Bài giảng Thực nghiệm kết cấu công trình

1  Thực nghiệm 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 để kiểm tra so sánh với kết tính tốn (lí thuyết)  Thực nghiệm cơng trình bao gồm thí nghiệm, thử nghiệm thực mẫu thử vật liệu, cấu kiện kết cấu cơng trình tn theo qui trình xác lập mục tiêu đề tài nghiên cứu, hay tiêu chuẩn, qui phạm hành  Thực nghiệm kết cấu lĩnh vực nghiên cứu giải toán phân tích trạng thái ứng suất biến dạng kết cấu thực nghiệm  Ý nghĩa thực nghiệm cơng trình kỹ thuật XD Thí nghiệm Giả thiết Phương pháp tính tốn Thí nghiệm kiểm tra (kiểm định)  Các tốn thực tế đơi phức tạp: hình dạng KC, đk biên, đk đầu, tính chất vật liệu Đơi khó khăn tìm kết dạng biểu thức giải tích, có trường hợp khơng thể thực  Trên sở hàng loạt kết thí nghiệm, sử dụng cơng cụ tốn học (xác suất thống kê) tìm cơng thức tính tốn cơng trình dạng biểu thức thuận lợi cho tính tốn thiết kế (đường hồi qui)  Trong giai đoạn đầu thiết kế dùng thực nghiệm tiến hành thực nhiều phương án, từ chọn phương án tối ưu  Trong trình nghiên cứu, thiết kế cơng trình XD, đặc biệt nghiên cứu, áp dụng loại vật liệu mới, kết cấu mới, cơng trình đặc biệt, cần thiết tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để kiểm tra kết tính tốn, so sánh, đánh giá làm việc thực tế vật liệu kết cấu cơng trình so với giả thiết đặt  Đối với cơng trình khai thác sử dụng, có nhu cầu cần sửa chữa, cải tạo hay nâng cấp, bước cần thực tiến hành thực nghiệm kiểm định cơng trình  Kiểm định cơng trình xây dựng hoạt động khảo sát, kiểm 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 kiểm định, tiến hành phân tích, so sánh, tổng hợp, đánh giá rút kết luận cơng trình theo quy định thiết kế tiêu chuẩn xây dựng hành áp dụng  Để phân tích, đánh giá so sánh khả làm việc vật liệu kết cấu cơng trình, cơng tác thực nghiệm kiểm định gắn liền với 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, Kết cấu thép - gỗ, Công nghệ kỹ thuật thi công v.v  Chia thí nghiệm thành loại: thí nghiệm vật liệu thí nghiệm cơng trình  Thí nghiệm vật liệu thí nghiệm chủ yếu nhằm mục đích xác định đặc trưng lý vật liệu, khả chịu lực dạng phá hỏng vật liệu trạng thái ứng suất khác nhau, ví dụ thí nghiệm kéo, nén, uốn, xoắn  Thí nghiệm cơng trình thí nghiệm nhằm mục đích kiểm tra kết tính tốn, kiểm tra khả làm việc cơng trình hay chi tiết máy, kiểm định cơng trình chẩn đốn hư hỏng nghiệm vật liệu tiến hành mẫu thí nghiệm chế tạo từ vật liệu thực cơng trình (thí nghiệm phá hoại) thí nghiệm cấu kiện cơng trình thực (thí nghiệm khơng phá hoại) Các mẫu thí nghiệm chế tạo theo quy định nhà nước  Thí  TN phá hoại: TN kéo nén mẫu thép, gang nhằm xđ RK, RN TN kéo nén mẫu bê tông nhằm xđ cường độ TN mẫu đất nhằm xđ thành phần hạt, dung trọng, độ ẩm, độ chặt, độ dẻo, hệ số thấm… 10  Hiệu chuẩn máy mẫu chuẩn: - Mẫu chuẩn: mẫu BT hình hộp có đặt sẵn thép thẳng trịn trơn có đường kính xác định Thanh thép đặt lệch tâm theo phương nhằm tạo nhiều kích thước lớp bảo vệ khác để hiệu chuẩn - - Mẫu chuẩn phải chế tạo đảm bảo theo dung sai yêu cầu vật liệu nêu TCXD 240: 2000 Tiến hành đo máy theo dẫn nhà sản xuất để đo chiều dày lớp bê tông bảo vệ theo mặt, so sánh với chiều dày thực tế để hiệu chuẩn máy 21  Hiệu chuẩn máy bàn chuẩn: Bàn chuẩn phẳng nhẵn làm vật liệu không nhiễm từ, đặt lên bề mặt thép, mục đích tạo lớp bảo vệ có chiều dày xác định trước để hiệu chuẩn máy  Hiệu chuẩn máy hộp chuẩn: Hộp chuẩn chế tạo cách khoan lỗ thẳng góc vào hai bề mặt đối diện hộp làm từ vật liệu không nhiễm từ đặt thép theo thứ tự từ xuống tạo thành chiều dày bảo vệ khác nhau, để hiệu chuẩn máy dò  Sử dụng mẫu chuẩn cho trạng thái gần với làm việc thép bê tông nhất, lần hiệu chuẩn khác phải chế tạo lại mẫu Hiệu chuẩn bàn chuẩn hộp chuẩn tái sử dụng lại mẫu trường hợp có thay đổi chủng loại thép cần đo (chỉ cần đổi thép cho phù hợp) 21 22 d Tiến hành đo  Chỉnh mốc 0: Đưa đầu dò xa chất có từ tính, điều chỉnh thị máy trùng với vạch chuẩn mà nhà sản xuất quy định Kiểm tra ổn định mốc suốt trình đo  Xác định vị trí cốt thép: - Di chuyển đầu dị mặt bê tơng Tại vị trí có cốt thép, thị trường điện từ (cường độ cảm ứng từ, âm thanh) đạt giá trị cực đại Khi trục cốt thép nằm mặt phẳng qua tâm đầu dị (nếu có thép nằm vng góc với trục đầu dị thị số âm yếu nhiều) - Để xác định phương thép trường hợp chưa rõ phương, tiến hành dò để bắt điểm hai đầu thép sau đố nối lại (có thể dò thêm vài điểm trung gian để kiểm tra) 22  Xác định chiều dày lớp bảo vệ: - - - - Chuyển chức máy từ dò vị trí sang dị chiều dày lớp bảo vệ Chỉ thị máy khoảng cách từ mặt đầu dò đến mặt thép Độ xác chiều dày lớp bảo vệ phụ thuộc vào giá trị mốc đường kính cốt thép đặt trước Giá trị mốc phải đảm bảo dải yêu cầu nhà sản xuất tương ứng với chiều sâu thép (thép nằm sâu việc đặt mốc phải xác khoảng xê dịch giá trị nhỏ) Đường kính cốt thép đặt trước sát với đường kính thực tế đảm bảo độ xác cao kết đo chiều dày lớp bảo vệ 22  Xác định đường kính cốt thép: - Nguyên tắc chung phép đo: làm dần dựa vào phép đo chiều dày lớp bảo vệ - Đặt trước đường kính cốt thép, chỉnh thiết bị, đo chiều dày lớp bảo vệ cho đầu dò tiếp cận trực tiếp mặt bê tông cho đo gián tiếp thơng qua lớp đệm có chiều dày xác định trước (thông thường khoảng 30mm) Tiếp tục đo với số đường kính khác so sánh hai cặp số đọc để đối chiếu với hướng dẫn nhà sản xuất đưa kết luận - Tiêu chuẩn Anh BS 1881:204:1988: Chọn đường kính tương ứng với hiệu số đọc xác với chiều dày đệm Nếu không đạt điều này, tiến hành đo lại tồn lần với thơng số đặt xác tính trung bình cặp số liệu Việc chọn đường kính tiến hành ban đầu 22  Hiệu chuẩn thiết bị trường: Để tăng độ xác gặp trường hợp bất lợi (kích cỡ thép thang đo, BT kết cấu khác với BT sử dụng đúc mẫu chuẩn ), việc hiệu chuẩn máy PP nêu, cần hiệu chỉnh máy theo hai PP sau: - Khoan đục mở lỗ thử từ bề mặt bê tơng thép vị trí tương ứng với giá trị chiều dày lớp bảo vệ cốt thép lớn nhất, nhỏ số giá trị trung gian, theo thị máy Đo khoảng cách từ cốt thép đến bề mặt bê tông So sánh với kết đo máy để thiết lập biểu đồ chuẩn Tiến hành hiệu chuẩn số đo việc sử dụng biểu đồ chuẩn - Đúc mẫu hiệu chuẩn với đặc tính vật liệu (thép, bê tơng) giống vật liệu kiểm tra để lập biểu đồ chuẩn cho đối tượng kiểm tra 22 e Một số yếu tố ảnh hưởng đến kết đo  Ảnh hưởng thép: ◦ Ảnh hưởng loại thép: Sai số đến ±5% cao ◦ Ảnh hưởng hình dáng bề mặt thép: tiết diện khơng (có gờ, tiết diện van) ◦ Ảnh hưởng vùng có nhiều cốt thép nhiều loại thép, nhiều loại đường kính khác (Để khắc phục, cần có kinh nghiệm để phân biệt, đồng thời có nhiều đầu đo phù hợp với kích cỡ) ◦ Ảnh hưởng cốt thép bị ăn mòn  Ảnh hưởng bê tông: Phép đo chiều dày bị ảnh hưởng cốt liệu có lẫn chất nhiễm từ, kết đo định vị cốt thép thực 22 4.2.6 PPKPH sử dụng siêu âm kiểm tra chất lượng mối hàn kim loại a Nội dung phương pháp thử: sử dụng sóng siêu âm để kiểm tra khuyết tật mối hàn kim loại: mối hàn chưa ngấu, rỗ khí, ngậm xỉ, vết nứt… Các loại mối hàn ứng dụng để kiểm tra: hàn giáp mép (đối đầu), hàn chồng, hàn góc, mối hàn chữ T  phương pháp kiểm tra: PP xung phản xạ (xung dội) - hay sử dụng nhất, PP bóng âm, PP dội - bóng âm b Thiết bị: Máy siêu âm, đầu dò, mẫu chuẩn 22    Máy phát xung siêu âm phản xạ có tần số 1MHz÷10MHz Đầu dò máy siêu âm: ◦ Đầu dò thẳng kiểm tra chiều dày lớp kim loại, khuyết tật nằm // bề mặt kim loại (tách lớp) ◦ Đầu dò nghiêng có góc khúc xạ tia siêu âm: 45o, 60o, 70o Mẫu chuẩn sử dụng để kiểm tra thơng số máy đầu dị siêu âm ◦ Mẫu chuẩn theo quy phạm Việt Nam số hiệu N-1, N-2, N-2A N-3 (Phụ lục TCVN 1548: 1987) ◦ Mẫu chuẩn quốc tế có nhiều loại thông dụng mẫu chuẩn Viện hàn quốc tế IIW ký hiệu V1 ◦ Các thông số kiểm tra thông qua mẫu chuẩn gồm: Hiệu chỉnh thang thời gian độ tuyến tính, xác định vạch đánh dấu đầu dị, góc đầu dị… 22 c Ngun lý hoạt động: 22  Máy phát xung phát tín hiệu điện truyền đến đầu dị, khuyếch đại lên thành xung siêu âm truyền vào mẫu thử, đồng thời xung phát truyền tới thu, khuyếch đại hiển thị dạng tín hiệu (a) - xung gốc  Phần xung truyền vào mẫu thử tới mặt khuyết tật b phần bị phản xạ lại truyền qua đầu dò tới phần thu hiển thị dạng tín hiệu (b) - xung khuyết tật  Phần lại tới mặt đáy mẫu thử phản xạ lại – tín hiệu (c) - xung phản xạ đáy (xung đáy) Nếu kết hiển thị có xung gốc xung đáy điểm thử khơng có khuyết tật 22  Đầu dò thẳng dùng để kiểm tra khuyết tật kim loại trình sản xuất (tách lớp), kiểm tra chiều dày kim loại  Đầu dò nghiêng dùng để kiểm tra khuyết tật mối hàn, đặc biệt mối hàn góc, hàn chữ T Xung siêu âm phát từ đầu dò nghiêng xiên góc theo góc nghiêng đầu dị, khơng gặp khuyết tật phản xạ lại gặp bề mặt kim loại tiếp tục lan truyền Nếu gặp khuyết tật đường truyền, phần sóng âm phản xạ lại cho thị vị trí, kích thước khuyết tật đường truyền sóng 23  Các thông tin khuyết tật cần xác định kiểm tra siêu âm mối hàn: + Độ sâu chiều dài kim loại hàn không ngấu + Các thơng số kích thước (đường kính, chiều dài) số lượng điểm khuyết tật dạng xỉ rỗ khí Các khuyết tật dạng đơn, dải chùm + Các vết nứt xuất mối hàn: không cho phép tồn khuyết tật 23    Sau xác định đặc tính, vị trí, kích thước khuyết tật, việc đánh giá tiến hành cách so sánh thông số đo với giá trị cho phép tiêu chuẩn nghiệm thu đánh giá Các mối hàn có khuyết tật vượt mức cho phép phải xử lý biện pháp: + Đối với mối hàn ngắt quãng chưa đủ chiều cao tiến hành hàn đắp + Các khuyết tật khơng ngấu, xỉ rỗ khí vượt q mức quy định phải tẩy bỏ với chiều dài chiều dài khuyết tật rộng thêm hai đầu phía 15mm tiến hành hàn lại + Nếu phát có vết nứt phải xử lý cách khoan chặn hai đầu khoan gia công vát mép đoạn đường hàn có vết nứt (chiều dài xử lý giống yêu cầu trên) hàn lại Các vị trí mối hàn có khuyết tật sau xử lý xong phải kiểm tra lại siêu âm trình tự ban đầu 23