Báo cáo thí nghiệm công trình PHẦN 1 THÍ NGHIỆM dàn THÉP CHỊU tải TRỌNG TĨNH

THÍ NGHIỆM DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH

MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU THÍ NGHIỆM

− Kiểm nghiệm sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

 Ứng suất trong các thanh dàn.

 Độ võng và chuyển vị của 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 là yếu tố quan trọng phản ánh khả năng làm việc thực tế của dàn thép, liên quan đến vật liệu, sơ đồ kết cấu và công nghệ chế tạo Điều này cung cấp cơ sở để đánh giá tính chính xác của lý thuyết tính toán, thiết kế công trình và kết quả thực nghiệm.

− Đo biến dạng ε tại một số thanh đại diện trong dàn, từ đó tính ứng suất σ và nội lực N.

− Đo độ võng δ tại một số vị trí trên dàn.

− So sánh kết quả đo thực nghiệm và tính toán lý thuyết.

Hình 1 Sơ đồ dàn thép và cấu tạo thanh

 Vị trí đo độ võng (Δ))

Vị trí I : Ở thanh cánh trên, cách gối tựa bên trái 1.5m

Vị trí II : Ở thanh cánh dưới cách gối tựa bên phải 2m

Vị trí III : Ở thanh cánh trên, cách gối tựa bên phải 1m

Hình 2 Sơ đồ thí nghiệm

III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM DÀN THÉP

 Kích thủy lực (Dpiston = 5,82cm)

 Quang treo và đòn gia tải

Hình 4 Quang treo và đòn gia tải

2 Thiết bị đo biến dạng

 Cảm biến đo biến dạng thép (Strain gage)

Hình 5 Vị trí cảm biến điện trở

Hình 6 Hệ thống thu nhân và xử lý tín hiệu (P3500+SB10)

3 Thiết bị đo độ võng

 Các đồng hồ đo chuyển vị bé (dial micrometer)

Hình 7 Đồng hồ đo chuyển vị bé (Dial Mocrometer)

IV QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

 Phân công nhiệm vụ trước khi thực hiện

 Đọc số đó chuyển vị kế: Linh

 Ghi số liệu đo: Nguyên

 Kiểm tra số liệu đo: Dũng

 Chụp ảnh thí nghiệm: Long

 Kiểm tra dàn và kích thước dàn

 Bố trí 3 đồng hồ chuyển vị vào đúng các nút dàn như hình 1.6 Kiểm tra các đồng hồ phải chạm vào dàn thép

 Nối 7 dây đo strain gage vào đúng các vị trí 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

 B1: Đọc chỉ số trên máy đo biến dạng

Kích lực được thực hiện tại áp lực 10 kg/cm² Đọc lần lượt ba số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và bảy biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 12kg/cm², tiến hành đo kích lực B3 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả thí nghiệm sẽ được ghi vào bảng để phân tích.

Tại áp lực 14 kg/cm², thực hiện đo ba số liệu chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và ghi nhận bảy biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả được tổng hợp và ghi vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 16kg/cm², thực hiện đo kích lực B5 bằng cách ghi lại ba số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và bảy biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích.

Tại áp lực 18kg/cm², tiến hành đo kích lực B6 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích và đánh giá.

B7: Kích lực được thực hiện ở áp lực 20kg/cm² Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi lại kết quả vào bảng thí nghiệm.

Kích lực được áp dụng ở áp lực 22kg/cm² Tiến hành đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để theo dõi sự phục hồi của kết cấu thép sau biến dạng và chuẩn bị cho thí nghiệm lần 2.

Tại áp lực 10kg/cm², thực hiện đo ba số liệu chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và bảy biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi lại kết quả vào bảng thí nghiệm để phân tích và đánh giá.

Tại áp lực 12kg/cm², thực hiện đo kích lực B3 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích.

Kích lực được thực hiện ở áp lực 14 kg/cm² Ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 16kg/cm², thực hiện đo kích lực B5 bằng cách lần lượt ghi nhận 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả của các phép đo sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích.

Khi áp lực đạt 18kg/cm², thực hiện đo kích lực B6 Tiến hành ghi lại lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả của các phép đo này cần được ghi vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 20 kg/cm², tiến hành đo kích lực B7 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả thí nghiệm sẽ được ghi vào bảng để phân tích.

Tại áp lực 22kg/cm², thực hiện đo kích lực B8 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích.

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM DÀN THÉP

 Kích thủy lực (Dpiston = 5,82cm)

 Quang treo và đòn gia tải

Hình 4 Quang treo và đòn gia tải

2 Thiết bị đo biến dạng

 Cảm biến đo biến dạng thép (Strain gage)

Hình 5 Vị trí cảm biến điện trở

3 Thiết bị đo độ võng

 Các đồng hồ đo chuyển vị bé (dial micrometer)

Hình 7 Đồng hồ đo chuyển vị bé (Dial Mocrometer)

QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

 Phân công nhiệm vụ trước khi thực hiện

 Đọc số đó chuyển vị kế: Linh

 Ghi số liệu đo: Nguyên

 Kiểm tra số liệu đo: Dũng

 Chụp ảnh thí nghiệm: Long

 Kiểm tra dàn và kích thước dàn

 Bố trí 3 đồng hồ chuyển vị vào đúng các nút dàn như hình 1.6 Kiểm tra các đồng hồ phải chạm vào dàn thép

 Nối 7 dây đo strain gage vào đúng các vị trí 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Tại áp lực 10kg/cm², thực hiện đo kích lực B2 và ghi nhận 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế cùng với 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích.

Tại áp lực 12kg/cm², tiến hành đo kích lực B3 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả của các phép đo này sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để phục vụ cho việc phân tích và đánh giá.

Tại áp lực 14kg/cm², tiến hành đo kích lực B4 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để phục vụ cho việc phân tích và đánh giá.

Tại áp lực 16kg/cm², tiến hành đo kích lực B5 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi lại kết quả vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 18kg/cm², tiến hành đo kích lực B6 bằng cách ghi lại lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả của các phép đo này sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 20kg/cm², thực hiện đo kích lực B7 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 22kg/cm², tiến hành đo ba số liệu chuyển vị và bảy biến dạng bằng máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi lại vào bảng thí nghiệm để theo dõi quá trình phục hồi của kết cấu thép sau biến dạng, chuẩn bị cho thí nghiệm lần thứ hai.

Tại áp lực 10kg/cm², tiến hành đo kích lực B2 bằng cách ghi lại lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả được ghi chép cẩn thận vào bảng thí nghiệm để phân tích và đánh giá.

Kích lực được thực hiện tại áp lực 12kg/cm² Các số đo chuyển vị được ghi lại lần lượt tại chuyển vị kế, cùng với 7 biến dạng đo được từ máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để phục vụ cho việc phân tích và đánh giá.

Tại áp lực 14 kg/cm², tiến hành đo đạc lần lượt 3 số đo chuyển vị và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi lại kết quả vào bảng thí nghiệm để phân tích và đánh giá.

Tại áp lực 16kg/cm², thực hiện đo kích lực B5 bằng cách ghi lại 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích.

Kích lực được xác định tại áp lực 18kg/cm² Tiến hành đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm.

Kích lực được thực hiện ở áp lực 20kg/cm² Đọc lần lượt ba số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và bảy biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi lại kết quả vào bảng thí nghiệm.

Khi áp lực đạt 22kg/cm², tiến hành đo kích lực và ghi lại ba số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế, cùng với bảy biến dạng tại máy đo biến dạng Tất cả kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích.

Tại áp lực 24kg/cm², tiến hành đo kích lực B9 và ghi lại lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế cùng 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm.

 B10: Xả kích thủy lực Kiểm tra số liệu và kết thức quá trình

 Chụp hình toàn bộ mô hình Xả tải kiểm tra lại lần cuối

SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Áp lực Pi Số đo chuyển vị kế δi

Số đo biến dạng ɛi (x10 -6 )

Bảng 1 Số liệu đo lần 1 Áp lực

Số đo chuyển vị kế δi

(mm) Số đo biến dạng ɛi (x10 -6 )

Bảng 2 Số liệu đo lần 2 Áp lực

Số đo chuyển vị kế δi

(mm) Số đo biến dạng ɛi (x10 -6 )

XỬ LÝ SỐ LIỆU BIẾN DẠNG

Số đo chuyển vị kế δi (mm) Số đo biến dạng ɛi (x10 -6 )

Bảng 4 Sử lý số liệu biến dạng Áp lực

Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng – chuyển vị

TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT SỨC BỀN KẾT CẤU

1 Biến dạng thanh theo định luật Hooke: i i E

N: lực dọc trong thanh (kN)

F: diện tích mặt cắt ngang tiết diện

 : Biến dạng của cấu kiện

E: Modul đàn hồi của thép, E = 2,1x10 8 (kN/m 2 )

Dpiston: Đường kính Piston kích thủy lực = 5.82 (cm)

 Tải trọng tác dụng lên dàn (P) ứng với mỗi lần gia tải được xác dịnh theo công thức:

4 ) trong đó p i (kG/cm2) là áp suất gia tải của kích thủy lực

Từ đó ta có bảng tổng hợp sau: Áp lực (daN/cm 2 ) 0 10 12 14 16 18 20 22 24

Bảng 6 Bảng qui đổi áp lực về nội lực trong thanh

Bảng 7 Bảng phân bố nội lực lý thuyết trong thanh

 Tính toán: Áp lực (daN/cm 2 ) Pi (kN) Nội lực trong thanh (kN)

Bảng 8 Bảng phân bố nội lực tính toán trong thanh

 Từ đó tính ứng suất trong thanh: Áp lực (daN/cm 2 ) Pi

Bảng 10 Bảng tính chuyển vị của giàn theo cơ học kết cấu

TÍNH TOÁN THEO PHẦN MỀM SAP2000

1 Mô hình dàn trong Sap2000

Hình 8 Khai báo loại vật liệu

Hình 9 Khai báo tiết diện thanh dàn

Hình 10 Sơ đồ thanh dàn

Hình 11 Vị trí đặt tải

Hình 12 Hình ảnh minh họa tính toán bằng Sap2000 (cấp tải 10daN/cm 2 )

2 Kết quả từ phần mềm Sap2000 Áp lực

Pi (kN) Lực dọc N (mm)kN)

Bảng 11 Kết quả tính lực dọc N(kN) Áp lực

(kN) Ứng suất σ (mm)kN/m 2 )

Bảng 12 Kết quả tính ứng suất (kN/m 2 ) Áp lực (daN/cm 2 ) Pi (kN) Chuyển vị (mm)mm)

Bảng 13 Kết quả chuyển vị

BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG – CHUYỂN VỊ

Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000

Chuyển vị (mm) Chuyển vị (mm) Chuyển vị (mm)

I II III I II III I II III

Bảng 14 Tổng hợp kết quả chuyển vị

Hình 13 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị

Chuyển vị (%) Chuyển vị (%) Chuyển vị (%)

Bảng 15 Chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thự nghiệm(%) tại vị trí I

BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG - ỨNG SUẤT

3.5 Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm

Hình 16 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 1

Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000 Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)

Bảng 18 Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 1

P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm

Cấp lực Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000 Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)

Bảng 21.Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 4

Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm 3.5

Bảng 23Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 6

Bảng 24Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 7

NHẬN XÉT VÀ BÌNH LUẬN ĐỒ THỊ

1 Nhận xét a Tải trọng - chuyển vị

Chuyển vị thực nghiệm thường cao hơn so với chuyển vị xác định từ SAP, trong khi chuyển vị xác định từ SAP lại lớn hơn so với chuyển vị xác định từ cơ kết cấu.

 Các đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của dàn thép theo cơ kết cấu và theo SAP là tuyến tính.

Đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của dàn thép theo thực nghiệm cho thấy sự tương đồng với đường tuyến tính, mặc dù có một số điểm xuất hiện hiện tượng gãy khúc nhẹ.

Mặc dù các đồ thị có sự khác biệt về giá trị, chúng vẫn cho thấy rằng chế độ làm việc của dàn thép tuân theo lý thuyết sức bền vật liệu trong giai đoạn đàn hồi.

 Ở đồ thị này, chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí I,

II, III giảm khi tăng tải.

 Kết quả cho thấy các tính toán SAP 2000 tương đối sát với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi

 Kết quả cho thấy các tính toán theo lý thuyết sức bền khác xa (nhỏ hơn) với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi.

 Các đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của dàn thép theo cơ kết cấu và theo SAP là tuyến tính.

 Đường biểu diễn quan hệ tải trọng – ứng suất thực nghiệm gần như là đường tuyến tính, nhưng thực nghiệm cũng còn vài điểm bị gảy khúc.

Tại vị trí cảm biến 2, giá trị ứng suất không thay đổi khi tải trọng tăng; giá trị ứng suất thực nghiệm, SAP và cơ kết cấu có thể coi là bằng 0, vì 105 kN/m² là rất nhỏ so với các ứng suất khác, dao động từ 1500 đến 3000 kN/m².

Thanh bụng 2 không có lực dọc trục, dẫn đến ứng suất rất nhỏ, mặc dù vẫn tồn tại Do đó, đồ thị cảm biến 2 hiển thị hình dạng như mô tả.

Cảm biến số 1 và số 3 được lắp đặt trên hai thanh thép ở cùng một vị trí trên dàn Mặc dù theo lý thuyết, hai thanh này dự kiến sẽ hoạt động giống nhau hoàn toàn, nhưng thực tế cho thấy vẫn tồn tại sự khác biệt giữa chúng.

 Ở đồ thị này, chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 1,

3, 4, 5, 6, 7 đã lớn ngay từ cấp tải đầu (300% - 500%) và việc chênh lệch tăng khi tăng tải là rất nhỏ (40% -50%) có thể bỏ qua

 Kết quả cho thấy các tính toán theo lý thuyết sức bền khác xa (nhỏ hơn) với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi.

 Sơ đồ tính thực nghiệm: 2 liên kết tựa.

 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 tính đến tải trọng bản thân Các thiết bị đo chuyển vị đã được reset từ đầu, và số liệu của thiết bị đo biến dạng cũng đã được ghi lại ngay từ đầu.

 Tải trọng tính lý thuyết cũng là tải trọng ngoài P (kích thủy lực) không bao gồm trọng lượng bản thân

 Đặc trưng hình học tiết diện tra bảng

 Modun đàn hồi của thép Es = 2.1E8kN/m 2

 Vật liệu thực nghiệm: Théplà 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 quà biến dạng thực nghiệm thông qua định luật Hooke.

 Sức bền vật liệu: Chuyển vị và ứng suất tính lý thuyết sức bền + định luật Hooke

 SAP 2000: Chuyển vị và ứng suất tính theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) + định luật Hooke

 Xem chuyển vị là đại lượng cần tìm trước

 Hàm xấp xỉ biểu diễn gần đúng dạng phân bố chuyển vị trong phần tử

 Điều kiện tương thích chỉ đúng bên trong và tại các điểm nút phần tử.

 Từ điêu kiện cân bằng nút và các điều kiện biên => hệ phương đại số trình tuyến tính

 Giải hệ phương trình đại số tuyến tính => các chuyển vị nút => chuyển vị trong phần tử; Dùng phương trình Cauchy => trường biến

 Gối liên kết không thực sự làm việc như gối cố định và gối di động.

 Sơ đồ làm việc của dàn thép không đúng theo lí thuyết.

 Kích thủy lực sử dụng đã nhiều lần dẫn đến mất mát áp suất trong quá trình thí nghiệm.

 Tải trọng tính lý thuyết cũng không bao gồm trọng lượng bản thân

 Vật liệu cũ và ảnh hưởng môi trường tải trọng thí nghiệm.

 Mô hình dàn thép gia công không đúng kích thước.

 Mô hình làm việc liên tục dẫn đến sai số.

 Quy trình làm thí nghiệm:

Cấp tải càng tăng, sai lệch giữa lý thuyết và thực nghiệm trong cơ kết cấu (SAP 2000) càng lớn Nguyên nhân là do ở cấp tải nhỏ, các cấu kiện hoạt động theo quy tắc lý thuyết đàn hồi, nhưng khi cấp tải lớn hơn, chúng không còn tuân theo quy tắc này nữa.

Hình 23 Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo dọc trục của thép điều này:

 Thao tác gia tải thủ công dẫn đến sai số trong cách thực hiện.

 Người đọc kết quả đọc nhanh khi đồng hồ chưa ổn định.

 Trong quá trình gia tải không đúng như lí thuyết đề ra.

Đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của dàn thép trong thí nghiệm cho thấy có một số điểm gãy khúc nhẹ Điều này xuất phát từ các sai số không thể tránh khỏi trong quá trình thực hiện thí nghiệm, đặc biệt là trong việc xác định chuyển vị Dụng cụ cơ học được sử dụng dễ dẫn đến sai số, như việc đặt nghiêng so với phương chuyển vị, độ nhạy không cao và bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

Sự không chính xác của phần mềm SAP so với thực tế cấu kiện xuất phát từ mô hình tương thích của phần tử hữu hạn, trong đó trường chuyển vị của mỗi phần tử được xác định theo một hàm đã chọn trước Điều này dẫn đến việc chuyển vị trở thành một ẩn số, gây ra sai số so với thực tế và ảnh hưởng đến cơ kết cấu.

3 Kết luận và kiến nghị

Các giả thiết và quy trình tính toán chuyển vị dàn thép từ SAP cho kết quả tương đối sát với kết quả thí nghiệm, thường là nhỏ hơn Do đó, để tính toán thực tế chuyển vị dàn thép, chúng ta có thể mô hình hóa trên SAP với một sơ đồ tính thích hợp Nếu cần đảm bảo an toàn, kết quả có thể được nhân với một hệ số an toàn phù hợp, tùy thuộc vào quy mô và tính chất của công trình.

Các giả thiết và quy trình tính toán biến dạng dàn thép từ SAP cho kết quả khác biệt rõ rệt so với kết quả thí nghiệm Do đó, việc tính toán thực tế biến dạng dàn thép là rất cần thiết để đảm bảo độ chính xác và tính khả thi trong ứng dụng.

Để tính toán chuyển vị cho dàn thép, việc sử dụng phần mềm SAP với mô hình dàn thép và sơ đồ tính dầm đơn giản là rất phù hợp Tuy nhiên, để xác định ứng suất của dàn thép, nên tiến hành thực nghiệm để có kết quả chính xác hơn.

 Ta cần làm nhiều lần thí nghiệm để hạn chế độ sai số ngẫu nhiên.

 Điều chỉnh các thiết bị đo chuẩn xác hơn, tránh hư hỏng dụng cụ đo.

 Nên để thời gian giữa các lần thí nghiệm nhiều hơn cho dàn thép trở lại hình dạng ban đầu.

 Kiểm tra cẩn thận việc lắp đặt, bố trí sơ đồ thí nghiệm và các dụng cụ trước khi thực hiện.

 Tiến hành thí nghiệm đúng theo trình tự hướng dẫn hạn chế các tác động khác từ bên ngoài vào dàn như: gió, tác động của sinh viên

 Nâng cấp hệ dàn mới nếu có thể và thường xuyên bảo dưỡng các thiết bị dụng cụ đo.

Mặc dù số liệu đo không hoàn toàn chính xác với phần mềm, quá trình thí nghiệm đã mang lại nhiều bài học quý giá Tôi đã tìm hiểu thêm về các thiết bị đo như tensormet, đồng hồ đo chuyển vị và biến trở, đồng thời nắm vững cách thức thực hiện thí nghiệm tại công trường Điều này giúp tôi tự tin hơn khi làm việc thực tế Qua quá trình làm việc, tôi cũng đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm, biết cách điều chỉnh các thiết bị đo và nhận diện các sai sót thường gặp.

Trong quá trình thí nghiệm, các sai phạm như đặt đồng hồ đo không thẳng đứng đã dẫn đến việc đo chuyển vị không chính xác, chuyển từ đo chuyển vị đứng sang đo chuyển vị nghiêng Bên cạnh đó, việc sử dụng các đồng hồ đo quá nhạy mà không điều chỉnh về 0 ban đầu đã gây ra nhiều sai số trong quá trình đo và đọc số Do đó, việc điều chỉnh thiết bị ban đầu là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác Hơn nữa, cần thiết lập các mối quan hệ giữa tải trọng và độ võng (P - ∆) cũng như mô men uốn và biến dạng (M – ε) của dầm bê tông cốt thép, và so sánh số liệu thực đo với lý thuyết tính toán.

THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM TRÊN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

CẤU TẠO VÀ KÍCH THƯỚC DẦM

- Tiết diện chữ nhật bxh = 150x300 mm

- Lớp bê tông bảo vệ a0 = 25 mm b Bê tông B30, có:

- Cường độ chịu nén tính toán: Rb = 17 MPa.

- Cường độ chịu kéo tính toán: Rbt = 1.15 MPa.

- Module đàn hồi: E = 32.5x103 MPa. d Cốt thép bố trí trong dầm:

SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM DẦM

Dầm được đặt trên 2 gối tựa đơn cách nhau một đoạn 2700mm chịu 2 lực tập trung theo sơ đồ.

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

1 Khung gia tải và kích thủy lực (mm)Pmax = 1000kN)

2 Các đồng hồ đo độ võng của dầm (mm)Dial micrometers)

Hình 26 Đồng hồ đo tải trọng

Hình 27 Đồng hồ đo chuyển vị và cảm biến điện trở

Quy trình thí nghiệm

1 Kiểm tra và đo lại kích thước dầm

2 Điều khiển hệ khung gia tải để áp đặt tải tập trung lên mặt trên dầm bằng kích thủy lực

3 Áp tải P ≤ 3 kN vài lần để khử biến dạng dư trong dầm

4 Kiểm tra các thiết bị đo lực: i 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. ii Kiểm tra kích thủy lực và hệ thống truyền tải trọng lên dầm BTCT.

5 Phân công công việc cho từng người, để đảm bảo công việc thí nghiệm strain gage đo chuyển vị trước khi gia tải.

7 Tiến hành gia tải bằng kích thủy lực Với mỗi cấp tải trọng, ghi các giá trị độ võng và biến dạng của bê tông (vùng nén) và thép (vùng kéo)

8 Sau khi tiến hành đo xong cấp tải ở lần thứ nhất, tiến hành xả tải và để dầm nghỉ ngơi 5 phút để dầm đàn hồi quay về trạng thái ban đầu, rồi mới tiếp tục tiến hành gia tải thí nghiệm lần 2.

9 Sau khi đã tiến hành đủ 2 lần thí nghiệm, tiến hành tổng hợp số liệu và lấy giá trị trung bình 2 lần đo để tính toán.

Tải (mm)kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng (àε)ε)

Bảng 25 Kết quả đo thí nghiệm lần 1

Bảng 26 Kết quả đo thí nghiệm lần 2

Tải (mm)kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng(àε)ε)

Bảng 27 Giá trị trung bình giữa 2 lần đo

Bảng 28 Giá trị trung bình sau 3 lần đo chênh lệch với vạch 0 trên dụng cụ đo

Hình 29 Giá trị trung bình giữa 3 lần đo chuyển vị

Hình 30 Giá trị ứng suất thực nghiệm

VI TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT

1 Tính toán theo sức bền vật liệu a Biến dạng của bê tông

2 =0,15m, b Biến dạng của cốt thép

E = 32.5×10 3 Mpa yi là khoảng cách tính từ vị trí cần tính biến dạng đến trục trung hòa.

Bảng 30 Kết quả giá trị momen M

Bảng 31 Kết quả tính toán ứng suất c Tính toán chuyển vị theo lý thuyết bằng phần mềm SAP2000

Sơ đồ tính là dầm đơn giản , vật liệu bê tông B30

Và lần lượt cho P=2 -> P = 16 kN

Ta được chuyển vị tại các điểm cần xét như sau:

(mm)kN) (mm)kN) I II III

Bảng 32 Tính toán chuyển vị bằng SAP2000

Hình 31 Hình minh họa chạy SAP2000 ( cấp tải 16kN)

 Nếu M > M crc => Bê tông vùng kéo nứt

 Nếu M < M crc => Bê tông vùng kéo chưa nứt

Bê tông B30 có R bt ,ser =1,75MPa; R b , ser "MPa; E b 2500MPa

Cốt thép CB400 có E s =2,0×10 5 MPa

Tỷ số modun đàn hồi α=E s

Xét sự làm việc của tiết diện trọng giai đoạn đàn hồi

Momen tĩnh của Ared lấy đối với trục qua mép chịu nén

Khoảng cách từ tâm O tiết diện đến mép chịu nén x c = S ¿

487,119 ,952cm Momen quán tính của Ared lấy đối với trục qua trọng tâm

Momen chống uốn của tiết diện lấy đối với mép chịu kéo

Xét sự làm việc của tiết diện trong giai đoạn có biến dạng dẻo ở vùng kéo:

Momen chống uốn dẻo của của tiết diện theo mép chịu kéo

Xác định khả năng chống nứt của tiết diện

M crc =R bt , ser ×W pl =1,75×10 3 ×3618,962×10 −6 =6,333kNm

M crc (mm)kNm) Kết luận

 Xác định độ võng của cấu kiện BTCT Độ cong r 1

Momen uốn do tác dụng tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn

M=5.039kNm Độ cứng chống uốn của tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện

Chiều cao vùng chịu nén của bê tông được xác định theo công thức: x m =h 0 ( √ ( μ s α s ) 2 + 2 μ s α s −μ s α s ) 07 m

I ¿ =I b +I s α s 2 +I s ' α s 1 ¿5.25×10 4 +20.31×1.01×10 3 +0=7.31×10 4 cm 4 Độ võng (chuyển vị): f = β 1 r L 2 = 0.106 × 7.00 × 10 −4 × 2.7 2 × 10 3 =0.541( mm)

6L 2 =0.106; a là khoảng cách từ P tới gối tựa, a 0 mm; L: nhịp dầm;

Tính toán tương tự, ta có bảng tính cụ thể như sau:

Bảng 33 Kết quả tính toán chuyển vị e Biến dạng của bê tông

2 =0,15m f Biến dạng của cốt thép

Bảng 34 Bảng tính biến dạng

Biểu đồ và bảng so sánh % chênh lệch giữa các phương pháp

1 Tải trọng – chuyển vị Cấp tải

Lý thuyết TCVN Thực nghiệm

Bảng 35Bảng tổng hợp chuyển vị

Hình 32 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị tại vị trí I

Hình 33 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị tại vị trí II

Hình 34 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị tại vị trí III

2 Bảng so sánh kết quả chuyển vị giữa các phương pháp

Bảng 36 Bảng % so sánh giữa ba phương pháp tại ví trí I

P (kN) Sai số TN so với

Sai số TN so với TCVN

Bảng 37 Bảng % so sánh giữa ba phương pháp tại ví trí II

Sai số TN so với LT

(%) sai số TN so với TCVN

Bảng 38 Bảng % so sánh giữa ba phương pháp tại ví trí III

Sai số TN so với LT

(%) sai số TN so với TCVN

Thực nghiệm TCVN LÝ THUYẾT

Bảng 39 Bảng tổng hợp ứng suất

Thực nghiệm  (kN/m2)(kN/m2)kN/m2)/m2)m2)) TCVN LÝ THUYẾT

Hình 35 Biểu đồ tải trọng – ứng suất tại ví trí I

Thực nghiệm  (mm)kN/m2) TCVN LÝ THUYẾT

Hình 36 Biểu đồ tải trọng – ứng suất tại ví trí II

Thực nghiệm  (mm)kN/m2) TCVN LÝ THUYẾT

Hình 37 Biểu đồ tải trọng – ứng suất tại ví trí III

P (kN) Sai số TN so với LT (%) Sai số TN so với TCVN (%)

Bảng 40 Chênh lệch giữa chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí I

P (kN) Sai số TN so với LT (%) Sai số TN so với TCVN (%)

Bảng 42 Chênh lệch giữa chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí III

NHẬN XÉT

Chuyển vị thực nghiệm cần phải lớn hơn hoặc bằng với chuyển vị xác định từ SAP, đồng thời chuyển vị xác định từ SAP cũng phải lớn hơn chuyển vị xác định từ cơ kết cấu.

Đường thẳng biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và độ võng là tuyến tính, phù hợp với lý thuyết đã học Trong giai đoạn dầm làm việc đàn hồi và khi xuất hiện các khe nứt đầu tiên, đường thẳng biểu diễn ứng suất và biến dạng cũng là tuyến tính.

Quan hệ ứng suất – biến dạng nén dọc trục bê tông

 Ngay cả đường thực nghiệm cũng là đường tuyến tính tức là đã kiểm soát tốt quá trình thí nghiệm dẫn đến có rất ít sai số xảy ra.

 Ở đồ thị này, chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí I,

II, III giảm khi tăng tải.

Biểu đồ tải trong – chuyển vị của thực nghiệm loại “I” và “III” cho thấy sự khác biệt nhỏ, trong khi biểu đồ lý thuyết theo TCVN 5574 – 2018 lại tương đồng Điều này chỉ ra rằng bê tông cốt thép thực tế là một vật liệu không đồng nhất, không đẳng hướng và không có tính đàn hồi tuyến tính.

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các tính toán theo TCVN 5574 - 2018 có độ chính xác cao, đặc biệt trong giai đoạn dầm hoạt động đàn hồi và khi xuất hiện những khe nứt đầu tiên.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng các tính toán theo lý thuyết sức bền (PTHH) có sự chênh lệch đáng kể với kết quả thực nghiệm, đặc biệt trong giai đoạn dầm hoạt động đàn hồi và khi xuất hiện những khe nứt đầu tiên.

Đường thẳng thể hiện mối quan hệ giữa tải trọng và ứng suất là tuyến tính, phù hợp với lý thuyết đã học Trong giai đoạn dầm hoạt động đàn hồi và khi xuất hiện các khe nứt đầu tiên, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng cũng được biểu diễn bằng đường thẳng tuyến tính.

Mặc dù đường thực nghiệm vẫn giữ hình dạng tuyến tính, nhưng một số đoạn bị gãy khúc do quá trình thí nghiệm chưa được kiểm soát tốt, dẫn đến sự xuất hiện của các sai số.

Mặc dù các đồ thị có sự khác biệt về giá trị, chúng vẫn cho thấy rằng chế độ làm việc của dầm bê tông tuân theo lý thuyết sức bền vật liệu trong giai đoạn đàn hồi.

 Ở đồ thị này, chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 1

Nghiên cứu cho thấy rằng các tính toán ứng suất bê tông theo tiêu chuẩn “1” TCVN 5574 – 2018 và SAP tương đối chính xác với kết quả thực nghiệm, đặc biệt trong giai đoạn dầm làm việc đàn hồi và khi xuất hiện những khe nứt đầu tiên.

Nghiên cứu cho thấy rằng các tính toán ứng suất thép theo tiêu chuẩn “2, 3” TCVN 5574 – 2018 và SAP có sự khác biệt đáng kể, với giá trị nhỏ hơn so với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dầm làm việc đàn hồi và khi xuất hiện những khe nứt đầu tiên.

 Sơ đồ tính thực nghiệm: 2 liên kết tựa.

 Sơ đồ tính lý thuyết: 1 gối cố định, 1 gối di động (Dầm đơn giản)

Tải trọng thực nghiệm được xác định là tải trọng ngoài P (kích thủy lực) và không bao gồm tải trọng bản thân Các thiết bị đo chuyển vị đã được reset từ đầu, trong khi thiết bị đo biến dạng cũng đã ghi lại số liệu ngay từ đầu để đảm bảo tính chính xác trong quá trình thí nghiệm.

 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: Bê tông cốt thép là vật liệu không đồng nhất, không đẳng hướng và không đàn hồi tuyến tính

Vật liệu trong tính toán lý thuyết được xem là liên tục, đồng nhất và đẳng hướng, với tính chất đàn hồi tuyến tính Ngoài ra, giả thiết về tiết diện phẳng và đồng biến dạng giữa cốt thép và bê tông cũng được áp dụng.

 Thực nghiệm: lấy kết quả thực nghiệm chuyển vị, ứng suất tính theo kết quà biến dạng thực nghiệm thông qua định luật Hooke.

 TCVN 5574 – 2018: Chuyển vị và ứng suất tính lý thuyết bê tông + định luật Hooke

Do kết cấu thực làm việc lâu hơn so với mô hình lý thuyết, nên cần điều chỉnh bằng hệ số từ biến (kN/m2) b,cr để quy đổi cốt thép về bê tông α Hệ số điều chỉnh được áp dụng là 0.85.

 SAP 2000: Chuyển vị và ứng suất tính theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) + định luật Hooke

 Xem chuyển vị là đại lượng cần tìm trước

 Hàm xấp xỉ biểu diễn gần đúng dạng phân bố chuyển vị trong phần tử

 Điều kiện tương thích chỉ đúng bên trong và tại các điểm nút phần tử.

 Từ điêu kiện cân bằng nút và các điều kiện biên => hệ phương đại số trình tuyến tính

Giải hệ phương trình đại số tuyến tính là bước quan trọng để xác định các chuyển vị nút và chuyển vị trong phần tử Sử dụng phương trình Cauchy giúp xác định trường biến dạng, trong khi đó, định luật Hooke được áp dụng để tính toán trường ứng suất.

 Gối liên kết không thực sự làm việc như gối cố định và gối di động.

 Sơ đồ làm việc của dầm bê tông không đúng theo lí thuyết.

 Kích thủy lực sử dụng đã nhiều lần dẫn đến mất mát áp suất trong quá trình thí nghiệm.

 Thiết bị làm thí nghiệm đã cũ độ chính xác giảm đi, gia tải không đều.

 Vật liệu tuy mới nhưng cũng có và ảnh hưởng môi trường tải trọng thí nghiệm.

Dầm bê tông cốt thép được sản xuất chưa hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu về cấp phối bê tông M400, với kích thước 15x30 cm trên toàn bộ tiết diện dầm.

 Do đọc kết quả thí nghiệm khi giá trị chưa ổn định hoặc do sự thiếu chính xác của người đọc.

 Trong quá trình làm thí nghiệm có thể vô tình đụng chạm vào dầm BTCT, dây dẫn làm xuất hiện sai số.

 Gia tải kích lực chưa đạt tới hoặt vượt quá gia tải yêu cầu mà không có sự ghi chép, báo cáo lại.

 Thời gian chờ để tăng hoặc giảm tải chưa đủ

Tiêu đề	THÍ NGHIỆM DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH
Tác giả	Th.S Hoàng Anh Tuấn
Thể loại	Báo cáo Thí nghiệm công trình

Định dạng
Số trang	65
Dung lượng	15,23 MB