Báo cáo thí nghiệm công trình PHẦN 1 THÍ NGHIỆM dàn THÉP CHỊU tải TRỌNG TĨNH

THÍ NGHIỆM DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH

MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU THÍ NGHIỆM

− Kiểm nghiệm sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

 Ứng suất trong các thanh dàn.

 Độ võng và chuyển vị của dàn.

 Xác định chuyển vị và biến dạng của dàn thép tại một số vị trí nhất định.

 Khảo sát sự biến động của trạng thái ứng suất – biến dạng của dàn thép.

Trạng thái ứng suất – biến dạng là yếu tố quan trọng phản ánh khả năng làm việc thực tế của dàn thép và các yếu tố cấu thành như vật liệu, sơ đồ kết cấu và công nghệ chế tạo Điều này cung cấp cơ sở để đánh giá tính chính xác của lý thuyết tính toán, thiết kế công trình và thực nghiệm.

− Đo biến dạng ε tại một số thanh đại diện trong dàn, từ đó tính ứng suất σ và nội lực N.

− Đo độ võng δ tại một số vị trí trên dàn.

− So sánh kết quả đo thực nghiệm và tính toán lý thuyết.

CẤU TẠO, KÍCH THƯỚC VÀ ĐẶT TRƯNG HÌNH HỌC TIẾT DIỆN DÀN

Hình 1 Sơ đồ dàn thép và cấu tạo thanh

 Thanh cánh: 2L40x40x4 Diện tích: A =6.16 cm 2

 Modun đàn hồi của thép E s = 2.1E8kN/m 2

 Vị trí đo biến dạng ()

Strain gage 3 : 3 Strain gage 7 : 7 Strain gage 4 : 4

 Vị trí đo độ võng (Δ)

Vị trí I : Ở thanh cánh trên, cách gối tựa bên trái 1.5m

Vị trí II : Ở thanh cánh dưới cách gối tựa bên phải 2m

Vị trí III : Ở thanh cánh trên, cách gối tựa bên phải 1m

Hình 2 Sơ đồ thí nghiệm

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM DÀN THÉP

 Kích thủy lực (D piston = 5,82cm)

 Quang treo và đòn gia tải

2 Thiết bị đo biến dạng

 Cảm biến đo biến dạng thép (Strain gage)

Hình 5 Vị trí cảm biến điện trở

 Hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu (P3500 +SB10)

3 Thiết bị đo độ võng

 Các đồng hồ đo chuyển vị bé (dial micrometer)

Hình 7 Đồng hồ đo chuyển vị bé (Dial Mocrometer)

QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

 Phân công nhiệm vụ trước khi thực hiện

 Đọc số đó chuyển vị kế: Linh

 Ghi số liệu đo: Nguyên

 Kiểm tra số liệu đo: Dũng

 Chụp ảnh thí nghiệm: Long

 Kiểm tra dàn và kích thước dàn

 Bố trí 3 đồng hồ chuyển vị vào đúng các nút dàn như hình 1.6 Kiểm tra các đồng hồ phải chạm vào dàn thép

 B1: Đọc chỉ số trên máy đo biến dạng

Tại áp lực 10 kg/cm², thực hiện đo kích lực B2 Tiến hành ghi lại lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả được ghi vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 12 kg/cm², tiến hành đo kích lực và ghi nhận ba số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế, cùng với bảy biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi lại trong bảng thí nghiệm để phục vụ cho việc phân tích sau này.

Tại áp lực 14kg/cm², thực hiện đo kích lực B4 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích.

Tại áp lực 16 kg/cm², thực hiện đo kích lực B5 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả thu được sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 18 kg/cm², tiến hành đo lực B6 bằng cách ghi lại lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả thu được sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 20kg/cm², thực hiện đo kích lực B7 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích.

Kích lực được thực hiện ở áp lực 22 kg/cm², tiến hành đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả thu được sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích.

Tại áp lực 24kg/cm², thực hiện đo kích lực B9 bằng cách ghi lại lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả của các phép đo này cần được ghi vào bảng thí nghiệm để phân tích và đánh giá.

Để thực hiện thí nghiệm lần 2, cần xả kích thủy lực bằng cách xoay ngược chiều kim đồng hồ van xả, nhằm giúp cấu trúc thép phục hồi sau biến dạng.

 B1: Đọc chỉ số trên máy đo biến dạng

Tại áp lực 10 kg/cm², thực hiện đo 3 số đo chuyển vị liên tiếp và 7 biến dạng bằng máy đo biến dạng Kết quả được ghi lại vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 12kg/cm², thực hiện đo kích lực B3 bằng cách ghi nhận lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả được ghi vào bảng thí nghiệm.

 B4: Kích lực tại áp lực 14kg/cm 2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị

Khi áp lực đạt 18kg/cm², tiến hành đo kích lực B6 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại vị trí chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi chép kết quả vào bảng thí nghiệm để phân tích sau này.

Tại áp lực 20kg/cm², tiến hành đo kích lực B7 bằng cách ghi lại lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả của các phép đo này cần được ghi chép cẩn thận vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 22kg/cm², thực hiện đo kích lực B8 bằng cách ghi lại lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Kết quả thu được sẽ được ghi vào bảng thí nghiệm.

Tại áp lực 24kg/cm², ghi nhận kích lực B9 Tiến hành đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị và 7 biến dạng từ máy đo biến dạng Kết quả được ghi vào bảng thí nghiệm.

 B10: Xả kích thủy lực Kiểm tra số liệu và kết thức quá trình

 Chụp hình toàn bộ mô hình Xả tải kiểm tra lại lần cuối

SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Số đo chuyển vị kế δ i

(mm) Số đo biến dạng ɛ i (x10 -6 )

Bảng 1 Số liệu đo lần 1 Áp lực (daN/cm 2 )

Bảng 2 Số liệu đo lần 2 Áp lực (daN/cm 2 )

Bảng 3 Số liệu trung bình 2 lần đo

XỬ LÝ SỐ LIỆU BIẾN DẠNG

Bảng 4 Sử lý số liệu biến dạng Áp lực (daN/cm 2 )

Bảng 5Bảng tính ứng suất

Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng – chuyển vị

Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng - ứng suất

TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT SỨC BỀN KẾT CẤU

1 Biến dạng thanh theo định luật Hooke:

: Ứng suất (kN/m 2 )N: lực dọc trong thanh (kN)F: diện tích mặt cắt ngang tiết diện

: Biến dạng của cấu kiện E: Modul đàn hồi của thép, E = 2,1x10 8 (kN/m 2 )

D piston : Đường kính Piston kích thủy lực = 5.82 (cm)

 Tải trọng tác dụng lên dàn (P) ứng với mỗi lần gia tải được xác dịnh theo công thức:

4 ) trong đó p i (kG/cm2) là áp suất gia tải của kích thủy lực

Từ đó ta có bảng tổng hợp sau: Áp lực (daN/cm 2 ) 0 10 12 14 16 18 20 22 24

Bảng 6 Bảng qui đổi áp lực về nội lực trong thanh

Dựa vào lý thuyết sức bền-kết cấu, ta tính được nội lực trong các thanh ứng với tải P như sau:

Bảng 7 Bảng phân bố nội lực lý thuyết trong thanh

 Tính toán: Áp lực (daN/cm 2 ) P i (kN) Nội lực trong thanh (kN)

Bảng 8 Bảng phân bố nội lực tính toán trong thanh

 Từ đó tính ứng suất trong thanh: Áp lực (daN/cm 2 ) P i (kN) Ứng suất (kN/m 2 )

Bảng 9 Bảng tính toán ứng suất trong thanh theo cơ học kết cấu

- Tính chuyển vị Áp lực (daN/cm 2 )

Bảng 10 Bảng tính chuyển vị của giàn theo cơ học kết cấu

TÍNH TOÁN THEO PHẦN MỀM SAP2000

4 Mô hình dàn trong Sap2000

Hình 8 Khai báo loại vật liệu

Hình 9 Khai báo tiết diện thanh dàn

Hình 10 Sơ đồ thanh dàn

Hình 11 Vị trí đặt tải

Hình 12 Hình ảnh minh họa tính toán bằng Sap2000 (cấp tải 10daN/cm 2 )

2 Kết quả từ phần mềm Sap2000 Áp lực

(daN/cm 2 ) P i (kN) Lực dọc N (kN)

Bảng 11 Kết quả tính lực dọc N(kN) Áp lực (daN/cm 2 )

Bảng 12 Kết quả tính ứng suất (kN/m 2 ) Áp lực (daN/cm 2 ) P i (kN) Chuyển vị (mm)

Bảng 13 Kết quả chuyển vị

BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG – CHUYỂN VỊ

Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000

Chuyển vị (mm) Chuyển vị (mm) Chuyển vị (mm)

I II III I II III I II III

Bảng 14 Tổng hợp kết quả chuyển vị

Hình 13 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị

P i (kN) Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000

Chuyển vị (%) Chuyển vị (%) Chuyển vị (%)

Bảng 15 Chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thự nghiệm(%) tại vị trí I

BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG - ỨNG SUẤT

P(kN) Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm

3.5 Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm

Hình 16 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 1

Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000 Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)

Bảng 18 Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 1

Hình 17 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 2 Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)

Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm

Cấp lực Thực nghiệm Cơ kết cấu SAP 2000 Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)

Bảng 21.Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 4

Cơ kết cấu SAP2000 Thực nghiệm 3.5

Bảng 23Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 6

Bảng 24Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 7

NHẬN XÉT VÀ BÌNH LUẬN ĐỒ THỊ

1 Nhận xét a Tải trọng - chuyển vị

Chuyển vị theo thực nghiệm thường lớn hơn chuyển vị xác định từ SAP, trong khi đó, chuyển vị xác định từ SAP cũng lớn hơn chuyển vị xác định từ cơ kết cấu.

 Các đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của dàn thép theo cơ kết cấu và theo SAP là tuyến tính.

Đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của dàn thép theo thực nghiệm gần như là tuyến tính, tuy nhiên có xuất hiện một số điểm gãy khúc nhẹ.

Mặc dù các đồ thị có sự khác biệt về giá trị, chúng vẫn thể hiện rằng chế độ làm việc của dàn thép tuân theo lý thuyết sức bền vật liệu trong giai đoạn đàn hồi.

 Ở đồ thị này, chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí I,

II, III giảm khi tăng tải.

 Kết quả cho thấy các tính toán SAP 2000 tương đối sát với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng các tính toán lý thuyết về sức bền không khớp với kết quả thực nghiệm, đặc biệt là trong giai đoạn làm việc đàn hồi, khi mà giá trị tính toán thường nhỏ hơn so với thực tế.

 Ứng suất theo thực nghiệm nhỏ hơn ứng suất xác định từ cơ kết cấu, ứng suất xác định từ cơ kết cấu nhỏ hơn xác định từ SAP.

 Các đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của dàn thép theo cơ kết cấu và theo SAP là tuyến tính.

 Đường biểu diễn quan hệ tải trọng – ứng suất thực nghiệm gần như là đường tuyến tính, nhưng thực nghiệm cũng còn vài điểm bị gảy khúc.

Tại vị trí cảm biến 2, giá trị ứng suất không có sự gia tăng khi tải trọng được nâng cao; giá trị ứng suất từ thực nghiệm, SAP và cơ kết cấu có thể được xem là gần như bằng 0, do 105 kN/m² là rất nhỏ khi so sánh với các giá trị khác.

Thanh bụng 2 không có lực dọc trục, dẫn đến ứng suất rất nhỏ, mặc dù vẫn tồn tại Do đó, đồ thị cảm biến 2 hiển thị hình dạng đặc trưng như đã nêu.

Cảm biến số 1 và số 3 được lắp đặt trên hai thanh thép ở cùng một vị trí trên dàn, với lý thuyết cho rằng chúng sẽ hoạt động giống nhau hoàn toàn Tuy nhiên, thực tế cho thấy vẫn tồn tại sự khác biệt giữa hai cảm biến này.

 Ở đồ thị này, chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 1,

3, 4, 5, 6, 7 đã lớn ngay từ cấp tải đầu (300% - 500%) và việc chênh lệch tăng khi tăng tải là rất nhỏ (40% -50%) có thể bỏ qua

 Kết quả cho thấy các tính toán theo lý thuyết sức bền khác xa (nhỏ hơn) với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi.

 Sơ đồ tính thực nghiệm: 2 liên kết tựa.

 Sơ đồ tính lý thuyết: 1 gối cố định, 1 gối di động (Dầm đơn giản)

Tải trọng thực nghiệm là tải trọng bên ngoài P (kích thủy lực) không bao gồm tải trọng bản thân Các thiết bị đo chuyển vị đã được reset từ đầu, và thiết bị đo biến dạng cũng đã ghi lại số liệu ngay từ đầu.

 Tải trọng tính lý thuyết cũng là tải trọng ngoài P (kích thủy lực) không bao gồm trọng lượng bản thân

 Vật liệu thực nghiệm vá tính lý thuyết:

 Vật liệu thực nghiệm: Théplà vật liệu liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính

 Vật liệu tính theo lý thuyết: Vật liệu được coi là liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính

 Thực nghiệm: lấy kết quả thực nghiệm chuyển vị, ứng suất tính theo kết quà biến dạng thực nghiệm thông qua định luật Hooke.

 Sức bền vật liệu: Chuyển vị và ứng suất tính lý thuyết sức bền + định luật Hooke

 SAP 2000: Chuyển vị và ứng suất tính theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) + định luật Hooke

 Xem chuyển vị là đại lượng cần tìm trước

 Hàm xấp xỉ biểu diễn gần đúng dạng phân bố chuyển vị trong phần tử

 Điều kiện tương thích chỉ đúng bên trong và tại các điểm nút phần tử.

 Từ điêu kiện cân bằng nút và các điều kiện biên => hệ phương đại số trình tuyến tính

Giải hệ phương trình đại số tuyến tính giúp xác định các chuyển vị nút và chuyển vị trong phần tử Sử dụng phương trình Cauchy để mô tả trường biến dạng, kết hợp với định luật Hooke để xác định trường ứng suất trong vật liệu.

 Gối liên kết không thực sự làm việc như gối cố định và gối di động.

 Sơ đồ làm việc của dàn thép không đúng theo lí thuyết.

 Tải trọng tính lý thuyết cũng không bao gồm trọng lượng bản thân

 Vật liệu cũ và ảnh hưởng môi trường tải trọng thí nghiệm.

 Mô hình dàn thép gia công không đúng kích thước.

 Mô hình làm việc liên tục dẫn đến sai số.

 Quy trình làm thí nghiệm:

Khi cấp tải tăng, sai lệch giữa lý thuyết và thực nghiệm trong cơ kết cấu (SAP 2000) cũng gia tăng Nguyên nhân có thể do khi cấp tải nhỏ, các cấu kiện hoạt động theo quy tắc lý thuyết đàn hồi, nhưng khi cấp tải lớn hơn, các cấu kiện không còn tuân theo quy tắc này nữa.

Hình 23 Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo dọc trục của thép

Tuy nhiên, trong đồ thị này, chênh lệch chuyển vị giữa tính toán và thực nghiệm (%) tại các vị trí I, II, III giảm khi tăng tải Điều này cho thấy dàn thép vẫn còn trong giai đoạn làm việc đàn hồi Tuy nhiên, một số nguyên nhân sau đây đã dẫn đến sự khác biệt này.

 Trong quá trình gia tải không đúng như lí thuyết đề ra.

Đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của dàn thép theo thực nghiệm cho thấy một số điểm gãy khúc nhẹ Sự xuất hiện này có thể do các sai số không thể tránh khỏi trong quá trình thí nghiệm, đặc biệt là trong xác định chuyển vị Dụng cụ cơ học được sử dụng dễ dẫn đến sai số, như việc đặt nghiêng so với phương chuyển vị, độ nhạy không cao và bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

Sự không chính xác của phần mềm SAP so với thực tế cấu kiện xuất phát từ mô hình tương thích của phần tử hữu hạn, trong đó trường chuyển vị của mỗi phần tử được xác định theo một hàm đã chọn trước Điều này dẫn đến việc chuyển vị trở thành một ẩn số, gây ra sai số so với thực tế và ảnh hưởng đến cơ kết cấu.

3 Kết luận và kiến nghị

Các giả thiết và quy trình tính toán chuyển vị dàn thép từ SAP cho kết quả tương đối sát với kết quả thí nghiệm, thường nhỏ hơn Do đó, để tính toán thực tế chuyển vị dàn thép, chúng ta có thể mô hình hóa trên SAP với một sơ đồ tính thích hợp Nếu cần đảm bảo an toàn, kết quả có thể được nhân với một hệ số an toàn phù hợp, tùy thuộc vào quy mô và tính chất của công trình.

Các giả thiết và quy trình tính toán biến dạng dàn thép từ SAP thường cho kết quả khác biệt đáng kể so với kết quả thí nghiệm thực tế Do đó, để có được những thông số chính xác hơn, việc thực hiện thí nghiệm là cần thiết trong quá trình tính toán biến dạng dàn thép.

THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM TRÊN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Khảo sát ứng xử của dầm bê tông cốt thép (BTCT) được thực hiện bằng cách gia tải dầm bằng hai lực tập trung với giá trị xác định Mục tiêu là thiết lập các mối quan hệ giữa tải trọng và độ võng (P - ∆) cũng như mômen uốn và biến dạng (M – ε) của dầm BTCT Cuối cùng, số liệu thực đo sẽ được so sánh với các kết quả lý thuyết tính toán để đánh giá độ chính xác và hiệu quả của mô hình.

Mục tiêu của thí nghiệm là nghiên cứu ứng xử của dầm bê tông cốt thép trong trạng thái giới hạn II Dầm bê tông cốt thép sẽ được gia tải đến tải trọng thiết kế Ptk.

< 2/3Pmax (với Pmax là tải trọng cực hạn tương ứng với M max của dầm tính theo trạng thái giới hạn I) để khảo sát.

CẤU TẠO VÀ KÍCH THƯỚC DẦM

- Tiết diện chữ nhật bxh = 150x300 mm

- Lớp bê tông bảo vệ a 0 = 25 mm b Bê tông B30, có:

- Cường độ chịu nén tính toán: R b = 17 MPa.

- Cường độ chịu kéo tính toán: R bt = 1.15 MPa.

- Module đàn hồi: E b = 32.5x103 MPa. c Cốt thép chịu lực CB400, có: d Cốt thép bố trí trong dầm:

SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM DẦM

Dầm được đặt trên 2 gối tựa đơn cách nhau một đoạn 2700mm chịu 2 lực tập trung theo sơ đồ.

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

6 Khung gia tải và kích thủy lực (Pmax = 1000kN)

7 Các đồng hồ đo độ võng của dầm (Dial micrometers)

Hình 26 Đồng hồ đo tải trọng

8 Hệ thống thu nhận tín hiệu

Hình 28 Hệ thống thu nhân và xử lý tín hiệu (P3500+SB10)

IV Quy trình thí nghiệm

1 Kiểm tra và đo lại kích thước dầm

2 Điều khiển hệ khung gia tải để áp đặt tải tập trung lên mặt trên dầm bằng kích thủy lực

3 Áp tải P ≤ 3 kN vài lần để khử biến dạng dư trong dầm

4 Kiểm tra các thiết bị đo lực: i Kiểm tra lại các đồng hồ đo chuyển vị, về độ ổn định, vị trí đặt và độ nhạy của các đồng hồ trước khi tiến hành thí nghiệm. ii Kiểm tra kích thủy lực và hệ thống truyền tải trọng lên dầm BTCT.

5 Phân công công việc cho từng người, để đảm bảo công việc thí nghiệm được diễn ra trôi chảy, không gặp các vấn đề rắc rồi ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. strain gage đo chuyển vị trước khi gia tải.

7 Tiến hành gia tải bằng kích thủy lực Với mỗi cấp tải trọng, ghi các giá trị độ võng và biến dạng của bê tông (vùng nén) và thép (vùng kéo)

8 Sau khi tiến hành đo xong cấp tải ở lần thứ nhất, tiến hành xả tải và để dầm nghỉ ngơi 5 phút để dầm đàn hồi quay về trạng thái ban đầu, rồi mới tiếp tục tiến hành gia tải thí nghiệm lần 2.

9 Sau khi đã tiến hành đủ 2 lần thí nghiệm, tiến hành tổng hợp số liệu và lấy giá trị trung bình 2 lần đo để tính toán.

Tải (kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng (àε)

Bảng 25 Kết quả đo thí nghiệm lần 1

Tải (kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng (àε)

Bảng 26 Kết quả đo thí nghiệm lần 2

Tải (kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng(àε)

Bảng 27 Giá trị trung bình giữa 2 lần đo

Bảng 28 Giá trị trung bình sau 3 lần đo chênh lệch với vạch 0 trên dụng cụ đo

Bảng 29 Giá trị ứng suất

Hình 29 Giá trị trung bình giữa 3 lần đo chuyển vị

Hình 30 Giá trị ứng suất thực nghiệm

VI TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT

1 Tính toán theo sức bền vật liệu a Biến dạng của bê tông

E = 32.5×10 3 Mpa y i là khoảng cách tính từ vị trí cần tính biến dạng đến trục trung hòa. b Biến dạng của cốt thép

E = 32.5×10 3 Mpa y i là khoảng cách tính từ vị trí cần tính biến dạng đến trục trung hòa.

Bảng 30 Kết quả giá trị momen M

Bảng 31 Kết quả tính toán ứng suất c Tính toán chuyển vị theo lý thuyết bằng phần mềm SAP2000

Sơ đồ tính là dầm đơn giản , vật liệu bê tông B30

Và lần lượt cho P=2 -> P = 16 kN

Ta được chuyển vị tại các điểm cần xét như sau:

Bảng 32 Tính toán chuyển vị bằng SAP2000

Hình 31 Hình minh họa chạy SAP2000 ( cấp tải 16kN)

2.Tính toán theo TCVN 5574 – 2018 d Tính chuyển vị

 Điều kiện xãy ra vết nứt

 Nếu M >M crc => Bê tông vùng kéo nứt

 Nếu M Bê tông vùng kéo chưa nứt Vật liệu:

Bê tông B30 có R bt ,ser =1,75 MPa ; R b, ser "MPa ; E b 2500 MPa

Cốt thép CB400 có E s =2,0 × 10 5 MPa

Tỷ số modun đàn hồi α= E s

(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm 2 ) (MPa)

Xét sự làm việc của tiết diện trọng giai đoạn đàn hồi Diện tích quy đổi

Momen tĩnh của A red lấy đối với trục qua mép chịu nén

Khoảng cách từ tâm O tiết diện đến mép chịu nén x c = S red

Momen quán tính của A red lấy đối với trục qua trọng tâm

Xét sự làm việc của tiết diện trong giai đoạn có biến dạng dẻo ở vùng kéo:

Momen chống uốn dẻo của của tiết diện theo mép chịu kéo

W pl =W red γ '83,817 ×1,3= 3618,962cm 3 Xác định khả năng chống nứt của tiết diện

M crc =R bt , ser ×W pl =1,75 × 10 3 × 3618,962 × 10 −6 =6,333 kNm

 Xác định độ võng của cấu kiện BTCT Độ cong r 1

Momen uốn do tác dụng tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn

M =5.039 kNm Độ cứng chống uốn của tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện

Chiều cao vùng chịu nén của bê tông được xác định theo công thức: x m =h 0 ( √ (μ s α s ) 2 +2 μ s α s −μ s α s ) 07 m

I red = I b +I s α s2 + I s ' α s1 ¿ 5.25 ×10 4 + 20.31× 1.01 × 10 3 +0=7.31 × 10 4 cm 4 Độ võng (chuyển vị): f = β 1 r L 2 = 0.106 × 7.00 × 10 −4 × 2.7 2 ×10 3 = 0.541( mm)

6 L 2 =0.106 ; a là khoảng cách từ P tới gối tựa, a 0 mm; L: nhịp dầm;

1 r = 1 r 1 + 1 r 2 : độ cong toàn phần Tính toán tương tự, ta có bảng tính cụ thể như sau:

Bảng 33 Kết quả tính toán chuyển vị e Biến dạng của bê tông

Giá trị biến dạng ε= σ E = E I M red y i

2 =0,15 m f Biến dạng của cốt thép

Giá trị biến dạng ε= σ E = E I M red y i

Bảng 34 Bảng tính biến dạng

Biểu đồ và bảng so sánh % chênh lệch giữa các phương pháp

1 Tải trọng – chuyển vị Cấp tải

Lý thuyết TCVN Thực nghiệm

Bảng 35Bảng tổng hợp chuyển vị

Hình 32 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị tại vị trí I

Hình 33 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị tại vị trí II

Hình 34 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị tại vị trí III

2 Bảng so sánh kết quả chuyển vị giữa các phương pháp

Bảng 36 Bảng % so sánh giữa ba phương pháp tại ví trí I

Bảng 37 Bảng % so sánh giữa ba phương pháp tại ví trí II

Sai số TN so với LT

(%) sai số TN so với TCVN

Bảng 38 Bảng % so sánh giữa ba phương pháp tại ví trí III

P (kN) Sai số TN so với LT

(%) sai số TN so với TCVN

Thực nghiệm TCVN LÝ THUYẾT

Thực nghiệm TCVN LÝ THUYẾT s (kN/m2)

Hình 35 Biểu đồ tải trọng – ứng suất tại ví trí I

Hình 36 Biểu đồ tải trọng – ứng suất tại ví trí II

Hình 37 Biểu đồ tải trọng – ứng suất tại ví trí III

P (kN) Sai số TN so với LT (%) Sai số TN so với TCVN (%)

Bảng 40 Chênh lệch giữa chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí I

Bảng 41 Chênh lệch giữa chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí II

Bảng 42 Chênh lệch giữa chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí III

NHẬN XÉT

Chuyển vị thực nghiệm phải lớn hơn hoặc bằng chuyển vị xác định từ SAP, và chuyển vị xác định từ SAP cần phải lớn hơn chuyển vị xác định từ cơ kết cấu.

Đường thẳng biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và độ võng là các đường thẳng tuyến tính, phù hợp với lý thuyết về giai đoạn làm việc đàn hồi của dầm Khi dầm bắt đầu xuất hiện những khe nứt đầu tiên, đường thẳng biểu diễn ứng suất và biến dạng cũng giữ tính tuyến tính.

Quan hệ ứng suất – biến dạng nén dọc trục bê tông

 Ngay cả đường thực nghiệm cũng là đường tuyến tính tức là đã kiểm soát tốt quá trình thí nghiệm dẫn đến có rất ít sai số xảy ra.

Mặc dù các đồ thị có sự khác biệt về giá trị, chúng vẫn cho thấy rằng chế độ làm việc của dầm bê tông tuân theo lý thuyết sức bền vật liệu trong giai đoạn đàn hồi.

 Ở đồ thị này, chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí I,

II, III giảm khi tăng tải.

 Biểu đồ tải trong – chuyển vị “I” so với “III” của thực nghiệm có sự khác nhau tuy

Kết quả cho thấy rằng các tính toán theo TCVN 5574 - 2018 đạt độ chính xác cao, đặc biệt trong giai đoạn dầm hoạt động ở trạng thái đàn hồi và khi xuất hiện những khe nứt đầu tiên.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng các tính toán lý thuyết sức bền (PTHH) không khớp với kết quả thực nghiệm, đặc biệt trong giai đoạn dầm hoạt động đàn hồi và khi xuất hiện những khe nứt đầu tiên.

Đường thẳng thể hiện mối quan hệ giữa tải trọng và ứng suất là các đường thẳng tuyến tính, phù hợp với lý thuyết đã học Trong giai đoạn dầm hoạt động đàn hồi và khi xuất hiện những khe nứt đầu tiên, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng cũng là một đường thẳng tuyến tính.

Mặc dù đường thực nghiệm vẫn mang tính chất tuyến tính, nhưng một số đoạn bị gãy khúc do quy trình thí nghiệm chưa được kiểm soát tốt, dẫn đến sự xuất hiện của các sai số.

Mặc dù các đồ thị có sự khác biệt về giá trị, chúng vẫn cho thấy rằng chế độ làm việc của dầm bê tông tuân theo lý thuyết sức bền vật liệu trong giai đoạn đàn hồi.

 Ở đồ thị này, chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 1 giảm khi tang tải, vị trí 2, 3 tẳng khi tăng tải.

Biểu đồ tải trong – ứng suất “2” và “3” từ thực nghiệm cho thấy sự khác biệt nhỏ, trong khi đó, theo lý thuyết TCVN 5574 – 2018, chúng giống nhau Tuy nhiên, ứng suất thực nghiệm lại cao hơn nhiều so với giá trị tính toán lý thuyết.

Nghiên cứu cho thấy rằng các tính toán ứng suất bê tông theo tiêu chuẩn “1” TCVN 5574 – 2018 và phần mềm SAP có độ chính xác cao, tương đồng với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dầm làm việc đàn hồi và khi xuất hiện những khe nứt đầu tiên.

Nghiên cứu chỉ ra rằng các tính toán ứng suất thép theo tiêu chuẩn “2, 3” TCVN 5574 – 2018 và SAP có sự khác biệt đáng kể, với giá trị nhỏ hơn so với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dầm làm việc đàn hồi và khi xuất hiện những khe nứt đầu tiên.

 Sơ đồ tính lý thuyết: 1 gối cố định, 1 gối di động (Dầm đơn giản) Tải trọng:

Tải trọng thực nghiệm là tải trọng ngoài P (kích thủy lực) không tính đến tải trọng bản thân Các thiết bị đo chuyển vị đã được reset từ đầu, và thiết bị đo biến dạng cũng đã ghi lại số liệu ngay từ đầu.

 Tải trọng tính lý thuyết cũng là tải trọng ngoài P (kích thủy lực) không bao gồm trọng lượng bản thân

 Vật liệu thực nghiệm: Bê tông cốt thép là vật liệu không đồng nhất, không đẳng hướng và không đàn hồi tuyến tính

Vật liệu được xem là liên tục và đồng nhất, với tính chất đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính Giả thiết này bao gồm việc coi tiết diện là phẳng và đồng biến dạng giữa cốt thép và bê tông.

 Thực nghiệm: lấy kết quả thực nghiệm chuyển vị, ứng suất tính theo kết quà biến dạng thực nghiệm thông qua định luật Hooke.

 TCVN 5574 – 2018: Chuyển vị và ứng suất tính lý thuyết bê tông + định luật Hooke

 Do kết cấu thực làm việc quá lâu so với mô hình kết cấu của lý thuyết, nên đã được điều chỉnh bằng hệ số từ biến  b,cr

Bê tông cốt thép là vật liệu không đồng nhất và không đẳng hướng, có đặc điểm không đàn hồi tuyến tính Do giả thiết đồng biến dạng giữa cốt thép và bê tông, TCVN đã xác định mô men quán tính I red bằng cách áp dụng các hệ số quy đổi cốt thép về bê tông, bao gồm hệ số điều chỉnh 0.85.

 SAP 2000: Chuyển vị và ứng suất tính theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)

 Điều kiện tương thích chỉ đúng bên trong và tại các điểm nút phần tử.

 Từ điêu kiện cân bằng nút và các điều kiện biên => hệ phương đại số trình tuyến tính

Giải hệ phương trình đại số tuyến tính liên quan đến các chuyển vị nút và chuyển vị trong phần tử Sử dụng phương trình Cauchy để xác định trường biến dạng, từ đó áp dụng định luật Hooke để tính toán trường ứng suất.

 Gối liên kết không thực sự làm việc như gối cố định và gối di động.

 Sơ đồ làm việc của dầm bê tông không đúng theo lí thuyết.

 Kích thủy lực sử dụng đã nhiều lần dẫn đến mất mát áp suất trong quá trình thí nghiệm.

 Thiết bị làm thí nghiệm đã cũ độ chính xác giảm đi, gia tải không đều.

 Vật liệu tuy mới nhưng cũng có và ảnh hưởng môi trường tải trọng thí nghiệm.

Tiêu đề	Thí Nghiệm Dàn Thép Chịu Tải Trọng Tĩnh
Tác giả	Th.S Hoàng Anh Tuấn
Thể loại	báo cáo thí nghiệm

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	2,19 MB