Giáo trình đào tạo thí nghiệm Chuyên ngành xây dựng giao thông potx

GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO THÍ NGHIỆM Chuyên ngành xây dựng giao thông Mục lục 2 CHƯƠNG I : QUY ĐỊNH VỀ PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐƯỢC CÔNG NHẬN 1. NHỮNG QUY ĐỊNH CHUNG : Theo Quyết định số 2496/QĐ-KHKT ngày 24/9/1997 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải ban hành quy định về việc công nhận phòng thí nghiệm chuyên ngành xây dựng giao thông thì Bộ Giao thông vận tải trực tiếp tiến hành việc tổ chức kiểm tra, đánh giá và ra quyết định công nhận khả năng hoạt động theo thoả thuận của Bộ Xây dựng. Cũng theo bản quy định này thì các phòng thí nghiệm chuyên ngành thuộc các tổ chức, cá nhân, bao gồm cả tổ chức ca nhân nước ngoài đầu tư tại Việt Nam hoạt động xây dựng giao thông trên các lĩnh vực nghiên cứu thiết kế, khảo sát thi công xây dựng và sản xuất vật liệu xây dựng được Bộ Giao thông vận tải ra quyết định công nhận khả năng hoạt động, cấp mã số phòng thí nghiệm ( LAS - XD ) mới có giá trị pháp lý để cung cấp các số liệu kiểm tra, phân tích thử nghiệm phục vụ công tác nghiên cứu, khảo sát, thiết kế, thi công, nghiệm thu đánh giá chất lượng vật liệu xây dựng và chất lượng công trình xây dựng. 2. ĐIỀU KIỆN ĐỂ PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐƯỢC CÔNG NHẬN VÀ CẤP MÃ SỐ : Để được công nhận và cấp mã số LAS - XD, phòng thí nghiệm phải đảm bảo yêu cầu về đội ngũ chuyên môn làm thí nghiệm, trang thiết bị thí nghiệm, tài liệu kỹ thuật của phòng thí nghiệm, điều kiện môi trường, mặt bằng làm việc và các tiện nghi khác để tiến hành thí nghiệm. Các yêu cầu này phải phù hợp với việc thực hiện các phép thử, các chỉ tiêu thí nghiệm mà phòng thí nghiệm xin đăng ký công nhận và triển khai hoạt động. a. Về tổ chức : Phòng thí nghiệm phải được quyết định thành lập bởi cơ quan có thẩm quyền với cơ cấu tổ chức : - Người phụ trách phòng thí nghiệm ( trưởng phòng thí nghiệm ) phải có đủ năng lực, thẩm quyền và trình độ chuyên môn nghiệp vụ để điều hành hoạt động của phòng thí nghiệm. Khi người phụ trách vắng mặt thì phải chỉ định người thay thế và phải được cơ quan công nhận phòng thí nghiệm chấp nhận. Chỉ có người phụ trách ( hoặc người thay thế) mới là người được uỷ quyền ký vào biên bản và phiếu kết quả thí nghiệm. - Đội ngũ chuyên môn làm công tác thí nghiệm phỉa có cơ cấu hợp lý giữa cán bộ có trình độ đại học và nhân viên thí nghiệm; giữa cán bộ và thí nghiệm viên có kinh nghiệm và mới vào nghề. Các cán bộ và thí nghiệm viên phải được đào tạo để có trình độ chuyên môn, nghiệp vụ phù hợp với công việc thử nghiệm được giao. Có đầy đủ hồ sơ về quá trình đào tạo và trình độ chuyên môn nghiệp vụ của cán bộ, nhân viên trong phòng. - Phòng thí nghiệm phải có quy định nhiệm vụ và trách nhiệm cụ thể đối với từng cán bộ, nhân viên; có những biện pháp về tổ chức và quản lý đối với cán bộ nhân viên nhằm đảm bảo chất lượng, tính khách quan trung thực trong hoạt động thí nghiệm. - Phòng thí nghiệm phải có cán bộ quản lý kỹ thuật chịu trách nhiệm về quản lý kỹ thuật thử nghiệm, cán bộ quản lý chất lượng chịu trách nhiệm về hệ thống đảm bảo chất lượng thí nghiệm và người được chỉ định thay thế khi những cán bộ này vắng mặt. Tuỳ quy mô của phòng thí nghiệm , hai chức năng quản lý này có thể là một người hoặc người phụ trách kiêm nhiệm một hay cả hai chức danh này. 3 b. Về cơ sở vật chất : - Các trang thiết bị thí nghiệm phải phù hợp với chỉ tiêu và tiêu chuẩn thí nghiệm tương ứng và phải được kiểm định, hiệu chuẩn thường xuyên theo quy định quản lý và sử dụng các dụng cụ đo lường của Nhà nước. - Phòng thí nghiệm phải có đủ các tài liệu pháp quy, tiêu chuẩn, quy trình quy phạm, sổ tay hướng dẫn, biểu mẫu phù hợp phục vụ công tác thí nghiệm. - Phòng thí nghiệm phải có quy định cần thiết về an toàn, về giữ bí mật và quyền sở hữu của khách hàng đối với các kết quả thí nghiệm. c. Về trách nhiệm và quyền hạn của phòng thí nghiệm được công nhận : Phòng thí nghiệm được công nhận có quyền sử dụng con dấu đặc trưng “ Phòng thí nghiệm được công nhận “ theo quy định của Bộ Giao thông vận tải, Bộ Xây dựng và của Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng; được ưu tiên chỉ định tham gia các hoạt động giám sát chất lượng xây dựng giao thông; được ưu tiên xem xét để uỷ quyền tham gia các hoạt động quốc tế về thử nghiệm hoặc hiệu chuẩn chuyên ngành xây dựng giao thông; được ưu tiên trong việc trang bị các phương tiện đo lường và thử nghiệm, cung cấp thông tin và tham gia đào tạo cán bộ trong phạm vi quyền hạn và chức năng của Bộ Giao thông vận tải; được thu phí thử nghiệm và hiệu chuẩn theo quy định. Phòng thí nghiệm được công nhận có nhiệm vụ thực hiện nghiêm chỉnh các quy định của Nhà nước, của ngành về “ Phòng thí nghiệm được công nhận “ ; tiến hành các phép thử hoặc hiệu chuẩn theo yêu cầu khách hàng; chịu trách nhiệm trước khách hàng, trước pháp luật về kết quả thử nghiệm hoặc hiệu chuẩn do mình công bố; tham gia việc so sánh phép thử giữa các phòng thí nghiệm theo yêu cầu của cơ quan có thẩm quyền; định kỳ hàng năm báo cáo với Bộ Giao thông vận tải về tình hình hoạt động của phòng thí nghiệm và chịu thanh tra của Bộ khi cần thiết. 4 CHƯƠNG II : NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CÔNG TÁC THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU VÀ THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH 1. KHÁI NIỆM CHUNG 1.1. Vai trò của công tác thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình Trong nhiều lĩnh vực khác nhau của khoa học công nghệ, vai trò của thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình đã được khẳng định nhằm mục đích: - Giải quyết các vấn đề của công nghệ và của thực tế sản xuất đòi hỏi như đánh giá chất lượng của vật liệu, của công trình làm cơ sở cho việc nghiệm thu, bàn giao, khai thác v.v - Giải quyết và hoàn thiện những bài toán mà các phương pháp lý thuyết chưa và không giải quyết được đầy đủ hoặc đang còn nằm trong ý tưởng cần thăm dò. Đối tượng của công tác thí nghiệm là vật liệu và kết cấu công trình. Bằng phương pháp cảm thụ trực tiếp, có được những số liệu đo đạc và trạng thái thực tế qua quá trình tiến hành khảo sát đối tượng, xử lý các số liệu có thể đưa đến những kết luận mang đầy đủ tính quy luật cũng như tính tiêu biêủ đối với các tham số khảo sát cả về chất lượng lẫn số lượng. Những quy luật và giá trị về sự phân bố ứng suất - biến dạng, trạng thái làm việc và hình thức phá hoại của đối tượng nghiên cứu, không chỉ hỗ trợ cho các quá trình thiết kế, tính toán thi công, nghiệm thu, khai thác mà còn thay thế được lời giải của các bài toán đặc thù, phức tạp mà việc giải quyết chúng bằng đường lối lý thuyết mất quá nhiều công sức hoặc chưa có biện pháp giải quyết. Thí nghiệm vật liệu và công trình do vậy, có thể thực hiện được các nhiệm vụ cơ bản sau đây trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng và cơ học công trình: a/ Xác định, đánh giá khả năng làm việc và tuổi thọ của vật liệu và kết cấu công trình Đây là nhiệm vụ thường được tiến hành đối với các vật liệu xây dựng và kết cấu công trình trước khi đưa vào sử dụng và khai thác. - Khả năng làm việc thực tế của một kết cấu công trình mới được xây dựng xong sẽ được phản ánh trong công việc đánh giá chất lượng chúng qua kết quả thí nghiệm kiểm tra được thực hiện trong quá trình xây dựng và kết quả kiểm định trực tiếp trên công trình. Kết quả này là một tài liệu quan trọng trong hồ sơ nghiệm thu bàn giao công trình. - Công tác xác định và đánh giá khả năng chịu lực cũng được tiến hành đối với những kết cấu công trình đã được khai thác quá lâu năm, hết niên hạn sử dụng và chất lượng đã bị giảm yếu, đối với các kết cấu công trình có yêu cầu sửa chữa cải tạo, cũng như các công trình khi đưa vào khai thác với tải trọng sử dụng lớn hơn hay không phù hợp vơí nhiệm vụ thiết kế xây dựng ban đầu. - Đặc biệt quan trọng và không thể thiếu được công việc xác định, đánh giá trạng thái làm việc và khả năng chịu lực còn lại của các kết cấu công trình bị những sự cố tác động như: thiên tai (gió bão, động đất ), chiến tranh tàn phá, hoả hoạn và sai sót trong quá trình thi công gây nên những khuyết tật kỹ thuật tồn tại trong kết cấu công trình. Mục 5 đích của công việc kiểm định khả năng chịu lực của kết cấu công trình có sự cố về chất lượng là phát hiện và đánh giá mức độ hư hỏng và độ bền vững theo thời gian của chúng để từ đó có thể nêu được những nhận xét khẳng định khả năng tồn tại, huỷ bỏ từng bộ phận của kết cấu hay toàn bộ công trình; đồng thời để nghiên cứu thiết kế tìm các biện pháp gia cường, sửa chữa và phục hồi công trình. b/ Nghiên cứu đề xuất và nghiên cứu ứng dụng các hình thức kết cấu mới, kết cấu đặc biệt vào việc thiết kế xây dựng công trình Một trong những biện pháp để tiến hành tìm kiếm một loại kết cấu mới, phù hợp là dùng phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm, vì nó cho phép xác định nhanh được một hình thức kết cấu phù hợp, có ngay được những số liệu cần thiết và tin cậy về tham số phục vụ trực tiếp cho việc thiết kế và tính toán công trình. Kết quả trong những trường hợp chọn một dạng kết cấu có sẵn lý thuyết tính toán, nhưng khi đưa vào ứng dụng cho một công trình cụ thể, tuỳ thuộc vào tầm quan trọng của công trình và mức độ chặt chẽ của phương pháp tính, cũng cần phải triển khai thực nghiệm từng phần hay toàn bộ kết cấu để kiểm chứng sự đúng đắn của phương pháp tính toán lý thuyết và tính khả thi của công trình. c/ Nghiên cứu và phát hiện các vật liệu mới, đánh giá chất lượng các loại vật liệu xây dựng đang sử dụng và tái sử dụng, các loại vật liệu địa phương Qúa trình nghiên cứu để hình thành một loại vật liệu mới thực chất là một quá trình tiến hành thực nghiệm. Một vật liệu được công nhận để đưa vào sử dụng trong xây dựng công trình cần phải có đầy đủ các chỉ tiêu đặc trưng về cường độ, biến dạng, khối lượng riêng; độ ổn định của các tính năng chuyên dùng như nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh … và các tính chất hoá - lý khác. Việc xác định số lượng và chất lượng của những đặc trưng đó chỉ có được qua quá trình tiến hành thực nghiệm. d/ Nghiên cứu phát minh những vấn đề mới trong khoa học kỹ thuật chuyên ngành, trong cơ học vật rắn biến dạng, cơ học công trình mà nghiên cứu lý thuyết hoàn toàn chưa được giải quyết hoặc chưa giải quyết đầy đủ tận gốc hoặc đòi hỏi phải có kết quả nghiên cứu thực nghiệm để làm cơ sở cho việc đánh giá sự phù hợp của các giả thiết đưa ra và xác nhận sự đúng đắn của kết quả nhận được từ nghiên cứu lý thuyết. 1.2. Ý nghĩa của trạng thái ứng suất - biến dạng Công tác thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình ngoài việc xác định một số chỉ tiêu cơ lý thì vấn đề chủ yếu là khảo sát sự biến động của trạng thái ứng suất - biến dạng của chúng. Trên cơ sở trạng thái ứng suất - biến dạng nhận được mới có thể xác định giá trị và tính chất làm việc của vật liệu trong công trình. Kết quả nhận được từ quá trình khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng của vật liệu trong công trình cho phép giải quyết những vấn đề cơ bản sau: - Gía trị và hình ảnh phân bố nội lực trên kết cấu công trình, từ đó có thể bố trí vật liệu và cấu tạo kết cấu thích hợp. - Đánh giá được khả năng và mức độ làm việc thực tế của vật liệu và công trình, cho phép rút ra được những tiêu chuẩn phục vụ cho việc kiểm tra độ bền, độ cứng và độ ổn định của công trình. - Dự đoán được đời sông và tuổi thọ của công trình khi trong quá trình thực nghiệm có tiến hành khảo sát và đo đạc sự biến động và tốc độ phát triển của ứng suất - biến dạng cũng như sự hình thành và phát triển của khuyết tật ( các hư hỏng và nứt nẻ ) xuất hiện trong quá trình làm việc của công trình. Trạng thái ứng suất - biến dạng có được trong 6 quá trình thực nghiệm không chỉ phản ánh khả năng làm việc thực tế của công trình, mà trong nhiều trường hợp còn là chuẩn mực cho việc đánh giá sự đúng đắn của lý thuyết tính toán, thiết kế công trình. Chẳng hạn, khi giải quyết bài toán về cường độ và biến dạng cho một kết cấu công trình, quá trình tính toán dựa trên cơ sở các đặc trưng của vật liệu làm việc trong miền đàn hồi; nhưng trong thực té khi phần lớn các kết cấu của công trình làm việc trong phạm vi đàn hồi của vật liệu thì có không ít các bộ phận khác của công trình sẽ tồn tại những vùng trong đó vật liệu làm việc ngoài miền biến dạng đàn hồi hoặc làm việc ở trạng thái dẻo, trạng thái phá huỷ vật liệu mà những trạng thái làm việc đó luôn luôn là nguồn gốc của sự giảm tuổi thọ hoặc gây phá hoại kết cấu công trình. Mức độ chính xác và tin cậy của phép đo lường trạng thái ứng suất - biến dạng thường chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, trong đó có: a/ Kích thước và số lượng mẫu thử: Khi khảo sát trên những mẫu thử có kích thước bằng thực hoặc là kết cấu nguyên hình thì kết quả trạng thái ứng suất - biến dạng nhận được là kết quả trực tiếp và thực, không cần qua quá trình tính toán chuyển đổi trung gian, nhưng số liệu đo đối với một tham số của bài toán thường bị hạn chế do số lượng đối tượng thí nghiệm không nhiều (thường chỉ có một hoặc hai). Ngược lại, khi khảo sát bài toán trên những mẫu thử là mô hình tương tự thì kết quả trạng thái ứng suất - biến dạng của mẫu thử thực chỉ nhận được sau một quá trình tính toán chuyển đổi tương tự qua các hệ số tỉ lệ của các tham số đo; vì thế, nếu có một sai số nhỏ trong quá trình đo sẽ dẫn đến sự lệch lạc của kết quả, song vì số thí nghiệm tiến hành trên mô hình tương tự thường là nhiều cho nên sau khi tổng hợp số liệu của nhiều mô hình thí nghiệm, vẫn có được các kết quả tin cậy. Với thí nghiệm vật liệu, kích thước và số lượng mẫu thử phải tuân theo các quy định của tiêu chuẩn thử nghiệm. b/ Hình dạng và cấu tạo liên kết các phần tử của mẫu thử Việc xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của các mẫu thử có hình dạng đơn giản thường được tiến hành không mẫu khó khăn vì ở đây ứng suất - biến dạng thường phân bố tương đối đồng đều trong kết cấu, trị số của chúng cũng không lớn, thường chỉ giao động trong miền biến dạng đàn hồi của vật liệu. Vì vậy phương pháp và số đo trong những trường hợp này thường không dẫn đến sai số đáng kể cho kết quả nghiên cứu. Đối với những trường hợp kết cấu có hình dạng phức tạp hoặc ghép từ nhiều phần tử với nhau thì việc khảo sát và xác định trạng thái ứng suất - biến dạng sẽ gặp nhiều khó khăn vì ở đây sự phân bố ứng suất - biến dạng thường thay đổi lớn, trị số đo của hai điểm hoặc hai vùng lân cận có thể khác nhau rất nhiều (ở điểm này có thể vật liệu đang làm việc trong giai đoạn đàn hồi, nhưng ở điểm bên cạnh đã xuất hiện biến dạng dẻo. c/ Cấu tạo vật liệu của mẫu thử Mẫu thử dù ở dạng nguyên hình hoặc ở dạng mô hình đều được cấu tạo từ những vật liệu thực có các đặc trưng khác nhau và thông thường các đặc trừng đó được thể hiện qua mối quan hệ thực nghiệm giưã ứng suất và biến dạng khi vật liệu chịu kéo hoặc chịu nén một trục. Trong thực tế sản xuất, tồn tại nhiều loại vật liệu có mối quan hệ giữa ứng suất - biến dạng khác nhau: Tuyến tính; Hoàn toàn phi tuyến; Không đồng nhất trong suốt quá trình chịu tải; Tuyến tính ở giai đoạn vật liệu chịu tải còn thấp nhưng khi qua một giá trị đặc trưng xác định tuỳ thuộc bản chât của vật liệu thì lại không còn tuyến tính nữa. Việc xác định 7 chính xác mối quan hệ này của vật liệu giữ một vai trò quan trọng trong quá trình khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng của đối tượng nghiên cứu. d/ Công nghệ chế tạo mẫu thử: Các kết cấu công trình trong sản suất cũng như các mẫu thử dùng để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm được thiết kế và chế tạo theo nhiều biện pháp công nghệ khác nhau. Dù bằng biện pháp chế tạo nào thì cuối cùng trong đối tượng nghiên cứu đều tồn tại một trạng thái ứng suất ban đầu hoặc ứng suất trước. Việc xác định giá trị và quy luật phân bố của chúng để loại trừ trong quá trình khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng của đối tượng thường rất khó thực hiện. e/ Tính chất tác dụng của tải trọng ngoài Giá trị và tính chất phân bố ứng suất - biến dạng trong mẫu thử thường chịu ảnh hưởng trực tiếp của đại lượng và quy luật tác động của tải trọng ngoài. Kết quả đo lường các tham số khảo sát một đối tượng chịu tải trọng tác dụng tĩnh sẽ nhận được khá dễ dàng, đảm bảo được độ chính xác và rõ ràng vì ở trường hợp này các dụng cụ và phương pháp đo thường không quá phức tạp, đặc biệt là việc đo lường được tiến hành trong điều kiện yên tĩnh, số đo không phụ thuộc vào thời gian. Nhưng khi đối tượng chịu tải trọng ngoài tác dụng động như lực xung, lực rung động thì công việc đo lường trở nên phức tạp, vì ở đây quá trình đo thực hiện trong môi trường dao động và số đo của các tham số khảo sát phục thuộc vào yếu tố thời gian. Điều này có thể làm ảnh hưởng mức độ chính xác của các phép đo và các số liệu thu nhận được. g/ Môi trường tiến hành thí nghiệm Trong kỹ thuật đo lường các đại lượng, để đảm bảo độ chính xác các phép đo thường phải được thực hiện trong những môi trường xác định hoặc môi trường chuẩn về nhiệt độ, độ ẩm và các tác nhân ăn mòn khác theo quy định của các tiêu chuẩn tương ứng. Trong phép đo giá trị biến dạng tương đối của vật liệu và kết cấu công trình cũng vậy, ảnh hưởng của môi trường xung quanh đặc biệt là nhiệt độ và độ ẩm thường làm cho số đo bị nhiễu loạn. Khi thực hiện phép đo, nếu nhiệt độ của môi trường thay đổi sẽ làm cho vật liệu bị biến dạng theo và ngay bản thân thiết bị đo cũng bị co giãn làm sai lệch giá trị số đo. 1.3. Biến dạng của kết cấu công trình và phép đo biến dạng tương đối Cho đến nay, vấn đề đo trực tiếp giá trị của tham số ứng suất trong vật liệu và kết cấu công trình vẫn chưa được giải quyết. Bởi vậy, khi cần khảo sát trạng thái ứng suất của một đối tượng cụ thể đều phải thông qua các số đo của tham số biến dạng tương đối. Điều này được thực hiện khá dễ dàng khi khảo sát các vật liệu đàn hồi tuyến tính hoặc các đối tượng làm việc trong giai đoạn biến dạng đàn hồi vì ở đây quy luật biến động của ứng suất và biến dạng là hoàn toàn đồng nhất, các đại lượng này luôn luôn tỉ lệ với nhau qua các hằng số đặc trưng tính đàn hồi của vật liệu; đó là trị số môđun đàn hồi của vật liệu khi đối tượng chịu trạng thái ứng suất một trục, hệ số Poisson trong trường hợp đối tượng làm việc ở trạng thái ứng suất phẳng. Vì vậy, sự khảo sát sự biến động của ứng suất - biến dạng của đối tượng ở giai đoạn đàn hồi hoàn toàn có thể tiến hành trên quy luật biến đổi cuả trạng thái biến dạng nhận được. Tuy nhiên, khi khảo sát các vật liệu và kết cấu công trình có quan hệ giữa ứng suất và biến dạng không tuân thủ định luật Hooke hoặc trạng thái biến dạng ngoài giới hạn đàn hồi, thì quá trình khảo sát sự biến động của trạng thái ứng suất biến dạng chỉ tiến hành qua trạng thái biến dạng như ở trường hợp vật liệu đàn hồi tuyến tính là chưa đầy đủ mà 8 còn phải khảo sát quy luật phân bố của ứng suất, bởi vì quan hệ giữa ứng suất và biến dạng không còn là tuyến tính. Đối với trường hợp này, để có thể nhận được giá trị ứng suất của đối tượng khảo sát trên cơ sở của các số đo biến dạng, cần thiết phải dựa vào biểu đồ quan hệ thực nghiệm giữa ứng suất - biến dạng khi kéo hoặc nén phá hoại mẫu vật liệu. Quá trình thực hiện các phép đo biến dạng tương đối cần phải tiến hành với số lượng dụng cụ đo tối thiểu và thời gian đo ngắn nhất; nhưng trên thực tế cần phải căn cứ vào điều kiện và hoàn cảnh cụ thể để lựa chọn cho phù hợp. a/ Đo biến dạng trong điềukiện công trình chịu các loại tải trọng có tính chất khác nhau Tuỳ theo tính chất tác dụng của tải trọng cũng như các tác nhân khác bên ngoài, trong đối tượng khảo sát thường xảy ra hai trạng thái làm việc sau: + Trạng thái tĩnh hoặc phát triển dần đều Điều này xảy ra khi có tác dụng của tải trọng tĩnh, nhiệt độ hoặc các yếu tố cơ học khác. Kết quả là xác định được các giá trị và quy luật phân bố của biến dạng. Khi thí nghiệm đối với các kết cấu công trình thực hoặc có kích thước bằng thực, thường phải dùng phương pháp đo ở một số điểm rời rạc, nhưng tại một vùng khảo sát nào đó thì số lượng điểm đo phải đủ lớn và phân bố đủ mau để có thể xác định được giá trị và tính chất phân bố biến dạng. Vấn đề phức tạp ở đây là làm thế nào qua quá trình đo và đọc số đo với số lượng lớn mà ngăn ngừa được khả năng phân bố lại biến dạng trong đối tượng khảo sát hoặc đại lượng biến dạng nhận được tại các điểm đo không tương ứng cùng một trị số ngoại lực vì giữ lực trong thời gian dài. Để khắc phục một phần ảnh hưởng đó, cần chọn phương pháp và thiết bị đo nhanh, ổn định. + Trạng thái động hoặc biến thiên nhanh: Điều này xảy ra trong các đối tượng nghiên cứu khi chịu tác dụng của tải trọng động, tải trọng di chuyển, va chạm, nổ … Đo biến dạng trong trường hợp này thường rất phức tạp vì giá trị của nó thay đổi nhanh theo thời gian; đặc biệt trường hợp đối tượng chịu tác dụng của tải trọng va chạm, ngoài việc ứng suất thay đổi rất nhanh theo thời gian (trong khoảng khắc <10 -4 s) còn có cả tập trung ứng suất quanh vùng gần điểm tác dụng lực. Trong thực tế để đo nhanh giá trị biến dạng thay đổi theo thời gian thường dùng phương pháp tenzo cảm biến điện trở với số lượng điểm đo có thể thực hiện được trên mỗi máy đo hiện nay chỉ được từ 5 - 20 điểm. Để quan sát được quá trình dao động của đối tượng thường phải dùng các thiết bị tự ghi đồng thời như Testograph, băng từ tính, máy vi tính Các thiết bị tự ghi đó thường có thể nhận được các biến dạng động trong dải tần số (10- 5000)Hz. b/ Đo biến dạng trong điều kiện vật liệu làm việc ở các trạng thái khác nhau Quá trình làm việc của vật liệu từ giai đoạn đàn hồi sang giai đoạn dẻo thường rất ngắn; trong nhiều trường hợp quá độ này chỉ là một điểm hay một giá trị giả định nào đó (chẳng hạn 0,2%) trên biểu đồ đặc trưng của vật liệu. Trong những trường hợp này giá trị tương đối của biến dạng dẻo còn rất nhỏ (thường chỉ khoảng từ 2000.10 -6 đối với thép; từ 3000.10 -6 đến 8000.10 -6 đối với hợp kim nhôm); nhưng vượt khỏi giai đoạn quá độ này thì giá trị của biến dạng dẻo tăng rất nhanh. Điều kiện biến dạng đàn hồi trong những kết cấu có hình dáng đơn giản thường được đặc trưng bởi sự phân bố đều đặn các giá trị biến dạng và mối tương quan giữa các thành phần biến dạng đối với các trường hợp biến dạng phẳng hoặc biến dạng khối hầu như không thay đổi. Trong trường hợp này, phần lớn các loại vật liệu đều tuân theo định luật 9 Hoocke không những về mặt đính tính mà cả về mặt định lượng và phương pháp đo biến dạng ở đây có thể dùng các loại tenzomet đơn giản. Tuy nhiên trong thực tế phần lớn các kết cấu công trình xây dựng có cấu tạo hình dạng phức tạp, do đó quan hệ giữa biến dạng theo các phương sẽ rất phức tạp và điều đó làm thay đổi rất nhanh sự phân bố ứng suất trong các vùng khảo sát. Khi đó, vật liệu tại những vùng này sẽ chuyển rất nhanh sang làm việc ở giai đoạn đàn - dẻo hay dẻo. Việc đo đạc biến dạng khi vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi thường chịu ảnh hưởng do sự xuất hiện thành phần biến dạng theo phương ngang lớn và sự biến dạng không đồng đều trong phạm vi chuẩn đo. Lượng biến dạng tương đối ngoài đàn hồi trong vật liệu xây dựng có thể đạt đến giá trị (10.000 - 100.000).10 -6 , có trường hợp còn lớn hơn. Trong những trường hợp này, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng vô cùng phức tạp; vì thế kết quả đo biến dạng trong điều kiện vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi thường khó đảm bảo được chính xác. Để khắc phục phần nào các yếu tố ảnh hưởng nêu trên, khi đo biến dạng tại những vùng có gradien biến dạng lớn hoặc những vùng phát triển biến dạng dẻo cần sử dụng phương pháp đo bằng các tenzo cảm biến điện trở với chiều dài chuẩn đo càng nhỏ càng tốt, thông thường từ 1 đến 5mm; đặc biệt trong những vùng có tập trung ứng suất cao thì chỉ nên dùng chuẩn đo nhỏ hơn 1mm, vì nhiệm vụ chính của việc đo đạc trong những vùng này là phải nắm bắt được trị số biến dạng lớn nhất tồn tại trong đó nhằm mục đích xác định chính xác hệ số tập trung ứng suất. Ngoài ra, khi khảo sát trạng thái ứng suất biến dạng cục bộ còn xó thể sử dụng những phương pháp chuyên dùng khác để đo giá trị và hình ảnh phân bố tổng thể của biến dạng như phương pháp quang đàn hồi, phương pháp sơn phủ dòn. c/ Đo biến dạng trong điều kiện đối tượng làm việc với các trạng thái ứng suất khác nhau Qua thực tế khảo sát các đối tượng cho thấy: tuỳ thuộc vào hình dạng cấu tạo cũng như tính chất của tải trọng ngoài tác dụng, trong đối tượng sẽ tồn tại một trong những trạng thái nội lực sau: - Trạng thái ứng suất theo một trục và phân bố đều đặn dọc trên suốt chiều dài của phần tử như trong kết cấu thanh, kết cấu chịu lực dọc đúng trục ; đối với trường hợp này, trong kết cấu chỉ tồn tại thành phần ứng suất dọc trục thành, việc đo đạc biến dạng hoàn toàn đơn giản, chỉ cần dùng một hoặc hai dụng cụ đo biến dạng như các tenzomet cơ học lắp trên một tiết diện ngang của thành là đủ để có các thông tin và số liệu chính xác phục vụ cho việc khảo sát đối tượng. - Trạng thái ứng suất hai trục, các đặc trưng biến dạng của vật liệu ở trạng thái này đã được nghiên cứu bằng lý thuyết rất đầy đủ. Khi trạng thái ứng suất phẳng, nói chung tại một điểm trong vật thể tồn tại ba ẩn số, đó là giá trị của hai ứng suất chính và góc hợp giữa hướng ứng suất chính với một trục nào đó nằm trong mặt phẳng của ứng suất chính. Để xác định ba ẩn số này cần tiến hành tại điểm đó của vật thể không ít hơn ba phép đo giá trị biến dạng (tốt nhất là bốn phép đo, trong đó có một phép đo dùng để kiểm tra mức độ chính xác). với những yêu cầu đó, phương pháp ưu việt nhất vẫn là dùng các tenzomet điện trở, vì có khả năng dán nhiều phần tử cảm biến điện trở chồng lên nhau tại một điểm để đo biến dạng theo nhiều phương khác nhau. - Trạng thái ứng suất ba trục, việc đo đạc biến dạng trở nên vô cùng khó khăn và cho đến nay các phương pháp đo vẫn chưa thông dụng. 2. THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG 10 [...]... chuẩn cần phải tiến hành từ 70 đến 100 thí nghiệm Vì vậy, để xây dựng một biểu đồ chuẩn cho súng bi hay súng bật nẩy thì cần phải tiến hành thử từ 700 đến 1000 thí nghiệm phá hoại mẫu + Nhiệm vụ thứ hai và cũng là nhiệm vụ chủ chốt của phương pháp thí nghiệm không phá hoại vật liệu là phát hiện các khuyết tật tồn tại bên trong môi trường vật liệu do quá trình chế tạo, do ảnh hưởng của các tác động khác... thiết kế, chế tạo thi công và khai thác sử dụng công trình Để có khả năng thấu hiểu sự làm việc của công trình, trước tiên phải tiến hành xác định và đánh giá chất lượng của vật liệu Hiện nay trong kỹ thuật xây dựng, việc khảo sát và xác định các đặc trưng cơ bản của vật liệu bằng thí nghiệm thường được thực hiện theo hai phương pháp cơ bản là phương pháp phá hoại mẫu và phương pháp thí nghiệm không... và biến dạng tương đối nhận được trong quá trình thí nghiệm phá hoại mẫu cho phép xây dựng một đường cong biểu diễn quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu khảo sát và được gọi là biểu đồ đặc trưng của vật liệu, bởi vì qua đồ thị này có thể xác định được các đặc trưng cơ - lý của vật liệu khảo sát Biểu đồ vật liệu (σ - ε) nhận được qua quá trình thí nghiệm phá hoại mẫu thử thường là biểu diễn... thái làm việc thực tế của vật liệu trong mẫu là rất phức tạp trong các khâu: phương pháp thí nghiệm, kỹ thuật đo và biện pháp xử lý kết quả Chẳng hạn, khi thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm kéo phá hoại mẫu thử để xác định quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu sẽ xảy ra ba trường hợp sau: a/ Biểu đồ xây dựng trên quan hệ σ = f(ε) chịu kéo với giá trị tính toán về ứng suất σ và biến dạng tương... để chọn những thiết bị đo thích ứng Trong thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình, để nhận được những kết quả đo ứng suất - biến dạng có độ tin cậy cao, cần chọn được một phương pháp đo đúng, những thiết bị đo phù hợp, có độ chính xác cao Khi chọn lựa, cần căn cứ vào các đặc trưng của từng đối tượng khảo sát cụ thể và căn cứ vào các tiêu chuẩn phù hợp để tiến hành thí nghiệm 2.2 Các thiết bị và... nghiệm không phá hoại 3.2 Phương pháp phá hoại mẫu Vật liệu khảo sát đã có sẵn hoặc lấy ra từ công trình được chế tạo thành các mẫu thử Hình dạng và kích thước của mẫu thử được xác định tuỳ theo: - Cấu tạo vật liệu - Mục đích thí nghiệm - Các quy định trong tiêu chuẩn Các mẫu vật liệu được đưa vào máy thí nghiệm tương ứng với trạng thái làm việc của vật liệu (kéo, nén, uốn, xoắn), cho chịu tác dụng của... đầu Lo của mẫu thử σ = P/Fo và ε = ∆l/Lo Xây dựng biểu đồ (σ - ε) theo phương pháp này thường rất đơn giản cho việc thí nghiệm, nhưng thực ra chưa phải là biểu đồ phản ánh đúng đắn sự làm việc của vật liệu (đường a trên hình 2.18) b/ Biểu đồ (σ - ε) xây dựng với giá trị tính toán ứng suất σ xuất phát từ tiết diện bị thu hẹp của mẫu thử 32 Thực ra trong quá trình chịu kéo, tiết diện của mẫu sẽ không... tại vùng xuất hiện eo chảy Nếu xây dựng quan hệ (σ - ε) với ứng suất σ = P/Feo và biến dạng tương đối ε=∆leo/Leo thì sẽ nhận được đường c trên hình 2.1 Đường biểu diễn này thể hiện đúng đắn mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu khảo sát Qua quá trình nghiên cứu các vật liệu xây dựng cho thấy, biểu đồ đặc trưng vật liệu (σ - ε) nhận được bằng phương pháp thí nghiệm phá hoại mẫu sẽ chịu ảnh... lớn; nhưng đối với các vật liệu có cấu tạo tinh thể, có độ đồng nhất cao thì có thể dùng loại có chiều dài chuẩn đo càng nhỏ càng thích hợp 5 Đo biến dạng của các loại vật liệu có trị số môđun biến dạng thấp và nhỏ hơn 10.000kG/cm2 nhất thiết phải dùng các tenzo cảm biến có số dây ít và dây mảnh 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỦ YẾU TRONG THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU VÀ THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH 3.1 Đặt vấn đề Yếu tố ảnh hưởng... thăm dò khuyết tật này được nghiên cứu và chế tạo theo nhiều cơ sở vật lý khác nhau như kỹ thuật vô tuyến điện tử, kỹ thuật điện từ, âm thanh, từ trường và các tia vật lý phóng xạ Hiện nay trong sản suất, khi khảo sát các đặc trưng cơ - lý của vật liệu xây dựng thường được tiến hành đồng thời cùng một lúc cả hai phương pháp thí nghiệm phá hoại và thí nghiệm không phá hoại vật liệu Kết quả nhận được . GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO THÍ NGHIỆM Chuyên ngành xây dựng giao thông Mục lục 2 CHƯƠNG I : QUY ĐỊNH VỀ PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐƯỢC CÔNG NHẬN 1 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải ban hành quy định về việc công nhận phòng thí nghiệm chuyên ngành xây dựng giao thông thì Bộ Giao thông vận tải trực