DÀN THÉP
Mục đích thí nghiệm
- Kiểm nghiệm sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:
• Ứng suất (tính toán thông qua biến dạng) trong các thanh dàn
• Chuyển vị tại một số vị trí trên dàn
• Xác định chuyển vị và biến dạng của dàn thép tại một số vị trí nhất định
• Khảo sát sự biến động của trạng thái ứng suất – biến dạng của dàn thép
Trạng thái ứng suất – biến dạng phản ánh khả năng làm việc thực tế của dàn thép cũng như các yếu tố cấu thành như: vật liệu, sơ đồ kết cấu, công nghệ chế tạo Đây là cơ sở để đánh giá sự đúng đắn của lý thuyết tính toán, thiết kế công trình và thực nghiệm.
Cấu tạo và kích thước dàn thép
Hình 1 Mô hình dàn thép thí nghiệm Bảng 1 Kích thước và cấu tạo Mô hình dàn thép thí nghiệm thanh dàn
Phần tử Cấu tạo Kích thước
- Dàn thép hình thang 5 nhịp, cao 0.5m, bước nhịp 1m:
- Khoảng cách giữa 2 thanh L là 6mm (bằng chiều dày bản mã)
- Mô-đun đàn hồi của thép: Es = 210000 N/mm 2
Mô tả sơ đồ
Hình 2 Sơ đồ thí nghiệm và bố trí thiết bị đo dàn thép
Hình 3 Sơ đồ thí nghiệm mô hình dàn
- Mô tả: Sử dụng đòn gia tải để tăng tải Khi bơm, con đội sẽ đội lên dầm chữ I (dầm chữ
I có kích thước lớn hơn rất nhiều so với dàn thép và chịu được tải trọng rất lớn so với tải
10 trọng cực đại của con đội tác dụng lên dầm Vì vậy khi bơm tải lớn nhất cũng không gây biến dạng cho dầm chữ I, do đó có thể xem dầm chữ I tuyệt đối cứng đối với hệ thí nghiệm) Khi chịu tải trọng, dầm chữ I sẽ phản hồi toàn bộ lực nhận được từ con đội xuống dầm truyền tải, sau đó thông qua quang treo, tải trọng truyền lên dàn thép thông qua hai lực tập trung như mô tả trên sơ đồ thí nghiệm
- Đo chuyển vị tại 2 điểm I, II bằng đồng hồ đo chuyển vị
- Đo biến dạng tại các điểm 1, 2, 5, 6, thông qua các cảm biến vào bộ P-3500 và SB10
Thiết bị thí nghiệm
Hình 4 Dàn thép thực tế thí nghiệm
- Thiết bị gia tải: Kích thủy lực 20T
- Quang treo và đòn gia tải:
Hình 6 2 quang treo và đòn gia tải
- Cảm biến điện trở đo biến dạng thép (Strain gages:120Ω, GF = 2.1):
Hình 7 Cảm biến điện trở
- Hệ thống thu nhận tín hiệu cảm biến P3500 + SB10:
Hình 8 Hệ thống thu nhận tính hiệu cảm biến P3500+SB10
- Đồng hồ đo độ võng:
Hình 9 Đồng hồ đo độ võng
- Đồng hồ hiển thị giá trị lực:
Hình 10 Đồng hồ hiển thị giá trị lực
Hình 11 Thước kẹp điện tử
Quy trình thí nghiệm
- Bước 1: Đo đạc các kích thước của dàn thép
- Bước 2: Xác định cách thức đặt tải trọng lên dàn
- Bước 3: Xác định vị trí các vị trí đo đạc, kiểm tra thiết bị và chạy thí nghiệm thử
- Bước 4: Kiểm tra hệ thống lần cuối và tiến hành thí nghiệm
- Bước 5: Vặn núm vặn trên con đội theo chiều kim đồng hồ để tiến hành bơm tải (sử dụng đòn bẩy để bơm tải) để con đội vừa khít với dầm chữ I
- Bước 6: Chỉnh đồng hồ đo tải trọng về giá trị 0, sau đó chỉnh 2 đồng hồ đo chuyển vị về giá trị 0, đồng thời đọc và ghi giá trị biến dạng tại thời điểm ban đầu thông qua số đọc trên thiết bị thu nhận tín hiệu cảm biến P3500
- Bước 7: Bắt đầu tăng tải trọng đến 4 kN bằng cách dùng đòn bẩy để bơm con đội Khi đồng hồ đo tải trọng hiện giá trị 4 kN thì đọc và ghi chép vào bảng số liệu các giá trị trên
2 đồng đo chuyển vị (độ võng) và các giá trị biến dạng tại các vị trí yêu cầu (1-2-5-6) trên hệ thống thu nhận tín hiệu cảm biến P3500+SB10
- Bước 8: Tiếp tục lần lượt tăng tải trọng đến các giá trị 6 kN, 8 kN và thực hiện tương tự như bước 3
- Bước 9: Xả tải bằng cách vặn núm vặn trên con đội theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, rút đòn bẩy khỏi con đội Kết thúc lần đo đầu tiên
Thực hiện tổng cộng 2-3 vòng đo lặp theo trình tự như các bước trên để lấy giá trị trung bình giữa các lần đo Thời gian cho phép dàn nghỉ khoảng từ 10-15 phút giữa các vòng đo lặp (thời gian để dàn trở về trạng thái ban đầu)
- Việc chụp hình và đo đạc các kích thước của dàn thép có thể được thực hiện trước hoặc sau khi bắt đầu thí nghiệm, tránh việc tác động (chạm, rung lắc, …) dàn thép trong quá trình thực hiện thí nghiệm
- Trong quá trình đọc giá trị trên đồng hồ đo chuyển vị thu được giá trị âm và dương, nguyên nhân do tại cách đặt chuyển vị kế (khi dàn thép bị võng sẽ làm cho đầu kim của chuyển vị kế chuyển vị theo, nếu đầu kim đi ra số đọc trên đồng hồ sẽ hiển thị giá trị âm, nếu đầu kim đi vào số đọc trên đồng hồ sẽ hiển thị giá trị dương) Vì vậy cần quan sát kĩ cách đặt chuyển vị kế tại từng điểm đo.
Xử lý kết quả thí nghiệm
- Tiến hành làm thí nghiệm 2 lần
Bảng 2 Bảng đo số liệu thí nghiệm lần 1
Số đọc chuyển vị kế (mm) Số đọc máy đo biến dạng (x10 -6 )
Bảng 3 Bảng đo số liệu thí nghiệm lần 2
P F=P/2 Số đọc chuyển vị kế (mm) Số đọc máy đo biến dạng (x10 -6 )
- Sau khi đã có số liệu thí nghiệm, ta tiến hành tính giá trị trung bình và trừ tất cả các giá trị biến dạng ở cấp tải cho giá trị biến dạng ở cấp tải 0 và tính giá trị trung bình của biến dạng và chuyển vị Giá trị được sử dụng tính toán sau này là giá trị trung bình
Bảng 4 Giá trị trung bình 2 lần đo
Số đọc chuyển vị kế (mm) Số đọc máy đo biến dạng (x10 -6 )
Tính giá trị trung bình các lần đo của ε i , δ i và giá trị ứng suất σ i tại các vị trí ε i
Bảng 5 Giá trị trung bình 2 lần đo
Số đọc chuyển vị kế (mm) Số đọc máy đo biến dạng (x10 -6 )
Bảng 6 Giá trị ứng suất tại các điểm
P (kN) F=P/2 (kN) Ứng suất (kN/m 2 )
Vẽ đồ thị biểu diễn kết quả thí nghiệm tải trọng – ứng suất (P-σ) và tải trọng – độ võng (P- δ) của các điểm đo
Hình 12 Đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng (P-δ) của các điểm đo
Hình 13 Đồ thị quan hệ tải trọng – ứng suất (P-σ) của các điểm đo
Tính toán các đại lượng
Lý thuyết ứng suất – biến dạng
− Biến dạng thanh theo định luật Hooke: i i E
• N: lực dọc trong thanh (kN)
• F: diện tích tiết diện ngang của thanh dàn
• : Biến dạng của cấu kiện
• E: Modul đàn hồi của vật liệu thép (E = 2.1x10 8 kN/m 2 )
9.2 Xác định ứng suất và độ võng theo phương pháp sử dụng lý thuyết Cơ học kết cấu
Xác định nội lực của các thanh trong dàn
Hình 14 Biểu đồ nội lực trong các thanh dàn Bảng 7 Nội lực trong các thanh dàn
- Tính toán nội lực trong các thanh qua các lần gia tải:
Bảng 8 Nội lục trong các thanh dàn
- Ứng suất trong các thanh:
Bảng 9 Ứng suất trong các thanh
- Giá trị biến dạng tại các vị trí:
Bảng 10 Giá trị biến dạng tại các vị trí
Tính toán chuyển vị các các vị trí: Để tính chuyển vị ta dùng lý thuyết chuyển vị khả dĩ của cơ học kết cấu Đặt lực đơn vị tại điểm cần tìm chuyển vị và tính nội lực trong các thanh dàn, sau đó áp dụng công thức của cơ học kết cấu để tìm ra giá tị chuyển vị: k m km
Hình 15 Giá trị nội lực tại các thanh dàn khi chịu lực đơn vị để tính chuyển vị tại vị trí 1
Hình 16 Giá trị nội lực tại các thanh dàn khi chịu lực đơn vị để tính chuyển vị tại vị trí 2
Bảng 11 Bảng tính chuyển vị theo công thức cơ học kết cấu
- Giá trị chuyển vị tải các vị trí:
Bảng 12 Giá trị chuyển vị tại các vị trí
9.3 Tính toán theo phần mềm Sap2000
- Để tính toán các giá trị lý thuyết ta sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm SAP2000 Các bước thực hiện bao gồm mô hình dàn, gán tải trọng tương ứng với các cấp tải khi thí nghiệm, chạy nội lực và dùng nội lực để tính ứng suất và biến dạng
23 Hình 17 Khai báo vật liệu
24 Hình 18 Khai báo tiết diện thanh dàn
Hình 19 Sơ đồ dàn thép
- Vị trí đặt tải: tải trọng tác dụng lên nút: Tại nút số 8 và 10 đặt tải trọng giống nhau
Hình 20 Vị trí đặt tải
- Vị trí xác định chuyển vị:
Hình 21 Vị trí xác định chuyển vị của dàn thép
Kết quả từ phần mềm SAP2000
Kết quả từ phần mềm SAP2000 minh họa ứng với cấp tải lớn nhất (P = 8 kN)
Hình 22 Biểu đồ lực dọc trong các thanh dàn
Hình 23 Giá trị chuyển vị tại nút 4 (vị trí đặt chuyển vị kế số 1)
Hình 24 Giá trị chuyển vị tại nút 9 (vị trí đặt chuyển vị kế số 2) Bảng 13 Kết quả chuyển vị và lực dọc từ phần mềm SAP2000
Tính biến dạng trong thanh theo kết quả từ phần mềm
Bảng 14 Giá trị ứng suất không xét đến trọng lượng bản thân
Bảng 15 Giá trị biến dạng không xét đến trọng lượng bản thân
So sánh và vẽ các đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng (P-δ) và tải trọng – nội lực (P- σ)
Bảng 16 Tổng hợp giá trị ứng suất theo 3 phương pháp
Thí nghiệm Cơ học kết cấu SAP2000
Bảng 17 So sánh giá trị ứng suất theo 3 phương pháp
P (kN) Cơ học kết cấu so với thực nghiệm
SAP2000 so với thực nghiệm
Hình 25 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 1
Hình 26 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 2
30 Hình 27 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 5
Hình 28 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 6
Bảng 18 Tổng hợp giá trị độ võng theo 3 phương pháp
(kN) Độ võng (mm) Thí nghiệm Cơ học kết cấu SAP2000
Bảng 19 So sánh giá trị độ võng theo 3 phương pháp
P (kN) Cơ học kết cấu so với thực nghiệm
SAP2000 so với thực nghiệm
Hình 29 Đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng tại vị trí đặt chuyển vị kế 1
Hình 30 Đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng tại vị trí đặt chuyển vị kế 2
Phân trích và nhận xét kết quả thí nghiệm
* Phân tích thí nghiệm và lí thuyết:
- Sơ đồ tính thực nghiệm: 2 liên kết cố định
- Sơ đồ tính lý thuyết: 1 gối cố định, 1 gối di động (Dầm đơn giản)
- Tải trọng thực nghiệm là tải trọng ngoài P (kích thủy lực) không bao gồm tải trọng bản thân, do các thiết bị đo chuyển vị đã được reset ngay từ đầu, thiết bị đo biến dạng cũng đã được ghi lại số liệu ngay từ đầu
- Tải trọng tính lý thuyết cũng là tải trọng ngoài P (kích thủy lực) không bao gồm trọng lượng bản thân
- Vật liệu thực nghiệm vá tính lý thuyết:
• Đặc trưng hình học tiết diện tra bảng
• Modun đàn hồi của thép Es = 210000N/mm 2
- Vật liệu thực nghiệm: Thép là vật liệu liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính
- Vật liệu tính theo lý thuyết: Vật liệu được coi là liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính
- Thực nghiệm: lấy kết quả thực nghiệm chuyển vị, ứng suất tính theo kết quả biến dạng thực nghiệm thông qua định luật Hooke
• Cơ học kết cấu: Chuyển vị và ứng suất tính lý thuyết cơ học kết cấu và công thức định luật Hooke
• SAP 2000: Chuyển vị và ứng suất tính theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và công thức định luật Hooke
* Phân tích và nhận xét kết quả thí nghiệm đo biến dạng
- Có sự chênh lệch kết quả từ các phương pháp tính giữa SAP2000, cơ học kết cấu và thực nghiệm
- Sự chệnh lệch ứng suất giữa SAP2000 và cơ kết cấu là rất nhỏ, gần như bằng 0
- Theo kết quả SAP2000, cơ học kết cấu và thực nghiệm tải trọng – ứng suất gần như là tuyến tính (đồ thị có dạng đường thẳng), từ đó ta có thể thấy kết cấu vẫn còn làm việc trong miền đàn hồi Tuy nhiên đường biểu diễn thực nghiệm có thể xem như tuyến tính vì sai sót trong quá trình thí nghiệm dẫn đến một số điểm phi tuyến
- Biến dạng tại vị trí đo biến dạng 2 có sự khác biệt giữa tính toán theo lý thuyết đàn hồi và kết quả thực nghiệm Trong cách tính toán lý thuyết đàn hồi tại vị trí số 2, thanh cánh xiên giải ra không có nội lực và theo định luật Hooke thì thanh cánh xiên này không có biến dạng, do đó có thể nói rằng dàn thép đã nhận được lực gia tải đứng khi thí nghiệm bị lệch trục thay vì nhận lực thẳng đứng vuông góc với thanh cánh trên tại vị trí đầu thanh xiên Vì vậy có sự chênh lệch rõ ràng giữa đường biểu diễn tải trọng ứng suất theo thực nghiệm và lý thuyết.
* Phân tích và nhận xét kết quả thí nghiệm đo chuyển vị
- Chuyển vị thực nghiệm, SAP2000 và cơ kết cấu có biến thiên tuyến tính Tải trọng càng lớn chuyển vị của thực nghiệm càng lớn hơn so với SAP2000 và cơ học kết cấu (kết quả thu được từ phương pháp tính theo cơ học kết cấu và SAP2000 gần như bằng nhau)
- Chuyển vị theo thực nghiệm lớn hơn chuyển vị theo cơ học kết cấu và SAP2000 Tuy nhiên chuyển vị tỏ ra khá gần giá trị của nhau vì vật liệu được sử dụng là thép, tính đồng nhất cao, đẳng hướng, ít khuyết tật, …, mô hình thí nghiệm cũng khá đơn giản nên giảm bớt sai số
- Tuy các đồ thị vẫn có sự chênh lệch nhau về giá trị nhưng mà vẫn cho ta thấy được chế độ làm việc tuân theo lý thuyết của sức bền vật liệu khi dàn thép làm việc trong giai đoạn đàn hồi
- Kết quả cho thấy các tính toán SAP2000 tương đối sát với kết quả tính toán theo cơ học kết cấu trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi
Kết quả chuyển vị và biến dạng đo được khi thí nghiệm không giống với kết quả tính toán theo lý thuyết Chứng tỏ có yếu tố gây ra sai số trong quá trình làm thí nghiệm
Sai số trong quá trình thí nghiệm:
Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến kết quả thí nghiệm sai lệch so với lý thuyết, các nguyên nhân chính gồm có:
- Sai số do thiết bị, dụng cụ thí nghiệm:
• Do bộ phận kích lực không chuẩn, khi kích chỉ cần có chuyển vị nhỏ cũng tác động đến các thiết bị cảm biến
• Đường dây điện không ổn định, chỉ cần 1 chút tác động nhẹ lên dây (có thể là do gió, hay bạn nào lỡ chạm vào), sẽ dẫn tới kết quả sai khác rất lớn so với kết quả đang đo
• Dàn thép còn biến dạng dư, do chúng ta làm thí nghiệm liên tục, dàn chưa trở về trạng thái ban đầu (Dàn thép sau khi thí nghiệm nhiều lần, khả năng đàn hồi bị giảm, sau lần thí nghiệm 1, thời gian chờ cho dàn phục hồi người thí nghiệm không tính toán được nên lần thí nghiệm 2 kết quả thí nghiệm có sai số lớn hơn lần 1 Mặt khác, dàn chưa trở lại trạng thái ban đầu, người thí nghiệm đã bắt đầu tiến hành gia tải cho lần 2, nhưng lần này dàn thép ở trạng thái khác với lần thí nghiệm 1, do đó có sai số)
• Máy đo biến dạng rất nhạy, ban đầu ta không thể chỉnh hoàn toàn về số 0, do đó kết quả đó về sau sẽ sai số
• Đồng hồ sử dụng đo chuyển vị là dạng hoạt động theo nguyên tác tín hiệu điện tử, nên sau nhiều lần sử dụng, thời gian dài dụng cụ giảm độ nhạy dẫn đến kém chính xác, gây sai số trong quá trình đo chuyển vị.
- Sai số do tác nhân con người:
• Việc đọc số cũng không đảm bảo chính xác hoàn toàn, phụ thuộc nhiều vào người đọc đồng hồ đo
• Trong quá trình làm thí nghiệm có thể vô tình đụng chạm vào hệ dàn, dây dẫn, Strain Gage để xảy ra sự cố
• Gia tải kích lực chưa đạt tới hoặt vượt quá gia tải yêu cầu (do giả tải bằng phương pháp bơm thủ công nên có thể chưa đạt hoặc vượt mức tải yêu cầu Bên cạnh đó, trong một vài trường hợp khi đã bơm tải đến tải trọng yêu cầu nhưng tải trọng đột nhiên bị giảm làm thay đổi kết quả)
- Ảnh hưởng của môi trường:
• Bị ảnh hưởng bởi các tác nhân như gió, nhiệt độ, … trong lúc làm thí nghiệm Lúc làm thí nghiệm nên tắt tất cả quạt và làm vào lúc ít gió, vì khi gió thổi qua làm đung đưa dây dẫn, dẫn đến sai số rất lớn, đặc biết đối với hệ thống thu nhận tín hiệu cảm biến P3500 + SB10, khi dây dẫn bị rung có thể làm kết quả sai lệch rất lớn
• Dàn thép đã được sử dụng lâu ngày nên dẫn đến sai lệch do từ biến, ảnh hưởng bởi thời tiết đến vật liệu
Sai số trong quá trình tính toán:
• Do kết cấu thực làm việc quá lâu so với mô hình kết cấu của lý thuyết làm xuất hiện hiện tượng từ biến Dù trong thanh bụng có Strain Gage số 2 không có nội lực trong thanh, nhưng thực tế vẫn gây ra biến dạng
• Hầu hết các bạn mô hình trên phần mềm SAP2000 chưa kiểm tra sự hội tụ của bài toán tụ (Kiểm tra hội tụ của bài toán, bằng cách kiểm tra kết quả chuyển vị tại các vị trí bất kì trên hệ dàn giữa 2 lần mesh, khi sự sai lệch kết quả giữa 2 lần mesh nhỏ hơn 1% thì có thể xem như bài toán đã hội tụ) Trong khi đối với phương pháp phần tự hữu hạn, yếu tố quan trọng quyết định đến kết quả có chính xác hay không là sự hội tụ nghiệm
• SAP2000 xuất kết quả là tiết diện gồm 2 thanh thép góc còn trong thí nghiệm cảm biến chỉ đặt trên một thanh thép góc
• Kết quả nội lực trong SAP2000 và trong lúc tính tay được làm tròn thông qua excel
Sai số do cơ khí và cấu tạo dàn thép:
• Sai sót trong quá trình chế tạo dàn thép, điển hình như chi tiết mối nối tại các nút dàn không đảm bảo khả năng làm việc của các thanh dàn
Đánh giá khả năng làm việc của dàn thép
Các thanh trong dàn đang chịu ứng suất khá nhỏ so với ứng suất giới hạn
=> Dàn đang làm việc trong miền đàn hồi.
Đề xuất và kiến nghị
- Kiểm tra cẩn thận việc lắp đặt, bố trí sơ đồ thí nghiệm trước khi thí nghiệm
- Kiểm tra dụng cụ thí nghiệm đạt yêu cầu trước khi thí nghiệm
- Tăng số lần thí nghiệm để tăng độ chính xác của thí nghiệm và loại bỏ các kết quả bị sai số quá lớn giữa những lần thí nghiệm
- Đọc số đo và điều khiển thiết bị chính xác
- Hạn chế tối đa các tác động từ môi trường bên ngoài đến quá trình thí nghiệm (sự thay đổi nhiệt độ, va chạm, …)
- Thường xuyên bảo dưỡng các thiết bị, dụng cụ đo
DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
Mô tả cấu tạo kích thước dầm BTCT, sơ đồ làm việc và sơ đồ tính toán
2.1 Cấu tạo kích thước dầm BTCT
Hình 31 Cấu tạo và kích thước dầm BTCT
- Kích thước dầm BTCT tiết diện hình chữ nhật bh = 150300 mm, chiều dày lớp bê tông bảo vệ c = 25 mm
- Bê tông sử dụng B30 có đặc trưng vật liệu:
- Cốt thép sử dụng CB400V có đặc trưng vật liệu:
2.2 Sơ đồ làm việc và sơ đồ tính toán
Hình 32 Sơ đồ tính dầm BTCT
- Dầm được đặt trên 2 gối tựa đơn cách nhau một đoạn 2700mm chịu 2 lực tập trung theo sơ đồ
- Chiều dài dầm tính từ đầu thừa L + 2 L0 = 2700 + 2x150 = 3000 (mm)
- Khoảng cách từ đầu thừa đến điểm đặc lực là L1 = 1050 (mm)
Mô tả chi tiết thiết bị thí nghiệm
Hình 33 Khung gia tải MAGNUS
41 Hình 34 Loadcell 60T và đồng hồ hiển thị giá trị lực
Hình 35 Kích thủy lực Hi-Force có Pmax = 1000 kN
42 Hình 36 Tensometer cảm biến điện trở đo biến (Strain gage) (LSGmm)
Hình 37 Thiết bị thu nhận P3500 và chuyển đổi kênh SB10
43 Hình 38 Truyền lực và liên kết gối tựa tại 2 đầu dầm
Hình 39 Đồng hồ đo chuyển vị dầm
4 Mô tả sơ đồ thí nghiệm và các vị trí đo biến dạng ε và độ võng δ
Hình 40 Sơ đồ thí nghiệm dầm BTCT
- Dầm được đặt trên 2 gối tựa đơn cách nhau một đoạn 2700mm và chịu 2 lực tập trung theo sơ đồ
* Vị trí đo biến dạng ε và độ võng δ
- Bố trí 1 đồng hồ đo chuyển vị tại vị trí giữa dầm
- Bố trí 3 Strain gage để đo biến dạng, SG1 đặc ở vùng nén bê tông, SG2 và SG3 đặc ở chính giữa dầm trên 2 thanh thép chịu kéo.
Mô tả quy trình thí nghiệm
Bước 1: Đo lại các kích thước dầm: b, h, L, và kiểm tra lại các đồng hồ đo chuyển vị, về độ ổn định, vị trí đặt và độ nhạy của các đồng hồ trước khi tiến hành thí nghiệm
Bước 2: Điều khiển hệ gia tải để áp đặt tải tập trung lên mặt dầm bằng kích thủy lực
Bước 3: Chất tải và dỡ tải trọng thử ban đầu (5-10% Pmax) một vài lần để phát hiện, sửa chữa dụng cụ đo và loại trừ biến dạng dư
Bước 4: Tiến hành gia tải bằng kích thủy lực, mỗi cấp gia tải là 4kN/cấp, gia tải đến 12 kN Đọc và ghi lại kết quả cho từng đại lương đo tương ứng với từng cấp tải
Bước 5: Sau khi tiến hành đo xong 4 cấp tải ở lần thứ nhất, tiến hành xả tải để dầm nghỉ ngơi 15 phút cho dầm quay về trạng thái ban đầu, rồi tiếp tục tiến hành gia tải thí nghiệm lần 2
Bước 6: Sau khi đã tiến hành đủ 2 lần thí nghiệm với 4 cấp tải mỗi lần, tiến hành tổng hợp số liệu và lấy giá trị trung bình 2 lần đo để tính toán
Xử lý kết quả thí nghiệm: loại bỏ điểm nhiễu, tính toán ε i
6.1 Kết quả ghi nhận số liệu
Bảng 20 Kết quả đo lần 1 STT Pi (kN) Chuyển vị (mm)
Bảng 21 Kết quả đo lần 2 STT Pi (kN) Chuyển vị (mm)
6.2 Kết quả xử lí số liệu
Bảng 22 Xử lí số liệu kết quả đo lần 1 STT Pi (kN) Chuyển vị (mm)
Bảng 23 Xử lí số liệu kết quả đo lần 2 STT Pi (kN) Chuyển vị (mm)
7 Giá trị trung bình các lần đo
Bảng 24 Giá trị trung bình kết quả 2 lần đo STT Pi (kN) Chuyển vị (mm)
- Giá trị ứng suất của bê tông được suy ra từ kết quả thí nghiệm: σ i =ε i ×E b Trong đó: Eb = 32500 MPa là mô đun đàn hồi của bê tông
i là giá trị biến dạng tương ứng với từng vị trí đo và cấp tải
- Giá trị ứng suất của cốt thép được suy ra từ kết quả thí nghiệm: σ i =ε i ×E s Trong đó: Eb = 200000 MPa là mô đun đàn hồi của cốt thép
i là giá trị biến dạng tương ứng với từng vị trí đo và cấp tải
Bảng 25 Giá trị độ võng và ứng suất từ thực nghiệm
STT Pi (kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng () Ứng suất (kN/m 2 )
Vẽ đồ thị biểu diễn kết quả thí nghiệm tải trọng – ứng suất (P-σ) và tải trọng – độ võng (P- δ)
Hình 41 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và ứng suất
Tải trọng Pi (kN) Ứng suất i (N/mm2) Đồ thị quan hệ P -
Hình 42 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng độ võng
Tính toán các các đại lượng
9.1 Tính toán theo lý thuyết BTCT (TCVN 5574:2018)
9.1.1 Tính toán giá trị độ võng
Bê tông B30 có Rb,ser = 22 MPa, Rbt,ser = 1.75 MPa, Eb = 32500 MPa
Cốt thép CB400-V có Es = 2 x 10 5 MPa
Tiết diện cấu kiện là hình chữ nhật, kích thước bxh = 150x300 mm (A = 45000 mm 2 ) a = 25 +16/2 = 33 mm → ho = 300 – 33 = 267 mm a’ = 25 +10/2 = 30 mm
Hệ số quy đổi cốt thép về bê tông: α =E s
Lực Pi (kN) Độ võng (mm) Đồ thị quan hệ P -
Diện tích mặt cắt ngang quy đổi tiết diện dầm:
Momen tĩnh của diện tích tiết diện quy đổi đối với thớ bê tông chịu kéo ngoài cùng là:
2 +6.154×(603.186×33+157.08×270) q33487.86(mm 3 ) Khoảng cách từ thớ bê tông chịu kéo nhiều nhất đến trọng tâm tiết diện quy đổi: y t =S t, red
Mô men quán tính của tiết diện bê tông, tiết diện cốt thép chịu kéo và cốt thép chịu nén đối với trục trung hòa đi qua trọng tâm tiết diện quy đổi:
Mô men quán tính Ired của tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện đối với trọng tâm của nó
Mô men kháng uốn của tiết diện quy đổi:
Mô men kháng uốn đàn hồi dẻo của tiết diện đối với thớ bê tông chịu kéo ngoài cùng là:
Mô men hình thành khe nứt:
M crc =W pl ×R bt,ser 623095.51×1.75 c40417.143(N.mm) = 6.34 (kN.m)
Kiểm tra điều kiện hình thành vết nứt của cấu kiện bê tông cốt thép:
+ Nếu M > Mcrc => bê tông vùng kéo nứt
+ Nếu M < Mcrc => bê tông vùng kéo chưa nứt
Kiểm tra nứt của tiết diện tương ứng với từng cấp tải:
STT Pi (kN) Mmax (kN.m) Mcrc (kN.m) Kết luận
Tính toán độ võng Độ võng của dầm bao gồm võng do moment và võng do lực cắt khi không có vết nứt: f =f m +f q Trong đó: fm: là độ võng do biến dạng uốn gây ra fq: là độ võng do biến dạng trượt
Với cấu kiện chịu uốn có L/h = 2700/0.3 =9 nên có thể bỏ qua võng do biến dạng trượt gây ra bởi lực cắt Theo TCVN 5574-2018 thì không xét đến võng do trượt khi L/h
