TÀI LIỆU THỬ TẢI CẦU TIẾNG VIỆT

MỤC LỤCChẩn đoán thử tải và Phương pháp tích hợp 1 Tóm tắt qui trình thực hiện 2 Mục tiêu của Thử tải 2 Thiết bị đo đạc và Kế hoạch thử tải 4 Phân bố tải trọng theo phương ngang Phân

MỤC LỤC

Chẩn đoán thử tải và Phương pháp tích hợp 1

Tóm tắt qui trình thực hiện 2

Mục tiêu của Thử tải 2

Thiết bị đo đạc và Kế hoạch thử tải 4

Phân bố tải trọng theo phương ngang (Phân bố ngang) 4

Những đặc trưng về mặt cắt ngang của dầm 5

Những bộ phận kết cấu quan trọng 6

Dầm có gối đỡ đơn giản thực sự không đơn giản 7

Nhịp không liên tục lại là liên tục 7

Tính đối xứng 8 Cân nhắc về phần cứng 9

Trạng thái của kết cấu 9

Ví dụ về các dạng kết cấu cầu 10

Cầu dầm thép nhịp giản đơn 11

Mô tả kết cấu 11 Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải 11

Cầu dầm liên tục nhiều nhịp 13

Mô tả kết cấu 13 Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải 13

Cầu dầm bản bê tông cốt thép liên tục 15

Mô tả kết cấu 15 Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải 16

Phần mềm phân tích theo yêu cầu 17

Khảo sát sơ bộ đối với dữ liệu thử tải 18

Tái tạo dữ liệu thử nghiệm 19

Xác định sự liên quan/tham chiếu đối với vị trí xe thử tải 20

Hoạt động không đàn hồi hoặc trục trặc của đầu đo 21

Việc xác định đường đi của xe sai trình tự 41

Việc lập mô hình cho mặt cắt ngang không chính xác (các trục trung hòa) 42

Phân loại/đánh giá tải trọng 49

Tài liệu tham khảo 52

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Minh họa về Phương pháp Tích hợp 2

Hình 2 (A) Gối đỡ trụ nhịp không liên tục, (B) Sơ đồ kết cấu 8

Hình 3 Mặt bằng bố trí thiết bị đo tại cầu IA 3 bắc qua lạch Cedar 12

Hình 4 Dạng tải trọng của Xe thử tải 12

Hình 5 Mặt bằng bố trí thiết bị cầu IA 3 bắc qua ngã ba phía đông sông Des Moines 14

Hình 6 Dạng tải trọng của Xe thử tải 14

Hình 7 Mặt bằng bố trí thiết bị cầu I-29 bắc qua mương Robinson 16

Hình 8 Dạng tải trọng của Xe thử tải 17

Hình 9 Sơ đồ phần mềm dữ liệu BDI 18

Hình 10 Minh họa việc tính toán độ cong và trục trung hòa 23

Hình 11 Quá trình biến dạng của một cây cầu 3 nhịp biểu thị quan hệ tuyến tính 25

Hình 12 Phản ứng phi tuyến do bề mặt tiếp xúc dầm-bản bán liên hợpgây ra 25

Hình 13 Phản ứng phi tuyến do gối đỡ tuyến tính kép 26

Hình 14 Mô hình cầu một nhịp do WinGEN tạo ra 29

Hình 15 Hai phương pháp của mối quan hệ liên hợp giả lập 32

Hình 16 Giải quyết trục trặc – hệ khung và mặt bằng bố trí thiết bị đo 39

Hình 17 Sự mô phỏng không đúng vị trí xe thử tải trên cầu 40

Hình 18 Trình tự đường đi của xe bị mâu thuẫn 41

Hình 19 Mặt cắt ngang của dầm liên hợp bị mô hình hóa thành không liên hợp42 Hình 20 So sánh biến dạng ở giữa nhịp và gối của dầm nhịp đơn 44

Hình 21 Phân bố tải trọng ngang tại giữa nhịp 45

Hình 22 Dầm đơn giản có cản trở chuyển vị xoay 48

Hình 23 Mối quan hệ giữa độ cứng lò xo và tỷ số chịu nhiệt 49

Hình 24 Cấu trúc xếp và phân loại tải trọng theo AASHTO 51

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Tệp dữ liệu thử tải 12

Bảng 2 Tệp dữ liệu thử tải 15

Bảng 3 Tệp dữ liệu thử tải 17

Giới thiệu

Mục đích của sách hướng dẫn là tóm tắt những nguyên tắc và thủ tục cơ bản để thực hiện “Phương pháp Tích hợp” phân loại tải trọng dựa trên số liệu thí nghiệm hiện trường Những phương pháp được mô tả trong sách này dựa trên kinh nghiệm thu được từ những thí nghiệm thử tải cho khoảng 250 kết cấu và những đánh giá về số liệu tiếp theo Gần 200 thí nghiệm thử tải được tiến hành đối với cầu với mục tiêu phát triển những phân loại tải trọng chính xác

Mặc dù có chung bản chất và chủ yếu liên quan tới hoạt động của kết cấu cũng như hoạt động phản ứng quan sát được, những quy trình mô tả trong cuốn sách này hướng tới những khả năng và sự thiết thực do Hệ thống thử nghiệm kết cấu Bridge Diagnostic, Inc (BDI – STS) và phần mềm bổ trợ đem lại Một số phương pháp sử dụng những hệ thống thu thập dữ liệu dạng khác, những gói phần mềm phân tích hoặc phần mềm xử lý dữ liệu có thể gặp khó khăn khi thực hiện do không được thiết kế chuyên biệt như Phương pháp Tích hợp

Chẩn đoán thử tải và Phương pháp Tích hợp

Chẩn đoán thử tải có liên quan tới việc sử dụng những phản ứng đo tại hiện trường để hiểu thêm về cách phản ứng với tải trọng của kết cấu trong phạm vi tuyến tính Một điều quan trọng cần ghi nhớ là dạng thí nghiệm này chủ yếu cung cấp thông tin về hướng của tải trọng động trong toàn bộ phần kết cấu trên chứ không phải sức chịu tải của kết cấu Những tính toán về sức chịu tải có thể

bị ảnh hưởng do kết quả thử tải, nhưng nói chung những tính toán này đều đáng tin cậy dựa trên qui chuẩn thiết kế và lý thuyết sức bền vật liệu

Những giá trị đo được trong quá trình chẩn đoán có thể sử dụng để trợ giúp trong việc xác định đặc tính của mặt cắt ngang bộ phận kết cấu, điều kiện biên

và đặc điểm phân bố tải trọng của kết cấu Những thí nghiệm này thường được thực hiện với những tải trọng thông thường và những giá trị đo được so sánh với giá trị theo lý thuyết hoặc những giới hạn được xác định theo qui chuẩn/tiêu chuẩn

Mục tiêu của “Phương pháp Tích hợp” là đưa phương pháp này tiến thêm một bước nữa Điều này có nghĩa là sử dụng dữ liệu hiện trường một cách tích cực như là cơ sở để chỉnh sửa những thông số mô hình phân tích của kết cấu cho tới khi mô hình hoạt động ngày càng giống với kết cấu trong thực tế Kết quả “mô hình hiệu chuẩn” thường có thể coi như hoàn toàn chính xác và dùng để phân loại tải trọng, dự đoán tải trọng cho phép hoặc ứng suất khi quá tải Mô hình này cũng được sử dụng để trợ giúp thiết kế đối với bất kỳ việc nâng cấp/trang bị thêm hoặc trong việc bảo trì công trình Sơ đồ trong Hình 1 minh họa khái niệm Phương pháp Tích hợp

Hình 1 Minh họa về Phương pháp Tích hợp

Tầm quan trọng hàng đầu của tài liệu này là nhằm cung cấp những nét chính mang tính thực tiễn đối với việc thực hiện Phương pháp Tích hợp Danh mục sau đây là những công việc bắt buộc phải hoàn thành để phát triển mô hình đánh giá tải trọng chính xác Từng mục của tài liệu được trình bày trong những phần tiếp theo

Tóm tắt qui trình thực hiện

1 Xác định mục đích thử tải

2 Trình bày về thiết bị đo đạc và kế hoạch thử tải

3 Tiến hành thử tải trên cầu

4 Kiểm tra dữ liệu và tiến hành đánh giá định tính về dữ liệu và kết cấu

5 Tạo lập mô hình đại diện cho kết cấu và tiến hành phân tích

6 So sánh kết quả phân tích với những phản ứng đo được và sửa những lỗi

mô hình tổng thể

7 Hiệu chuẩn mô hình

8 Đánh giá kết quả và xác định kết quả nào đủ độ tin cậy và hợp lý để phân loại tải trọng

9 Áp dụng phân loại tải trọng để hiệu chỉnh mô hình cầu và tính toán hệ số phân loại

Mục tiêu của Thử tải

Đối với bất kỳ thí nghiệm thử tải nào bước đầu tiên trong là phải xác định được những mục tiêu thử tải ngay từ đầu và vạch ra một cách cụ thể thông tin nào cần

thu được Để thực hiện bước này có hai điều kiện tiên quyết Thứ nhất là cần có một kiến thức đồng bộ về phân loại cầu sao cho kỹ sư có thể đánh giá được những bộ phận nào là quan trọng và xác định có khả năng thu nhận thêm được những thông tin để tiến hành phân tích chính xác hơn hay không Ví dụ như nếu tiến hành thử tải với một hệ kết cấu được xác định là tĩnh hoàn toàn thì những

dữ liệu thu được rất ít Bởi vì đối với những trường hợp hiếm như thế này, tải trọng tác dụng vào những bộ phận cụ thể đều đã được biết rõ do không còn hướng truyền lực nào khác, còn bất kỳ độ chính xác nào thu được cũng không đáng kể

Tuy nhiên trong thực tế hiếm khi kết cấu cầu lại được xác định là tĩnh thực sự Những cầu dầm bản và bản BTCT thường có hoạt động phức tạp mà không thể miêu tả chính xác bằng phương pháp hệ số phân bố tải trọng và phân tích dầm Mức độ phức tạp chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau, liên quan tới dạng hình học và hiệu ứng độ cứng thứ cấp Việc xem xét dạng hình học ban đầu có ảnh hưởng tới sự phân bố tải trọng, bao gồm cả độ nghiêng và tỷ số khoảng cách giữa các dầm với chiều dài nhịp Có nhiều yếu tố độ cứng thứ cấp ảnh hưởng tới hướng truyền lực, trong đó phổ biến nhất là độ cứng cạnh do gờ bê tông, lan can thành cầu tạo nên, gối đỡ tạo ngăn cản chuyển vị của đầu dầm và hoạt động liên hợpkhông được định hướng trước Phạm vi yếu tố độ cứng thứ cấp ảnh hưởng tới cách thức phản ứng của kết cấu thay đổi rất lớn từ cầu này sang cầu khác và

là chức năng của cả thiết kế chi tiết và qui trình thi công thực tế

Thứ hai, việc xác định mục tiêu yêu cầu kiến thức và kinh nghiệm về thí nghiệm hiện trường để có thể xác định điều gì sẽ thu được từ công việc thử tải Thông thường nhất việc thử tải được thực hiện để thu được sự phân loại tải trọngmà không cần hiểu rõ làm cách nào để chuyển dữ liệu đo (biến dạng, chuyển vị, gia tốc v.v…) thành cơ sở cho giới hạn tải trọng của kết cấu Trong phần lớn các trường hợp, nếu chỉ đơn thuần đo biến dạng rồi đem so sánh với những giá trị lý thuyết hoặc qui định của qui chuẩn/tiêu chuẩn và nội suy hoặc ngoại suy ra kết quả thì không đủ Mục đích chính của Phương pháp Tích hợp là xác định nguyên nhân dẫn đến dữ liệu đo khác với mong muốn và kiểm tra cơ cấu gây ra

sự không thống nhất bằng cách tái tạo dữ liệu đo theo phương pháp phân tích đại diện Phương pháp này có ưu điểm ở chỗ kỹ sư có thể kiểm soát những thông số

độ cứng nào được sử dụng, những thông số nào bỏ qua trong quá trình tính toán phân loại tải trọng

Nếu chúng ta giả thiết mục tiêu chính của thử tải là để cung cấp việc phân loại tải trọngthực tế thì mục tiêu thí nghiệm cụ thể có thể bao gồm như sau:

− Xác định những thuộc tính của mặt cắt ngang có ảnh hưởng

− Xác định sự khác nhau giữa độ cứng của dầm bên trong và dầm biên (gờ bê tông/lan can thành cầu)

− Xác định độ cứng có ảnh hưởng của những bộ phận truyền lực ngang (bản mặt cầu và dầm ngang)

− Tính toán hệ số phân bố thực tế đối với dầm bên trong và dầm biên

− Xác định ngăn cản chuyển vị xoay và/hoặc chuyển vị thẳng do trạng thái gối đỡ dầm

− Định lượng tính liên tục của dầm giữa các nhịp liền kề

− Định lượng ảnh hưởng của hư hỏng về kết cấu đã biết

− Xác định lợi ích của việc sửa chữa hoặc cải tạo/nâng cấp

Thiết bị đo đạc và Kế hoạch thử tải

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới việc thiết kế bố trí thiết bị đo đạc Do các dạng kết cấu, chi tiết bộ phận công trình, khả năng tiếp cận, trạng thái kết cấu v.v… rất phong phú nên khó có thể xác định một cách chính xác một bộ qui tắc bố trí cảm biến đo Kiểu/dạng kết cấu và mục tiêu thử nghiệm là những yếu tố chủ yếu

để xây dựng kế hoạch ban đầu, nhưng những khoản như khả năng tiếp cận và giới hạn của thiết bị đo lại thường quyết định tới vị trí cuối cùng của điểm đo Trong nhiều trường hợp, mặt bằng bố trí thiết bị đo lại phải “tinh chỉnh” ở hiện trường vì một số lý do dẫn đến cảm biến không gắn được vào những vị trí được xác định từ đầu

Khi tiến hành chẩn đoán thử tải, cần phải nhớ một điều quan trọng là dữ liệu luôn được xác định để trợ giúp trong việc phân tích chính xác và những phản ứng của kết cấu được xác định nhờ việc phân tích Vì vậy không cần phải tiến hành đo đạc tại những vị trí quan trọng/then chốt hoặc vị trí có biến dạng lớn nhất của kết cấu, chỉ cần đo tại những vị trí thông thường gần đó là đủ Để đạt

độ chính xác cao, người ta thường tiến hành đo tại những vị trí mà phản ứng hoạt tải đủ lớn như xung quanh vị trí giữa nhịp Tuy nhiên việc đo đạc cũng phải tiến hành tối thiểu ở những vùng quan trọng để giúp xác định dạng phản ứng đối với uốn và sự phân bố ứng suất trong mặt cắt ngang Một số hướng dẫn tổng thể đối với thiết bị đo đạc cho những mục tiêu thí nghiệm cụ thể được liệt kê trong những phần tiếp theo

Cần lưu ý rằng phương pháp này được sử dụng để hiểu mối quan hệ tổng thể của phần kết cấu công trình chứ không phải để đo ứng suất tại những điểm tập trung như các mối nối Ý tưởng của phương pháp là định lượng lực trong từng bộ phận truyền tới mối nối rồi sử dụng những phương pháp tiêu chuẩn để xác định ứng suất tại mối nối/liên kết

Phân bố tải trọng theo phương ngang (Phân bố ngang)

Hầu hết nguồn gốc lớn nhất của sai số (thường là cố hữu) trong những phân tích đánh giá tải trọng thông thường tác động lên cầu dạng dầm đều liên quan đến độ lớn của tải trọng tác dụng lên riêng từng dầm Tải trọng theo lý thuyết thường được tính toán bằng tải trọng trục bánh xe của một loại xe tải cụ thể nhân với hệ

số phân bố theo AASHTO Mặc dù hệ số phân bố là một công cụ xuất sắc cho

mục đích thiết kế nhưng lại hiếm khi thể hiện đúng đặc tính của sự phân bố thực

tế Chính vì lý do này, mục tiêu chính của thử tải là tạo ra một mô hình có quan

hệ phân bố ngang giống như kết cấu thật Để thỏa mãn yêu cầu này thì giải pháp tốt nhất là bố trí thiết bị đo đạc tại tất cả các dầm ở khoảng giữa nhịp (ngay tại hoặc gần vị trí mô men dương lớn nhất)

Khái niệm về hệ số phân bố hàm ý rằng từng dầm chịu một tỷ lệ phần trăm của từng trục bánh trên cầu Trong thực tế, độ lớn và dạng của hàm tải trọng biến thiên từ dầm này sang dầm khác, có nghĩa là sự phân bố ngang thực tế thay đổi theo chiều dài nhịp Sự phân bố thực tế ở giữa nhịp nói chung không bằng sự phân bố ở gần mố hoặc gối đỡ bên trong Độ cứng của trụ đỡ, độ cứng của bản mặt cầu và dạng hình học của cầu đều tác động tới sự thay đổi của phân bố ngang từ vị trí này sang vị trí khác Để nắm được hiệu ứng theo phương dọc cầu lên sự phân bố, người ta thường gắn thêm các thiết bị đo lên một số mặt cắt ngang cầu, nhất là tại những vị trí gần gối đỡ

Những đặc trưng về mặt cắt ngang của dầm

Khi đo đạc những bộ phận chịu uốn cần có hai cảm biến tại mỗi mặt cắt ngang Mục đích của việc bố trí là đo được trực tiếp vị trí trục trung hòa (N/A) và đường cong uốn từ phản ứng của biến dạng Có nhiều lý do để đo vị trí N/A Trước hết, việc so sánh giữa biến dạng tính toán và đo được đòi hỏi xác định chính xác những điểm gắn cảm biến theo trục trung hòa Nếu biến dạng liên quan tới uốn, kiến thức về vị trí trục trung hòa là thiết yếu Vị trí trục trung hòa

đo được luôn luôn thay đổi đáng kể so với vị trí lý thuyết

Lý do khác để định vị trục trung hòa vì điều này giúp xác định đặc trưng của những bộ phận thuộc mặt cắt ngang cho quá trình tính toán khả năng tiếp theo

Ví dụ như vị trí của trục trung hòa cho biết nếu như dầm làm việc đồng thời với bản mặt cầu thì nó sẽ được dùng để tìm được bề rộng/bề dày phù hợp của cánh dầm (hoặc tỷ số độ cứng của vật liệu) Do vị trí trục trung hòa có liên quan tới

độ cứng của mặt cắt ngang nên có thể có thể tiến hành so sánh với những mặt cắt tương tự để xác định độ chắc đối với đặc trưng độ cứng dầm Cần lưu ý là BDI đã từng thử nghiệm những cây cầu được thiết kế không liên hợp nhưng lại làm việc/ứng xử một cách hỗn hợp, cũng như trường hợp xấu nhất là những cây cầu được thiết kế liên hợp nhưng lại làm việc không liên hợp

Độ cứng tuyến tính liên quan tới độ lớn của tải trọng cũng có thể thẩm tra bằng cách theo dõi sự thống nhất của vị trí trục trung hòa xét theo khía cạnh vị trí xe thử tải Những quan hệ bán liên hợp, trong đó xuất hiện hiện tượng trượt giữa bản mặt cầu và dầm, được quan sát thấy giống như những dao động lớn quanh trục trung hòa từ đầu đến cuối mỗi chu trình gia tải

Người ta khuyến cáo bất cứ khi nào có thể, mỗi mặt cắt ngang nên bố trí hai cảm biến/đầu đo khi đo phản ứng uốn kể cả không có bất kỳ giá trị trung bình có khả

năng của hoạt động liên hợp Điều này có nguyên nhân là những hoạt động phức hợp có thể xuất hiện vào những lúc không mong muốn nhất Cảm biến thứ hai cung cấp số đo dự trữ giúp cho việc xác định những số đo bị nghi ngờ có bị lỗi hay do những hoạt động không mong muốn

Khi tiến hành đo biến dạng trên các cấu kiện chịu tải trọng trục như giàn, vị trí của cảm biến trên mặt cắt ngang rất quan trọng Trong thực tế kết cấu không bao giờ có tải trọng trục thuần nhất mà luôn có thêm thành phần uốn đo được Thậm chí những cấu kiện chịu kéo trong kết cấu giàn móc cầu cũng chịu uốn Nếu các cấu kiện được gắn chắc, vị trí các điểm gắn sẽ không thẳng hàng với trọng tâm cấu kiện hoặc cấu kiện bị cong không đáng kể hoặc do tĩnh tải trọng lượng bản thân, quá trình sản xuất hoặc tác động của xe Trong những trường hợp này, các cấu kiện có xu hướng trở nên thẳng khi lực kéo tăng và các số đo cho thấy đó 1à ứng suất do uốn Bởi vậy các đầu đo nên bố trí càng gần trọng tâm cấu kiện càng tốt nếu như chỉ cần đo lực dọc Nếu cần đo thêm các cấu kiện chịu uốn thì cần

bố trí đầu đo gắn càng xa hết mức càng tốt (nên sử dụng từ 2 đến 4 đầu đo tùy thuộc vào việc cần đo ứng suất uốn một trục hay hai trục)

Những bộ phận kết cấu quan trọng

Một điều rất có ích khi biết trước bộ phận kết cấu và cơ cấu phản ứng nào (uốn, lực dọc, lực cắt v.v…) hiện đang kiểm soát việc phân loại tải trọng Kiến thức này có một số ảnh hưởng tới việc bố trí thiết bị đo đạc vì mục đích của thí nghiệm là xác định trạng thái tải trọng tác động lên những bộ phận quan trọng Tuy nhiên, nếu chỉ bố trí thiết bị tại những bộ phận kết cấu quan trọng thì không

đủ vì người ta thường cần xác định lực truyền tới đâu trong hệ tĩnh định Ví dụ nếu như số liệu đo biến dạng khác với số liệu dự báo theo phân tích thì nguyên nhân có thể do bộ phận kết cấu có độ cứng nhiều hoặc ít hơn độ cứng giả thiết trong mô hình hoặc thực tế bộ phận kết cấu chịu tải khác với tải trọng tác dụng trong mô hình Nếu các phép đo chỉ tiến hành đối với những bộ phận quan trọng thì không có cách nào để làm rõ cơ cấu gây ra sai số Nói một cách toán học, số lượng ẩn số nhiều hơn số phương trình và số lượng lời giải là vô hạn

Trong trường hợp cầu dầm bản, không cần xét tới dầm bên trong hay dầm biên tác động tới sự phân loại tải trọng hoặc sự phân loại chịu tác động của mô men hay lực cắt thì mặt bằng bố trí thiết bị đều có những khác biệt nhỏ Có thể bố trí những thiết bị phụ trợ trên những bộ phận quan trọng nhưng toàn bộ các xà ngang đều nên gắn thiết bị để có thu được sự phân bố tải trọng thực tế

Trong trường hợp hệ dầm sàn nhiều khoang tạo bởi dầm và xà ngang, việc bố trí thiết bị đo có thể thay đổi một chút tùy thuộc vào dầm hay xà ngang kiểm soát việc đánh giá tải trọng Trong cả hai trường hợp, cần phải bố trí thiết bị tại tối thiểu một khoang giữa các xà ngang sao cho có thể xác định sự phân bố tải trọng trên bản mặt cầu Hơn nữa, tối thiểu nên bố trí thiết bị đo tại một số điểm dọc theo chiều dài của một dầm sàn bởi vì về cơ bản dầm này là một gối đỡ đàn hồi

của xà ngang Nếu giả thiết xà ngang là một kết cấu quan trọng thì có thể bố trí thiết bị đo trong nhiều khoang xà ngang để phục vụ cho mục đích so sánh Việc

bố trí thêm cảm biến trên các dầm sàn khác chỉ thật cần thiết nếu những dầm này thực sự quan trọng hoặc người ta mong muốn có thêm dữ liệu Sở dĩ có điều này

là vì hầu như dầm sàn tương tác với xà ngang một cách hoàn toàn không đồng thời và những cảm biến bổ sung làm tăng thêm độ chính xác của mô hình

Dầm có gối đỡ đơn giản thực sự không đơn giản

Mặc dù trong thiết kế người ta thường giả thiết dầm có gối đỡ giản đơn, gối đỡ thực tế của dầm luôn gây ra sự kiềm chế chuyển vị xoay đáng kể ở đầu dầm Ngay cả đối với trạng thái gối đỡ có bộ phận cân bằng được thiết kế riêng cho phép co giãn và tạo ra sức kháng mô men bằng không, người ta vẫn quan sát được sự cản trở (mô men âm) tới mô men phần dưới giữa nhịp tối đa là 30%

Sự xuất hiện cản trở chuyển vị đầu dầm có thể được kiểm tra một cách đơn giản bằng việc bố trí những đôi cảm biến gần các gối đỡ Việc quan sát được bất kỳ đường cong âm (đáy dầm chịu nén) trong quá trình gia tải đều chỉ ra sự hiện diện của cản trở chuyển vị đầu dầm Việc đo đạc gần các đầu dầm hoặc bố trí tối thiểu nhiều bộ đầu đo dọc theo chiều dài dầm là cần thiết để xác định mức độ cản trở chuyển vị đầu dầm thông qua việc hiệu chỉnh phân tích tiếp theo

Nếu có thể giả thiết tính vững chắc giữa các gối đỡ dầm thì hầu như không cần đặt các đầu đo gần đầu dầm Tuy nhiên, thông thường với một đầu nhịp gối đỡ

có những chi tiết khác đầu còn lại (cố định/co giãn), bởi vậy một kinh nghiệm hữu ích là gắn các đầu đo ở cả hai đầu những dầm được lựa chọn Dầm bên trong và dầm biên cũng có cản trở chuyển vị đầu dầm với hiệu ứng khác nhau do những chi tiết cấu tạo như dầm ngang ở trụ và mố nên việc xác định cản trở chuyển vị đầu dầm cần áp dụng cho tối thiểu một dầm trong và một dầm biên

Do sức kháng uốn thường được sử dụng để so sánh nên tốt nhất là gắn những đầu đo ngoài rìa tại vị trí cách gối tựa từ một đến hai lần chiều cao dầm Điều này nhằm tránh sự tập trung ứng suất và biến dạng liên quan tới ứng suất theo phương thẳng đứng thường được bỏ qua trong giai đoạn phân tích Thậm chí ngay cả khi sử dụng mô hình 3-D phức tạp tái hiện được ứng suất theo phương đứng thì người ta vẫn khuyên chỉ nên so sánh những biến dạng do sức kháng uốn tạo nên

Nhịp không liên tục lại là liên tục

Một dạng phân loại cấp thấp hơn của cầu dầm có gối đỡ “đơn giản” là trường hợp cầu nhiều nhịp không liên tục Ngay cả khi không có sự liên kết rõ ràng giữa những nhịp liền kề nhau trên cầu nhiều nhịp thì tính liên tục vẫn thường

xuất hiện khi các dầm từ hai nhịp tựa lên cùng một trụ Sở dĩ có điều này là vì phản lực từ một nhịp sẽ tạo ra tải trọng tác dụng lên nhịp kế tiếp thông qua trụ cầu

Nguyên nhân gây ra tính uốn liên tục thường xuất phát từ những chi tiết đặt dầm tạo tính liên tục theo phương dọc thông qua trụ từ vị trí đặt dầm này tới vị trí kế tiếp Việc đặt dầm thường có độ lệch tâm tương đối so với trục trung hòa của dầm tạo ra lực dọc trong gối đỡ dầm gây nên sức kháng xoay và tiếp đến là mô men trong nhịp liền kề Hình 2 chỉ ra cơ cấu điển hình tạo ra tính liên tục giữa các nhịp

Nói chung không cần xem xét việc bố trí thiết bị bổ sung đối với cầu nhiều nhịp không liên tục, nhưng qui trình thí nghiệm có thể cần chỉnh sửa nếu như quan sát được tính liên tục tại hiện trường Do chúng ta thường mong muốn kết cấu hoàn toàn không chịu tải khi bắt đầu và kết thúc mỗi lần chạy thử tải nên việc bắt đầu và kết thúc ghi dữ liệu cần thực hiện khi xe thử tải đã chạy cách nhịp bố trí thiết bị đo một nhịp Thực hiên được điều này thì việc tái tạo dữ liệu giữa những lần chạy đều có thể định lượng và đều có thể phát hiện ra bất cứ hoạt động không đàn hồi nào

Hình 2 (A) Gối đỡ trụ nhịp không liên tục, (B) Sơ đồ kết cấu

Tính đối xứng

Một số thông tin hữu ích đối với việc đánh giá định tính kết cấu thường thu được từ việc so sánh phản ứng đối với biến dạng của những vị trí đầu đo giống nhau Sự khác nhau về độ lớn biến dạng từ những vị trí đầu đo tương tự chịu cùng một tải trọng có thể chỉ ra sự không đồng nhất về độ cứng của dầm, tình trạng gối đỡ hoặc sự phân bố tải trọng Bởi vậy, bất cứ lúc nào có thể cần khai thác những ưu điểm về tính đối xứng của kết cấu cả trong việc bố trí thiết bị đo

và chất tải

Mô men và lực

tác dụng

Mô men và lực tác dụng

qui đổi

Độ lệch tâm

Xem xét phần cứng

Phần cứng BDI-STS có cấu hình để điều khiển 4 đầu đo cho từng hộp STS Sau hàng loạt những thí nghiệm thử tải, cấu hình này được xác định là thuận tiện và kinh tế nhất đối với việc bố trí thiết bị đo kiểm định/thử tải cầu Thông thường người ta thường sử dụng hai đầu đo/cảm biến trên một mặt cắt ngang dầm đơn Với việc sử dụng hộp STS đặt giữa hai dầm người ta có thể lắp đặt và treo thiết

bị đo trên mặt cắt ngang của cả hai dầm mà không cần di chuyển hệ thống tiếp cận (thang, đà giáo v.v…) Do cấu hình của thiết bị này nên trong quá trình thiết

kế bố trí thiết bị đo cần chú ý sao cho vị trí đầu đo hợp thành những nhóm 4 Những cặp mặt cắt ngang được gắn thiết bị đo (kể cả cạnh nhau hoặc dọc theo dầm) phải nằm trong phạm vi của dây cáp nối đầu đo, khoảng 10 – 20 ft (30 m – 60 m) tùy thuộc vào chiều dài dây cáp được cung cấp cùng đầu đo

Số lượng kênh đo dữ liệu có thể trong hệ thống thí nghiệm sẽ quyết định tới điểm gắn đầu đo Luôn luôn có một qui trình điều chỉnh giữa vị trí định bố trí đầu đo và vị trí thực tế của đầu đo

Trạng thái của kết cấu

Một yếu tố nữa ảnh hướng tới vị trí và số lượng thiết bị đo là trạng thái kết cấu

Ví dụ như có thể bố trí thiết bị đo cho một hoặc hai nhịp trên kết cấu nhiều nhịp

là đủ nếu như những hư hỏng là rất nhỏ và trạng thái gối đỡ dầm từng nhịp giống nhau Mặt khác nếu như cầu có những hư hỏng đáng kể và không thể giả định sự thống nhất giữa các nhịp hoặc dầm thì người ta sẽ bố trí thiết bị cho những nhịp quan trọng nhất và số lượng thiết bị trên từng nhịp cũng lớn hơn (mỗi dầm được bố trí từ 3 thiết bị trở lên dọc theo nhịp dầm)

Thử tải

Chi tiết về qui trình thử tải được giới thiệu trong Sổ tay hướng dẫn STS Tuy nhiên một điều rất quan trọng là người tiến hành thử tải cần có sự am hiểu thấu đáo về mục đích thử tải và hiểu được những khả năng cũng như hạn chế của thí nghiệm chẩn đoán Một điều quan trọng không kém, đó là những người xác định mục tiêu thí nghiệm và bố trí thiết bị, sắp đặt kịch bản thử tải phải là những người có kinh nghiệm hàng đầu trong các công việc ở hiện trường Không có ranh giới rõ ràng công việc tại hiện trường và việc tiếp theo là đánh giá kết cấu, bởi vậy tốt nhất là cho cùng một người tiến hành thử tải và đánh giá/phân tích

dữ liệu, đảm bảo tính liên tục

Những thay đổi trong việc bố trí thiết bị phải tiến hành ở hiện trường một cách khá thường xuyên vì những lý do tiếp cận hoặc những chi tiết kết cấu có thể gây khó khăn cho việc bố trí Đối với kết cấu cũ đôi khi không thể thiết kế trước mà

toàn bộ việc bố trí thiết bị đo phải thực hiện ngay tại chỗ Trong bất cứ trường hợp nào cũng nên có những bản ghi chép hiện trường một cách rõ ràng và chính xác Tất cả các vị trí đo phải gắn với những điểm mốc dễ thấy như tim gối đỡ dầm, tim trụ, vị trí dầm ngang v.v Một điều cần chỉ rõ là từng cảm biến được gắn vào đâu trên mặt cắt ngang của dầm

Trong công việc đo đạc và bố trí thiết bị, “những quan sát khác thường” lại mang tính tiêu chuẩn Ví dụ: cầu nhiều nhịp được thiết kế, thi công và hình thành như một kết cấu không liên tục lại cho thấy mức độ liên tục đáng kể giữa các nhịp Một điều quan trọng là những tình huống như vậy chỉ nhận biết được tại hiện trường nên qui trình thử tải vẫn tiến hành đúng cách thức Những phản ứng bất thường như tính liên tục không được định hướng trước hoặc hoạt động liên hợp từng phần thường được phát hiện ra bằng cách kiểm tra nhanh vài chuỗi

dữ liệu về biến dạng tại hiện trường

Việc theo dõi/ nhanh dữ liệu hiện trường trong lúc thí nghiệm cũng có ích để phát hiện những vấn đề về thiết bị như gắn đầu đo không đảm bảo, đầu đo bị trục trặc hoặc thiết bị định vị tải trọng hỏng Những cá nhân được đào tạo tốt trong việc đánh giá dữ liệu có thể phát hiện ra những vấn đề này và giải quyết ngay tại hiện trường hơn là mang những dữ liệu không hoàn thiện về văn phòng

Ví dụ về các dạng kết cấu cầu

Những phần tiếp theo của tài liệu chứa thông tin cơ bản và những sơ đồ bố trí thiết bị cho những dạng kết cấu cầu phổ biến nhất Điều quan trọng cần nhớ là từng thí nghiệm thử tải đều mang tính độc nhất dù là do bản thân kết cấu hay vì những lý do mà nó cần thử tải

Cầu dầm thép nhịp giản đơn

Chi tiết gờ chắn xe/lan can Gờ BTCT gắn liền với bản mặt cầu

Lan can BTCT gắn trên gờ chắn xe – không đổ cùng kết cấu chịu lực nguyên thủy Lan can kéo dài liên tục dọc theo chiều dài cầu và được gắn chặt với gờ chắn xe

Tình trạng cầu khi quan sát

Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải

Điểm tham chiếu kết cấu X = 0, Y = 0 tại giao điểm của mặt mố phía nam với trục trung tâm

dầm phía tây nam Hướng xe thử tải Hướng phía đông cho tất cả các thí nghiệm (chiều dương của trục

X)

Vị trí bắt đầu ghi dữ liệu Tất cả các thí nghiệm bắt đầu khi trục trước xe vào vị trí X = - 15,4’

Vị trí xe thử tải Vị trí ghi dữ liệu cho từng vòng quay bánh xe (10,8’)

Thiết bị AutoClicker gắn tại vị trí bánh trước phía lái xe

Vị trí vệt bánh xe theo phương

ngang

2 vệt bánh xe được xác định để thử tải Theo phương Y vị trí được qui chiếu theo khoảng cách giữa vệt bánh xe trước phía người lái

và trục trung tâm của dầm tây nam Y1 = 11,4’

Y2 = 25,25’

Số lượng đầu đo (28) cảm biến đo biến dạng ghi dữ liệu tại tần số 33 Hz

Vị trí đặt đầu đo Xem Hình 3 Ở cánh dưới cảm biến gắn tại vị trí trung tâm, đối với

cánh trên cảm biến gắn cách thân dầm 2” Đối với dầm ngang, cảm biến gắn tại mép cánh dầm cả trên và dưới

Số lượng chu trình thử tải Dữ liệu được ghi khi xe thử tải trườn lên cầu với vận tốc 5 mph

Mỗi xe chạy 2 lần để kiểm tra khả năng tái tạo dữ liệu Tiến hành thử khi xe chạy tốc độ cao một lần dọc theo hướng Y1 để đo phản ứng động của cầu

Hình 3 Mặt bằng bố trí thiết bị đo tại cầu IA 3 bắc qua lạch Cedar

Hình 4 Dạng tải trọng của Xe thử tải

Chiều cao dầm Dầm bên trong: W36×245 có bản đậy

Dầm bên ngoài: W36×194 có bản đậy Chi tiết gờ chắn xe/lan can Gờ chắn xe bằng BTCT có chôn sẵn thanh thép liên kết với lan

can thép Gờ chắn nằm trực tiếp trên đường tim dầm bên ngoài Bản mặt cầu Bản BTCT dầy 8” với lớp bê tông phủ dầy từ 1” – 3” Đỉnh mặt cầu

dạng parabol tại vị trí dầy 3” thu được nhờ vi phân cao độ của dầm Tình trạng cầu khi quan sát

bằng thị giác

Tình trạng của các dầm tốt, không bị ăn mòn hoặc mất tiết diện

Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải

Điểm tham chiếu kết cấu X = 0, Y = 0 tại giao điểm của mặt mố phía đông với trục trung tâm

dầm phía nam

Hướng xe thử tải Hướng phía tây cho tất cả các thí nghiệm (chiều dương của trục X)

Vị trí bắt đầu ghi dữ liệu Tất cả các thí nghiệm bắt đầu khi trục trước xe vào vị trí X = - 15,4’

Vị trí xe thử tải Vị trí ghi dữ liệu cho từng vòng quay bánh xe (10,8’)

Thiết bị AutoClicker gắn tại vị trí bánh trước phía lái xe

Số lượng đầu đo (40) cảm biến đo biến dạng ghi dữ liệu tại tần số 33 Hz

Vị trí đặt đầu đo Xem Hình 5 Ở cánh dưới cảm biến gắn tại vị trí trung tâm, đối với

cánh trên cảm biến gắn cách thân dầm 2” Đối với dầm ngang, cảm biến gắn tại mép cánh dầm cả trên và dưới

Số lượng chu trình thử tải Dữ liệu được ghi khi xe thử tải trườn lên cầu với vận tốc 5 mph

Mỗi xe chạy 2 lần để kiểm tra khả năng tái tạo dữ liệu Tiến hành một lần thử với xe chạy ở tốc độ cao

Hình 5 Mặt bằng bố trí thiết bị cầu IA 3 bắc qua ngã ba phía đông sông Des Moines

Hình 6 Dạng tải trọng của Xe thử tải

Bảng 2 Tệp dữ liệu thử tải

Hướng xe

lần ghi đầu tiên)

Tình trạng cầu khi quan sát

bằng thị giác

Bản mặt cầu trong tình trạng rất tốt với một số vết nứt do nhiệt hoặc uốn ở mức tối thiểu

Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải

Điểm tham chiếu kết cấu X = 0, Y = 0 tại giao điểm của mặt mố phía nam với mép bản phía

đông Trục X có hướng song song với trục đường Hướng xe thử tải Hướng phía bắc cho tất cả các thí nghiệm (chiều dương của trục

X)

Vị trí bắt đầu ghi dữ liệu Tất cả các thí nghiệm bắt đầu khi trục trước xe vào vị trí X = - 13,6’

Vị trí xe thử tải Vị trí ghi dữ liệu cho từng vòng quay bánh xe (10,808’)

Thiết bị AutoClicker gắn tại vị trí bánh trước phía lái xe

Vị trí vệt bánh xe theo phương

ngang 3 vệt bánh xe được xác định để thử tải Theo phương Y vị trí được qui chiếu theo khoảng cách giữa vệt bánh xe trước phía người lái

và cạnh phía đông của bản mặt cầu Y1 = 13,7’

Y2 = 20,6’

Y3 = 36,6’

Số lượng đầu đo (36) cảm biến đo biến dạng ghi dữ liệu tại tần số 33 Hz

Vị trí đặt đầu đo Xem Hình 7 Toàn bộ cảm biến đo bản được gắn dưới đáy bản

Các cảm biến cũng gắn ở mặt trên lan can (cách đáy bản 42”) Cảm biến gắn song song hoặc vuông góc với hướng đường đi

Số lượng chu trình thử tải Dữ liệu được ghi khi xe thử tải trườn lên cầu với vận tốc 5 mph

Mỗi xe chạy 2 lần để kiểm tra khả năng tái tạo dữ liệu Do điều kiện giao thông không cho phép tiến hành thử tải với xe chạy tốc độ cao

Hình 7 Mặt bằng bố trí thiết bị cầu I-29 bắc qua mương Robinson

Hình 8 Dạng tải trọng của Xe thử tải

Phần mềm phân tích theo yêu cầu

Sau khi thu được dữ liệu hiện trường thì dữ liệu phải được xử lý và sử dụng theo cách để hỗ trợ việc đánh giá kết cấu Quá trình xử lý bao gồm việc đánh giá chất lượng của dữ liệu hiện trường, phân tích và mô hình hóa kết cấu, so sánh dữ liệu

và hiệu chuẩn lại mô hình Về mặt lý thuyết, những bước nêu trên có thể thực hiện bằng những gói phần mềm có sẵn dạng bảng tính và chương trình phân tích Tuy nhiên, do khối lượng dữ liệu lớn và sự phức tạp của nhớ vị trí nên quá trình xử lý sẽ vô cùng nhàm chán và không tránh khỏi nhưng sai số do con người gây nên Để sắp xếp quá trình xử lý tốt hơn, hãng BDI đã phát triển một

bộ chương trình có những chức năng sau đây:

Hiệu chuẩn lại mô hình Tính toán việc phân loại/ tải trọng

Mặc dù sách hướng dẫn sử dụng phần mềm cả BDI cung cấp thông tin về việc vận hành từng chương trình riêng biệt thì những phần còn lại của tập hướng dẫn này vẫn hỗ trợ trong việc xác định tại sao có các chức năng khác nhau và cách

sử dụng chúng như thế nào Hình 9 cho thấy chu trình dữ liệu từ một chương trình chuyển sang chương trình khác như thế nào

Hình 9 Sơ đồ phần mềm dữ liệu BDI

Do có nhiều tệp dữ liệu được tạo ra trong lúc thử tải, quá trình lập mô hình và phân tích tiếp theo nên người ta vẫn khuyến cáo nên tạo ra những thư mục con cho từng cây cầu Quá trình phân tích dữ liệu sẽ được đơn giản hóa rất nhiều nếu toàn bộ dữ liệu của một kết cấu được lưu trữ trong cùng một thư mục

Khảo sát sơ bộ đối với dữ liệu thử tải

Một trong những bước quan trọng nhất đối với quá trình đánh giá kết cấu chính

là việc xem xét dữ liệu hiện trường Đây là bước đầu tiên trong quá trình đánh giá hoạt động của kết cấu và rất cần thiết để hoàn tất công việc hiệu chuẩn mô hình cũng như phân loại tải trọng Việc đánh giá trực quan đối với dữ liệu cung cấp cho kỹ sư cảm giác về chất lượng dữ liệu, sự xác định bộ phận trong mặt cắt ngang và hành động phản ứng Rất nhiều thông tin thu được về bản chất là định tính như độ lớn tương đối của biến dạng từ vị trí này tới vị trí khác và hình dáng của chuỗi dữ liệu về phản ứng Trong khi đánh giá sơ bộ, nên lưu ý tới những giá trị mang tính định lượng như những dữ liệu đo về trục trung hòa hay biến dạng đỉnh Thông tin này thường ảnh hưởng tới việc xác định những thông số ban đầu của việc mô hình hóa cùng với những điều kiện biên sao cho mô hình ban đầu tối thiểu cũng chấp nhận được

Phần mềm WinGRF được sử dụng để xem dữ liệu do nó có thể đọc được những

tệp dữ liệu thô STS Phần mềm này có những quá trình xử lý số liệu và công cụ

đồ họa đa dạng, có thể đơn giản hóa quá trình theo dõi và quá trình so sánh tiếp theo cùng các kết quả phân tích Cũng có thể sử dụng bảng tính để thực hiện

nhưng điều này cần một khối lượng đáng kể dữ liệu được định dạng Những phần tiếp theo mô tả về một qui trình kiểm tra điển hình được thực hiện trước khi hiệu chuẩn mô hình

Phần lớn công việc theo dõi dữ liệu được thực hiện theo dạng chuỗi dữ liệu phản ứng mà biến dạng, độ cong hoặc vị trí trục trung hòa được thể hiện cho một chu trình chất tải hoàn chỉnh (lượt xe chạy )và là hàm số của thời gian hoặc vị trí tải trọng Các đồ thị chỉ ra độ lớn của phản ứng tại vị trí gắn cảm biến như một hàm

số của vị trí tải trọng và tương đương với đường ảnh hưởng Vì hầu hết các kỹ

sư đều quen thuộc hơn với biểu đồ lực cắt, mô men và chuyển vị (kết hợp với trạng thái chất tải đơn) nên đồ thị chuỗi dữ liệu phản ứng có thể bị xáo trộn lúc ban đầu Chuỗi dữ liệu phản ứng rất hữu ích vì chúng chứa thông tin cho một chu trình chất tải hoàn chỉnh và mang tính đại diện cho việc dữ liệu được ghi thực tế như thế nào Mỗi chuỗi dữ liệu được tạo ra từ một vị trí gắn cảm biến trong khi xe chạy qua Vì vậy khi tiến hành thử tải một cây cầu có thể tạo ra hàng trăm chuỗi dữ liệu Việc biên dịch những đồ thị này sẽ trở thành trạng thái thứ hai sau khi xem xét dữ liệu từ một loạt thí nghiệm thử tải (khoảng mười nghìn chuỗi số liệu về biến dạng) Sau khi thu được những kinh nghiệm ban đầu trong việc phân chia một lượng lớn dữ liệu thì nhu cầu về một phần mềm theo yêu cầu là hiển nhiên

Tái tạo dữ liệu thử nghiệm

Tại hiện trường, người ta thường thực hiện một đến hai lượt chạy đối với mỗi đường thử tải Điều này để đảm bảo phản ứng của kết cấu và qui trình thử tải đều có thể tái tạo Quá trình tái tạo có thể kiểm tra nhanh bằng cách nạp những

dữ liệu trùng lặp vào phần mềm WinGRF sau đó xem một hoặc hai chuỗi dữ liệu

về biến dạng cùng một lúc Trong phần lớn các trường hợp, biến dạng từ những kịch bản chất tải cụ thể sẽ năm trong phạm vi một vài micro-strain (10-6) hoặc một vài phần trăm so với nhau

Một lỗi phổ biến tại hiện trường rất dễ phát hiện đó là việc mất hoặc “click” nhầm vị trí xếp tải Không xét tới việc theo dõi vị trí xếp tải được thực hiện bằng tín hiệu radio bấm tay hay bằng thiết bị AutoClicker, các cú nhấp thường bị trượt hoặc những cú nhấp bổ sung bị tín hiệu radio chèn Hiện tượng này xuất hiện khi kiểm tra việc tái tạo dữ liệu bởi vì chuỗi dữ liệu biến dạng sẽ bị lệch pha nhau Vị trí trong tệp dữ liệu có thể dò bằng cách ghi nhớ nơi xảy ra việc thay đổi dữ liệu Những cú nhấp bổ sung được nhận ra nhờ những phân đoạn phẳng trong biểu đồ ghi dữ liệu bởi vì đồ thị cho thấy ngay cả khi xe thử tải di chuyển thêm một chu trình thì biến dạng có thay đổi rất nhỏ Những cú nhấp trượt trong đồ thị biến dạng thường thể hiện có độ dốc lớn hơn những vùng lân cận

Những phần mềm biên tập văn bản như Notepad, WordPad, Brief, MultiEdit v.v… được sử dụng để định vị và hiệu chỉnh việc đánh dấu vị trí của chu trình Những lỗi đánh dấu vị trí còn có thể phát hiện bằng cách hiển thị kết quả đo biến dạng với phần mềm STS Tại phần cuối tệp dữ liệu biến dạng, những khối dữ liệu sau đây xác định vị trí xếp tải:

Xác định sự liên quan/ đối với vị trí xe thử tải

Một điều thường hay xảy ra là những nhân viên tại hiện trường thường hay bỏ qua việc nhập những giá trị đối với “* Vị trí bắt đầu” và “* Khoảng cách Clicker”, hoặc nếu như có được nhập thì những giá trị đó lại sai Bởi vậy những giá trị thích hợp cần được nhập trước khi thử dựng đồ thị từ dữ liệu thu được Vị trí bắt đầu cần tương thích với kinh độ (tọa độ dọc) của mô hình cầu để thuận tiện cho việc so sánh giữa số liệu hiện trường và số liệu phân tích Ví dụ:

• Nếu dữ liệu ghi bắt đầu trước vị trí X = 0 của mô hình cầu là 10 ft (khoảng 3,05 m) và khoảng cách lăn bánh cho thiết bị AutoClicker là 10,6 ft (khoảng 3,25 m), cần sử dụng những thông tin về vị trí như sau:

∗ Vị trí bắt đầu

-110

∗ Khoảng cách Clicker

10,6

Hoạt động không đàn hồi hoặc trục trặc của đầu đo

Khi xem xét chuỗi dữ liệu biến dạng, một điều quan trọng cần lưu ý đó là số đọc ban đầu và số đọc cuối cùng trên mỗi cảm biến Nếu các cảm biến hoạt động tốt

và phản ứng có dạng tuyến tính thì số đọc ban đầu và cuối cùng sau mỗi chu trình chất tải gần như bằng nhau Nếu không phải như vậy thì phải kiểm tra toàn diện dữ liệu để xác định nguyên nhân Nói chung hoạt động không đàn hồi ít khi xảy ra trong trạng thái tải trọng khai thác Đôi khi vẫn xảy ra hiện tượng offset tương đối nhẹ do ma sát trong gối đỡ ngăn cản chuyển vị cục bộ hoặc những đoạn dầm liên hợp một phần Mức phản ứng không đàn hồi thường ít hơn 5 %

so với biến dạng lớn nhất đo được

Những sự cố thường hay xảy ra là nhiệt độ thay đổi (nhiệt độ bị trôi) hoặc đầu

đo bị trục trặc Đầu đo bị trục trặc thường biểu lộ không có chút phản ứng nào hoặc tín hiệu rất nhiễu có khuynh hướng bị trôi Xem xét các dữ liệu từ hàng loạt thí nghiệm và những vị trí đặt cảm biến khác để biết nếu có can nhiễu và hiện tượng trôi liên kết tới một cảm biến hay những hiện tượng đó xuất hiện thực sự liên quan tới kết cấu Một trường hợp khi cảm biến gắn không chuẩn thì rất dễ phát hiện Độ lớn của biến dạng sẽ tăng (kể cả trường hợp kéo và nén) khi tải trọng gia tăng và sau đó rơi đột ngột khi cảm biến bị tách khỏi kết cấu Điều này sẽ tạo nên những sai khác đáng kể giữa biến dạng lúc bắt đầu và khi kết thúc

Nếu như xác định những số đo bất thường là do trục trặc của thiết bị thì chỉ cần

bỏ qua dữ liệu từ những cảm biến bị lỗi Khi xuất hiện những biểu hiện không đàn hồi thì nên cố gắng xác định nguồn gây ra và sử dụng thông tin một cách tốt nhất Khi công việc phân tích dựa trên phản ứng đàn hồi tuyến tính thì độ chính xác của mô hình sẽ bị giảm đi Sự biểu diễn tuyến tính tiếp theo nên dựa vào mức độ vừa phải Trong trường hợp quan hệ liên hợp cục bộ, việc phân loại tải trọng rất có khả năng dựa vào trường hợp không liên hợp Nếu trạng thái gối đỡ dầm được phát hiện là hoạt động không đàn hồi thì nên dùng giả thiết gối đỡ đơn giản cho mô hình cuối cùng (mô hình đã được hiệu chuẩn)

Những trạng thái khác có thể xuất hiện xuất hiện hoạt động không đàn hồi là sự thay đổi nhiệt độ thất thường Thông thường một chu trình chất tải đơn kéo dài không quá một phút nên có thể bỏ qua những hiệu ứng của nhiệt độ Tuy nhiên trong trường hợp cảm biến/đầu đo bị phơi nắng trên thanh dàn thì sẽ bị ảnh hưởng rất nhanh khi bị mây che phủ do khối lượng của nó quá nhỏ hoặc quán tính nhiệt Những trạng thái gây ra bởi gió cũng có thể gây ra biến dạng nhiệt

cục bộ khi gắn kèm những bản đế bằng nhôm Tốt nhất là phát hiện những hiện tượng này tại hiện trường và giải quyết bằng cách che phủ những đầu đo bị phơi

ra Khi không thể thực hiện các giải pháp và rõ ràng có sự trôi nhiệt độ xuất hiện

ở một loạt cảm biến thì cách tốt nhất là kiểm tra dữ liệu từ những lượt xe chạy trùng lặp và chọn ra một lượt chạy (tệp dữ liệu) ít bị ảnh hưởng của môi trường nhất

Trong một số trường hợp, việc thử tải được tiến hành tại nơi xe thử tải không thể

ra hẳn ngoài cầu hoặc bắt đầu tại vị trí chưa được dỡ tải hoàn toàn tại thời điểm bắt đầu/kết thúc thử nghiệm Điều này xảy ra sẽ dẫn đến có thể không kiểm định được quan hệ đàn hồi Là một trong những biện pháp đưa ra điểm “0” tham

chiếu đối với biến dạng đo được, phần mềm WinGRF cung cấp ba chức năng bù

đắp khi nạp dữ liệu STS:

• Loại trừ giá trị bù ban đầu

• Loại trừ giá trị bù cuối cùng

• Không loại trừ giá trị bù

Những lựa chọn này loại trừ những giá trị biến dạng đầu tiên và cuối cùng từ tất

cả các điểm dữ liệu khác để tạo ra trạng thái “0” tham chiếu

Vị trí trục trung hòa

Vị trí trục trung hòa có thể tính toán từ dữ liệu thô bằng phần mềm WinGRF

Như đã trình bầy trong phần Bố trí thiết bị, phép đo trục trung hòa được thực hiện với hai cảm biến gắn trên một mặt cắt ngang và cần đến những giá trị biến dạng liên quan đến sức kháng uốn Hình 10 giới thiệu cách tính toán trục trung hòa và độ cong từ số đo của hai cảm biến

Hình 10 Minh họa việc tính toán độ cong và trục trung hòa

WinGRF có thể thực hiện công việc tính toán trục trung hòa từ tệp dữ liệu thô

sau khi người sử dụng đã nhập những thông tin liên quan tới cặp cảm biến Với menu đồ họa xác định, người sử dụng có thể xác định cặp cảm biến hay “Những

vị trí Phi” Đối với mỗi cặp cảm biến, người sử dụng phần mềm phải định danh cho cảm biến trên và dưới cũng như định rõ khoảng cách giữa các cảm biến Khi

vẽ sơ đồ trục trung hòa người sử dụng được nhắc cần xác định độ chênh biến dạng nhỏ nhất giữa các cảm biến trên và dưới Sở dĩ có điều này là vì việc tính toán trục trung hòa sẽ vô hiệu khi không có chênh lệch về biến dạng và dễ bị ảnh hưởng bởi sai số rất nhỏ Giá trị mặc định là 20 µε nên phép đo không bị ảnh hưởng nhiều bởi độ phân giải của hệ thống thu nhận dữ liệu cũng như độ chính xác của đầu đo Ví dụ như khi vẽ đồ thị, trục trung hòa được xem như là hàm số của vị trí xe thử tải (hoặc thời gian) và chỉ tính toán và hiển thị khi sai khác giữa biến dạng trên và dưới lớn hơn độ chênh biến dạng nhỏ nhất do người dùng xác định

Những giá trị trục trung hòa dao động bất thường là biểu thị cho những đặc trưng phi tuyến của mặt cắt ngang hoặc không phải đơn thuần chỉ có sức kháng uốn Nếu như ứng suất của tải trọng dọc trục có liên quan đáng kể tới ứng suất uốn hơn tính toán nêu trên thì phương pháp này vô hiệu Một điều quan trọng cần nhận thấy là hiếm khi có uốn thuần túy và nhiều biến dạng thứ cấp có thể gây ra ảnh hưởng tới phép đo trục trung hòa Tình trạng không rõ ràng cục bộ khá phổ biến đối với những số đọc của cảm biến trên khi các bánh xe thử tải lăn qua vị trí cảm biến Những thay đổi này thường là do áp suất theo phương đứng, xoắn cắt hoặc uốn cục bộ cánh dầm và phải được loại bỏ khi đánh giá trục trung hòa tương ứng với sức kháng uốn thuần túy

Cảm biến

Do góc đo rất nhỏ (đơn vị là micro-radian) nên tốt nhất là gắn các cảm biến càng

xa nhau càng tốt để tối đa hóa độ chênh biến dạng và tối thiểu hóa ảnh hưởng từ những sai số nhỏ của cảm biến

Đơn vị đo của trục trung hòa giống với đơn vị đo được dùng để xác định khoảng cách và các kết quả sẽ có liên quan tới vị trí đặt cảm biến dưới Đường cong uốn cũng có thể tính toán từ những cặp cảm biến được xác định, trong trường hợp này đơn vị dùng cho việc xác định cặp cảm biến nên phù hợp với đơn vị khoảng cách cơ sở dùng trong phân tích Điều này là do đường cong phân tích được tính toán như (M/EI) dẫn tới sự thay đổi góc xoay trên chiều dài đơn vị

Mối quan hệ phi tuyến

Khi kiểm tra chuỗi dữ liệu biến dạng, luôn phải để ý tới những phản ứng bất thường có thể biểu thị mối quan hệ phi tuyến Chuỗi dữ liệu biến dạng thông thường biểu thị những phản ứng tuyến tính bao gồm những đường đồ thị trơn đều, không có những thay đổi thất thường hoặc đột ngột về độ lớn/biên độ Độ dốc của đồ thị biến thiên theo vị trí của xe thử tải tương ứng với vị trí gắn cảm biến nhưng thông thường sự chuyển tiếp từ giai đoạn này sang giai đoạn kế tiếp đều trơn phẳng Hình 11 mô tả chuỗi dữ liệu biến dạng có mối quan hệ tuyến tính Lưu ý rằng số đọc cảm biến trên và dưới giao nhau tại điểm không của trục biến dạng Điều này thể hiện sức kháng/phản ứng của hều hết các bộ phận trong kết cấu là uốn thuần túy và không chịu ảnh hưởng của tác động dọc trục

Các cảm biến gắn ở cánh trên của mặt cắt ngang dầm có xu hướng gặp những sự

cố về quan hệ phi tuyến Khi xảy ra sự trượt tách giữa bản mặt cầu và dầm ở trạng thái bán liên hợp, cảm biến gắn phía trên sẽ chịu ảnh hưởng lớn của sự thay đổi vị trí trục trung hòa Một điều thú vị cần lưu ý là cảm biến gắn phía dưới hầu như không bị ảnh hưởng của việc dịch chuyển trục trung hòa Đây là phản ứng thông thường và biểu thị độ cứng của dầm không có quan hệ tuyến tính với tải trọng, mô đun của mặt cắt liên quan tới cảm biến phía dưới gần như

là hằng số Hình 12 nêu một ví dụ về chuỗi dữ liệu biến dạng cánh trên và cánh dưới dầm tại trạng thái bán liên hợp