Bài giảng Thực nghiệm công trình - Đại học Thuỷ lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI KHOA CÔNG TRÌNH BỘ MÔN SỨC BỀN – KẾT CẤU NGUYỄN NGỌC THẮNG (Chủ biên) BÀI GIẢNG THỰC NGHIỆM CÔNG TRÌNH NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI 2 LOI NOI ĐÃU Bài giảng Thực nghiệm công tr[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI KHOA CƠNG TRÌNH BỘ MƠN SỨC BỀN – KẾT CẤU NGUYỄN NGỌC THẮNG (Chủ biên) BÀI GIẢNG THỰC NGHIỆM CƠNG TRÌNH   NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI LOI NOI ĐÃU Bài giảng Thực nghiệm cơng trình biên soạn sở tài liệu tham khảo nước tập thể cán giảng dạy Bộ môn Sức bền - Kết cấu, Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi thực Nội dung giảng đề cập đến kiến thức cần thiết lĩnh vực thí nghiệm kỹ thuật dân dụng với mục đích làm tài liệu giảng dạy mơn học tài liệu tham khảo cho sinh viên cán làm công tác nghiên cứu tiến hành nghiên cứu thực nghiệm Bài giảng tập trung trình bày phương pháp đo thiết bị đo có trường Đại học Thủy lợi sờ thí nghiệm nước Các tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Ngọc Khánh, GS.TS Nguyễn Văn Lệ PGS.TS Hồng Đình Trí (Trường Đại học Thủy lợi) ý kiến đóng góp quý báu việc xây dựng nội dung giảng Trong điều kiện Việt Nam nay, việc cập nhật phương pháp trang thiết bị thí nghiệm chưa theo kịp vói phát triển khoa học cơng nghệ giói, số lượng ỏi tài liệu tham khảo trình độ cịn hạn chế tác giả chắn khiến cho nội dung giảng khơng khỏi cịn nhiều thiêù sót Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp đê nội dung cách trình bày giảng hoàn thiện Tân tái sau Các tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐÀU MỤC LỤC CHƯƠNG l.MỞ ĐẦU 1.1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THựC NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG 1.2 PHÂN LOẠI THÍ NGHIỆM 11 1.3 Cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ÚNG SUẤT - BIẾN DẠNG 12 1.3.1 Trạng thái ứng suất vật thể điểm 12 1.3.2 Trạng thái biến dạng điếm 14 1.3.3 Mối liên hệ ứng suất biến dạng 15 1.3.4 Xác định ứng suất chưa biết phương 15 CHƯƠNG CÁC DỤNG cụ ĐO VÀ MÁY ĐO 21 2.1 NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA THIẾT BỊ ĐO 21 2.2 DỤNG CỤ ĐO CHUYÊN VỊ 21 2.2.1 Đo chuyển vị theo nguyên lý học 21 2.2.2 Đo chuyển vị theo nguyên lý điện 26 2.3 DỤNG CỤ ĐO BIẾN DẠNG 28 2.3.1 Đo biến dạng theo nguyên lý học 28 2.3.2 Đo biến dạng theo nguyên lý điện - Tenxơmét điện trở (đát-tric điện trở) 31 2.3.3 Đo biến dạng theo nguyên lý quang học 42 2.4 MỘT SỐ DỤNG cụ ĐẾ ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG HỌC KHÁC 44 2.4.1 Transducer lực kế - Load cell 44 2.4.2 Transducer kiểu điện dung 45 2.4.3 Transducer kiểu điện cực 46 2.4.4 Transducer kiểu điện cảm .47 2.4.5 Transducer đo áp lực 47 2.4.6 Transducer kiểu áp điện 47 2.5 DỤNG CỤ ĐO CHẤT LƯỢNG VẬT LIỆU 48 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI 52 3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 52 3.1.1 Yêu cầu tải trọng thí nghiệm 52 3.1.2 Tải trọng phân bố tĩnh 52 3.1.3 Tải trọng tập trung 59 3.1.4 Giá trị tải trọng thí nghiệm 62 3.1.5 Trình tự chất dỡ tải trọng lên kết cấu thí nghiệm 63 3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TÀI ĐỘNG 64 3.2.1 Các dạng tải trọng động 64 3.2.2 Sự làm việc kết cấu tác dụng tải trọng động 64 3.2.3 Các biện pháp thiết bị tạo tải trọng động lên cơng trình 67 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ CHÁT LƯỢNG VẬT LIỆU 74 4.1 CÁC NGUYÊN TẮC CHUNG 74 4.1.1 Phương pháp phá hoại mẫu lập biếu đồ đặc trưng vật liệu 74 4.1.2 Phương pháp không phá hoại lập biêu đô chuyên đôi chuân vật liệu 74 4.2 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT THựC NGHIỆM VẬT LIỆU BÊ TÔNG 75 4.2.1 Xác định đặc trưng lý bê tông phương pháp phá hoại mẫu 75 4.2.2 Khảo sát vật liệu bê tơng phương pháp thí nghiệm khơng phá hoại 76 4.3 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG VẬT LIỆU KIM LOẠI 86 4.3.1 Phương pháp phá hoại mẫu vật liệu thử 87 4.3.2 Kiểm tra chất lượng kim loại phương pháp thử không phá hoại vật liệu 91 4.4 KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG KẾT CẨU BÊ TÔNG CỐT THÉP 96 4.4.1 Phương pháp chụp ảnh tia phóng xạ 96 4.4.2 Thiết bị chuyên dùng đế xác định đặc trưng cốt thép bê tơng 97 CHƯƠNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM 99 5.1 CÁC THIẾT BỊ PHỤC vụ CHO CƠNG TÁC THÍ NGHIỆM 99 5.1.1 Các thiết bị phục vụ công tác thí nghiệm tĩnh 99 5.1.2 Các thiết bị phục vụ cơng tác thí nghiệm động 99 5.2 THÍ NGHIỆM CỘT THÉP CHỊU NÉN LỆCH TÂM 100 5.2.1 Mục đích nhiệm vụ thí nghiệm 100 5.2.2 Mồ hình phương pháp thí nghiệm 100 5.2.3 Tính tốn mặt lý thuyết 101 5.2.4 Bố trí hệ gia tải thiết bị đo .101 5.2.5 Tiến hành thí nghiệm 102 5.2.6 Tính tốn xử lý kết thí nghiệm .103 5.2.7 Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm 104 5.3 THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH 104 5.3.1 Nhiệm vụ thí nghiệm 104 5.3.2 Mơ hình phương pháp thí nghiệm 104 5.3.3 Tính tốn mặt lý thuyết 105 5.3.4 Bố trí hệ gia tải thiết bị đo 105 5.3.5 Tiến hành thí nghiệm 106 5.3.6 Tính tốn xử lý kết thí nghiệm 107 5.3.7 Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm 108 5.4 THÍ NGHIỆM DẦM THÉP CHỊU UỐN 108 5.4.1 Nhiệm vụ thí nghiệm 109 5.4.2 Mơ hình phương pháp thí nghiệm 109 5.4.3 Tính tốn mặt lý thuyết 109 5.4.4 Bố trí hệ gia tải thiết bị đo 110 5.4.5 Tiến hành thí nghiệm 110 5.4.6 Tính tốn xử lý kết thí nghiệm 111 5.4.7 Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm 112 5.5 THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH ĐẬP BÊ TƠNG TRỤ CHỐNG 113 5.5.1 Nhiệm vụ thí nghiệm 113 5.5.2 Mơ hình phương pháp thí nghiệm 113 5.5.3 Bố trí hệ gia tải thiết bị đo 115 5.5.4 Kết diễn biến q trình thí nghiệm: 116 5.5.5 Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm 119 5.6 THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH CẦU DÂY VẢNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG 119 5.6.1 Nhiệm vụ thí nghiệm 119 5.6.2 Mơ hình phương pháp thí nghiệm 120 5.6.3 Thiết bị đo 120 5.6.4 Tiến hành thí nghiệm 121 5.6.5 Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 Chương MỞ ĐẦU 1.1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THựC NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG Thực nghiêm cơng trình lĩnh vực nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định đánh giá khả làm việc thực tế vật liệu kết cấu cơng trình xây dựng đế kiêm tra so sánh với kết tính tốn (lý thuyết) Thực nghiệm cơng trình bao gồm thí nghiệm, thử nghiệm thực mẫu thừ vật liệu, cấu kiện kết cấu cơng trình tn theo quy trình xác lập mục tiêu đề tài nghiên cứu, hay tiêu chuẩn, quy phạm hành Có nói thực nghiệm cơng trình lĩnh vực nghiên cứu giải toán phân tích trạng thái ứng suất biến dạng kết cấu thực nghiệm Như biết, phương pháp nghiên cứu môn học dựa sở kết hợp lý thuyết với thực nghiệm Từ việc quan sát thí nghiệm người ta đưa giả thiết làm đơn giản hóa q trình tính tốn (đưa sơ đồ thực sơ đồ tính tốn), cơng cụ tốn, học, vật lý mà tìm phương pháp tính tốn cơng trình Cuối cùng, người ta lại dùng thực nghiệm để kiếm tra lại kết tính tốn (kiểm định cơng trình) Như vậy, thực nghiệm giữ vai trò khâu đầu khâu cuối cùng, vừa góp phần làm đơn giản hóa q trình tính tốn, vừa xác minh độ tin cậy mức độ xác phương pháp tính tốn dựa giả thiết gần Ngồi ý nghĩa trên, tốn thực tế đơi phức tạp Mức độ phức tạp không hình dạng kết cấu mà cịn điều kiện biên, điều kiện đầu tính chất vật liệu Việc giải số toán loại phương pháp giải tích để tìm kết dạng biêu thức giải tích thường rât khó khăn, chí có trường hợp khồng thể thực Trong trường họp việc nghiên cứu giải tốn thực nghiệm đóng vai trị quan trọng Trên sở hàng loạt kết thí nghiệm, sử dụng cơng cụ tốn học (xác suất thống kê) tìm cơng thức tính tốn dạng biểu thức đường hồi quy thuận lợi cho tính tốn thiết kế Trong giai đoạn đầu thiết kế dùng thực nghiệm thực nhiều phưong án, từ chọn phương án tối ưu Nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm nói chung, thực nghiệm cơng trình nói riêng phát hiện, phân tích, đánh giá rút kết luận khả làm việc thực tế - độ cứng, độ bền, độ ổn định tuổi thọ kết cấu cơng trình đế so sánh với kết tính tốn lý thuyết Kiểm định cơng trình xây dựng hoạt động khảo sát, kiếm tra, đo đạc, thử nghiệm, định lượng hay nhiều tính chất vật liệu, sản phẩm kết cấu cơng trình Trên sở đó, vào mục tiêu kiếm định, tiến hành phân tích, so sánh, tơng họp, đánh giá rút kết luận cơng trình theo quy định thiết kế tiêu chuẩn xây dựng hành Khi tiến hành công tác kiểm định cơng trình, nội dung quan trọng tiến hành thí nghiệm cơng trình để xác định tính chất, thơng số kỹ thuật sản phẩm kết cấu cơng trình Trong q trình nghiên cứu, thiết kế cơng trình xây dựng, đặc biệt nghiên cứu, áp dụng loại vật liệu mới, kết cấu mới, cơng trình đặc biệt, khồng không tiến hành nghiên cứu thực nghiệm đế kiểm tra kết tính tốn, so sánh, đánh giá làm việc thực tế vật liệu kết cấu cơng trình với giả thiết đặt Trong phương pháp tính tốn sử dụng, tiêu chuẩn quy phạm hành, cần có đặc trưng lý vật liệu, hệ số giá trị nhiều tham số xác định thực nghiệm Chỉ có thực nghiệm xác định đặc trưng lý vật liệu môđun đàn hồi E, môđun trượt G, hệ số Poat-xơng p , đặc trưng tính dẻo vật liệu độ dãn tỉ đối, độ thắt tỉ đối, góc xoắn tỉ đối , đặc trưng tính bền vật liệu giới hạn tỉ lệ, giới hạn chảy, giới hạn bền, độ bền mỏi , tỷ trọng, dung trọng, sức chống cắt mẫu đất, hệ số thấm, hệ số nhớt, thành phần hạt vật liệu, cấp phối, cường độ mẫu bê tơng Chất lượng cơng trình xây dựng phụ thuộc vào chất lượng loại vật liệu sử dụng, vào quy trình cơng nghệ thi cơng Với mục đích đánh giá chất lượng cơng trình, so sánh với u cầu kỹ thuật đồ án thiết kế, cơng tác thí nghiệm kiếm định đóng vai trị quan trọng Các kết thực nghiệm kiểm định cơng trình tài liệu bắt buộc đế nghiệm thu, lưu hồ sơ kỹ thuật trước đưa cơng trình vào khai thác sử dụng Đối với cơng trình khai thác sử dụng, có nhu cầu sửa chữa, cải tạo hay nâng cấp, bước cần thực tiến hành thực nghiệm kiếm định cơng trình Đẻ phân tích, đánh giá so sánh khả làm việc vật liệu kết cấu cơng trình, công tác thực nghiệm kiểm định tách rời khỏi kiến thức ngành khoa học liên quan Sức bền vật liệu, Cơ học kết cấu, Vật liệu xây dựng, Kết cấu bê tông cốt thép gạch đá, Ket cấu thép - gỗ, Công nghệ kỹ thuật thi công, 10 Tải trọng giới hạn theo điều kiện bền dầm là: M 4WX P ^M^-76 0145.21 gh ( 110 Đe gia tải nhiều lần ta nên sử dụng mức gia tải đạt đến 10 4- 30% tải trọng cho phép ứng suất lý thuyết dầm tính theo cơng thức: ơ“n =±^p-y0(kN/cm2) •*x Chuyến vị đứng theo lý thuyết vị trí dầm tính theo cơng thức: P€3 fD = (em) D 48EJX yo khoảng cách từ diêm tính ứng suất tới trục trung hịa tiết diện 5.4.4 Bố trí hệ gia tải thiết bị đo 5.4.4.1 Bố trí hệ gia tải - Dầm thí nghiệm đặt hai gối tựa giá đỡ - Sử dụng máy gia tải 20K - Đe tạo lực tập trung tác dụng lên dầm, ta dùng kích thủy lực đặt trực tiếp vào mặt dầm vị trí nhịp - Giá trị lực kích truyền lên dầm xác định đồng hồ đo áp lực 5.4.4.2 Bố trí dụng cụ đo a) Đo chuyến vị đứng tiết diện nhịp chuyến vị kế đặt mặt nhịp dầm b) Đo biến dạng - Sử dụng máy đo biến dạng điện trở thị số với thang đo thị biến dạng 8.10 Tấm đát-tric (cảm biến điện trở) dán hai mặt dầm vị trí dầm - Có thể sử dụng máy đo kết hợp với máy tính đế lưu trữ kết đo (không cần phải ghi chép thủ công) 5.4.5 Tiến hành thí nghiệm 110 Bước - Gia tải thử, ghi số liệu cấp Gia tải thử cấp tải trọng p = 1,60kN Sau kiểm tra ổn định mơ hình dầm, thiết bị gia tải dụng cụ đo thiết bị vào trạng thái làm việc bình thường ghi số liệu ban đầu cấp Bước - Gia tải cấp, đọc ghi lại kết thí nghiệm Các số liệu phải đọc ghi thời điểm Theo dõi diễn biến làm việc mơ hình thí nghiệm trình biến thiên đại lượng đo tác dụng tải trọng Kết diễn biến q trình thí nghiệm ghi vào bảng sau: Cấp tải Vạch áp lực p SỐ đọc máy đo biến dạng vị trí đát-tric (kN) ĐI Đ2 Số đọc chuyển vị kế Ghi 5.4.6 Tính tốn xử lý kết thí nghiệm 5.4.6.1 Tính chuyển vị fD = An / K = An X Ơ1V đó: An - số vạch thị dụng cụ đo chuyển vị K - Hệ số khuếch đại 111 81V - Giá trị vạch fD- Giá trị chuyển vị đứng (cm) 5.4.6.2 Tính ứng suất thớ chịu kéo chịu nén ứng suất dầm xác định theo định luật Hooke: aTN = s X E (kN/cm2) Sai số tương đối nội lực tính lý thuyết thực nghiệm: S% = ƠLT ~ƠTN -100% ƠLT Kết tính toán so sánh thống kê bảng sau: Cấp tải Tải trọng p (kN) Trị số biến dạng STN ứng suất nén ứng suất kéo Chuyển vị đứng (kN/cm2) (kN/cm2) fD (cm) ƠTN ƠLT Trị số biến Ỏ% dạng &TN 5.4.7 Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm 112 Ổ% ƠTN ƠLT rTN Jd JD Ổ% - Nhận xét quy luật phân bố nội lực mơ hình dầm, đối chiếu sơ đồ tính với sơ đồ thí nghiệm - Có thể đưa số nguyên nhân dẫn đến sai lệch kết xác định ứng suất theo lý thuyết thực nghiệm 5.5 THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH ĐẬP BÊ TƠNG TRỤ CHốNG 5.5.1 Nhiệm vụ thí nghiệm Khảo sát làm việc mơ hình đập bê tông trụ chống “Đập làm việc đồng thời với nền” Trong q trình thí nghiệm, khơng gia tải đến phá hoại cấu kiện - Khảo sát phân bố ứng suất mo trụ - Khảo sát trình chuyển vị - So sánh kết thí nghiệm mơ hình với kết tình tốn phần mềm chun dụng 5.5.2 Mơ hình phương pháp thí nghiệm 5.5.2.1 Các thơng so hĩnh học mơ hình Căn vào tỷ lệ mơ hình theo thiết kế X1 = 40 ta có: - Chiều cao đập bàng 0,8m; - Hệ số mái thượng hạ lưu mi = m2 = 0,5; - Chiều dày mật chắn nước 0,075m; - Số trụ chống 5; - Chiều dày trụ chống 0,05m; - Khoảng cách tim hai trụ 0,25m; - Chiều dài trước sau đập theo phương X lấy l,75m; - Chiều sâu tính tốn l,75m; - Chiều rộng đập l,0m; - Tổng chiều dài đập l,25m; - Mực nước thượng lưu: 0,7375m; hạ lun khơng có nước 113 a iẴ Ẵ Ẵ Ằ ii 5.5.2.2 Chỉ tiêu vật liệu mơ hình - Đập: Vật liệu làm bê tồng M200 có tiêu sau: Cường độ nén 2,2815kN/cm2 đạt 114,17% so với mức yêu cầu Môđun đàn hồi: E = 0,174024xl04 (kN/cm2) Hệ số Pốt xơng: p = 0,163 - Nền: Chọn vật liệu làm bê tơng M350 có gia cố để đảm bảo độ cứng tiêu chuấn vật liệu 114 5.5.3 Bố trí hệ gia tải thiết bị đo 5.5.3.1 Bo trí hệ gia tải Hệ thống cấp nước vịng tuần hồn khép kín gồm: + Bê tạo áp + Ông dẫn + Thiết bị đo lưu lượng + Điều chỉnh lưu lượng bán tự động (theo quy luật định) + Bê yên tĩnh + Thiết bị điều chỉnh cát, sỏi: Điều chỉnh ống phun khép kín + Thiết bị tập trung nước + Máng dẫn nước trở bể hút 5.5.3.2 Bố trí dụng cụ đo a) Đo chuyến vị tiết diện mố trụ chuyển vị kế đặt mặt nhịp mố trụ b) Đo biến dạng - Sử dụng máy đo biến dạng điện trở thị số với thang đo thị biến dạng £ X10“6 Tấm đát-tric (cảm biến điện trở) dán đáy mố trụ phần tiếp giáp với - Có thề sử dụng máy đo biến dạng tĩnh kết hợp với máy tính để lưu trữ kết đo (không cần phải ghi chép thù công) c) Transducer đo áp lực: dùng đê đo áp suất thủy tĩnh Hình 5.6 Sơ đồ điểm kiểm tra thân đập 115 5.5.3.3 Trình tự chất dỡ tải liên kết kết cấu thí nghiệm tiến hành phép đo a) Chất tải trọng Tải trọng chất lên đối tượng thí nghiệm cần phân chia thành cấp số lượng cấp tải giá trị cấp thường xác định sở điều cần cân nhắc như: giá trị cấp tải nhỏ có nhiều số đọc dụng cụ đo Việc phân chia họp lý cấp tải trọng nên tiến hành cho đối tượng cụ thể; nhiên, theo kinh nghiệm, giá trị cấp tải thường khoảng (1/54-1/10) trị số tải trọng tính tốn b) Giữ tải trọng Sau lúc đặt cấp tải trọng phải giữ nguyên giá trị đối tượng khảo sát khoảng thời gian đủ chuyển vị biến dạng kết cấu hoàn tất Đối với kết cấu bê tông cốt thép giữ từ đến 12 Neu thời gian quy định giữ trị số tải trọng không đồi mà chuyến vị biến dạng kết cấu chưa hồn tất thời gian giữ tải phải kéo dài thêm Neu phát triển chuyển vị biến dạng khơng chậm lại, kết cấu xem khơng đưa vào sử dụng điều kiện chịu tải tương ứng c) Dỡ tải trọng nguyên tắc, số lượng cấp dỡ tải trọng giá trị mồi cấp lấy cấp chất tải; điều cho phép dễ dàng tương ứng trình thuận nghịch số đọc thiết bị đo Thông thường đế rút ngắn thời gian dỡ tải trọng, số lượng cấp giảm tải có thê d) Sử dụng phép đo Trong q trình làm thí nghiệm phải ghi hình, chụp ảnh thường xuyên Chú ý đến tượng ổn định, hình thành phát triển nứt, Sau lần dỡ tải phải ghi lại giá trị không tải Nếu hai lần đo mà kết khơng trùng phải làm thêm đế đối chiếu 5.5.4 Kết diễn biến trình thí nghiệm Trong thí nghiệm ta tiến hành làm lần thí nghiệm tương ứng với cấp nước (theo nguyên hình) H = 21,25m; H = 27m; H = 29,5m 116 5.5.4.1 Kết đo biến dạng Chiều cao cột nước H = Điểm đo £ theo phưong Kênh £0A AI 8OB A2 £oc A3 £0A A4 £ob A5 £oc A6 £OA A7 £OB A8 £oc A9 £OA A10 £OB All £oc A12 £OA A13 £0B A14 £oc A15 £OA A16 £OB A17 £oc A18 £y A19 phương Sy A20 phương £z A21 phương 10 £z A22 phương £ (modi) £ (mod2) (mod3) £ (TBình) Ghi phưong 90° phưong 90° phương 90° phương 90° phương 90° phương 90° 117 5.5.4.2 Kết ứng suất điếm đo ứng suất điếm tính theo công thức định luật Hooke: = E-8 ứng suất xác định theo biểu thức sau: với E = 0,74024 xio4 (kN/cm2); LL = 0,163; Biến dạng = 8sốđọc X 10 Chiều cao cột nước H = Điểm đo 118 ứng suất (kN/cm2) theo phương Kênh Soa AI Sob A2 Soc A3 Soa A4 Sob A5 Soc A6 Soa A7 Sob A8 Soc A9 Soa A10 Sob All Soc A12 Soa A13 Sob A14 Ghi s (trung bình) O'max Omin £oc A15 £oa A16 £ob A17 £oc A18 £y A19 £y A20 £z A21 10 £z A22 5.5.5 Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm - Nhận xét quy luật phân bố ứng suất mơ hình Đối chiếu sơ đồ tính với sơ đồ thí nghiệm - Có thể đưa số nguyên nhân dẫn đến sai lệch kết xác định ứng suất theo lý thuyết thực nghiệm 5.6 THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH CAU DÂY VÀNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG 5.6.1 Nhiệm vụ thí nghiệm Khi khảo sát làm việc cơng trình chịu tác dụng tải trọng động, số thông số cần quan tâm xác định tần số dao động thân cơng trình (tần số dao động riêng) để tránh tượng cộng hưởng Hiện tượng cộng hưởng xảy tần số tải trọng tác dụng trùng với tần số dao động thân công trình, tác động động lực lên kết cấu cơng trình tăng cách đột ngột cơng trình dẫn đến bị phá hoại Vậy, nhiệm vụ thí nghiệm bao gồm : - Xác định tần số dao động riêng cùa mơ hình hai phương pháp: Tác dụng lực xung kích lực cưỡng có tần số thay đổi thời điểm xuất cộng hưởng - Khảo sát dạng dao động mô hình tác dụng tải trọng cưỡng có tần số thay đổi Quan sát biên độ dao động mơ hình xảy tượng cộng hưởng So sánh tần số dao động thân mô hình tác dụng lực xung kích tần số dao động lúc xảy tượng cộng hưởng tác dụng lực cưỡng 119 Dầm thép dầm có tiết diện hình vng 4x4cm Vật liệu thép CT3 theo tiêu chuẩn TCVN 5709: 1993 Mômen quán tính trung tâm tiết diện dầm: Jx = 21,333cm4 Môđun chống uốn tiết diện Wx = 10,666cm3 Cường độ tính tốn giới hạn: [ơ] = 21kN/cm2 Mơ đun đàn hồi thép: E = 2,1X104 kN/cm2 Hệ dây vàng sợi cáp 04 căng trước tăng dơ Máy rung hai lệch tâm đặt nhịp nối với hộp điều chỉnh vịng quay vơ cấp trục mềm để khơng cản trở dao động dầm cầu Hộp điều chỉnh vòng quay vô cấp ma sát cho khả chuyển đổi vịng quay cố định mơ tơ điện 1400vịng/phút vòng quay trục mềm từ - 6000vòng/phút (0 - 100Hz) 5.6.3 Thiết bị đo Sử dụng máy đo dao động tần số thấp IMV-VM 5112/3 có thơng số kỹ thuật sau: Dải tần số: 0-100Hz Khoảng đo biên độ: 0,06-1 OOmrn Khoảng đo vận tốc : 0,02-100cm/s Khoảng đo gia tốc : 0,10-1000cm/s2 Ba đầu đo gia tốc đặt nhịp theo ba phương dao động: thắng đứng, phương ngang vng góc với trục dầm phương trục dầm Phần mềm cho hiến thị biếu đồ dao động theo ba phương (theo chế độ đo biên độ, vận tốc hay gia tốc chọn trước), với tần số hình máy tính 120 5.6.4 Tiến hành thí nghiệm Trên mơ hình ta tác dụng dạng tải trọng động sau: 5.6.4.1 Tải trọng xung kích Khởi động máy đo dao động IMV-VM 5112/3, đồng thời dùng búa cầm tay, đập nhát lên tiết diện nhịp dầm theo phương thắng đứng Sau nhát đập, dầm dao động tự Biểu đồ dao động ghi có dạng tắt dần Trên biểu đồ phổ tần số, ta đọc tần số dao động riêng dầm cầu 5.6.4.2 Tải trọng cưỡng Khởi động máy rung Thay đổi chu kỳ lực cưỡng hộp thay đồi vòng quay Tại thời điếm định quan sát thấy dao động mơ hình xảy với biên độ cực đại Khởi động máy đo dao động, ta ghi biểu đồ dao động dầm thời điếm đặc trưng: dao động cộng hưởng (khi tần số tải trọng cưỡng tần số dao động riêng mơ hình) Đồng thời, quan sát thay đối biên độ dao động dầm cầu mắt thường Indicator lắp tiết diện khác dầm cầu 5.6.4.3 Kết thí nghiệm Quan sát giấy ghi biểu đồ dao động thu từ máy tính, ta chọn biểu đồ cho dạng dao động đặc trưng trình dao động tắt dần dao động cộng hưởng, tính tốn đại lượng đặc trưng dao động gồm: biên độ A, tần số f chu kỳ T Đơn vị đo: thời gian tính giây (độ xác tới 1/10 giây), độ dài tính mm (độ xác tới 1/1 Omm) PRINT CLOSE I Waveform Graph VIBRATION ANALYSIS * !> xl /rx_x - — DISPLACEMENT mm p-p Pos max ! Ncq max : 1.4b -1.51 I\I -1 /ru- 1.00- -1.00 _ -1,51II II II / II h II X 1 1/ 14 1h 1X /1 / /h /X -1 -i II II h II X 1 1? 14 1X 1X 21 /2 2h 2X -1 06 08 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 3.2 II Waveform Graph DISPLACEMENT mm p-p Pos mox : Neu Hidx2; 14 -0.13 too ■ -1.00 _ -1.5111 II II > Waveform Graph DISPLACEMENT mm p p Poe max 3: Neu Iiidx ; 0.20 -0.20 1.45 I 00 II IIII z 1.00 -1.51 00 02 04 Spcct-um Anolyscr rln -7ÍÌ - Hình 5.8 Biểu đồ dao động cộng hưởng máy đo dao động kỹ thuật ghi 121 5.6.5 Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm Quan sát làm việc mơ hình biểu đồ thu được: - So sánh tần số dao động riêng tần số cộng hưởng dầm cầu - Diễn biến làm việc mơ hình cầu thay đổi tần số tải trọng cưỡng bức, cho nhận xét ảnh hưởng tượng cộng hưởng kết cấu cồng trình chịu tải trọng động 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng Thí nghiệm cơng trình Trường Đại học Bách Khoa Đà Nang Nguyên Xuân Bích Sửa chữa gia cơ' cơng trình xây dựng NXB Khoa học kỹ thuật, 2002 Phạm Ngọc Khánh (Chủ biên) Sức ben vật liệu NXB Từ điển Bách khoa, 2007 Hoàng Như Tâng, Lê Huy Như, Nguyên Trung Hiếu, Nguyên Thế Anh Thí nghiệm kiểm định cơng trình NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 TCVN 8215:2009 Cơng trình thủy lợi - Các quy định chủ ù ve thiết kê'bơ' trí thiết bị quan trắc cụm đâu mối Võ Văn Thảo Phương pháp khảo sát - nghiên cứu thực nghiệm cơng trình NXB Khoa học kỹ thuật, 2001 Harry G Harris, Gajanal M Sabnis Structural modeling and Experimental techniques 2nd edition CRC Press LLC, 1999 123 BAI GIANG THỰC NGHIẸM CONG TRINH NHÀ XUÁT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI Trụ sở: Ngõ 17, Tạ Quang Bửu, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội Điện thoại: 04.38684569; Fax: 04.38684570 Email: http://www.nxbbk.hust edu.vn Chiu trách nhiệm xuất Giám đốc - Tổng Biên tập: TS PHÙNG LAN HƯƠNG Biên tập: NGUYỄN HÀ XUÂN Chế bản: NGUYỄN HÀ XUÂN Sửa in: NGUYỄN HÀ XUÂN Thiết kế bìa: ĐINH XUẨN DŨNG In 1130 cuốn, khổ 19 X 27 cm, Công ty TNHH In Khuyến học, số 9/64, ngõ 35, Cát Linh, Đống Đa, Hà Nội Số xuất bản: 3708-2015/CXBIPH/01-90/BKHN; ISBN: 978-604-938-740-1 Số QĐXB: 269/QĐ-ĐHBK-BKHN cấp ngày 01/12/2015 In xong nộp lưu chiểu Quý IV năm 2015 124