báo cáo thí nghiệm chuyên môn công tác kiểm định chất lượng công trình

Vai trò của công tác thí nghiệm và kiểm định chất lượng công trình: Trong nhiều lĩnh vực khác nhau của khoa học công nghệ nói chung cũng như của ngành xây dựng GTVT nói riêng, vai trò củ

KHOA CÔNG TRÌNH

BÁO CÁO

THÍ NGHIỆM CHUYÊN MÔN

Giáo viên hướng dẫn: T.S NGÔ NGỌC QUÝ

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN XUÂN TUẤN Nhóm : 5

Lớp : CẦU HẦM

Khóa : 52

Mã sinh viên : 1122110

Hà Nội - 2015

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

A LÝ THUYẾT 1

1 VAI TRÒ VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÔNG TÁC THÍ NGHIỆM, KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH 1

1.1 Vai trò của công tác thí nghiệm và kiểm định chất lượng công trình: .1

1.2 Nhiệm vụ cơ bản của thí nghiệm và kiểm định chất lượng công trình 1

2 KHẢO SÁT CÔNG TRÌNH CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG TĨNH 2

2.1 Nhiệm vụ thí nghiệm: 2

2.2 Đối tượng thí nghiệm: 2

2.3 Tải trọng thí nghiệm: 3

2.4 Phương pháp đo lường các đại lượng khảo sát: 4

2.5 Tiến hành thí nghiệm: 5

2.6 Theo dõi quá trình thử nghiệm: 6

2.7 Đánh giá kết quả thí nghiệm: 6

B THỰC HÀNH 6

BÀI 1: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH QUAN HỆ GIỮA LỰC – ĐỘ VÕNG – BIẾN DẠNG TRÊN MÔ HÌNH DẦM GIẢN ĐƠN 7

1 M ụ c đ ích và yêu cầu thí nghi ệ m: 7

2 Mô hình thí nghiệm 7

3 Các bước tiến hành: 9

4 Xử lý kết quả thì nghiệm: 9

5 Nhận xét kết luận: 12

BÀI 2: XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BTXM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÔNG PHÁ HỦY - SIÊU ÂM KẾT HỢP SÚNG BẬT NẨY 13

1 Phạm vi áp dụng: 13

2 Nguyên tắc chung của phương pháp: 14

3 Thiết bị và phương pháp đo: 15

4 Tiến hành thí nghiệm: 15

5 Kết quả thí nghiệm, nhận xét kết quả thí nghiệm 16

A LÝ THUYẾT

1 VAI TRÒ VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÔNG TÁC THÍ NGHIỆM, KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH.

1.1 Vai trò của công tác thí nghiệm và kiểm định chất lượng công trình:

Trong nhiều lĩnh vực khác nhau của khoa học công nghệ nói chung cũng như của ngành xây dựng GTVT nói riêng, vai trò của thí nghiệm vật lệu (TNVL) và thí nghiệm công trình (TNCT) đã được khẳng định nhằm mục đích:

- Giải quyết các vấn đề của công nghệ và thực tế sản xuất đòi hỏi như đánh giá chất lượng của vật liệu của kết cấu công trình làm cơ sở cho công tác thiết kế, thi công, nghiệm thu, bàn giao và khai thác v.v

- Giải quyết và hoàn thiện những bài toán mà các phương pháp lý thuyết chưa và không giải quyết được đầu đủ hoặc đang còn nằm trong ý tưởng gần thăm dò Công tác TNVL và TNCT là nhiệm vụ bắt buộc để được sản phẩm có chất lượng, đồng thời trong suốt thời gian thi công cho đến khi hoàn thành chúng ta luôn kiểm soát được từng hạng mục của công trình, giúp chúng ta phát hiện kịp thời được những khiếm khuyết, những lỗi trong giai đoạn thi công để dễ điều chỉnh kịp thời

Nói tóm lại công tác thí nghiệm và kiểm định chất lượng công trình giúp cho chúng ta kiểm định và đánh giá chất lượng công trình trên cơ sở khoa học thực tiễn khách quan, giải quyết và hoàn thiện các bài toán mà phương pháp lý thuyết chưa và không giải quyết được đầy đủ hoặc còn nằm trong ý tưởng càn thăm dò, giúp hoàn thiện cho việc tính toán

lý thuyết của kết cấu công trình được chính xác hơn do các giả thiết khi tính toán gắn với thực tế khách quan hơn

1.2 Nhiệm vụ cơ bản của thí nghiệm và kiểm định chất lượng công trình.

 Xác định, đánh giá khả năng làm việc và tuổi thọ của vật liệu và KCCT:

- Đây là nhiệm vụ bắt buộc thường được tiến hành đối với tất cả các VLXD và kết cấu công trình (KCCT) trước khi đưa vào sửdụng và khai thác

- Khả năng làm việc thực của một KCCT mới xây dựng xong sẽ được phản ánh trong công việc đánh giá chất lượng chúng thông qua các kết quảthí nghiệm kiểm tra, được

thực hiện trong quá trình xây dựng và kết quả kiểm định trực tiếp trên công trình Kết quả này là tài liệu quan trọng trong hồ sơ nghiệm thu bàn giao công trình

- Công tác xác định và đánh giá khả năng chịu lực cũng được tiến hành đối với những kết cấu công trình đã được khai thác quá lâu năm, chất lượng đã bị giảm yếu theo thời gian, đối với các kết cấu công trình có yêu cầu sửa chữa cải tạo, cũng như các công trình khi đưa vào khai thác với nhiệm vụ thiết kế xây dựng ban đầu

 Đề xuất và nghiên cứu các hình thức kết cấu mới, kết cấu đặc biệt vào việc thiết kế XDCT:

Một trong những biện pháp để tiến hành tìm kiếm một loại kết cấu mới, phù hợp là dùng phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm, vì nó cho phép xác định nhanh được một hình thức kết cấu phù hợp, có ngay được những số liệu cần thiết và tin cậy về tham

số phù hợp, phục vụ trực tiếp cho việc thiết kế và tính toán công trình Kết quả trong những trường hợp chọn một dạng kết cấu có sẵn lý thuyết tính toán nhưng khi đưa vào ứng dụng cho một công trình cụ thể tùy thuộc vào tầm quan trọng của công trình và mức

độ chặt chẽ của phương pháp tính, cũng cần phải triển khai thực nghiệm từng phần hay toàn bộkết cấu để kiểm tra sự đúng đắn của phương pháp tính toán lý thuyết và tính khả thi của công trình

 Nghiên cứu phát minh những vấn đề mới

Trong khoa học kỹ thuật chuyên ngành, trong cơ học vật rắn biến dạng, cơ học công trình mà nghiên cứu lý thuyết hoàn toàn chưa được giải quyết hoặc chưa giải quyết đầy

đủ tận gốc đòi hỏi phải có kết quả nghiên cứu thực nghiệm để làm cơ sở cho việc đánh giá sự phù hợp của các giả thiết đưa ra và xác nhận sự đúng đắn của kết quả nhận được từ nghiên cứu lý thuyết

2 KHẢO SÁT CÔNG TRÌNH CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG TĨNH

2.1 Nhiệm vụ thí nghiệm:

- Thí nghiệm thử tải nghiệm thu công trình mới xây dựng xong.

- Thí nghiệm thử tải đối với các công trình đã và đang khai thác sử dụng.

- Thí nghiệm kiểm tra các cấu kiện và kết cấu chế tạo hàng loạt.

- Các thí nghiệm nghiên cứu khoa học ứng dụng.

2.2 Đối tượng thí nghiệm:

 Những kết cấu tiến hành thí nghiệm với mục đích kiểm tra chất lượng sản phẩm, thường là những cấu kiện định hình, được sản xuất tại các nhà máy cấu kiện bê tông đúc sẵn Ở đây cấu kiện được chọn làm thí nghiệm là những cấu kiện có chất lượng tốt nhất và xấu nhất trong nhóm sản phẩm Căn cứ để lựa chọn các đối tượng đó là các thông tin nhận được từ quá trình khảo sát hiện trạng bằng phương pháp không phá hoại Số lượng đối tượng thí nghiệm của một chủng loại kết cấu được quy định trong các tiêu chuẩn kiểm định quốc gia

 Những kết cấu cần tiến hành thí nghiệm để làm sáng tỏ các yêu cầu trong quá trình kiểm định các công trình đã xây dựng xong hoặc các kết cấu công trình đang thi công Lưu ý khi chọn đối tượng:

- Số lượng phần tử kết cấu cần đặt tải phải là tối thiểu.

- Thí nghiệm cần phải bao quát tất cả những dạng cơ bản của các phần tử chịu lực

trong công trình

- Chọn những kết cấu có sơ đồ làm việc rõ ràng nhất và tĩnh định hoặc các kết cấu

đứng riêng lẽ không có liên hệ với các bộ phận khác trong công trình, vì khi tồn tại những liên hệ đó sẽ làm sai lệch trạng thái làm việc của đối tượng khảo sát

 Đối tượng được chọn trong công trình bị sự cố kĩ thuật, bị hư hỏng do các tác nhân bên ngoài phải là những kết cấu bị hư hỏng nhiều nhất trong công trình

 Đối tượng thí nghiệm dùng trong nghiên cứu khoa học thường được thiết kế và chế tạo theo các yêu cầu riêng phục vụ cho mục đích của vấn đề nghiên cứu

2.3 Tải trọng thí nghiệm:

2.3.1 Yêu cầu:

- Có thể cân đo đong đếm và đảm bảo được độ chính xác cần thiết;

- Có khả năng đáp ứng và xác định chính xác giá trị lực yêu cầu;

- Truyền trực tiếp và đầy đủ các giá trị của tải trọng lên kết cấu thí nghiệm;

- Trị số tải trọng phải ổn định khi tác dụng lâu dài và không chịu ảnh hưởng của môi trường

2.3.2 Hình thức:

- Hình thức phân bố: tải trọng thí nghiệm thường có cường độ không lớn nhưng được rải đều trên những vùng rộng hay toàn bộ bề mặt chịu lực của đối tượng

- Hình thức tập trung: loại tải trọng này có cường độ lớn, tác dụng riêng lẻ tại một

vị trí chật hẹp hoặc tại một điểm xác định trên đối tượng nghiên cứu

 Tải trọng phân bố tĩnh

Các biện pháp gây tải trọng :

- Vật liệu rời

- Viên khối vật liệu

- Gia tải trọng băng nước

- Tải trọng phân bố qua hệ dầm truyền tĩnh định

 Tải trọng tập trung

- Gây tải trọng bằng biện pháp treo vật nặng

- Gây tải trọng bằng các thiết bị căng kéo

- Gây tải trọng bằng kích thủy lực

2.4 Phương pháp đo lường các đại lượng khảo sát:

2.4.1 Phương pháp đo độ võng trên kết cấu chịu uốn:

 Một số phương pháp đo

+ Đo bằng cơ: Bách phân kế, máy thủy bình, ống bọt nước chuyên dụng

+ Đo bằng điện

 Nguyên tắc bố trí điểm đo: Đo tại mặt cắt có độ võng lớn nhất

2.4.2 Phương pháp đo biến dạng :

 Một số phương pháp đo:

+ Đo bằng tenzomet cơ học

+ Đo bằng tenzomet cảm biến điện trở

 Nguyên tắc bố trí điểm đo:

 Đo biến dạng trong trường hợp kết cấu chịu trạng thái ứng suất 1 trục: Dụng cụ

đo bố trí tại những điểm có có biến dạng lớn trên tiết diện quan sát

- Khi lực dọc tác dụng đúng tâm chỉ cần bố trí 1 tenzomet

- Khi có tác dụng đồng thời của cả lực dọc và mô men uốn hay lực dọc đặt lệch tâm:

 Nếu biết mômen hoặc lực đặt lệch tâm nằm trong mặt phẳng đối xứng nào đó của tiết diện khảo sát thì phải bố trí không ít hơn hai tenzomet

 Nếu mômen uốn hoặc lực lệch tâm tác dụng bất kì, bắt buộc trên tiết diện khảo sát phải có 3 tenzomet thì mới có thể xác định được 3 ẩn số của nội lực là N,

Mx, và My

 Đo biến dạng trên những kết cấu chịu trạng thái ứng suất phẳng.

Tại mỗi điểm khảo sát cần bố trí một số tenzomet theo các phương khác nhau để tạo thuận tiện cho việc lắp đặt Số lượng các phần tử cảm biến tại một điểm đo tùy theo mục đích nghiên cứu:

- Trường hợp I: Phương của ứng suất chính tại điểm khảo sát đã biết

Cần có ít nhất 2 phần tử cảm biến nằm trên hai phương ứng suất chính đã biết, thẳng góc với nhau

- Trường hợp II: Phương của các ứng suất chính hoàn toàn chưa biết

Trong trường hợp này tại mỗi điểm đo phải có ít nhất 3 phần tử cảm biến đặt theo kiểu bộ 3 trực giao

 Đo biến dạng ở trạng thái ứng suất khối (ba trục)

 Thường xuất hiện trong các công trình khối lớn như trụ cầu, đê đập, các công trình thủy nông, đối với những trường hợp này, ưu việt lớn nhất là dùng loại tenzomet kiểu dây rung đặt trước trong công trình khi thi công

2.5 Tiến hành thí nghiệm:

2.5.1 Những điều cần kiểm tra trước khi tiến hành thí nghiệm

- Các dụng cụ phải được lắp đúng, ổn định, chắc chắn, làm việc bình thường;

- Các thiết bị đo phải được bảo vệ, che chắn;

- Sự ảnh hưởng dao động nhiệt của môi trường qua thời gian đến số đo trên các dụng cụ đo bằng cách khảo sát số đo giữ trên dụng cụ đo qua 1 ngày đêm khi kết cấu chưa chịu tải;

- Khả năng dễ dàng đọc số đo trên tất cả các dụng cụ đo;

- Ghi kí hiệu và số thứ tự các dụng cụ đo theo từng chủng loại;

- Bề mặt của đối tượng tại vùng dễ xuất hiện vết nứt cần phải làm trắng;

- Các biện pháp an toàn đối với toàn bộ hệ thống thí nghiệm và người thực hiện

2.5.2 Gia tải trọng kiểm tra ban đầu

Mục đích là để kiểm tra sự hoạt động của toàn bộ hệ thống thiết bị đã chuẩn bị như sự làm việc của đối tượng, độ ổn định của hệ thống tải trọng, sự chuyển động chính xác của dụng cụ đo

2.5.3 Ghi chép số đọc trên thiết bị đo

Sau khi hoàn thành chất và dỡ cấp tải thử, thí nghiệm chính thức được bắt đầu bằng việc đọc và ghi số liệu đầu tiên trên tất cả các thiết bị đo Trong khảo sát thực nghiệm,

yêu cầu có tính nguyên tắc là các số đọc trên tất cả các thiết bị đo được sử dụng trên đối tượng phải được ghi lại trong cùng một thời điểm Điều này có thể đáp ứng được khi sử dụng toàn bộ thiết bị đo ghi tự động

Ngoài việc đọc các số liệu trên các thiết bị đo khi tiến hành thí nghiệm còn cần phải chú ý lấy các số liệu về thời gian và điều kiện thí nghiệm

2.5.4 Quan sát trạng thái của đối tượng khi chịu tải

Trước khi bắt đầu thí nghiệm, phải đánh dấu tất cả những khuyết tật, nứt nẻ, hư hỏng trên mặt ngoài của kết cấu Sau mỗi cấp tải trọng tác dụng cần khảo sát lại tất cả những khuyết tật đã được đánh dấu để có nhận xét về khả năng phát triển của chúng và phát hiện thêm những hư hỏng mới

Trong quá trình chất tải trọng và kết thúc thí nghiệm cần phải ghi lại bằng hình ảnh, đặc biệt là những vị trí kết cấu bị hư hỏng phá hoại Các hình ảnh đó là những tài liệu rất quan trọng để chứng minh và giải thích sự đúng đắn cũng như độ tin cậy đối với kết quả thí nghiệm

2.5.5 Kĩ thuật an toàn khi thí nghiệm tải trọng tĩnh

Dưới đối tượng thí nghiệm thường đặt thêm các dàn hay trụ để đỡ khi có sự cố với điều kiện là các phương tiện này không được tiếp xúc và không làm ảnh hưởng đến các chuyển vị tự do của kết cấu thí nghiệm khi chịu tải

2.6 Theo dõi quá trình thử nghiệm:

2.7 Đánh giá kết quả thí nghiệm:

Đánh giá kết quả thí nghiệm tĩnh tiến hành trên cơ sở phân tích toàn diện và so sánh với kết quả tính toán lý thuyết theo các tham số đã được khảo sát, đo đạc thực tế về đặc trưng hình học, vật liệu và trạng thái của đối tượng kiểm tra

Sự đánh giá đầy đủ nhất chỉ có thể nhận được khi có kết quả về khả năng chịu lực cuối cùng của đối tượng thí nghiệm Lúc này mới có thẻ làm sáng tỏ những vẫn đề cơ bản sau:

- Nguyên nhân làm mất khả năng chịu lực của kết cấu;

- Độ sai lệch giữa tải trọng tính toán và tải trọng phá hoại thực tế;

- Sự tương ứng của các tham số chuyển vị và biến dạng đo được trong thời gian thí nghiệm với kết quả lý thuyết

B THỰC HÀNH

BÀI 1 : THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA LỰC - BIẾN DẠNG –

ĐỘ VÕNG TRÊN MÔ HÌNH DẦM GIẢN ĐƠN

1 Mục đích thí nghiệm:

- Nghiên cứu quy luật phân bố nội lực trong giới hạn đàn hồi của mô hình dầm giàn đơn chịu tác dụng của tải trọng tĩnh tập trung

- Xác định các giá trị ứng suất, biến dạng tương đối của đối tượng khi chịu lực và

độ võng tổng thể của dầm giản đơn ứng với các cấp tải trọng

- Làm quen với phương pháp thí nghiệm kiểm tra xác định khả năng chịu tải của một dầm giản đơn, biết cách tính toán các giá trị ứng suất độ võng tại các mặt cắt của dầm chịu tác dụng của tải trọng tĩnh tập trung

- Biết cách sử dụng các thiết bị đo để xác định các giá trị ứng suất biến dạng và độ võng bằng phương pháp thực nghiệm

2 Mô hình thí nghiệm:

- Mô hình thí nghiệm:

 Dầm thí nghiệm được chọn là dầm thép định hình I100 Các kích thước hình học như: Ltt=2000mm, H=100mm, F=12 cm2, Jx=198 cm4, Wx= 39,7 cm3

 Dầm được kê trên hai gối và được tạo lực tại 2 điểm đối xứng cách đều 2 gối

Sơ đồ làm việc của dầm như 1 dầm giản đơn chịu 2 lực tập trung

200

Sơ đồ thí nghiệm mô hình giản đơn

- Xác định tải trọng thí nghiệm: P thay đổi từ 0kg, 40kg, 80kg, 120kg, 160kg,

200kg

- Tính toán các giá trị lý thuyết:

 Tính toán khả năng chịu lực của dầm, xác định tải trọng thí nghiệm Sau khi chọn được tải trọng thí nghiệm P=200kg thì ta tiến hành thí nghiệm

 Tính ứng suất Ta có công thức tính ứng suất σ = M

Jx × y

Trong đó: + M là Mômen uốn tác dụng tại mặt cắt gắn đầu đo biến dạng, M= P

L−b

+ b là khoảng cách giữa 2 điểm đặt lực tập trung

+ Jx là mômen quán tính trục chịu uốn của mặt cắt

+ σ là Ứng suất tại bề mặt mặt cắt gắn đầu đo

+ y là khoảng cách từ trục trung hòa đến bề mặt mặt gắn đầu đo lấy

y = h2

Ta tính được: σ =175

198× P (kg/cm2)

 Tính toán độ võng: Ta sử dụng phương pháp nhân biểu đồ Vê rê sa ghin

M

50

Mk 1

30

Ta có:

Δll=[EJ1 ].[Mp.Mk]



Trong đó ta có:

E= 2.1×106( kg/cm2) J= 198cm4 Ta được: l 3.52133 10 4P

   (cm)

Từ các tính toán ta tính ra được đô võng δ=0,00352133 P(mm)

- Bố trí thiết bị đo:

 Mô hinh thí nghiệm được bố trí tại nhà A10 Tải trọng được chất tải bằng các quả cân 10 kg và 5 kg

 Lắp đặt thiết bị đo: Các thiết bị đo được bố trí tại mặt cắt giữa dầm

 Thiết bị đo ứng suất: sử dụng thiết bị đo biến dạng TDS 302 với đầu đo điện trở Đatric R = 120 ôm và các Tenzomet cơ học sử dụng đồng hồ Thiên phân kế 0.001 mm với chiều dài chuẩn đo Lo= 200mm Cánh dưới của dầm (đáy dầm)

và cánh trên của dầm (đỉnh dầm) được bố trí 02 điểm đo ứng suất: 1 điểm Tenzomet cơ học và 1 điểm điện từ TDS 302 Tổng số 4 điểm đo ứng suất

 Thiết bị đo độ võng: Sử dụng đầu đo LVDT kết hợp với máy đo biến dạng TDS 302 và các đồng hồ đo võng bằng Bách phân kế 0.0 lmm hành trình 30

mm Tổng số 2 điểm đo độ võng: 1 điểm do điện tử TDS 302 + LVDT và 1 điểm cơ học BPK hành trình 30 mm

3 Các bước tiến hành:

- Lắp đặt các thiết bị thí nghiệm

- Gia tải với cấp tải 0,2P(60Kg), quan sát các thiết bị đo và của toàn bộ mô hình thí

nghiệm Nếu phát hiện sự cố cần điều chỉnh lại Nếu chúng làm việc bình thường thì hạ tải về không Đọc và ghi lại các số liệu ban đầu ( tương ứng với tải trọng P=0) tại các dụng cụ đo vào biểu mẫu ghi số liệu thí nghiệm

- Tiến hành tác dụng tải trọng theo từng cấp Sau khi chất đủ tải, mỗi cấp áp lực

dừng 5 phút để đọc và ghi số liệu vào biểu mẫu ghi số liệu thí nghiệm

- Sau khi đọc số liệu đo ứng với cấp tải trọng cuối cùng thì tiến hành hạ tải về

không

- Quá trình hạ tải phải thực theo từng cấp ngược với quá trình chất tải và cũng ghi

lại các số liệu tương ứng để có nhận xét của sự làm việc thuận nghịch

- Thực hiện quá trình chất tải và hạ tải theo từng cấp lực 3 lần.

4 Xử lý kết quả thí nghiệm:

- Kết quả thí nghiệm:

Biểu ghi kết quả thí nghiệm của nhóm 5 - Cầu Hầm-k52