BÁO cáo THÍ NGHIỆM phần 1 PHÂN TÍCH kết cấu dàn THÉP CHỊU tải TRỌNG TĨNH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MƠN CƠNG TRÌNH BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: STT Họ Hồ Tấn Nguyễn Lê Văn Nguyễn thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2022 MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN MỤC LỤC PHẦN PHÂN TÍCH KẾT CẤU DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH A MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM B YÊU CẦU THÍ NGHIỆM C THÔNG SỐ CHO TRƯỚC Cấu tạo, kích thước đặc trưng hình học tiết diện dàn _6 I Sơ đồ thí nghiệm, vị trí đo biến dạng độ võng II D THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM E QUI TRÌNH THÍ NGHIỆM F SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 10 Số liệu thí nghiệm _10 I Xử lý số liệu _11 II Tính tốn theo lý thuyết phương pháp tính kết cấu _13 III G Tính tốn theo phần mềm sap2000: _15 Mơ hình dàn sap2000: _15 I Kết tính tốn từ phần mềm sap2000: _19 Tính biến dạng theo kết từ phần mềm 20 Đồ thị so sánh ứng suất thực nghiệm, tính theo kết cấu phần mềm SAP2000 _21 II Đồ thị so sánh chuyển vị thực nghiệm, kết cấu phần mềm SAP2000 _24 III H PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 26 Phân tích nhận xét kết thí nghiệm đo biến dạng 26 I Phân tích thí nghiệm lí thuyết _27 II Nguyên nhân sai số _28 III Sai số q trình thí nghiệm _28 Sai số q trình tính tốn _29 NHÓM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN IV Cách khắc phục _30 V Bài học từ thí nghiệm _30 PHẦN PHÂN TÍCH CẤU KIỆN DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TÁC DỤNG TĨNH 32 A MỤC TIÊU _32 B YÊU CẦU 32 C THÔNG SỐ CHO TRƯỚC _32 I Kích thước hình học _32 II Vật liệu _33 III Sơ đồ thí nghiệm. 34 D Thiết bị thí nghiệm. 34 Khung gia tải + kích thủy lực ( Pmax=1000 kN ¿ 34 Ω Cảm biến điện trở đo biến dạng thép bê tông (Stain Gages: 120 , GF = 2.1) 34 Hệ thống thu nhận tín hiệu cảm biến P3500 + SB10 34 Đồng hồ đo độ võng dầm (Dial Micrometers) 34 Hệ thống đo lực (Load cells) 34 Thước 34 E QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM DẦM _34 L Đo kích thước dầm: b, h, , L _35 Xác định vị trí đo đạc, kiểm tra thiết bị chạy thí nghiệm thử _35 Kiểm tra hệ thống lần cuối, khử biến dạng dư dầm (áp tải P ≤3 kN vàilần tiến hành thí nghiệm. 35 Điều khiển kích thủy lực để áp đặt tải tập trung lên mặt dầm (mỗi nhóm phân cơng giá trị tải đỉnh bước tải khác nhau) _35 Trong q trình thí nghiệm, cấp tải trọng, cần ghi giá trị độ võng biến dạng bê tông thép (Bảng 2) 35 NHĨM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN Thực tổng cộng 2-3 vòng đo lặp để lấy giá trị trung bình Thời gian cho phép dầm nghỉ khoảng 15 phút vòng đo lặp (thời gian để dầm trở trạng thái ban đầu). 35 F THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM. 35 G KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM. 38 Số liệu đầu vào _38 I Xử lý số liệu tính tốn _39 II Xử lý số liệu biến dạng. _40 III H TÍNH TỐN THÍ NGHIỆM. 40 Từ thí nghiệm. 40 I Ứng suất từ biến dạng theo định luật Hooke 40 Biểu đồ _41 Biểu đồ quan hệ tải trọng - ứng suất. 42 Kết lý thuyết tính tốn theo phương pháp học kết cấu. _43 II Bước 1: Xác định nội lực. _43 Bước 2: Xác định ứng suất bê tông vùng nén. _43 Bước 3: Tính toán. 44 Kiểm tra hình thành vết nứt _47 Tính tốn độ võng. 47 Kết lý thuyết tính toán theo SAP2000 50 III Xây dựng mơ hình tính tốn SAP2000 50 Kết quả. _51 So sánh kết thực nghiệm lý thuyết: 52 PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM _56 I Phân tích nhận xét kết thí nghiệm đo biến dạng 56 I Đồ thị tải trọng – chuyển vị. _56 Phân tích thí nghiệm lí thuyết _57 II Kiểm tra: 57 Nguyên nhân sai số _58 III NHĨM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN Sai số q trình thí nghiệm _58 Sai số q trình tính tốn _59 IV Cách khắc phục _60 V Bài học từ thí nghiệm _60 Phần PHÂN TÍCH KẾT CẤU DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH NHĨM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN A MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM − Kiểm nghiệm phù hợp lý thuyết thực nghiệm: Ứng suất dàn Độ võng chuyển vị dàn − Bằng biện pháp: Xác định chuyển vị biến dạng dàn thép số vị trí định Khảo sát biến động trạng thái ứng suất – biến dạng dàn thép Trạng thái ứng suất – biến dạng phản ánh khả làm việc thực tế dàn thép yếu tố cấu thành như: vật liệu, sơ đồ kết cấu, công nghệ chế tạo Đây sở để đánh giá đắn lý thuyết tính tốn, thiết kế cơng trình thực nghiệm B U CẦU THÍ NGHIỆM − Khảo sát ứng xử dàn thép (thông qua biến dạng ε độ võng δ) − Thiết lập quan hệ tải trọng – độ võng (P – δ) tải trọng – nội lực ( P - P –N ); − So sánh kết đo thực nghiệm với kết tính tốn lý thuyết C THƠNG SỐ CHO TRƯỚC I Cấu tạo, kích thước đặc trưng hình học tiết diện dàn Dàn thép hình thang nhịp, nhịp cao 0.5m, bước nhịp 1m Thanh cánh: 2L40x40x5, khe hở 6mm Thanh bụng: 2L30x30x4, khe hở 6mm Mô-đun đàn hồi thép: Es = 2.1x108 kN/m2 NHÓM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN II Sơ đồ thí nghiệm, vị trí đo biến dạng độ võng Hình 1: Sơ đồ dàn thép D THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM − Hệ dàn thép thực tế Hình 2: Dàn thép thực tế thí nghiệm NHÓM 1A f =f o Độ võng dầm xuất vết nứt tính theo học kết cấu kết hợp với công thức quy đổi vật liệu cốt thép bêtông TCVN 5574:2018 b1 E α ψ=1−0.8 6.032 μs = =1.5061 % 15 × 26.7 1.579 ' μs = =0.3943 % 15 × 26.7 ycm=h0 y +9 cm=26.7 (√ (α2 μs + α1 μ's )+2 ( α2 μs +α μ's a 's h0 )( − α μs +α1 μ's ) ) (√(27.52 ×1.5061 %+9.15× 0.3943 %)+2(27.52×1.5061 %+9.15 ×0.3943% 263 07 )−27.52× 1.5061 % y tm=h− ycm=30−20.194=9.806 cm I =I+α I +α I ' = red s I b h3 12 s red= D=Eb × I red s 15× 18.1773 ¿ 12 +α A ¿ +27.52×6.03 =7.631×106 × 53556.1=4086.8637 kN m2 L0=2.7 m NHĨM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH f =f p +f q= Tải trọng (kN) 12 16 III Kết lý thuyết tính tốn theo SAP2000 Xây dựng mơ hình tính tốn SAP2000 NHĨM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HOÀNG ANH TUẤN Kết P (kN) M (k 12 16 Tải trọng (kN) 12 16 NHĨM 1A I MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN So sánh kết thực nghi P (kN) - Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị: Bảng sai số (%) chuyển vị lý thuyết thí nghiệm Chọn thí ngiệm làm chuẩn Chuyển vị nhịp (mm) P (kN) Thí nghiệm N H Ĩ M A 51 MƠN HỌC: THÍ CKC Sai số (%) SAP2000 Sai số (%) - Biểu đồ quan hệ tải trọng - ứng suất (bê tông) 4000 3500 3000 P (kN) 2500 2000 1500 1000 500 0.000 NHÓM 1A 52 P (kN) MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH Bảng kết ứng suất: P (kN) Thí nghiệm Lý thuyết Sai số (%) SAP2000 Sai số (%) Ứng suất cốt thép (kN/m ) P (kN) Thí nghiệm NHĨM 1A MƠN HỌC: THÍ Lý thuyết Sai số (%) I PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM I Phân tích nhận xét kết thí nghiệm đo biến dạng Do số cố kỹ thuật mà file SAP2000 chuyển vị sai mặt dù xuất giá trị nội lực nên phần thí nghiệm nhóm cịn chưa tồn vẹn Phải chạy file SAP2000 khác bù thơng số chuyển vị vào Nhận xét: Vì bụng khơng có lực dọc truc (thanh bụng cấu tạo) có ứng suất nhỏ (tuy nhiên có) nên đồ thị cảm biến có hình dạng NHĨM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH - GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN Đường biểu diễn quan hệ tải trọng – Ứng suất thực nghiệm có hệ số góc khác với đường lý thuyết Kết cho thấy tính tốn theo kết cấu (lớn hơn) với kết thực nghiệm giai đoạn dàn làm việc đàn hồi Đồ thị tải trọng – chuyển vị - Chuyển vị thực nghiệm, thực hành, sap2000 biến thiên tuyến tính Tải trọng lớn chuyện vị thực nghiệm lớn so với sap2000 kết cấu (Cơ kết cấu sap2000 gần nhau) - Chuyển vị theo thực nghiệm lớn chuyển vị theo kết cấu sap2000 Tuy nhiên chuyển vị tỏ gần giá trị vật liệu sử dụng thép, tính đồng cao, đẳng hướng, khuyết tật,…, mơ hình thí nghiệm đơn giản nên giảm bớt sai số Tuy đồ thị có chênh lệch giá trị mà cho ta thấy chế độ làm việc tuân theo lý thuyết sức bền vật liệu dàn thép làm việc giai đoạn đàn hồi - Kết cho thấy tính tốn SAP 2000 tương đối sát với kết kết cấu giai đoạn dàn làm việc đàn hồi Đồ thị tải trọng – nội lực: phương pháp sap2000 lý thuyết gần II Phân tích thí nghiệm lí thuyết - Kiểm tra: Sơ đồ: Sơ đồ tính thực nghiệm: liên kết cố định Sơ đồ tính lý thuyết: gối cố định, gối di động (Dầm đơn giản) - Tải trọng: Tải trọng thực nghiệm tải trọng P (kích thủy lực) khơng bao gồm tải trọng thân, thiết bị đo chuyển vị reset từ đầu, thiết bị đo biến dạng ghi lại số liệu từ đầu NHÓM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN Tải trọng tính lý thuyết tải trọng ngồi P (kích thủy lực) khơng bao gồm trọng lượng than - Vật liệu: • Thanh cánh: L40x40x5 • Thanh bụng: L30x30x4 • Đặc trưng hình học tiết diện tra bảng • Modun đàn hồi thép Es = 2.1E8kN/m2 Vật liệu thực nghiệm: Thép vật liệu liên tục, đồng nhất, đẳng hướng đàn hồi tuyến tính Vật liệu tính theo lý thuyết: Vật liệu coi liên tục, đồng nhất, đẳng hướng đàn hồi tuyến tính - Lý thuyết tính tốn: Thực nghiệm: lấy kết thực nghiệm chuyển vị, ứng suất tính theo kết quà biến dạng thực nghiệm thông qua định luật Hooke Tính theo lý thuyết: • • Sức bền vật liệu: Chuyển vị ứng suất tính lý thuyết sức bền + định luật Hooke SAP 2000: Chuyển vị ứng suất tính theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) + định luật Hooke Xem chuyển vị đại lượng cần tìm trước Hàm xấp xỉ biểu diễn gần dạng phân bố chuyển vị phần tử Điều kiện tương thích bên điểm nút phần tử Từ điêu kiện cân nút điều kiện biên => hệ phương đại số trình tuyến tính Giải hệ phương trình đại số tuyến tính => chuyển vị nút => chuyển vị phần tử; Dùng phương trình Cauchy => trường biến dạng; phương trình định luật Hooke => trường ứng suất NHĨM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH III GVHD: THS HOÀNG ANH TUẤN Nguyên nhân sai số Sai số q trình thí nghiệm Có nhiều ngun nhân dẫn đến kết thí nghiệm sai lệch so với lý thuyết, ngun nhân gồm có: − • Sai số thiết bị, dụng cụ thí nghiệm: Do phận kích lực khơng chuẩn, kích cần có chuyển vị nhỏ tác động đến thiết bị cảm biến • Đường dây điện khơng ổn định, cần chút tác động nhẹ lên dây (có thể gió, hay bạn lỡ chạm vào), dẫn tới kết sai khác lớn so với kết đo • Dàn thép cịn biến dạng dư, làm thí nghiệm liên tục, dàn chưa trở trạng thái ban đầu • Máy đo biến dạng nhạy, ban đầu ta chỉnh hồn tồn số 0, kết sau sai số • Do thiết bị có độ xác định, phải đọc số liệu nhiều lần dẫn đến nhiều lần sai số Vì thế, thí nghiệm nhiều với mật độ cao sai số nhiều − • Sai số tác nhân người: Việc đọc số khơng đảm bảo xác hồn tồn, phụ thuộc nhiều vào người đọc đồng hồ đo Đồng thời, việc gắn đồng hồ đo khơng cẩn thận • Trong q trình làm thí nghiệm vơ tình đụng chạm vào hệ dàn, dây dẫn, Strain Gage để xảy cố • • Gia tải kích lực chưa đạt tới hoặt vượt gia tải yêu cầu − Ảnh hưởng môi trường: Bị ảnh hưởng tác nhân gió, nhiệt độ,… lúc làm thí nghiệm Lúc làm thí nghiệm nên tắt tất quạt làm vào lúc gió, gió thổi qua làm đung đưa dây dẫn, dẫn đến NHĨM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HOÀNG ANH TUẤN sai số lớn, đặc biết hệ thống thu nhận tín hiệu cảm biến P3500 + SB10, dây dẫn bị rung làm kết sai lệch lớn • Dàn thép sử dụng lâu ngày nên dẫn đến sai lệch từ biến, ảnh hưởng thời tiết đến vật liệu − Sai số q trình tính toán Do kết cấu thực làm việc lâu so với mơ hình kết cấu lý thuyết làm xuất hiện tượng từ biến Dù bụng có Strain Gage số khơng có nội lực thanh, thực tế gây biến dạng − Hầu hết bạn mơ hình phần mềm Sap 2000 chưa kiểm tra hội tụ toán tụ ( Kiểm tra hội tụ toán, cách kiểm tra kết chuyển vị vị trí hệ dàn lần mesh, sai lệch kết lần mesh nhỏ 1% xem tốn hội tụ) Trong phương pháp phần tự hữu hạn, yếu tố quan trọng định đến kết có xác hay khơng hội tụ nghiệm − SAP2000 xuất kết tiết diện gồm thép góc cịn thí nghiệm cảm biến đặt thép góc − Kết nội lực Sap lúc tính tay làm trịn thơng qua excel IV Cách khắc phục Nhìn chung, sai số thí nghiệm điều khơng thể tránh khỏi Tuy nhiên, hạn chế sai số cách: − − Kiểm tra cẩn thận việc lắp đặt, bố trí sơ đồ thí nghiệm trước thí nghiệm − Kiểm tra dụng cụ thí nghiệm đạt yêu cầu trước thí nghiệm Tăng số lần thí nghiệm để tăng độ xác thí nghiệm loại bỏ kết bị sai số lớn lần thí nghiệm − Tiến hành thí nghiệm theo hướng dẫn giảng viên − Đọc số đo điều khiển thiết bị xác NHĨM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH − GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN Hạn chế tối đa tác động từ môi trường bên ngồi đến q trình thí nghiệm (sự thay đổi nhiệt độ, va chạm,) − Nâng cấp trang thiết bị thí nghiệm đại thường xuyên bảo dưỡng thiết bị dụng cụ đo V Bài học từ thí nghiệm − Thí nghiệm giúp sinh viên có hiểu biết biết, đồng thời làm quen thêm nhiều thiết bị đo tensormet, đồng hồ đo chuyển vị, strain gage … nắm cách thức làm thí nghiệm dàn thép thực tế Giúp sinh viên tránh bỡ ngỡ làm việc thực tế − Học hỏi nhiều kinh nghiệm, biết cách chỉnh thiết bị đo sai sót thường gặp thí nghiệm − Giúp sinh viên hiểu rõ thêm làm việc kết cấu dàn thép chịu lực khác biệt so với kiến thức lý thuyết học lớp − Biết sai sót thường mắc phải q trình thí nghiệm làm cho kết đo khơng xác Giúp tránh tối đa sai sót làm thí nghiệm vào lần sau nơi khác NHÓM 1A ... Phần PHÂN TÍCH KẾT CẤU DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH NHÓM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN A MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM − Kiểm nghiệm phù hợp lý thuyết thực nghiệm: Ứng suất dàn. ..MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH GVHD: THS HỒNG ANH TUẤN MỤC LỤC PHẦN PHÂN TÍCH KẾT CẤU DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH A MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM B YÊU CẦU THÍ NGHIỆM... TUẤN II Sơ đồ thí nghiệm, vị trí đo biến dạng độ võng Hình 1: Sơ đồ dàn thép D THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM − Hệ dàn thép thực tế Hình 2: Dàn thép thực tế thí nghiệm NHĨM 1A MƠN HỌC: THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH