Báo cáo thi công công trình về phần thí nghiệm công trình

THÍ NGHIỆM DÀN THÉP1.1 Mục đích thí nghiệm - Làm quen với phương pháp thí nghiệm một kết cấu hệ thanh, biết cách sử dụng các thiết bị đo để xác định ứng suất, chuyển vị bằng thực nghiệm.

Mục lục

PHẦN 1 THÍ NGHIỆM DÀN THÉP 3

1.1 Mục đích thí nghiệm 3

1.2 Cấu tạo và kích thước dàn thép 3

1.3 Thiết bị thí nghiệm 4

1.3.1 Thiết bị đo chuyển vị 4

1.3.2 Thiết bị đo biến dạng và ứng suất 4

1.3.3 Dụng cụ gia tải 4

1.4 Sơ đồ thí nghiệm 4

1.5 Quy trình thí nghiệm 5

1.6 Kết quả thí nghiệm 7

1.6.1 Thí nghiệm đo chuyển vị 7

1.6.2 Thí nghiệm đo biến dạng 9

1.7 Tính toán lí thuyết 9

1.7.1 Kết quả chuyển vị 10

1.7.2 Kết quả nội lực 10

1.8 Đồ thị kết quả thí nghiệm về tải trọng-biến dạng 11

1.9 Đồ thị kết quả thí nghiệm về tải trọng-độ võng 12

1.10 Nhận xét và bình luận 15

PHẦN 2 DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 18

2.1 Mục đích thí nghiệm 1919

2.2 Cấu tạo và kích thước dầm bê tông cốt thép Sơ đồ thí nghiệm 19

2.3 Thiết bị thí nghiệm 20

2.4 Quy trình thí nghiệm 20

2.5 Kết quả thí nghiệm 20

2.6 So sánh lý thuyết với kết quả thí nghiệm 244

2.6.1 Theo lý thuyết sức bền vật liệu Error! Bookmark not defined.4 2.6.2 Theo lý thuyết bê tông cốt thép 246

2.6.3 So sánh với các giá trị đo được: 26

2.7 Nhận xét và bình luận 27

PHẦN 3 TRẢ LỜI CÂU HỎI 18 31

LỜI NÓI ĐẦU

Thí nghiệm công trình là một công tác hết sức quan trọng nhằm thử nghiệm, kiểm định, đánh giá chất lượng của vật liệu và kết cấu trong công tác thi công và nghiệm thu công trình trước khi đưa vào sử dụng.

Thí nghiệm công trình là môn học trang bị những kiến thức căn bản cũng như kỹ năng cần thiết cho người kỹ sư xây dựng trước khi ra trường Đây thực sự là cơ hội đáng quý cho sinh viên được tiếp cận với phương pháp học tập kết hợp với thực nghiệm – cơ sở để thực hiện những công tác kiểm định và đánh giá thực nghiệm trong công việc sau này.

Quá trình thực hiện thí nghiệm không chỉ đòi hỏi việc nắm vững các tiêu chuẩn, quy phạm, các lý thuyết cơ bản mà còn cần một hiểu biết nhất định về thực tế sản xuất và thi công Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Trần Thái Minh Chánh đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức quý báu đó cho chúng

em trong suốt quá trình thí nghiệm

Tp HCM tháng 06 năm 2010Nhóm sinh viên thực hiệnNguyễn Văn Dũng - 80600397

Lê Đình Biên - 80600136

PHẦN 1 THÍ NGHIỆM DÀN THÉP

1.1 Mục đích thí nghiệm

- Làm quen với phương pháp thí nghiệm một kết cấu hệ thanh, biết cách sử dụng các thiết

bị đo để xác định ứng suất, chuyển vị bằng thực nghiệm

- Kiểm nghiệm, đánh giá sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm khi xem xét:

+ Ứng suất (thể hiện qua biến dạng) của thanh dàn

+ Chuyển vị tại một số vị trí trên dàn thép

1.2 Cấu tạo và kích thước dàn thép

- Kích thước của dàn thép:

+ 5 đốt x 1m/đốt = 5m

1.3.1 Thiết bị đo chuyển vị :

- Đồng hồ đo chuyển vị bé (Dial micrometer)1.3.2 Thiết bị đo biến dạng và ứng suất :

- Các cảm biến đo biến dạng thép (Strain gage)

Rg =120  Gage factor =2.049

- Máy P3500 và bộ chuyển kênh SB10

1.3.3 Dụng cụ gia tải :

- Kích thủy lực 20T Đường kính piston: Dpiston=5.82 cm

- 2 quang treo và đòn gia tải

13245

Báo cáo Thí nghiệm Công trình GVHD: ThS Trần Thái Minh Chánh

1.4 Sơ đồ thí nghiệm

1.4.1 Đo biến dạng :

Strain gage 3 : giữa phần tử 3

Strain gage 6 : giữa phần tử 7

Strain gage 7 : giữa phần tử 10

1.4.2 Đo chuyển vị :

Cách gối tựa 1m, ở cánh dưới: Nút B(5)

Cách gối tựa 2m, ở cánh dưới: Nút C(4)

Cách gối tựa 2.5m, ở cánh trên: Nút I(3)

Cách gối tựa 3 m, ở cánh dưới: Nút D(2)

Cách gối tựa 4 m, ở cánh dưới: Nút E(1)

Với A : trị số đọc trên kích thủy lực (kG/cm2)

Chọn 6 cấp gia tải tác dụng lên dầm thép: 15, 30, 45 60 (kG/cm2)

1.6 Kết quả thí nghiệm

1.6.1 Thí nghiệm đo chuyển vị: huyền

+ Lần 1

Trị số đồng hồ trên kích

Biến dạng ε (x 10-6)Phần tử 3 Phần tử 6 Phần tử 7

Trị số đồng hồ trên kích

Biến dạng ε (x 10-6)Phần tử 3 Phần tử 6 Phần tử 7

 : biến dạng của cấu kiện = trị số đọc trên P3500 (x 10-6)

E: modul đàn hồi của thép = 2,1.106 (kG/cm2)

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

Tiến hành giải bài toán dàn thép trên Sap2000 ta được các kết quả như sau:

1.7.1 Kết quả chuyển vị:

Trị số đồng hồ trên kích

30 399.05 69.08 65.75 27.63

1.8 Đồ thị kết quả thí nghiệm về tải trọng-biến dạng

Đồ thị P-  lý thuyết và thực nghiệm cho phần tử 3

Đồ thị P-  lý thuyết và thực nghiệm cho phần tử 6

Đồ thị P-  lý thuyết và thực nghiệm cho phần tử 7

1.9 Đồ thị kết quả thí nghiệm về tải trọng-độ võng

 Điểm 1

 Điểm 2

 Điểm 3

 Điểm 4

 Điểm 5

1.10 Nhận xét và bình luận

Từ đồ thị tải trọng – biến dạng ta thấy:

- Biến dạng thực nghiệm có biến thiên tuyến tính khi tải trọng còn nhỏ Điều này phùhợp với lý thuyết sức bền vật liệu khi vật liệu đang làm việc trong giai đoạn đàn hồi Khităng tải trong lên thì đường biến dạng biến thiên không tuyến tính, đây là sai lầm, lỗitrong quá trình thí nghiệm

- Đường biểu diễn quan hệ tải trọng – biến dạng thực nghiệm có hệ số góc khác vớiđường lý thuyết Điều này có nghĩa là đối với các cấp tải nhỏ thì thực nghiệm cho kết quảbiến dạng gần với lý thuyết hơn, khi tải trọng tác dụng lên cấu kiện càng lớn thì sai lệch

về biến dạng với lý thuyết sẽ càng lớn Ở đồ thị 2 và 3, ta thấy sự sai lệch là rất lớn

- Biến dạng theo thực nghiệm nhỏ hơn biến dạng xác định từ lý thuyết Điều này là dokết cấu thực làm việc an toàn hơn mô hình kết cấu của lý thuyết

- Độ sai lệch hệ số góc (được nói ở trên) của thanh số 9 (thanh xiên) nhỏ hơn củathanh số 3 (thanh bụng) Điều này có thể là do thanh xiên chịu lực dọc nhỏ hơn thanhbụng nên mức độ sai lệch so với lý thuyết cũng nhỏ hơn

Từ đồ thị tải trọng – chuyển vị ta thấy:

- Đường biểu diễn tải trọng-chuyển vị thực nghiệm là đường gãy khúc, bám sát đường

lý thuyết tại vị trí D (gần như là trùng)

- Cũng giống đồ thị tải trọng – biến dạng, ở loại đồ thị này, khi cấp tải càng lớn thì độsai lệch so với lý thuyết càng nhiều

- Những đoạn cong trên đồ thị cĩ thể phát sinh từ những sai số trong quá trình thínghiệm Đặc biệt ở thí nghiệm xác định chuyển vị này, dụng cụ sử dụng là dụng cụ cơhọc nên dễ cĩ sai số (ví dụ: đặt nghiêng so với phương chuyển vị, độ nhạy cũng khơngcao, bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ,…)

- Thí nghiệm xác định chuyển vị ở đây tỏ ra khá gần với lý thuyết vì vật liệu được sửdụng là thép, tính đồng nhất cao, đẳng hướng, ít khuyết tật,…; mơ hình thí nghiệm cũngkhá đơn giản nên giảm bớt sai số

Giải thích nguyên nhân sai số :

Kết quả thí nghiệm sai lệch với kết quả theo lý thuyết donhững nguyên nhân chính sau:

a) Sai số do gia công cơ khí, sai số thiết bị, dụng cụ thínghiệm

c) Do công tác đọc số cũng như trong việc gắn đồng hồ đokhông cẩn thận

d) Do sai số của thước đo chiều dài Sai số của đồng hồ đochuyển vị và đo biến dạng ( sai số dụng cụ- sai số kháchquan)

e) Do sự không chính xác của chương trình tính SAP 2000 so vớisự làm việc thực tế của kết cấu Vì trong mô hình tương thíchcủa phần tử hữu hạn, trường chuyển vị trong mỗi phần tửđược xấp xỉ bởi các hàm chọn trước và chuyển vị đóng vaitrò là ẩn số của bài toán Các hàm chọn trước này ảnhhưởng đến độ chính xác của bài toán, với liên kết gối ở 2đầu dàn được chế tạo không thực sự làm việc như một gốicố định và một gối di động trong mô hình

Bài học từ thí nghiệm:

Mặc dù số liệu đo khơng được sát với lý thuyết nhưng qua quá trình thí nghiệm bản thânrút ra được nhiều bài học bổ ích, biết được thêm nhiều thiết bị đo như tensormet, đồng hồ

đo chuyển vị, biến trở … và nhất là hiểu được cách thức làm thí nghiệm ngồi thực tếcơng trường điều đĩ giúp ta tránh những bỡ ngỡ khi ra làm việc ngồi thực tế Trong quátrình làm cịn được đúc kết được nhiều kinh nghiệm, biết được cách thức chỉnh các thiết

bị đo và các sai phạm thường hay mắc phải

Các sai phạm đã mắc phãi trong quá trình thí nghiệm đã làm cho kết quả đo khơng chínhxác như đặt các đồng hồ đo khơng thẳng đứng đã làm cho việc đo chuyển vị đứng thành

việc đo chuyển vị nghiêng, các đồng hồ đo quá nhạy mà việc điều chỉnh ban đầu không

về 0 khiến cho việc đo và đọc số không chính xác nhiều lần dẫn đến sai số do đó việcđiều chỉnh thiết bị lúc ban đầu là rất quan trọng

Để hạn chế sai số trong quá trình thí nghiệm cần :

- Kiểm tra cẩn thận việc lắp đặt, bố trí sơ đồ thí nghiệm và các dụng cụ trước khithực hiện

- Tăng số lần thí nghiệm để hạn chế sai số ngẫu nhiên

- Tiến hành thí nghiệm đúng theo chỉ dẫn của giảng viên

PHẦN 2 DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

2.1 Mục đích thí nghiệm

Nghiên cứu ứng xử của dầm BTCT theo trạng thái giới hạn 2

Quan hệ giữa tải trọng-độ võng (P-) của dầm BTCT So sánh kết quả lý thuyết với số liệu thực đo

2.2 Cấu tạo và kích thước dầm bê tông cốt thép Sơ đồ thí nghiệm

Dầm bê tông cốt thép có chiều dài Lo = 3.9 m Tiết diện chữ nhật 150x300mm

Mác bê tông : dùng súng bắn bê tông để xác định mác bê tông ngoài hiện trường

Kết quả bắn súng bắn bê tông :

Tiết diện và bố trí cốt thép trong dầm

Chọn cấp độ bền bê tông là B15 : Rb = 11 MPa, E = 23x103 MPa

Thép trong dầm loại CI : Rs = 225MPa, Rsw = 175MPa, E = 21x104 MPa

- Khung gia tải Magnus + kích

- Các đồng hồ đo độ võng của dầm (dial micrometer)

- Hệ thống đo lực (Load cells)

- Đặt 2 tải tập trung cùng giá trị P lên dầm bằng kích thủy lực

- Gia tải theo từng cấp cho :

Giá trị trung bình của các chuyển vị trên các đồng hồ là

Đồ thị tải trọng – độ võng ở giữa dầm khi ta tiến hành gia tải ở vị trí 2

Đồ thị tải trọng – độ võng ở giữa dầm khi ta tiến hành gia tải ở vị trí 3

Đồ thị thể hiện rõ rằng chuyển vị tăng cùng với cấp tải và chuyển vị ở điểm B giữadầm lớn hơn so với ở 2 bên Hai điểm A và C bố trí đối xứng có chuyển vị tươngđương nhau.

Qua các đồ thị ở trên chúng ta có thể thấy là mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị ởcác vị trí khác nhau trên dầm bê tông cốt thép chịu uốn có dạng tương tự nhau mặc dùcác đường cong biểu thị mối quan hệ này khác khá nhiều so với mối quan hệ tuyếntính của lý thuyết

Ở các đồ thị phía trên (mục 2.5), khi tăng tải liên tục, ta thấy đường cong biểu thị quan

hệ tải trọng-chuyển vị khá gần với đường thẳng trong khi nếu lập đồ thị với đỉnh củacác lần gia tải riêng biệt (mục 2.6) thì đường cong thực nghiệm lại khác nhiều với lýthuyết

Như vậy nếu ta gia tải gián đoạn (không tăng liên tục mà gia tải riêng cho từng cấp tải)thì kết quả sẽ khác so với việc tăng tải liên tục Vậy có thể rút ra nhận xét là phươngpháp gia tải (liên tục hay gián đoạn) cũng có ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quảthí nghiệm Theo như ở trên thì gia tải liên tục có kết quả gần với lý thuyết hơn

2.6 So sánh lý thuyết với kết quả thí nghiệm

2.6.1 Theo lý thuyết bê tông cốt thép:

1 Moment đàn hồi tiết diện bê tông cốt thép Wo :

với

 Fqd = 15x30 + 9.13(6.033 + 2.262) = 574.59 (cm2)

Sqđ

Cấp tải Mô men (kNm) Độ võng (mm)

11.2 Vị trí 2:

11.3 Vị trí 3:

LTTT

LTTT

- Trong thí nghiệm trên, ở những cấp tải lớn, xuất hiện nhiều sai lệch so vớidạng đường thẳng lý thuyết

- Khi so sánh kết quả thực nghiệm với các lý thuyết của sức bền vật liệu và bêtông cốt thép, ta thấy:

o Hệ số góc của đường thực nghiệm gần tương đương với hệ số góc của đường biểudiễn theo lý thuyết sức bền vật liệu và khác nhiều hơn so với đường biểu diễn của lýthuyết bê tông

o Độ sai lệch của đường thực nghiệm so với đường biễn diễn của lý thuyết sức bền vậtliệu cũng ít hơn so với của lý thuyết bê tông

Như vậy, có thể nhận xét là kết quả tính toán theo lý thuyết sức bền gần với thực tếhơn so với lý thuyết bê tông Lý thuyết sức bền cho kết quả độ võng thấp hơn so với

lý thuyết bê tông Điều này là do trong mô hình tính của lý thuyết sức bền, vật liệu

bê tông được xem là đàn hồi trong khi thực tế nó là vật liệu đàn hồi-dẻo

- Các sai số của thí nghiệm có thể phát sinh từ các nguyên nhân như:

o Đọc chỉ số đồng hồ biến dạng không chính xác Thực tế, đồng hồ quay khá nhanhnên việc đọc số không dễ dàng

LTTT

o Giá trị lực do kích gây ra không chính xác là các giá trị cần thực hiện cho thínghiệm (do chỉ cần thay đổi vị trí tay đòn của kích một khoảng ngắn là giá trị lực đãthay đổi khá nhiều nên cũng rất khó điều chỉnh đúng bằng giá trị yêu cầu)

o Chất lượng dầm bê tông cốt thép được sử dụng cho thí nghiệm là không tốt, đã được

sử dụng cho các lần thí nghiệm trước,nên sự đàn hội của vật liệu đã bị ảnh hưởng(giảm đi)

- Khắc phục sai số :

o Tăng số lần thí nghiệm để giảm sai số ngẫu nhiên

o Điều khiển thiết bị cẩn thận, chính xác

o Nếu có thể sử dụng dầm mới để làm thí nghiệm

o Tuân thủ theo chỉ dẫn của Giảng viên hướng dẫn

- Bài học kinh nghiệm :

Qua kết quả thí nghiệm ta thấy đường quan hệ P-∆ giữa lý thuyết và thực hànhkhá gần nhau, điều đó cho thấy thí nghiệm là khá chính xác nhưng không phải làquá trình thí nghiệm không có sai phạm Trước tiên là quá trình tăng lực không đúngvới ∆P= 2KN, thời gian chờ chưa đủ Tuy nhiên qua quá trình thí nghiệm ta rút ranhiều bài học:

Trước tiên là quá trình phân công làm việc giữa các thành viên trong nhóm, tạo

sự gắn bó và chia sẽ công việc

Biết được quy trình làm thí nghiệm đối với cấu kiện BTCT chịu uốn, và cũng đãxác minh được lý thuyết tính toán về cấu kiện BTCT là khá chính xác với thựcnghiệm

PHẦN 3: TRẢ LỜI CÂU HỎI

 NGUYễN VĂN DŨNG – 80600397 LÀM CÂU 7 VÀ CÂU 17

Câu 1 : Lý thuyết thứ nguyên & đồng dạng là gì ? Sinh viên thử cho 1 và 0? (Câu 7) Trả lời :

Lý thuyết thứ nguyên và đồng dạng là một khái niệm để phân biệt các chủng loại vật lý,được diễn tả một cách đơn giản, cơ bản nhưng vẫn mang đầy đủ tính chất, ứng xử và đặctrưng của cái được mô phỏng Lý thuyết thứ nguyên và đồng dạng giúp ta có thể môphỏng những công trình, kết cấu to lớn bằng những hệ kết cấu đơn giản hơn, nhỏ gọn hơn

để phục vụ cho công tác nghiên cứu, thí ngiệm và kiểm định chất lượng của công trìnhthật Lý thuyết này còn giúp cho việc đơn giản hóa là chấp nhận được, đảm bảo tínhchính xác, gần gũi với thực tế của mô hình

Câu 2 : Trong tính toán kết cấu BTCT theo điều kiện cường độ thì lấy giá trị cường

độ của cốt thép cường độ cao Rsc như thế nào ? Mô tả thí nghiệm xác định cường độ này? (Câu 17)

vì khi thép trong vùng chịu kéo của cấu kiện chưa đạt đến giới hạn cường độ cho phép thì

bê tông đã xuất hiện vết nứt

 Mô tả thí nghiệm xác định cường độ thép Rsc :

Mẫu thử : Khi thí nghiệm kéo đứt cần chế tạo ít nhất ba mẫu vật liệu thử có tiết diệnngang hình tròn hoặc hình chữ nhật (dẹt) Các mẫu tiết diện tròn có đường kính d vàchiều dài phần khảo sát của mẫu lo bằng 5~10 lần đường kính mẫu tùy thược điều kiệnthí nghiệm Mẫu dẹt thường có chiều rộng b bằng hai lần chiều dày h của mẫu (thường làchiều dày của tấm vật liệu) và chiều dài khảo sát lo của mẫu dẹt cũng như quy định củamẫu tiết diện tròn

Mẫu được thử kéo đứt trên các máy thí nghiệm có công suất chọn lớn hơn khả năng chịutải của mẫu từ 1.2 – 1.4 lần Lực kéo mẫu được chia thành nhiều cấp, giá trị mỗi cấpkhoảng (1/10  1/15) tải trọng phá hoại mẫu và cần khống chế tốc độ tăng tải trung bìnhkhi thí nghiệm từ 1 đến 2 kg/cm2/s Tương ứng với mỗi cấp tải tiến hành đo độ giãn dài

Δl của chuẩn đo lo Với quá trình tiến hành thí nghiệm này hoàn toàn có thể quan sátđược sự diễn biến về mối quan hệ giữa lực tác dụng và biến dạng tương đối của vật liệutrong mẫu thử

Xác định được mức tải trọng thí nghiệm qua các giai đoạn làm việc khác nhau của vậtliệu, trong đó có:

+ Tải trọng gây chảy (Pc) – tương ứng với lúc giá trị lực tác dụng không thay đổi, nhưngbiến dạng dẻo phát triển nhanh