơn điệu, khi
tần số nhịp bước là 60 trong một phút thì dao động song điện có biên độ nhỏ hơn
và chu kỳ lớn hơn
- Biểu đồ độ võng trên hình 5-9c cho thấy là chu kỳ dao động riêng của kết cấu
nhịp (T=0,5sec) trùng với chu kỳ dao động cưỡng bức, do đó biên độ dao động lớn Còn trên hình 41d thé hiện rd dao động có chu kỳ 0,5sec lồng vào dao động tần số cơ bản (chu kỳ T=0,97sec) Hình 5-9e trình bày sự phân tách của đao
động I thành 2 dao động II và III
- Hình 5-9g là biểu đồ độ võng của kết cấu nhịp khi hoạt tải chạy qua một bậc cao 6cm đặt tại giữa nhịp Hình 41h là biểu đồ dao động ngang ghi đồng thời
Trang 8Sau khi tải trọng lăn qua bậc kê thi dao động tắt dần rồi tiếp đó lại nổi lên và sau mới tắt đi Hiện tượng này là do các tần số dao động riêng và dao động cưỡng bức gần xấp xỉ nhau
Trang 9BAI 6: XAC DINH DO LUN CUA MO, TRU VA GOI KHI THU VOI TAI TRONG DONG
1 Giới thiệu chung
1.1 Mô câu oo „
- Như chúng ta đã biêt mô câu được xây dựng ở vị trí tiệp giáp giữa đường
và cầu, ngoài nhiệm vụ kê đỡ kết cầu nhịp nó còn có vai trò của một tường
chắn đảm bảo ổn định cho nền đường đầu cầu Do đó ngoài các phản lực truyền
từ kết cấu nhịp, mồ còn chịu tác dụng của áp lực đất Là kết cấu nối tiếp giữa
đường và cầu nên mồ phải được cấu tạo sao cho:
+ Không xảy ra hiện tượng thay đổi độ cứng của tuyến đường một cách đột ngột,
+ Đảm bảo xe chạy êm thuận khi qua cau,
+ Đất đấp có tác dụng hướng dòng chảy đượcêm thuận, tránh xói lở bờ sơng
- Ngồi ra mé cầu phải đảm bảo:
+ Chịu được các tải trọng ngang từ áp lực đất dap sau mé, tai trong ban thân, hoạt tải chất
thêm cũng như các tải trọng khác từ kết cấu phần trên truyền xuống bệ mó và lên móng
+ Ôn định cho kết cấu phần trên làm việc, cho phép kết cấu phần trên biến dạng một cách thích hợp dưới tác động của các tải trọng khai thác
+ Đảm bảo êm thuận chuyển động của xe khi xe di chuyển từ phần đường
lên cầu và ngược lại
+ Mố cầu trực tiếp chịu các tô hợp tại trọng từ kết cấu phần trên xuống kết cấu móng Công tác thiết kế móng sẽ bắt đầu từ bước khảo sát địa chất để xác định các tính chất địa vật lý của đất nền Nhưng từ thực tế cho thấy, có rất nhiều sai sót trong quá trình khảo sát tới thiết kế và thi công mé cau, dan đến nhiều hư hai hay sự cố trong quá trình khai thác (Rymar S.) Các loại tải
trọng và cơ cấu làm việc của mố cầu được thể hiện trong hình 1.1
Trang 10VL Vertical Loads at the_ Live load approach Bearing: DL “= DL and LL i L]ỊJ]T1III1TJ” Hy Horizontal Loads: pr Le 2» LTLLL TH ”? =p BR (braking) CR+SH+TU Vy a CI 'onerete CR (creep) ——— n = Apoeh Ì SH (shrinkage) - slab | TU (temperature) rT Hp 05H" Yt, Passive pressure 15 ignored
Hình 1.1 So đồ tải trọng tác động lên mồ cầu (TCVN 272-05) 1.2 Các chuyển vị của mồ cầu
[TTITTITITTHITTITIT
- Trong phân tích hình học của mố cầu các loại chuyển vị của mồ cầu có thể
chia làm hai loại: sự dịch chuyển va xoay Đối với các kết cấu không gian
3 chiều như mồ cầu thì có 3 dạng dịch chuyển và 3 dạng xoay (Ba2yñski J et all,
1999):
+ Chuyển vị thẳng đứng đều do lún đều của bệ mó
+ Chuyén vj thắng đứng không đều do lún không đều của bệ mồ theo phương
ngang cầu
+ Chuyến vị thắng đứng không đều do lún không đều của bệ mồ theo phương
đọc cầu
+ Chuyến vị ngang của mồ theo phương dọc cầu + Chuyển vị ngang của mố theo phương ngang cầu
+ Chuyền vị đứng không đều kết hợp chuyển vị ngang không đều theo phương
đọc cầu
+ Chuyến vị đứng không đều kết hợp chuyển vị ngang không đều theo phương
ngang cầu
- Theo cơ cấu làm việc của mố cầu thì ta có thể phân ra các loại chuyển vị cơ bản như sau, bao gôm (Lyszkowicz A):
Trang 11Hình 1.2 Chuyển vị góc của mố cầu tạo bởi tổng hợp các chuyển vị Loại chuyển vị Nguyên nhân dẫn đến chuyển vị Chuyển vị theo phương thắng đứng (lún đều)
do bệ mồ lún và dẫn đến thay đổi cao độ trắc dọc của cầu, tạo nên các gờ khi xe lên cầu
Chuyển vị góc theo hai phương - sang bên cạnh và đổ về phía
trước mô
do lún không đều của bệ mó, dẫn đến thay đổi cao độ của trắc dọc và làm thay đổi điều kiện làm việc của gối trên mố
(hình 1.3)
Chuyển vị dọc theo phương dọc của cầu
song song với trắc dọc của cầu
do áp lực của đất đắp sau mồ tác động lên tường thân mồ,
dẫn đến thay đổi cao độ của trắc dọc cầu, tạo nên gờ ở khu vực khe co dãn và làm khép các khe co dãn lại
Chuyển vị ngang vuông góc với trắc dọc
của câu
Do áp lực của phần tư tứ nón lên mỗ không đều, hay do lún không đều của mồ theo phuong ngang cua cau, din
dén thay đổi trắc dọc của cầu, và làm thay đổi vị trị của
gối cũng như điều kiện làm việc của gối cầu
Chuyển vị tổng hợp Chuyển vị của mồ tạo bởi tổ hợp các chuyển vị khác
2 Các giải pháp đo đạc chuyển vị
2.1 Do đạc lún đều của mé
- Giá trị lún trong quá trình đo đạc mồ là một trong những thông tin quan trong
nhất Có rất nhiều cách đo đạc độ lún của mồ cầu, về cơ bản thì được chia thành
cách nhóm sau (Bazynski J et all, 1999): + Phương pháp đồng hồ;
+ Phương pháp áp dụng chênh lệch áp suất; + Phương pháp quét laser
2.1.1 Phương pháp cảm biến đồng hồ
- Phương pháp này áp dụng các cảm biến đồng hồ cơ hoặc cảm biến đồng hồ
Trang 12điện tử Để áp dụng biện pháp này ta cần phải thiết lập một tấm thép mỏng bằng phẳng gần mặt đất, sau đó lắp cảm biến đồng hồ vào qua một
thanh nam châm Trên bề mặt đất cần phải thiết lập một vị trí so sánh cũng bằng một tắm thép và một đầu đo của cảm biến đồng hồ sẽ phải chạm vào tắm thép ở vị trí so sánh đó Mọi sự chuyển dịch theo phương thắng đứng của mé
cầu sẽ được thể hiện qua kim chỉ của cảm biến đồng hồ (hình 2.7)
as nh 2.7 Cam bién đồng hồ 2.1.2 Phương pháp đo áp sang chênh lệch áp suất - Phương pháp này cho phép đo lún của mô qua
hệ thống cảm biến đo áp suất kết nối với một bình chất lỏng được lắp đặt trên nền đất ổn định Cảm biến được lắp với bình chất lỏng bằng hai ống song song Sự thay đổi áp suất trong ống sẽ được cảm biến xác nhận và thể hiện
bằng sự chênh lệch cao độ giữa điểm đo đạc và điểm so sánh (hình 2.8) (Karsznia K., 2014)
Hình 2.8 Sơ đồ đo đạc lún áp dụng phương pháp chênh lệch áp suất 2.1.3 Phương pháp quét laser
- Phương pháp này dựa trên cơ sở thu thập các tín hiệu laser phản lại từ điểm phát Thiết bị sẽ thu thập cả thời gian phản lại của tín hiệu laser cũng như góc phản lại của tín hiệu để xác định khoảng cách cũng như vị trí của kết cấu trong không gian Phương pháp này có một ưu điểm rất lớn đó là độ chính xác cao, thực hành nhanh và rất hiệu quả Phương pháp quét laser rất đơn giản và tự động bằng thiết bị như hình 2.9, nhưng công tác chuẩn bị ban đầu và hiệu chỉnh kết quả sau khi quét mới mất nhiều thời gian Cũng vì lý do này mà giải pháp ít được 4p dung trong quan trac mé trụ cầu, khi mà công suất tính toán
của hệ thống máy tính hiện đại chưa đạt được tốc độ cần thiết Đây cũng là một
trong những phương pháp tốn kém nhất (Karsznia K., 2014)
Trang 13
Hinh 2.9 Thiét bi quét laser FARO 2.2 Lún không đều của mố
- Các chuyển vị của mố theo phương thẳng đứng khác nhau ở các vị dẫn đến mố bị lún không đều Điều này có thể xảy ra theo hai phương: theo phương dọc của cầu (theo hướng di chuyển của xe) hoặc theo phương ngang của cầu (vuông góc với hướng di chuyển của xe) Để gián tiếp xác định lún không đều của mố ta có thể áp dụng những phương pháp tương tự như trong xác định lún đều của mố Nhưng khi đó công tác đo đạc phải được
thực hiện ở các vị trí khác nhau, quanh bệ mố để xác định gÓc Xoay của
cả mố Ngoài ra cũng có một số biện pháp trực tiếp xác định chuyển vị góc của mồ cầu bằng hai dạng thiết bị, đó là: bằng cảm biến góc nghiêng hay các inclinometer (Godlewski T.), (Karsznia K., 2014)
2.2.1 Do dac tmg dung cảm biến góc nghiêng
- Cảm biến góc nghiêng là thiết bị dé đo góc nghiêng của kết cấu/ công trình,
phương thức đo dựa trên cơ sở lực hấp dẫn của trái đất Hiện nay trên thị
Trang 14- Inclinometer được áp dụng rất rộng rãi trong
địa kỹ thuật Phần lớn các thiết bị đo độ nghiêng (inclinometer) yêu cầu
phải đo tại chỗ bên trong công trình (in situ) bằng các thiết bị chuyên dụng Các thiết bị inclinometer có thể ứng dụng được vào trong hệ thống quan trắc liên tục của công trình cầu bằng cách đặt các thiết bị này vào trong một ống quan trắc và kết nối với thiết bị thu thập dữ liệu của hệ thống (Muszyñski Z Rybak J., 2011), (Karsznia K.,2011), (Karsznia K., 2014) (hinh 2.11)
Hình 2.11 Sơ đề hoạt động của inclinometer và cách thức đọc dữ liệu từ inclinometer
2.3 Do dac chuyén vi ngang
- Một trong những nhiệm vụ của mố cầu là kháng lại áp lực của đất dap sau mố, tránh cho đất tràn vào dầm cầu Chính vì thế mố cầu chịu áp lực
ngang của đất sau mó, áp lực của hoạt tải chất thêm sau mó Nếu như mố cầu có chuyển vị ngang lớn về phía dầm cầu sẽ làm giảm độ mở của khe co giãn, đồng thời tạo một góc xoay với trục xoay ở khe co giãn Để sớm phát hiện và có thời gian để xử lý các hiện tượng trên ta có thể áp dụng các thiết bị như: cảm biến đo độ mở của khe co giãn hay cảm biến đo áp lực của đất đắp lên kết cấu „
2.3.1 Cảm biên đo độ mở khe co giãn
- Là cảm biến được lắp ở giữa mồ và kết cấu phần trên của cầu (dầm cầu) và có khả năng đo được độ mở của khoảng cách giữa hai kết cấu này Kết quả đo
được cần phải tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ, vì dưới tác động của sự thay
đổi nhiệt độ trong ngày kết cấu phần trên của cầu cũng có sự biến dạng làm thay đổi độ mở của khe co giãn (hình 2.12) (Karsznia K., 2011)
2.3.2 Đo đạc áp lực của đất đắp lên kết cấu
- Để giám sát và đo đạc các tải trọng ngang tác động lên mồ ta có thé áp dụng một loại thiết bị chuyên dụng đo đạc áp lực của đất đắp sau mồ lên kết cấu mố Thiết bị này cần được lắp đặt trong quá trình thi công mố ở mặt sau của tường thân mố Sau khi lấp đầy đất đắp sau mố sẽ không còn khả năng tác động hay thay thế khi thiết bị có sự cố, vì vậy công tác lắp đặt và chuẩn bị cần được thực hiện hết sức chặt chẽ bởi các nhân sự chuyên nghiệp (Godlewski T), (Karsznia K., 2014)
Trang 15
QU
Hình 2.12 Thiết bị đo độ mở khe co giãn
Trang 16BÀI 7: XÁC ĐỊNH UNG SUAT LỚN NHẤT Ở CÁC MAT CAT CAN KIEM TRA KHI THỬ VỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG
1 Nguyên lý đo ứng suất
- Trong trạng thái ứng suất đường người ta đo ứng suất pháp thông qua đo biến dạng dài AI trên chiều dài | (hay còn gọi là chuẩn đo ) từ đó tính được biến dạng tương đối e = {eq \f(Al;l)} Khi đã có biến dạng tương đối e, theo định luật Hooke dễ dàng tính đựơc ứng suất pháp s = E.e, trong đó E là môđun đàn hồi của vật liệu
- Trong trạng thái ứng suất phẳng sẽ xảy ra hai trường hợp: biết phương chính 1, II và không biết phương chính
+ Khi đã biết phương chính I, II theo các phương này đo duge Al, va Ab, từ đó tính được biến dạng tương đối s¡, e; và các ứng suất chính sạ, s; theo công thức: $= To (€1 + pe) (2-1) E S2= > (& + He) 1-p Trong d6 p 1a hệ s6 Poisson, hé sé này phụ thuộc vào vật liệu, thí dụ đối với thép tu = 0,30 +0,33
+ Khi chưa biết phương chính I, II Trường hợp này cần phải đo biên dạng dài theo ba phương Ali, Al;, Al; để tính ra e¡, e;, e; Thông thường người ta đo
theo phương 09, 45” và 90, khi đó có sọ, &45, và eoọ, hoặc đo theo phương 0°, 60
và 120 khi đó có £ọ, £so, &¡zọ „ từ đó tính được các biến dạng tương đối theo phương chính I, II là e và e;: £ạ+£ 1 f= TỶ + š \(„—£z)”+(Œ¿—E„} (2-2) Ey FE eg TE ing Eia= ———” +,j( 3 ° —fo*FooF Fi ý +2&~em) 3
Khi đã có e¡ và e; tính được các ứng suất chính s; và s; theo công thức (2 - 1), đây là các ứng suất cực trị của một trạng thái ứng suất
Để xác định phương chính (phương của các ứng suất s; và s;) oc ác công thức
Trang 17tg2œ = 2€ 45 — Eo —Eo0 (2-3) 43 (0-120) tg2ơ = v3 Be 3 (Eo —E@—Eim)
Căn cứ vào các ứng suất chính cực trị, đễ dàng tính được các ứng suất tiếp
cực trị của trạng thái ứng suất này
Ti2= ca (2-4)
Trong d6 s; 18 Smax CON Sz 1 Smin
2 Cac so dé tai trong
- So đồ tải trọng là một cách xếp xe tải trên cầu đề đại lượng đo có giá trị bất lợi nhất Như vậy trong mỗi sơ đồ tải trọng cần phải xét cách xếp xe theo chiều dọc cầu và xếp xe theo chiều ngang cầu
- Điều 3.6 Quy trình thử nghiệm cầu quy định "Việc bố trí tải trọng dọc và ngang công trình, bố trí lệch tâm hay đúng tâm phải xuất phát từ điều kiện làm việc bất lợi nhất cho công trình và các bộ phận cầu cần thử nghiệm của nó và phải được quy định chặt chẽ trong đề cương thử nghiệm cầu” Cũng trong quy trình này điều 3.19 còn quy định "Thường có hai phương án xếp xe để thử theo phương ngang cầu: xếp xe chính tâm cầu và xếp xe lệnh tâm cầu Trong trường hợp nào cũng phải thử theo phương án xếp xe chính tâm cầu, còn tùy theo tầm quan trọng của kết cấu có thể thử theo cả phương án thứ hai Đối với cầu treo, cầu dây văng, cầu có hai làn xe trở lên nhất thiết phải thử theo cả hai phương án xếp xe”
- Căn cứ vào các quy định trên nhận thấy để có một sơ đồ tải trọng cần tiến hành
theo trình tự sau:
+ Vẽ đường ảnh hưởng của đại lượng cần đo, chẳng hạn để đo ứng suất pháp tại một mặt cắt nào đó cần vẽ đường ảnh hưởng mômen uốn của mặt cắt
đó, để đo ứng suất trên một thanh dàn cần vẽ đường ảnh hưởng nội lực của
thanh vv
+ Trên đường ảnh hưởng đã vẽ xếp xe ở vị trí bất lợi nhất Nếu tải trọng thử có kích thước và tải trọng xe xấp xi tải trọng tiêu chuẩn thì xếp như đoàn xe tiêu chuẩn Thông thường các xe thử không giống xe tiêu chuẩn khi đó cần điều
Trang 18chỉnh khoảng cách giữa các xe sao cho đại lượng đo do đoàn xe thử sinh ra xấp
xi bang dai lượng đo do đoàn xe tiêu chuẩn sinh ra
- Chú ý là với dầm giản đơn, tải trọng thử là tải trọng tập trung tại các trục xe khi đó mặt cắt có mômen uốn lớn nhất không phải là mặt cắt giữa nhịp mà là mặt cắt dưới một tải trọng tập trung nào đó đặt đối xứng với điểm đặt của các hợp lực qua điểm giữa nhịp Ở mặt cắt này mômen uốn do hoạt tải sinh ra lớn nhất nhưng mômen uốn do tĩnh tải sinh ra lại nhỏ hơn mặt cắt giữa nên người ta
thường đo ứng suất pháp tại mặt cắt giữa để cùng với mặt cắt đo độ võng - Sau khi đã xếp xe ở vị trí bất lợi nhất trên đường ảnh hưởng tính được số xe theo chiều dọc cầu, đem số xe này nhân với số làn xe được số xe cần thiết cho một sơ đồ tải trọng
+ Theo chiều ngang cầu nhất thiết phải xếp xe đúng tâm, sau đó xếp một sơ đồ
lệch tâm về thượng lưu hoặc hạ lưu hoặc lệch tâm cả thượng lưu và hạ lưu + Trên hình 2 - 1 giới thiệu sơ đồ đặt tải để đo ứng suất pháp trên các mặt cắt E (mặt cắt có mômen tuyệt đối lớn nhất) và mặt cắt C ở giữa nhịp khi tải trọng thử là đoàn xe tiêu chuẩn H - 10 với khẩu độ tính toán của nhịp giản đơn I = 18m + Trên hình 2 - 2 giới thiệu sơ đồ tải trọng để đo ứng suất các thanh X; và D; khi tải trọng thử là đoàn tầu theo TCVN
Hình 7-1: Sơ đồ tải trọng (theo chiều dọc cầu) để đo ứng suất pháp ở mặt cắt có mômen tuyệt đối lớn nhất E (hình a) và mặt cắt giữa nhịp C (hình b)
Trang 19Hình 7-2: Sơ dé tai trong dé do img suat thanh X> va Dj f Sơ đồ dan;
ø Đường ảnh hưởng thanh X›;
h Sơ đồ đoàn tau dé đo ứng suất thanh Xa; i Duong anh huong thanh D,;
Trang 20b.Đường ảnh hưởng mômen và sơ đồ tải trọng để đo ứng suất pháp ở mặt cắt E c Đường ảnh hưởng mômen và sơ đồ tải trọng để đo ứng suất pháp ở mặt cắt A; d Đường ảnh hưởng phản lực gối A và sơ đồ tải trọng dé đo độ lún gối A Hình 7 -4: Sơ đồ tải trọng đo ứng suất các mặt cắt B, C và D khi tải trọng thử là đoàn xe H - 30
Hình 7 - 5: Sơ đồ xếp tải lệch tâm (hình a) và đúng tâm (hình b) cho cầu có bề rộng đường xe chạy 4m, tải trọng là xe H - 10
Trang 21
Hinh 7-6: So đồ xếp tải lệch tâm và đúng tâm cho cầu có bề rộng đường xe chạy 8m, tải trọng là xe H - 30
3 Thiết bị đo ứng suất
- Có nhiều loại máy móc dé đo ứng suất, các máy này đều đo AI để suy ra e và từ đó tính được s do vậy người ta thường gọi là máy đo biến dạng Sau đây ta nghiên cứu hai loại chính
3.1 Tenzômet điện
- Một tenzômet hiện đại thường có hai bộ phận chính: bộ cảm biến gắn trên vật cần đo và máy đo, máy đo nối với máy tính và nối với cảm biến bằng dây do đó hệ máy đo và máy tính có thể đặt xa cảm biến và cùng một lúc có thể đo được với nhiều cảm biến gắn ở nhiều chỗ khác nhau trên vật đo
a Bộ cảm biến Cảm biến thường dùng là lá điện trở, gồm một dây dẫn ép trong hai lớp giấy cách điện hoặc chất dẻo để chống ẩm và cách điện (hình 2 - 8), chiều dài I gọi là chuẩn đo của tắm điện trở, thường các điện trở một phương có
chuẩn do 10, 20, 50, 100 và 120mm, với điện trở từ 100 đến 300
Hình 7 -7: Lá điện trở
Trang 22- Nguyên tắc của phương pháp đo bằng điện trở là dựa trên nguyên lý sự thay đổi điện trở của dây dẫn tỷ lệ bậc nhất đối với sự thay đổi của chiều dài dây dẫn
Điện trở của dây dẫn xác định theo công thức:
1
R=E a
Trong đó: §- điện trở suất của vật liệu dây dẫn 1- chiều đài dây dẫn
E - diện tích tiết diện dây Từ đó có: InR = Inš + Inl— InF - Sự biến đổi tương đối của điện trở là :
{eq W(AR:R)} = - + {eq W(Al:)} ~ {eq W(AF;E)}
- Thay {eq \W(Al;l)} = e có { eq W(AF;F)}= - 2ue với là hệ số Poisson và bỏ qua sự thay đổi của điện trở suất = có:
{eq \f(AR;R)} = ¢ + 2ue = e (l + 2u)
- Đối với mỗi loai vat ligu thi 1 +2p 14 mét hang số, ký hiệu k = 1 + 2 va gọi là độ nhạy của dây điện trở Vậy:
{eq \f(AR;R) }= ke
- Có nghĩa sự thay đổi của diện trở tỷ lệ bậc nhất với biến dang dai tương đối Áp dụng nguyên lý trên cho tắm điện trở ta có:
{eq W(AR;R)}= Ke
- Trong đó K là độ nhạy cảm của tắm điện trở, K phụ thuộc vào độ nhạy cảm của đây k, cách bố trí dây điện trở trong tắm điện trở và cách liên kết tắm điện trở vào vật đo
- Sự thay đổi của điện trở dẫn đến sự thay đổi điện thế và dòng điện trong mạch của thiết bị đo nên có thể thiết lập được quan hệ tương ứng giữa sự thay đổi điện thế hay cường độ dòng điện với biến dạng dài tương đối z, xuất phát từ đó máy đo sự thay đổi điện thế hay cường độ dòng điện để từ đó có biến dạng dài tương
đối
- Như ở trên đã biết ngoài trạng thái ứng suất đường, trong trạng thái ứng suất phẳng khi đã biết phương của ứng suất chính cần đo e¡và e; (hai phương này vuông góc với nhau) còn khi chưa biết phương của ứng suất chính cần đo
Trang 23£o,EasVà coo hoặc £o Eo, E120, tle do ngudi ta da chế tạo ra các tấm điện trở tương
ứng gọi chung là điện trở hoa thị (hình 7 - 8)
Hình 7 - 8: Các loại điện trở hoa thị
b Máy đo
- Để đo sự thay đổi điện trở người ta dùng cầu điện trở, cầu điện trở thường dùng là cầu Uynxtơn có sơ đồ như hình (7 - 9), trongđó:
Hình 7- 9
R, - điện trở đo (gắn trên vật đo)
R, - điện trở bù, đó là tắm điện trở không gắn chặt vào vật đo nhưng ở cạnh lá điện trở đo và gắn lên vật liệu giống vật liệu đo để giảm tác động của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm đến sự cân bằng của cầu điện trở
r¡ - Điện trở trong của máy, điện trở này ghép với con chạy C Khi thay
đổi vị trí con chạy C cầu điện trở sẽ cân bằng, điện áp giữa A và B bằng không đồng thời cường độ dòng điện giữa A và B cũng bằng không
Y-Bộ khuyếch đại điện áp và cường độ dòng điện D- Bộ phận hiển thị kết quả
- Khi chưa có tải dùng con chạy để cân bằng điện trở Khi có tải tắm điện trở đo R¿ có điện trở thay đổi, xuất hiện điện áp và dòng điện giữa A và B, kim sẽ lệch khỏi vị trí không Hiệu số số đọc khi có tải và khi không tải cho biến dạng tương
đối e của vật đo tại điểm đo
Trang 24- Máy đo thường được nối với máy tinh, trong máy tính có chương trình xử lý,
nếu nhập môđun đàn hồi của vật liệu từ e đo được máy sẽ cho s, tuỳ theo chương trình mà máy có thể sắp xếp kết quả thành bảng hoặc vẽ biểu đồ
- Tenzômet điện có ưu điểm: Có thể đo nhiều điểm đồng thời, đo được biến
dạng do tải trọng tĩnh và cả do tải trọng động, đo được biến dạng ở những chi tiết phức tạp, tuy nhiên nhược điểm của nó là chịu tác động của môi trường như
độ ẩm, nhiệt độ
- Sự thay đổi của các thông số kỹ thuật do tải trọng động diễn ra rất nhanh, cho nên các dụng cụ quan trắc phải là các máy móc đặc biệt tự ghi Những dụng cụ
quan trắc làm việc có thê dựa trên nguyên tắc cơ khí hoặc điện Dụng cụ điện sử
dụng trong trường hợp đo động tốt hơn, vì các máy móc cơ khí ít nhiều có quán
tính tương đối lớn hơn do đó khó có thể ghi được chính xác những đại lượng biến đổi nhanh
3.2 Máy Gâyghe
Trang 25? A ts <⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄2⁄7⁄⁄ 4
Hình 7-11: Sơ đồ máy Gâyghe đo ghi ứng suất
- Trên hình 7-11 là sơ đồ máy Gâyghe đề ghi đo ứng suất động Máy đo 9 được
lắp đặt trên thanh 4 của kết cấu nhờ bộ gá 1 có bắt vít 10 Ứng suất được đo trên
chiều dài chuẩn L là khoảng cách giữa các chân 2 của bộ phận cảm nhận biến dạng (ứng suất) nối với nhau qua thanh 3 Chân đặt gần máy được nối với tay khuỷu 5 mà một bên đầu tựa lên đầu nhọn của thanh 3, đầu kia nối với tay khuỷu 6, tiếp đó là bộ phận đo ghi 7 của máy Khi thanh 4 biến dạng AL thì qua bộ phận cảm nhận biến dạng có thể được truyền tới bộ phận đo ghi Độ biến
dạng có thể được khuếch đại lên 45 lần đến 4800 lần tùy theo sự điều chỉnh
chánh tay khuỷu và tay đòn ngòi bút ghi,
4 Bố trí điểm đo
- Việc chọn nhịp đo trên cầu, mặt cắt đo và bó trí điểm đo điều 2.23, quy trình
Thử nghiệm cầu quy định như sau: "Đối với cầu nhiều nhịp, việc xác định nhịp nào cần kiểm tra ứng suất phải dựa theo các nguyên tắc cơ bản sau đây:
- Nếu cầu có các nhịp giống nhau về chiều dài nhịp, kết cầu nhịp và vật liệu làm cầu thì phải chọn nhịp nào có nhiều nội dung kỹ thuật cần kiểm tra nhất đồng thời có điều kiện thuận lợi khi kiểm tra đo đạc
- Nếu cầu có nhiều nhịp khác nhau về chiều dài nhịp nhưng giống nhau về kết cấu và vật liệu thì nên chọn nhịp có khẩu độ lớn nhất đề kiểm tra
- Nếu cầu có nhiều nhịp khác nhau cả về khẩu độ lẫn kết cấu và vật liệu thì nhất thiết phải tiền hành thí nghiệm tất cả các nhịp hoặc nhịp đại diện cho từng nhóm nhịp có kết cấu và vật liệu giống nhau"
- Điều 3.24 và 3.25 cũng của quy trình này quy định:
Trang 26+ "Việc bố trí số lượng điểm đo ứng suất nhiều hay ít tuỳ thuộc vào đặc điểm của cầu hay mục đích nghiên cứu khoa học kỹ thuật Điểm đo ứng suất thường được bố trí tại những phần tử của kết cầu chịu lực chính, tại những vị trí sẽ xuất hiện những ứng suất lớn nhất hay tại những tiết diện bị suy giảm đột ngột hay có khuyết tật
+ Trên cùng một tiết diện cần đo, phải bố trí ít nhất hai điểm đo ứng suất ở những vị trí thích hợp sao cho có thể ghi nhận được trị số biến dạng (kéo hoặc nén) thuần tuý dọc trục và kết quả đo ít chịu ảnh hưởng nhất của các biến dạng
phụ như xoắn uốn
+ Từ các nguyên tắc trên có thể rút ra cách bố trí điểm đo trong một số trường hợp cụ thé như sau:
a Với cầu dầm
- Theo chiều dọc cầu cần bố trí điểm đo ở những mặt cắt ở đó mômen uốn có giá trị tuyệt đối lớn (hình 7-12) \ a) tn a % b) Vv Ps a %b ¢ v ; ae a Z ^ thr hn Hình 7- 12: Cách chọn mặt cắt do ứng suất trên dầm giản đơn (a), dầm mút thừa (b) và dầm liên tục (c)
- Trên mặt cắt ngang đo ứng suất ở những điểm càng xa trục trung hoà càng tốt Tuy nhiên cũng cần xét đến việc lắp tenzômet đòn hay dán tắm điện trở thuận lợi, để bảo đảm độ chính xác của phép đo Với dầm BTCT thường nếu điểm đo nằm ở vùng chịu kéo cố gắng bồ trí điểm đo trên cốt thép vì ở vùng này trong bê tông có nhiều vết nứt và môđun đần hồi của bêtông thay đổi
- Sau đây giới thiệu cách bồ trí điểm đo ứng suất trên một số mặt cắt ngang dầm
Trang 27Hinh 7 - 13: Bố trí điểm đo ứng suất trên mặt cắt ngang cau dam b Cầu dàn
- Cần đo ứng suất ở những thanh dàn có nội lực lớn hay những thanh có hư hỏng
và tại mặt cắt tương đối xa nút (hình 7-14)
Hình 7-14 Bố trí điểm đo ứng suất trên các thanh dàn
Trang 285 Xứ lý số liệu
- Điều 3.7 trong quy trình Thử nghiệm cần quy định: "Với mỗi cấp tải trọng ở mỗi điểm đo phải cho tải trọng tác dụng ba lần và đọc ba lần để lấy số liệu bình quân, nếu sai số giữa ba kết quả đọc không quá 15% Nếu một trong ba số liệu vượt quá + 15% thì lay binh quan cua hai số còn lại, nếu cả ba số liệu đều vượt quá + 15% thì phải đo lại”
- Quy định trên là không rõ ràng bạn đọc có thé kiểm tra khi xử lý số liệu của điểm đo T; ở thí dụ sau (bang 2-1 va bảng 2-2) Chúng tôi kiên nghị quy định
như sau: Đầu tiên lấy trung bình cộng của ba số đo, tính sai số của ba số đo so
với giá trị trung bình, nếu cả ba sai số đều nhỏ hơn 15% thì lấy đó là giá trị trung bình cuối cùng Nếu có một sai số hoặc hai, ba lớn hơn 15% thì lấy trung bình
của hai số gần nhau nếu sai số của từng số này so với trung bình của nó nhỏ hơn
15%, không thoả mãn điều kiện trên phải đo lại
- Phương pháp xử lý số liệu tuỳ thuộc vào loại máy đo Với tenzômet điện do ba lần đo ở một điểm đo kết quả đã là ba biến dạng tương đối nên việc xử lý hoàn toàn như quy định ở trén dé c6 ep, từ đó có s = Eeu
- Với dụng cụ đo là tenzômet cơ học, kết quả đo chỉ là số đọc không tải và có tải (bảng 2-1) còn cần xử lý để có số chênh lệch của ba lần đo Thí dụ sau đây giới
thiệu cách xử lý cho hai điểm đo T¡ va To Bảng 7-1 Cầu: NÀY DU! sỉ seneso eo Người đo:
Dụng cụ đo: Tenzômét cơ học
Chuẩn đo: 100mm, hệ số độ nhạy k; = 1
So | Diém Sô đọc trên máy Ghi chú
đồ | đo | Không| Có | Không | Có | Không | Có | Không
Trang 29- Kết quả xử lý thống kê trong bảng 7-2, trong đó số chênh lệch trong mỗi lần đo bằng số đọc có tải của lần đo đó trừ đi số đọc không tải trung bình trước và sau lần đo đó Ở điểm đo T1 số chênh lệch trung bình của 3 lần đo là: 21 5+21+22:3 Sai số của lần đo 1: A¡ = {eq W(21,5 - 21,5;21,5)}.100 = 0% lần đo 2: A; ={ eq W(21 - 21,5;21,5)} 100 = -2,33% lần đo 3: As ={ eq \f(22 - 21,5;21,5)}.100 = 2,23% - Cả ba sai số đều nằm trong pham vi +15% nén trung bình cuối cùng là 21,5 Với kị = 1; k=1000; 1=100mm; B= 2,1.10° daN/cm’ cé: Al = 1.21,5.{ eq \F(1;1000)} = 21,5.10°mm e= {eq W(AI;I)} = {eq \f(21,5.10;100)} = 21,5.10° s = Eew = 2,1.106.21,5.10 = 451,50daN/cm? - Ở điểm Tp:
- Sai số của các lần đo lần lượt là -15,38%; -23,08% và 38,46%, nhưng lần đo 1 có giá trị -5,5 lần đo 2 có giá trị -5, trung bình của hai lần đo này là - 5,25 và sai
X= = 21,5
6,5
số của hai lần đo này so với giá trị trung bình của nó là +4,76% nên trung bình cuối cùng là -5,25 và ứng suất ở T› là -110,25 daN/cm? Bảng 7- 2 Kết quả đo ứng suất ở điểm đo T¡ và T;
Sơđồ | Điểm Số chênh lệch Ung suat | x x + >, | Ghi chú TT do Lan1 | Lan2 | Lan3 TB (daN/cm’) I Tl 21,5 21 22 21,5 451,50 Tr -5,5 -5 -0 -5,25 | -110,25 | Loại-9
- Cuối cùng cũng cần chú ý rằng những quy định về xử lý số liệu ở trên chỉ thích hợp khi số liệu đo khá lớn, trong trường hợp số liệu đo nhỏ người xử lý phải căn cứ vào sai số của máy đo mà quyết định cho phù hợp, chẳng hạn sai số của
tenzômet cơ học có thể là 1 vạch nhưng ba lần đo tính được ba số chênh lệch tương ứng là 1;2 và 1,5 nếu xử lý như trên thì phải đo lại, ở đây có thé lay gid tri trung bình 1a 1,5 van hoàn toàn hợp lý
Trang 306 Phân tích số liệu
- Phân tích số liệu là đem kết quả đo ứng suất gắn vào công trình để đánh giá khả năng làm việc cũng như biết được các đặc điểm làm việc của nó
a Xác định trục trung hoà
- Đối với dầm khi trên mỗi dầm số điểm đo lớn hơn 1 thì nhờ các ứng suất đo được vẽ được biểu đồ ứng suất, điểm có ứng suất pháp bằng không chính là vị
trí trục trung hoà Thật vậy vì khi thử vật liệu vẫn làm việc trong giai đoạn đàn hồi nên biểu đồ vẫn là đường thắng và đẻ vẽ được biểu đồ chỉ cần có ứng suất
tại hai điểm trên mặt cắt Chẳng hạn với ứng suất đo được T; và T; như trong
bảng 2-2 dễ dàng vẽ được biểu đồ ứng suất của mặt cắt dầm thượng lưu như trên hình 2 - 15 Căn cứ vào biểu đồ này dễ dàng suy ra được ứng suất ở các điểm còn lại trên mặt cắt ngang
A
Hinh 7-16 b Xác định nội lực trên mặt cắt ngang thanh dàn
- Khi trên mặt cắt thanh chỉ bố trí hai điểm đo, trường hợp này chỉ xác định được lực dọc, do vậy cần bó trí điểm đo làm sao cho giá trị trung bình triệt tiêu được ảnh hưởng của mômen uốn trong (M,) và ngoài mặt phẳng dan (My) nếu có Biến dạng của mặt cắt thanh được lấy là giá trị trung bình của hai điểm đo từ đó tính được ứng suất, nội lực trên mặt cắt thanh
- Khi trên mặt cắt bố trí ba điểm đo (hình 2 - 16).Với ba điểm sẽ có ba ứng suất $1, 82,83, tir dé thiét lap duge ba phuong trinh
s; = {eq \f(N;F)} + {eq W(M,; J,)}y¡ + {eq W(M,;]y)}xị
sa= {eq W(N;F)} + {eq W(M;; J;)}ya + {eq \Wf(My;Jy)}xa s3= {eq W(N;F)} + {eq W(M;; J2)}ys + {eq W(M:;Jy)}Xa
Trang 31Trong d6 x;, y;¡ là tọa độ của các điểm 1,2 và 3, các toạ độ này được xác định ngay từ lúc lắp thiết bị đo tại hiện trường Giải ba phương trình trên ta sẽ có các nội lực trên mặt cắt thanh N, M, va My
Hình 2-16:
- Khi trên mặt cắt thanh bồ trí bốn điểm đo Ta sẽ dùng ba điểm bat kỳ trong bốn
điểm đo để tính ra nội lực N, M, và Mụ ứng suất đo được ở điểm thứ tư còn lại
dùng để kiểm tra độ chính xác của N, M„ và My đã tính được
- Nhờ các nội lực đã tính có thể tính ra ứng suất của điểm bắt kỳ trên mặt cắt,
thông thường để kiểm tra cường độ của mặt cắt cần phải tính ra ứng suất bắt lợi nhất ở những điểm nằm ở góc ngoài mặt cắt mà ở đó ứng suất do M, và M, sinh ra cing dau
c Kiểm tra điều kiện bền (điều kiện cường độ)
Công thức chung để kiểm tra điều kiện độ bền là:
Stc = St + Sng + Sao (1 + H) njÖ SR (2-6) Trong dé: s¿- ứng suất tổng cộng
Ss, - Ứng suất đo tĩnh tải tính toán,do hiện nay chưa có một phương pháp đơn giản và có hiệu quả để đo ứng suất do tĩnh tải sinh ra nên cần phải xác định s, bằng tính toán
s„ạ- ứng suất tính toán do người đi sinh ra xác định bằng tính toán Sao - ứng suất đo hoặc ứng suất suy ra được từ kết quả đo
(1 +) - hệ số xung kích, nếu ứng suất đo với tải trọng động thì trong kết quả đo đã có tác dụng động của tải trọng nên trong công thức (2 - 6) lấy 1 + u=l Tịn - hệ số tải trọng của hoạt tải B - hệ số làn xe R - cường độ tính toán của vật liệu d Xác định tải trọng có thể khai thác
- Khi kiểm tra theo công thức (2 - 6) nếu s„ nhỏ hơn cường độ tính toán chứng tỏ tải trọng có thể khai thác lớn hơn tải trọng thử, ngược lại nếu ứng suất tổng
Trang 32cộng lớn hơn cường độ tính toán thì tải trọng có thể khai thác nhỏ hơn tải trọng thử Cần phải xác định tải trọng khai thác được của cầu theo điều kiện độ bên Do các xe có kích thước và tải trọng trục khác nhau và khác với xe thử tải vì vậy
ở đây chỉ xác định ra mômen uốn ở mặt cắt đo, từ đó khi có tải trọng cụ thể thì
mới tính ra loại xe khai thác được
Nếu gọi ứng suất đo tối đa mà điều kiện bền vẫn đảm bảo là ơụ, thì theo công thức: (2-6) có:
Or + Ong + Ox ( Í + LW) mB =R Từ đó có:
Grr ={eq \f (R - 6; - øng;(1+H) nụ B)} (2-7)
- Gọi mômen ở mặt cắt đo khi ứng suất dat dén oy 1a My con mémen do tai
trọng thử sinh ra ở mặt cắt đo là Mạa, vì vật liệu còn làm việc trong giai đoạn đàn hồi nên có:
{eq \f (Mix ; Mao) } = {eq \f (Oxt35¢0) }
Ma = {eq \f (Gits640)} Mao (2-8)
- Can cit vao My dé dang xác định được tải trọng khai thác khi đã có kích thước
xe, tỷ lệ tải trọng giữa các trục xe
e) Xác định độ mở rộng vết nứt
- Trong trường hợp cầu bê tông cốt thép thường vì một lý do nào đó mà khi đo ở vùng kéo không thể đo ở cốt thép, khi đó có thể đo ở bê tông, nếu dụng cụ đo
gắn ở hai bên mép vết nứt có thể xác định được độ mở rộng vết nứt do hoạt tải
thử đặt tĩnh sinh ra, từ đó tính được độ mở rộng vết nứt tổng cộng
Ac = Ai + An
trong đó: A, - độ mở rộng vết nứt khi chưa có hoạt tải An - độ mở rộng vết nứt do hoạt tải sinh ra
Trong quy trình quy định độ mở rộng vết nứt tổng cộng phải nhỏ hơn hoặc bằng độ mở rộng vết nứt cho phép, quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn quy định [A] = 0,2mm (xem điều 5-82)
7 Đánh giá kết quả đo
- Kết quả đo được trong thử tải động là những biểu đồ do các thiết bị, dụng cụ ghi lại, cho nên cần phải có sự nghiên cứu, phân tích và đánh giá các kết quả đó để có thể rút ra những kết luận về tình trạng ký thuật của công trình
Trang 33- Trén hinh 41a 1a biéu đồ dao động ngang của một cầu, trong đó có 2 đoạn I và II Doan II thể hiện rất rõ dao động riêng của kết cầu Đoạn I là dao động có sự
tham gia của bộ phận tạo xung lực nên dạng sóng không điều hòa Hình 41b 1a biểu đồ đo dao động của cùng cầu này nhưng khi xung lực tác dụng thẳng đứng Ở đây cho thấy là chu kỳ dao động ty do theo hai phương xấp xỉ nhau, vì thế rất lo ngại hiện tượng cộng hưởng thông số đối với cầu
- Trên hình 41c và d là biểu đồ đo võng động của một kết cấu nhịp ghi được khi có một đoàn quân đội qua cầu, tương ứng với các tần số khác nhau của nhịp
bước Với tần số nhịp bước là 120 trong một phút thì dao động là đơn điệu, khi
tần số nhịp bước là 60 trong một phút thì dao động song điện có biên độ nhỏ hơn và chu kỳ lớn hơn
- Biểu đồ độ võng trên hình 41c cho thấy là chu kỳ dao động riêng của kết cầu nhịp (T=0,5sec) trùng với chu kỳ dao động cưỡng bức, do đó biên độ dao động lớn Còn trên hình 41d thé hiện rð đao động có chu kỳ 0,5sec lồng vào dao động tần số cơ bản (chu kỳ T=0,97sec) Hình 41e trình bày sự phân tách của đao động 1 thành 2 dao động II và III
- Hình 41g là biểu đồ độ võng của kết cầu nhịp khi hoạt tải chạy qua một bậc cao 6cm đặt tại giữa nhịp Hình 41h là biểu đồ dao động ngang ghi đồng thời Sau khi tải trọng lăn qua bậc kê thì dao động tắt dần rồi tiếp đó lại nổi lên và sau mới tắt đi Hiện tượng này là do các tần số dao động riêng và dao động cưỡng bức gần xấp xỉ nhau
Chu kỳ dao động T được xác định bằng cách đo (theo số ghi thời gian) khoảng cách giữa các đỉnh hai sóng kề nhau Muốn chính xác hơn thì có thé do khang cách giữa 5 hoặc 10 đỉnh sóng liên tiếp rồi chia cho tương ứng 5 hoặc 10
- Biên độ và tần số đao động cũng được xác định trên cơ sở nghiên cứu biểu đồ
độ võng Hệ số xung kích có thể tìm bằng cách chia giá trị của độ võng động f¡
cho độ võng tính f Để xác định độ võng động, người ta nối liền điểm đầu và
điểm cuối của biểu đồ độ võng bằng một đường thẳng, gọi là đường trục gốc của độ võng Độ võng động lấy bằng khoảng cách từ đường trục gốc đó đến đỉnh sóng cao nhất của biểu đồ độ võng Còn độ võng tĩnh là khoảng cách từ đường trục đó đến giữa của sóng Như vậy có thể viết biểu thức hệ số xung kích là :
Jạ đà l+u=+=—“—
f, Su -A
Trang 34A là biên độ dao động của độ võng a) M=1,5 T=1 30sec _ — : sẽ In — a ie mega b) 130 M=15 AAR AAS 0.40 Ly E6 T67 TT — T=128 sec ———— rem pipes tf, 20 0) nonin MOTOWN trac uo pe - T=0S5sec 2Af, tt d) meg , Ath LTTITTTT e) fq=63 ft =amm 2A = T=0 97 sec: Ậ \A £ và 's ft, ạ =77mm_ Ít =3 3mm 1, 9) xo — T TC Lz 0 36 sec ee ET 1 ————— Taira
Hinh7-17: Cac biéu đồ đặc trưng ghi được khi thử tải động
~ Một đặc trưng khá quan trọng của kết cầu trong việc thử tải động là hệ số tắt dần ö, xác định bằng biểu thức:
Trong đó :
n - là số sóng của biểu đồ dao động tự do
Trang 35Al, An- là biên độ đao động ứng với sóng thứ nhất và thứ n (hình 41i) Khi nghên cứu các kết quả thử tải động cần lưu ý những điểm sau đây: - Nếu tần số dao động riêng và dao động cưỡng bức trùng nhau, xấp xỉ nhau hoặc gấp nhau một số chẵn lần thì dễ có nguy cơ xây ra hiện tượng cộng hưởng - Đối với cầu treo còn có thể xảy ra hiện tượng cộng hướng thông số, nghĩa là tần số của đao động đứng và dao động ngang của kết cấu nhịp trùng nhau, xấp xỉ nhau hoặc gấp một số chẵn lần Đó là hiện tượng chuyển hóa năng lượng của
dao động đứng sang dao động ngang và ngược lại Tai nạn sập cầu Tacom ở Mỹ chính là do nguyên nhân này
- Kết cầu nhịp có hệ số tắt dần đao động lớn là kết cấu có độ cứng tốt
Trang 36BAI 8: XAC ĐỊNH BIÊN BO VA TAN SO DAO BONG TU DO KHI THU
VOI TAI TRONG DONG
1 Nguyên lý đo dao động
- Để đo dao động của kết cầu nhịp hoặc mố, trụ cầu cần phải tạo ra dao động và ghi lại dao động để xác định các đặc trưng của dao động như tần số (f), chu kỳ (T), biên độ dao động (a)
- Để tạo ra dao động có thể dùng máy, cho xe chạy qua cầu có hãm phanh hoặc không hãm phanh đột ngột vv .Hiện nay ở nước ta thường tạo dao động bằng cách cho xe chạy qua cầu Thông thường thì tác dụng động của một xe lớn hơn
tác dụng của cả đoàn xe vì nhiều xe thì có thể tần số của lực kích thích của các
xe không đều nhau, và nếu có đều nhau thì cũng khó có thể đồng pha Do đó khi tạo đao động người ta thường cho 1 xe qua cầu, cũng có thể đo với xe ngẫu nhiên
- Ghi dao động có hai nguyên lý: Cần điểm có định và không cần điểm có định + Cần điểm cố định: Khi cầu dao động thì khoảng cách từ điểm có định đến đầu kim luôn luôn thay đổi, biểu đồ “khoảng cách - thời gian” chính là đồ thị dao động của cầu Trên đồ thị dao động dễ dàng xác định được các đặc trưng của dao động như tân số (), chu kỳ (T), biên độ dao déng (a)
+ Dé tao ra điểm có định có thể dựng một giá ở bên cạnh cầu và độc lập với cầu, giá sẽ không dao động cùng với cầu và cũng không bị dao động khi có gió và
nước chảy vv Cũng có thể tạo điểm cố định bằng cách thả đá (khối lượng
chừng 20Kg hoặc lớn hơn) xuống đáy sông và kéo dây lên, biện pháp này chỉ dùng được khi sông không có sâu và tốc độ dòng nước nhỏ, chỗ thả đã không có
thuyền bè qua lại
+ Không cần điểm có định: Đo vận tốc hoặc gia tốc, tích phân một lần hoặc hai lần có đồ thi dao động
2 Các loại máy đo dao động
Theo nguyên lý này có hai loại máy do tương ứng
2.1 Loại máy đo cần điểm cố định
- Ở nước ta các máy cần điểm có định thường có tastogrph, geiger Nguyên lý làm việc cơ bản giống nhau, ta nghiên cứu cách ghi dao động của một máy geiger ( hình 2-25)
Trang 37
Hinh 8-1:
- Máy đo gồm: Cần đo 1, ở vị trí như hình vẽ đầu của cần đo sẽ được dao động
lên xuống, đo cần đo chữ L có khớp ở góc nên khi đầu A dao động lên xuống thì B sẽ dao động theo phương ngang, qua thanh 2 kim 3 cũng dao động nằm ngang và đầu kim sẽ vẽ trên băng giấy hoặc phim quay đều quanh trục 4 một biểu đồ dao động Song song với việc ghi dao động máy có bộ phận đếm thời gian, cứ một giây máy lại vạch trên băng giấy hay phim một ký hiệu
- Trên hình 8-1 giới thiệu một cách đo hay dùng: Máy được đặt trên giá có định
5, để do dao động của dàn tại nút dàn ta buộc một đầu dây, đầu còn lại buộc vào
điểm cố định trên mặt đất Đẻ giữ cho dây luôn luôn căng đoạn giữa dây có một lò xo, còn để cho đầu cần đo A tựa lên trên đây buộc cố định một đề thép nhỏ C Khi nút dàn dao động thì đế thép sẽ dao động lên xuống, B sẽ dao động theo phương ngang như đã nêu ở trên Nếu cầu không cao có thể bỏ hệ thống dây và lò xo, khi đó đầu A của cần đo gắn luôn vào đáy nút dàn
- Loại máy này chỉ đo được khi nước chảy yếu, sông không sâu và không có thuyền bè qua lại dưới vị trí cần đo dao động Ưu điểm của nó là việc xử lý số liệu rất đễ đàng nhất là để xác định hệ số xung kích thực đo (1+)
2.2 Máy đo không cần điểm có định
- Loại máy này có ở nước ta, hiện nay có rất nhiều chảng hạn như máy NEC-
VMS11 may VEM-010
- Máy gồm có ba đầu đo: một đầu đo dao động theo phương thăng đứng, hai đầu đo dao động theo phương nằm ngang ngang cầu và ngang dọc cầu, Khi đo các
Trang 38đầu đo được đặt tại điểm đo và dao động cùng với điểm đo, máy đo sẽ đo được vận tốc hoặc gia tốc, chương trình gắn sẵn trong máy sẽ tính tích phân một lần hoặc hai lần để có đồ thị dao động và hiển thị trên màn hình của máy tính Nếu chương trình có bộ xử lý dao động thì máy sẽ cho cả tần số và chu kỳ dao động - Máy đo này có ưu điểm là không cần điểm cố định, thời gian đo nhanh, đo đồng thời được cả ba dao động theo ba phương, tuy nhiên lúc xử lý kết quả, việc xác định hệ số xung kích thực đo +) lại rất khó khăn
2.3 Máy đo Gâyghe
- Một khi dung cy quan trắc khi thử tải động hay được dùng là máy tự ghi van năng Gâyghe (hình 8-2) Máy này có thể ghi dao động đứng và dao động ngang, độ võng động, ứng suất động tùy theo gá lắp vào máy bộ phận cảm nhận tương ứng, còn bộ phận tự ghi thì không thay đổi gì
- Khi đo dao động, máy có một vành đặc biệc C (hình 8-3a) có trục đồng thời cũng là trục của máy Bên trong vành có con lắc khối lượng lớn I treo vào trục bang lò xo xoắn 2 Trên hình vẽ con lắc ở tư thé dé ghi dao động đứng Nếu ghi dao động ngang thì con lắc sẽ đề ở vị trí thấp nhất
Hình 8-2: Máy quan trắc Gâyghe
- Khi kết cầu nhịp dao động thì máy đo đặt trên nó cũng dao động theo, nhưng con lắc có quán tính lớn nên vẫn đứng yên Sự chuyền dịch của vỏ máy tương đối đối với con lắc (hình 8-3b) làm quay các tay quay 2 và 4, truyền đến ngòi bút 7 thông qua trục kim 5 Lò xo mềm 6 có tác dụng làm cho ngòi bút ghi luôn
Trang 39luôn có khuynh hướng trở về tư thế ban đầu Trong máy còn có bộ phận để khuếch đại ghi biên độ dao động lên 3, 6, 12 và 24 lần Nhưng do khổ của băng giấy ghi chỉ là 5cm, nên cần chú ý sao dé ngòi bút chỉ qua lại trong phạm khoảng 40mm Ngoài ra còn có ngòi bút đề ghi đếm thời gian và đánh dấu
nhưng thời điểm tài trọng đi qua các điểm đặc trưng
Hình 8-3: Máy Gâyghe khi quan trắc dao động
- May này có thể ghi dao động với tần số từ 5 đến 330 Hz Nếu lắp thêm quá quán tính phụ thì có thể đo tần số nhỏ hơn tới 3 Hz Khi đo độ võng động bằng
máy Gâyghe thì thay bộ phận gồm con lắc và lò xo cùng vành, các tay 2 và 4
(hình 8-3b) bằng một bộ cảm nhận độ võng như trên hình 38a Bộ phận ghi nối với tay khuỷu 4 có thể quay quanh một trục và tựa lên kim 5 Kim này được nối với dây 6 có một đầu buộc vào điểm đo võng của kết cấu, đầu kia nối qua lò xo mềm 7 vào một điểm có định Lò xo 7 bảo đảm cho dây 6 luôn luôn căng đề độ võng động được truyền chính xác sang bộ phận cảm nhận của máy đo Toàn bộ sơ đồ lắp đặt máy đo ghi thể hiện trên hình 38b Tùy theo sự thay đổi khoảng cách của tay khuỷu cũng như của bút ghi mà độ võng có thể khuếch đại từ 1,5
đến 240 lần
3.4 Máy đo dao động ký tự điện từ
- Trên hình 40a là sơ đồ của dao động ký tự điện từ Tia sáng từ bóng đèn 1 được thấu kính 2 tập trung đi qua màn chắn có khe 3 và chiếu lên gương từ khung từ 4 Từ gương đó tia phản chiếu đi tới thấu kính hội tụ 5 và rọi lên lăng
Trang 40kinh 6 Tia 16 tir ling kính đưới dạng một điểm sáng chiếu lên phim 9, còn tia khúc xạ thì đi tới trống gương 7 rồi phản chiếu lên màn hình 8, cho phép theo dõi quá trình biến đổi của đại lượng cần khảo sát bằng mắt thường Ở đây cần
lưu ý là khung từ 4 (hình 39b) có hai sợi dây dẫn 11 trên đó gắn gương nhỏ kính
thước 1 x Imm có thể quay đi một góc nhỏ tỷ lệ với dòng điện chạy trong day dẫn Dòng điện này từ lá điện trở truyền tới dây dẫn, do đó khi biến đạng của phân tố kết cấu thay đổi thì điện trở của là điện trở cũng thay đổi, dẫn tới dòng điện thay đổi và gương gắn trên khung từ quay đi Kết quả là trên phim và trên màn hình điểm sáng cũng chuyển dịch vị trí Cuộn phim quay và trống gương
quay sẽ thể hiện được sự biến đổi của biến dạng theo thời gian
Hình 8-4: Sơ đồ dao động ký điện từ 3 Bố trí điểm đo
3.1 Đối với cầu dầm
- Theo chiều dọc cầu thường đo ở những mặt cắt có độ võng lớn ( hình 8-5)