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 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
− 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
Modun đàn hồi của thép E s = 2.1E8kN/ m 2 Vị trí đo biến dạng ( )
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
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
III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM DÀN THÉP
Kích thủy lực (D piston = 5,82cm)
Quang treo và đòn gia tải
Hình 4 Quang treo và đòn gia tải
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
2 Thiết bị đo biến dạng
Cảm biến đo biến dạng thép (Strain gage)
Hình 5 Vị trí cảm biến điện trở
Hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu (P3500 +SB10)
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 Gia tải: Phát Đọc số đó chuyển vị kế: Linh
Ghi số liệu đo: Nguyên
Kiểm tra số liệu đo: Dũng
Chụp ảnh thí nghiệm: Long Đo kích thước: 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,
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
B1: Đọc chỉ số trên máy đo biến dạng
B2: Kích lực tại áp lực 10kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B3: Kích lực tại áp lực 12kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B4: Kích lực tại áp lực 14kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B5: Kích lực tại áp lực 16kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B6: Kích lực tại áp lực 18kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B7: Kích lực tại áp lực 20kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B8: Kích lực tại áp lực 22kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B9: Kích lực tại áp lực 24kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B10: Xả kích thủy lực bằng cách xoay ngược chiều kim đồng hồ van xả, nhằm để kết cấu thép phục hồi lại sau biến dạng và để thực hiện thí nghiệm lần 2
B1: Đọc chỉ số trên máy đo biến dạng
B2: Kích lực tại áp lực 10kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B3: Kích lực tại áp lực 12kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B4: Kích lực tại áp lực 14kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B5: Kích lực tại áp lực 16kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
11 vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B7: Kích lực tại áp lực 20kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B8: Kích lực tại áp lực 22kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B9: Kích lực tại áp lực 24kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả 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
V SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM Áp lực P i Số đo chuyển vị kế δ i
Số đo biến dạng ɛ i (x10 -6 ) (mm)
Bảng 1 Số liệu đo lần 1 Áp lực P i Số đo chuyển vị kế δ i
Số đo biến dạng ɛ i (x10 -6 ) (mm)
Bảng 2 Số liệu đo lần 2 Áp lực P i
Số đo chuyển vị kế δ i
Số đo biến dạng ɛ i (x10 -6 ) (mm)
Bảng 3 Số liệu trung bình 2 lần đo
VI XỬ LÝ SỐ LIỆU BIẾN DẠNG Áp lực P i Số đo chuyển vị kế δ i (mm) Số đo biến dạng ɛ i (x10 -6 )
Bảng 4 Sử lý số liệu biến dạng Áp lực P i Ứng suất (kN/m 2 )
Bảng 5Bảng tính ứng suất
Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng – chuyển vị
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng - ứng suất
VII TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT SỨC BỀN KẾT CẤU Ứng suất trong thanh:
1 Biến dạng thanh theo định luật Hooke:
N: lực dọc trong thanh (kN)
F: diện tích mặt cắt ngang tiết diện
E: Modul đàn hồi của thép, E = 2,1x10 8 (kN/m 2 ) D piston : 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:
) 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
Dựa vào lý thuyết sức bền-kết cấu, ta tính được nội lực trong các thanh ứng với tải P như sau:
Bảng 7 Bảng phân bố nội lực lý thuyết trong thanh
Tính toán: Áp lực (daN/cm 2 ) P i (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 ) P i (kN) Ứng suất (kN/m 2 )
Bảng 9 Bảng tính toán ứng suất trong thanh theo cơ học kết cấu
- Tính chuyển vị Áp lực P i Chuyển vị δ i (mm)
Bảng 10 Bảng tính chuyển vị của giàn theo cơ học kết cấu
VIII TÍNH TOÁN THEO PHẦN MỀM SAP2000
4 Mô hình dàn trong Sap2000
Hình 8 Khai báo loại vật liệu
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
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 )
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
2 Kết quả từ phần mềm Sap2000 Áp lực
Bảng 11 Kết quả tính lực dọc N(kN) Áp lực P i Ứng suất σ (kN/m 2 )
Bảng 12 Kết quả tính ứng suất (kN/m 2 )
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn Áp lực (daN/cm 2 ) P i (kN) Chuyển vị (mm)
Bảng 13 Kết quả chuyển vị
IX BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG – CHUYỂN VỊ
P i Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
(kN) 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
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Hình 13 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Chuyển vị (%) Chuyển vị (%) Chuyển vị (%)
Bảng 15 Chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thự nghiệm(%) tại vị trí I
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Hình 14 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Chuyển vị (%) Chuyển vị (%) Chuyển vị (%)
Bảng 16 Chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thự nghiệm(%) tại vị trí I
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Hình 15 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Chuyển vị (%) Chuyển vị (%) Chuyển vị (%)
Bảng 17 Chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thự nghiệm(%) tại vị trí I
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
X BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG - ỨNG SUẤT
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 16 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 1
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Cấp lực 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
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 17 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 2
Cấp lực Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Bảng 19 Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 2
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 18 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 3
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Cấp lực Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Bảng 20 Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 3
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 19 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 4
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
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 20 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 5
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Cấp lực Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Bảng 22 Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 5
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 21 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 6
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Cấp lực Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Bảng 23Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 6
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 22 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 7
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Cấp lực Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Bảng 24Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 7
Chuyển vị theo thực nghiệm lớn hơn chuyển vị xác định từ SAP và chuyển vị xác định từ SAP lớn hơn 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 cũng gần như là đường tuyến tính song có xuất hiện một vài chỗ bị gảy khúc nhẹ.
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 sức bền vật liệu khi dàn thép làm việc 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. b Tải trọng - ứng suất Ứng suất theo thực nghiệm nhỏ hơn ứng suất xác định từ cơ kết cấu, ứng suất xác định từ cơ kết cấu nhỏ hơn xác định từ SAP.
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. Ở vị trí cảm biến 2, giá trị ứng suất không tăng khi tăng cấp tải; giá trị ứng suất của thực nghiệm, SAP, cơ kết cấu có thể xem là bằng 0 (vì 105 kN/m 2 là rất nhỏ khi so với ứng suất các biến khác 1500 – 3000 kN/m 2 ).
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Vì thanh bụng 2 không có lực dọc truc (thanh bụng cấu tạo) do đó có ứng suất rất nhỏ (tuy nhiên vẫn có) nên đồ thị cảm biến 2 có hình dạng như trên. Ở vị trí cảm biến số 1 và số 3, hai cảm biến này được đặt ở hai thanh thép ở hai mặt cùng một vị trí trên dàn Theo lý thuyết, hai thanh này sẽ làm việc giống nhau hoàn toàn, tuy nhiên trên thực nghiệm vẫn có sự khác nhau. 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 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:
Thanh cánh: L40x40x4 Thanh bụng: L40x40x3 Đặc trưng hình học tiết diện tra bảng Modun đàn hồi của thép E s = 2.1E8kN/m 2
39 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 dạng; phương trình định luật Hooke => trường ứng suất.
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.
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
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:
Lý thuyết: cấp tải càng tăng sai lệch lý thuyết (Cơ kết cấu, SAP 2000) so với thực nghiệm càng lớn, nguyên nhân có thể do cấp tải nhỏ cấu kiện làm việc tuân theo qui tắc của lý thuyết đàn hồi mà ta áp dụng để tính toán, cấp tải lớn hơn sẽ không còn tuân theo qui tắc đó nữa.
Hình 23 Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo dọc trục của thép
Tuy nhiên 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 Cho thấy dàn thép vẫn còn trong giai đoạn làm việc đàn hồi, nhưng do các nguyên nhân sau nên dẫn tới 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.
41 Đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị (ứng suất) của dàn thép theo thực nghiệm có xuất hiện một vài chỗ bị gảy khúc nhẹ do những sai số khó tránh khỏi trong quá trình làm thí nghiệm, đặc biệt ở thí nghiệm xác định chuyển vị này, dụng cụ sử dụng là dụng cụ cơ học nên dễ có sai số (ví dụ: đặt nghiêng so với phương chuyển vị, độ nhạy cũng không cao, bị ảnh hưởnlg bởi nhiệt độ,…).
THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM DÀN THÉP
Kích thủy lực (D piston = 5,82cm)
Quang treo và đòn gia tải
Hình 4 Quang treo và đòn gia tải
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
2 Thiết bị đo biến dạng
Cảm biến đo biến dạng thép (Strain gage)
Hình 5 Vị trí cảm biến điện trở
Hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu (P3500 +SB10)
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)
QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM
Phân công nhiệm vụ trước khi thực hiện Gia tải: Phát Đọc số đó chuyển vị kế: Linh
Ghi số liệu đo: Nguyên
Kiểm tra số liệu đo: Dũng
Chụp ảnh thí nghiệm: Long Đo kích thước: 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,
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
B1: Đọc chỉ số trên máy đo biến dạng
B2: Kích lực tại áp lực 10kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B3: Kích lực tại áp lực 12kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B4: Kích lực tại áp lực 14kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B5: Kích lực tại áp lực 16kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B6: Kích lực tại áp lực 18kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B7: Kích lực tại áp lực 20kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B8: Kích lực tại áp lực 22kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B9: Kích lực tại áp lực 24kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B10: Xả kích thủy lực bằng cách xoay ngược chiều kim đồng hồ van xả, nhằm để kết cấu thép phục hồi lại sau biến dạng và để thực hiện thí nghiệm lần 2
B1: Đọc chỉ số trên máy đo biến dạng
B2: Kích lực tại áp lực 10kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B3: Kích lực tại áp lực 12kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B4: Kích lực tại áp lực 14kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B5: Kích lực tại áp lực 16kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
11 vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B7: Kích lực tại áp lực 20kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B8: Kích lực tại áp lực 22kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm B9: Kích lực tại áp lực 24kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả 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 P i Số đo chuyển vị kế δ i
Số đo biến dạng ɛ i (x10 -6 ) (mm)
Bảng 1 Số liệu đo lần 1 Áp lực P i Số đo chuyển vị kế δ i
Số đo biến dạng ɛ i (x10 -6 ) (mm)
Bảng 2 Số liệu đo lần 2 Áp lực P i
Số đo chuyển vị kế δ i
Số đo biến dạng ɛ i (x10 -6 ) (mm)
Bảng 3 Số liệu trung bình 2 lần đo
XỬ LÝ SỐ LIỆU BIẾN DẠNG
Áp lực P i Số đo chuyển vị kế δ i (mm) Số đo biến dạng ɛ i (x10 -6 )
Bảng 4 Sử lý số liệu biến dạng Áp lực P i Ứng suất (kN/m 2 )
Bảng 5Bảng tính ứng suất
Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng – chuyển vị
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng - ứng suất
TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT SỨC BỀN KẾT CẤU
1 Biến dạng thanh theo định luật Hooke:
N: lực dọc trong thanh (kN)
F: diện tích mặt cắt ngang tiết diện
E: Modul đàn hồi của thép, E = 2,1x10 8 (kN/m 2 ) D piston : 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:
) 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
Dựa vào lý thuyết sức bền-kết cấu, ta tính được nội lực trong các thanh ứng với tải P như sau:
Bảng 7 Bảng phân bố nội lực lý thuyết trong thanh
Tính toán: Áp lực (daN/cm 2 ) P i (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 ) P i (kN) Ứng suất (kN/m 2 )
Bảng 9 Bảng tính toán ứng suất trong thanh theo cơ học kết cấu
- Tính chuyển vị Áp lực P i Chuyển vị δ i (mm)
Bảng 10 Bảng tính chuyển vị của giàn theo cơ học kết cấu
TÍNH TOÁN THEO PHẦN MỀM SAP2000
4 Mô hình dàn trong Sap2000
Hình 8 Khai báo loại vật liệu
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
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 )
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
2 Kết quả từ phần mềm Sap2000 Áp lực
Bảng 11 Kết quả tính lực dọc N(kN) Áp lực P i Ứng suất σ (kN/m 2 )
Bảng 12 Kết quả tính ứng suất (kN/m 2 )
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn Áp lực (daN/cm 2 ) P i (kN) Chuyển vị (mm)
Bảng 13 Kết quả chuyển vị
BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG – CHUYỂN VỊ
P i Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
(kN) 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
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Hình 13 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Chuyển vị (%) Chuyển vị (%) Chuyển vị (%)
Bảng 15 Chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thự nghiệm(%) tại vị trí I
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Hình 14 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Chuyển vị (%) Chuyển vị (%) Chuyển vị (%)
Bảng 16 Chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thự nghiệm(%) tại vị trí I
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Hình 15 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Chuyển vị (%) Chuyển vị (%) Chuyển vị (%)
Bảng 17 Chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thự nghiệm(%) tại vị trí I
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG - ỨNG SUẤT
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 16 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 1
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Cấp lực 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
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 17 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 2
Cấp lực Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Bảng 19 Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 2
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 18 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 3
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Cấp lực Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Bảng 20 Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 3
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 19 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 4
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
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 20 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 5
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Cấp lực Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Bảng 22 Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 5
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 21 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 6
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Cấp lực Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Bảng 23Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 6
P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm
Hình 22 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 7
Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000
Cấp lực Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Bảng 24Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 7
Chuyển vị theo thực nghiệm lớn hơn chuyển vị xác định từ SAP và chuyển vị xác định từ SAP lớn hơn 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 cũng gần như là đường tuyến tính song có xuất hiện một vài chỗ bị gảy khúc nhẹ.
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 sức bền vật liệu khi dàn thép làm việc 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. b Tải trọng - ứng suất Ứng suất theo thực nghiệm nhỏ hơn ứng suất xác định từ cơ kết cấu, ứng suất xác định từ cơ kết cấu nhỏ hơn xác định từ SAP.
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. Ở vị trí cảm biến 2, giá trị ứng suất không tăng khi tăng cấp tải; giá trị ứng suất của thực nghiệm, SAP, cơ kết cấu có thể xem là bằng 0 (vì 105 kN/m 2 là rất nhỏ khi so với ứng suất các biến khác 1500 – 3000 kN/m 2 ).
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Vì thanh bụng 2 không có lực dọc truc (thanh bụng cấu tạo) do đó có ứng suất rất nhỏ (tuy nhiên vẫn có) nên đồ thị cảm biến 2 có hình dạng như trên. Ở vị trí cảm biến số 1 và số 3, hai cảm biến này được đặt ở hai thanh thép ở hai mặt cùng một vị trí trên dàn Theo lý thuyết, hai thanh này sẽ làm việc giống nhau hoàn toàn, tuy nhiên trên thực nghiệm vẫn có sự khác nhau. 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 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:
Thanh cánh: L40x40x4 Thanh bụng: L40x40x3 Đặc trưng hình học tiết diện tra bảng Modun đàn hồi của thép E s = 2.1E8kN/m 2
39 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 dạng; phương trình định luật Hooke => trường ứng suất.
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.
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
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:
Lý thuyết: cấp tải càng tăng sai lệch lý thuyết (Cơ kết cấu, SAP 2000) so với thực nghiệm càng lớn, nguyên nhân có thể do cấp tải nhỏ cấu kiện làm việc tuân theo qui tắc của lý thuyết đàn hồi mà ta áp dụng để tính toán, cấp tải lớn hơn sẽ không còn tuân theo qui tắc đó nữa.
Hình 23 Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo dọc trục của thép
Tuy nhiên 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 Cho thấy dàn thép vẫn còn trong giai đoạn làm việc đàn hồi, nhưng do các nguyên nhân sau nên dẫn tới 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.
41 Đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị (ứng suất) của dàn thép theo thực nghiệm có xuất hiện một vài chỗ bị gảy khúc nhẹ do những sai số khó tránh khỏi trong quá trình làm thí nghiệm, đặc biệt ở thí nghiệm xác định chuyển vị này, dụng cụ sử dụng là dụng cụ cơ học nên dễ có sai số (ví dụ: đặt nghiêng so với phương chuyển vị, độ nhạy cũng không cao, bị ảnh hưởnlg bởi nhiệt độ,…).
Do sự không chính xác của phần mềm SAP so với thực tế cấu kiện Vì trong mô hình tương thích của phần tử hữu hạn, trường chuyển vị của mỗi phần tử được sắp xếp theo một hàm chọn trước và chuyển vị đóng vai trò là một ẩn số Các hàm này gây ra sai số so với thực tế và 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 (nhỏ hơn) so với kết quả thí nghiệm nêu trên Vì vậy tính toán thực tế chuyển vị dàn thép ta có thể mô hình trên sap với một sơ đồ tính thích hợp và nếu muốn kết quả an toàn ta nhân kết quả với một hệ số an toàn phù hợp tùy tthuộc vào quy mô, tính chất,
Các giả thiết và quy trình tính toán biến dạng dàn thép từ SAP cho kết quả khác rất xa so với kết quả thí nghiệm nêu trên Vì vậy tính toán thực tế biến dạng dàn thép ta nên làm thực nghiệm.
Kiến nghị: Nếu muốn tính chuyển vị dàn thép ta dùng SAP, mô hình dàn thép với sơ đồ tính dầm đơn giản là tương đối phù hợp, Nếu mốn tính ứng suất dàn thép, ta nên tiến hành thực nghiệm.
THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM TRÊN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Khảo sát ứng xử của dầm BTCT Dầm BTCT được gia tải bởi 2 lực tập trung theo một giá trị cho trước.Thiết lập các quan hệ tải trọng – độ võng (P - ∆) và môment uốn – biến dạng (M – ε) của dầm BTCT và so sánh số liệu thực đo so với lý thuyết tính toán.
Mục tiêu của thí nghiệm là nghiêm cứu ứng xử của dầm bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn II Một dầm bê tông cốt thép sẽ được gia tải đến tải trọng thiết kết là Ptk
< 2/3Pmax (với Pmax là tải trọng cực hạn tương ứng với Mmax của dầm tính theo trạng thái giới hạn I) để khảo sát.
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: Eb = 32.5x103 MPa. c Cốt thép chịu lực CB400, có:
- Cường độ tính toán: Rs = 400 MPa.
- Module đàn hồi: Es = 2.0x105 MPa.
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn 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
6 Khung gia tải và kích thủy lực (Pmax = 1000kN)
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
7 Các đồng hồ đo độ võng của dầm (Dial micrometers)
Hình 26 Đồng hồ đo tải trọng
Hình 27 Đồng hồ đo chuyển vị và cảm biến điện trở
Hình 28 Hệ thống thu nhân và xử lý tín hiệu (P3500+SB10)
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 được diễn ra trôi chảy, không gặp các vấn đề rắc rồi ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
6 Tiến hành đọc các chỉ số ban đầu của các đồng hồ đo biến dạng và các
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn 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 (kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng (àε)ε)
Bảng 25 Kết quả đo thí nghiệm lần 1
Tải (kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng (àε)ε)
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Bảng 26 Kết quả đo thí nghiệm lần 2
Tải (kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng(àε)ε)
Bảng 27 Giá trị trung bình giữa 2 lần đo
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Bảng 28 Giá trị trung bình sau 3 lần đo chênh lệch với vạch 0 trên dụng cụ đo
Bảng 29 Giá trị ứng suất
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
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
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
E = 32.5×10 3 Mpa y i là khoảng cách tính từ vị trí cần tính biến dạng đến trục trung hòa. b Biến dạng của cốt thép
E = 32.5×10 3 Mpa y i là khoảng cách tính từ vị trí cần tính biến dạng đến trục trung hòa.
Bảng 30 Kết quả giá trị momen M
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
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:
Cấp tải P P/2 Chuyển vị (mm)
Bảng 32 Tính toán chuyển vị bằng SAP2000
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Hình 31 Hình minh họa chạy SAP2000 ( cấp tải 16kN)
2.Tính toán theo TCVN 5574 – 2018 d Tính chuyển vị
Điều kiện xãy ra vết nứt
Nếu M > M crc => Bê tông vùng kéo nứt
Nếu M < M crc => Bê tông vùng kéo chưa nứt Vật liệu:
Bê tông B30 có R bt ,ser =1,75 MPa ; R b , ser " MPa ; E b 2500 MPa
Cốt thép CB400 có E s =2,0 ×10 5 MPa
Tỷ số modun đàn hồi α = E s = 2,0 × 10 5 = 80 =6,15 E b 32500 13 b h a o a’ h 0 A s α σ sc
Xét sự làm việc của tiết diện trọng giai đoạn đàn hồi
Momen tĩnh của A red lấy đối với trục qua mép chịu nén
Khoảng cách từ tâm O tiết diện đến mép chịu nén x c = S red = 7770,462 ,952 cm A red 487,119
Momen quán tính của A red lấy đối với trục qua trọng tâm
Momen chống uốn của tiết diện lấy đối với mép chịu kéo
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
'83,817 cm 3 h−x c 30−15,952 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 =6,333 kNm
Cấp tải P Momen M (kNm) Momen
(kN) I II III M crc (kNm)
Xác định độ võng của cấu kiện BTCT Độ cong r1 của cấu kiện BTCT
Momen uốn do tác dụng tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn
M =5.039 kNm 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 ( √
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
I red =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
=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:
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Bảng 33 Kết quả tính toán chuyển vị e Biến dạng của bê tông
=0,15 m 2 f Biến dạng của cốt thép
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Bảng 34 Bảng tính biến dạng
Biểu đồ và bảng so sánh % chênh lệch giữa các phương pháp
P Lý thuyết TCVN Thực nghiệm
(kN) I II III I II III I II III
Bảng 35Bảng tổng hợp chuyển vị
Lý thuyết TCVN Thực nghiệm
Hình 32 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị tại vị trí I
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Lý thuyết TCVN Thực nghiệm 18
Hình 33 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị tại vị trí II
Lý thuyết TCVN Thực nghiệm
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
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Bảng 37 Bảng % so sánh giữa ba phương pháp tại ví trí II
P 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
P (kN) Sai số TN so với LT sai số TN so với TCVN
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
(kN Thực nghiệm TCVN LÝ THUYẾT
) I II III I II III I II III
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Bảng 39 Bảng tổng hợp ứng suất
Thực nghiệm TCVN LÝ THUYẾT
Hình 35 Biểu đồ tải trọng – ứng suất tại ví trí I
Thực nghiệm TCVN LÝ THUYẾT
Hình 36 Biểu đồ tải trọng – ứng suất tại ví trí II
(kN/m2) Thực nghiệm 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 (%)
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
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 41 Chênh lệch giữa chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí II
P (kN) Sai số TN so với LT (%) Sai số TN so với TCVN (%)
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
Bảng 42 Chênh lệch giữa chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí III
Chuyển vị theo thực nghiệm lớn hơn (ít nhất là bằng) chuyển vị xác định từ SAP và chuyển vị xác định từ SAP lớn hơn chuyển vị xác định từ cơ kết cấu. Đường thẳng biểu diễn quan hệ tải trọng – độ võng là các đường thẳng tuyến tính Điều này phù hợp với lý thuyết đã học, trong giai đoạn dầm làm việc đàn hồi và khi mới xuất hiện những khe nứt đầu tiên: đường thẳng biểu diễn ứng suất - biến dạng là đường thẳng 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.
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 sức bền vật liệu khi dầm bê tông làm việc 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.
Biểu đồ tải trong – chuyển vị “I” so với “III” của thực nghiệm có sự khác nhau tuy nhiên rất ít, còn của lý thuyết, TCVN 5574 – 2018 giống nhau, tức là thực tế bê tông cốt thép là vật liệu không đồng nhất, không đẳng hướng và không đàn hồi tuyến tính
NHẬN XÉT
Kết quả cho thấy các tính toán TCVN 5574 - 2018 tương đối sát với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dầm làm việc đàn hồi và khi mới xuất hiện những khe nứt đầu tiên.
Kết quả cho thấy các tính toán theo lý thuyết sức bền (PTHH) khác xa (nhỏ hơn) với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dầm làm việc đàn hồi và khi mới xuất hiện những khe nứt đầu tiên
2 Tải trọng – ứng suất: Đường thẳng biểu diễn quan hệ tải trọng – ứng suất là các đường thẳng tuyến tính Điều này phù hợp với lý thuyết đã học, trong giai đoạn dầm làm việc đàn hồi và khi mới xuất hiện những khe nứt đầu tiên: đường thẳng biểu diễn ứng suất - biến dạng là đường thẳng tuyến tính.
Ngay cả đường thực nghiệm cũng là đường tuyến tính, tuy nhiên có một số điểm bị gãy khúc do chưa kiểm soát tốt quá trình thí nghiệm dẫn đến có những sai số đã xảy ra.
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 sức bền vật liệu khi dầm bê tông làm việc trong giai đoạn đàn hồi. Ở đồ thị này, chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí
1 giảm khi tang tải, vị trí 2, 3 tẳng khi tăng tải.
Biểu đồ tải trong – ứng suất “2” so với “3” của thực nghiệm có sự khác nhau tuy nhiên rất ít, còn của lý thuyết, TCVN 5574 – 2018 giống nhau Ứng suất thực nghiệm lớn hơn rất nhiều tính toán lý thuyết.
Kết quả nghiên cứu cho thấy các tính toán ứng suất bê tông “1” TCVN 5574 –
2018, SAP tương đối sát với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dầm làm việc đàn hồi và khi mới xuất hiện những khe nứt đầu tiên.
Kết quả nghiên cứu cho thấy các tính toán ứng suất thép “2, 3” TCVN 5574 –
2018, SAP khác xa (nhỏ hơn) với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dầm làm việc đàn hồi và khi mới xuất hiện những khe nứt đầu tiên.
Sơ đồ tính thực nghiệm: 2 liên kết tựa.
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: Bê tông cốt thép là vật liệu không đồng nhất, không đẳng hướng và không 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, giả thiết tiết diện phẳng; giả thiết đồng biến dạng giữa cốt thép và bê tông.
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 quá lâu so với mô hình kết cấu của lý thuyết, nên đã được điều chỉnh bằng hệ số từ biến b,cr
Bê tông cốt thép là vật liệu không đồng nhất, không đẳng hướng và không đàn hồi tuyến tính và do giả thiết đồng biến dạng giữa cốt thép và bê tông., nên TCVN đã xác định thêm mô men quán tính I red kể đến cốt thép bằng cách thêm vào các hệ số quy đổi cốt thép về bê tông hệ số điều chỉnh 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
Báo cáo Thí nghiệm công trình Th.S Hoàng Anh Tuấn 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 dạng; phương trình định luật Hooke => 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:
Vật liệu tuy mới nhưng cũng có và ảnh hưởng môi trường tải trọng thí nghiệm.
Dầm bê tông cốt thép được chế tạo chưa hoàn toàn giống chính xác với các yêu cầu cấp phối bê tông M400, kích thước15x30 cm trên toàn tiết diện dầm
Mô hình làm việc liên tục dẫn đến sai số Quy trình làm thí nghiệm:
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
Do lắp đặt thiết bị thí nghiệm chưa chính xác hoàn toàn: có thể là do vị trí các điểm đặt lực không chính xác với mô hình lý thuyết hoặc do các đồng hồ đo chuyển vị bố trí chưa đúng vị trí.
Do sự không chính xác của phần mềm SAP so với thực tế cấu kiện Vì trong mô hình tương thích của phần tử hữu hạn, trường chuyển vị của mỗi phần tử được sắp xếp theo một hàm chọn trước và chuyển vị đóng vai trò là một ẩn số Các hàm này gây ra sai số so với thực tế và cơ kết cấu.
4 Kết luận và kiến nghị
Các giả thiết và quy trình tính toán chuyển vị dầm bê tông theo TCVN cho kết quả tương đối sát (nhỏ hơn) so với kết quả thí nghiệm nêu trên Vì vậy tính toán thực tế chuyển vị dầm ta chỉ cần tính toán chính theo tiêu chuẩn TCVN 5574 – 2018 là đã chính xác nếu muốn kết quả an toàn ta nhân kết quả với một hệ số an toàn phù hợp tùy tthuộc vào quy mô, tính chất,
Các giả thiết và quy trình tính toán ứng suất “bê tông” dầm bê tông từ TCVN cho kết quả khác tuy nhiên vẫn không quá xa so với kết quả thí nghiệm nêu trên Vì vậy tính toán thực tế biến dạng “bê tông” dầm bê tông ta có thể tính theo TCVN, tuy nhiên do “giả thiết đồng biến dạng giữa cốt thép và bê tông” nên ta không thể xác định ứng suất “cốt thép” thông qua TCVN.
