Thí nghiệm và kiểm định công trình Part 3

CHƯƠNG : THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH 3.1 Nhiệm vụ thí nghiệm công trình chịu tải trọng tĩnh - Khảo sát, so sánh làm việc thực tế kết cấu công trình so với giả thiết tính toán - Tiến hành nghiên cứu khoa học thử nghiệm lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng - Tham gia nội dung việc xây dựng tiêu chuẩn, quy phạm, xác định hệ số thực nghiệm toán thiết kế - Thí nghiệm thử tải nghiệm thu công trình - Thí nghiệm thử tải với công trình khai thác sử dụng có thay đổi đáng kể 3.2 Đối tượng thí nghiệm 3.2.1 Với cấu kiện chế tạo hàng loạt Mục đích: Kiểm tra chất lượng sản phẩm xuất xưởng: cấu kiện có chất lượng tốt xấu nhóm sản phẩm (khảo sát trạng phương pháp không phá hoại vật liệu) Số lượng đối tượng thí nghiệm chủng loại kết cấu quy định tiêu chuẩn kiểm định quốc gia Kiểm tra định kỳ: loạt sản phẩm chế tạo có 250 cấu kiện, số cấu kiện cần thí nghiệm≥2; từ 251 đến 1000, chọn ≥3 cấu kiện để thử tải; từ 1001-3000, chọn ≥4 cấu kiện, 3001, số cấu kiện ≥5 Phương pháp thử tải loại cấu kiện thường tiến hành theo dẫn quy định kỹ thuật thiết kế Tiêu chuẩn Nhà nước nhằm mục đích kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm chế tạo hàng loạt 3.2.2 Những kết cấu cần tiến hành thí nghiệm công tác kiểm định Những loại công trình này, trước tiến hành thử nghiệm cần phải tiến hành khảo sát trạng tổng thể Nếu không thấy có nghi ngờ khả chịu lực, độ cứng độ ổn định chi tiết cấu tạo, kết cấu hay toàn công trình, việc tiến hành thử tải không thiết phải có Ngược lại, trình khảo sát trạng có phát khuyết tật sai sót, đòi hỏi phải tiến hành thử tải trọng 3.3 Tải trọng thí nghiệm 3.3.1 Yêu cầu chung Tải trọng thí nghiệm: Trọng lượng vật nặng, áp lực chất lỏng, sức căng lò xo sức kéo động cơ… Tải trọng tĩnh với yêu cầu sau: - Có thể cân, kết cấu tđong, đo, đếm đảm bảo độ xác cần thiết; - Có khả đáp ứng xác định xác giá trị lực theo yêu cầu; - Đảm bảo truyền trực tiếp đầy đủ giá trị tải trọng lên kết cấu thí nghiệm; - Trị số tải trọng phải ổn định tác dụng lâu dài không chịu ảnh hưởng môi trường thí nghiệm Với kết cấu công trình có kích thước lớn dùng sức nặng loại vật liệu xây dựng, với hực trường: sử dụng thiết bị học để tạo lực tác dụng kích thủy lực, tời kéo, tăng đơ… Khi dùng vật liệu xây dựng để làm tải trọng thí nghiệm cần ý: - Nếu vật liệu rời: cần chia thành đơn vị nhỏ, có trọng lượng vừa phải; xếp đơn vị thành cột riêng lẻ - Với vật liệu dễ hút nước, dễ bốc phải có biện pháp che chắn 3.3.2 Các hình thức tải trọng thí nghiệm * Hình thức phân bố: Với hình thức này, tải trọng thí nghiệm thường có cường độ không lớn, rải vùng rộng hay toàn bề mặt chịu lực đối tượng Loại tải trọng phân bố thường dùng để tác dụng lên kết cấu có mặt chịu tải lớn kết cấu chịu uốn, vỏ mỏng, thành bể chứa, tường chắn… * Hình thức tập trung: Loại tải trọng có cường độ lớn, tác dụng riêng lẻ lên vị trí chật hẹp điểm xác định đối tượng nghiên cứu Hình thức tải trọng thường dùng để thí nghiệm kết cấu hệ thanh, dàn kèo… 3.3.3 Các biện pháp tạo tải trọng thí nghiệm Tạo tải trọng phân bố: Có hình thức: Vật liệu rời đóng bao (a), vật liệu viên khối (b) (gạch, nặng), nước bình chứa (c) theo hình ảnh minh họa Ưu điểm: Dễ thực Nhược điểm: Không quan sát bề mặt kết cấu; bề mặt kết cấu bị cản trở ma sát mặt Van gia t¶i Th íc ®o cét n íc TÊm c¸ch n íc Van x¶ cÊu kiÖn thÝ nghiÖm Gia tải qua hệ dầm truyền tĩnh định Ưu điểm: Quan sát bề mặt kết cấu chịu tác dụng trực tiếp tải trọng; Không có tượng ngăn cản biến dạng lớp vật liệu kết cấu Tăng, dỡ tải trọng nhanh chóng đồng toàn điểm tải Nhược điểm: Tốn vật liệu công sức tạo hệ gia tải Tạo tải trọng tập trung • Tải trọng thí nghiệm tác dụng theo hình thức tập trung thường đặt vào mắt, nút liên kết vào phần tử kết cấu Loại tải trọng dùng nhiều nghiên cứu kết cấu dầm, cột, sàn kèo… • Để tạo tải trọng tập trung lên kết cấu thí nghiệm dùng biện pháp: treo vật nặng; thiết bị căng kéo; kích thủy lực 3.3.4 Giá trị tải trọng Trước thí nghiệm cần tính toán giá trị tải trọng cực đại để chuẩn bị trước đầy đủ số tải trọng cần thiết Khi tiến hành kiểm tra cường độ, tải trọng kiểm tra thường dùng tải trọng tính toán nhân với hệ số từ 1,4 đến 2,0 tùy thuộc chủng loại kết cấu, vật liệu sử dụng tính chất phá hoại mong muốn; Khi tiến hành kiểm tra độ cứng, tải trọng kiểm tra dùng 1,0 giá trị tải trọng tiêu chuẩn đặt vị trí bất lợi cấu kiện; Khi cần kiểm tra khả chống nứt cấu kiện bê tông cốt thép, trị số tải trọng kiểm tra hình thành vết nứt lấy 1,3 giá trị tải trọng tiêu chuẩn cấu kiện có yêu cầu chống nứt cấp I Khi kiểm tra bề rộng vết nứt, lấy 1,05 giá trị tải trọng tiêu chuẩn vị trí bất lợi kết cấu 3.3.5 Trình tự gia tải, giữ tải dỡ tải trọng thí nghiệm Phân cấp tải trọng thí nghiệm • Tải trọng chất lên đối tượng thí nghiệm cần phân chia thành cấp Số lượng cấp tải giá trị cấp thường xác định để xây dựng xác đồ thị biểu diễn quan hệ tải trọng tác dụng tham số khảo sát đối tượng nghiên cứu, đặc biệt tồn đối tượng yếu tố phi tuyến; Nếu số lượng cấp tải nhiều trình thí nghiệm bị kéo dài gặp nhiều khó khăn Thực tế thí nghiệm giá trị cấp tải thường khoảng 10% đến 20% trị số tải trọng thí nghiệm tính toán • Việc phân cấp tải trọng đảm bảo an toàn cho trình thí nghiệm tăng theo cấp phát nguy an toàn kết cấu thí nghiệm Giá trị tải trọng thử • Giá trị cấp tải trọng thử lấy ÷ 10% giá trị tải trọng cực đại Cấp tải cần chất dỡ tải vài lần nhằm để loại trừ biến dạng không đàn hồi kiểm tra làm việc thiết bị đo lắp đặt kết cấu thí nghiệm • Các ứng dụng để đo biến dạng tương đối vật liệu Đo biến dạng tương đối kết cấu có kích thước lớn Đo biến dạng mỏng, thép hình, thép có đường kính nhỏ, loại dây kim loại, dây cáp dùng thiết bị đo biến dạng cách ghép cặp đồng hồ chuyển vị giá kéo dài chuẩn đo (Extenzomet) Đo biến dạng đối tượng chịu nhiệt độ biến dạng thay đổi chậm rải theo thời gian, biến dạng từ biến thường dùng loại thiết bị không lặp cố định chỗ đo gọi comparator Thiết bị lắp vào lúc cần lấy số liệu đo, sau giải phóng để thiết bị không bị ảnh hưởng nhiệt độ môi trường không khai thác thiết bị thời gian dài 3.4.3 Thiết bị đo biến dạng: Tenzomet học Là loại dụng cụ đo biến dạng điểm rời rạc dùng phổ biến khảo sát trạng thái biến dạng tĩnh kết cấu công trình; chúng có cấu tạo đơn giản, độ xác cao ổn định trình đo • - Các đặc trưng ưu nhược điểm Sai số số đọc lớn nhất:± 2,5.10-6; - Hệ số khuếch đại:K = 1000; Giá trị vạch đo dụng cụ: 1.10 -3 Tenzomet đòn bẩy có cấu tạo đơn giản, trọng lượng không lớn, độ xác cao Vật liệu dòn, chi tiết dễ hỏng; - Liên kết phận chuyển động liên kết lề không hoàn toàn, dễ bị xộc xệch tháo lắp; - Không đo biến dạng động; - Không sử dụng trời mưa nắng Tenzomet cảm biến điện trở 3.1 Khái niệm chung • Tenzomet cảm biến điện trở công cụ đo sử dụng rộng rãi, có hiệu quả, cho độ xác cao tiến hành khảo sát tham số biến dạng dài tương đối nhiều loại vật liệu khác thuộc nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học kỹ thuật Các đặc trưng bản: Đo biến dạng nhỏ 10-5 - 10-6 đến biến dạng lớn vật liệu làm việc trạng thái đàn hồi Đo biến dạng tĩnh, động, xung kích, biến dạng vùng có tập trung ứng suất cao Đo biến dạng môi trường chế độ khắc nghiệt: Nhiệt độ cao 75 - 1075 0K; áp lực cao 80 - 1000 MPa; môi trường xâm thực, phóng xạ, nổ Có kích thước hình dạng đáp ứng trạng thái làm việc đối tượng Đo biến dạng phân tán theo nhiều phương Có nhiều loại kích thước chuẩn đo thích hợp, từ nhò 0,25m đến lớn 1000 - 1200 mm Có độ cứng riêng trọng lượng thân bé Có thể tiến hành với số lượng lớn điểm đo lớn kết cấu khoảng thời gian ngắn Đảm bảo độ xác cao cho kết đo Ứng dụng để đo nhiều tham số học khác trọng lực, chuyển vị 3.5 Các bước thực thí nghiệm tĩnh 3.5.1 Lắp dựng kết cấu thí nghiệm dụng cụ đo • Kết cấu thí nghiệm cần lắp đặt làm việc nó: phương, chiều, liên kết biên • Các dụng cụ, thiết bị đo cần lựa chọn lắp đặt phù hợp với mục đích nghiên cứu Thông thường gồm hai nhóm dụng cụ đo: Đo chuyển vị, đo biến dạng • • • • • • • * Các dụng cụ đo phải lắp đúng, ổn định, chắn làm việc bình thường điểm đo; phép đo cần tạo điểm cố định kết cấu để làm điểm tựa đồng hồ đo điểm tựa phải đảm bảo tách biệt với kết cấu cố định suốt trình chất tải; * Các thiết bị đo phải bảo vệ, che chắn để không bị ảnh hưởng môi trường xung quanh tác động ngẫu nhiên * Sự ảnh hưởng dao động nhiệt môi trường qua thời gian đến số đo dụng cụ đo cách khảo sát số đo giữ dụng cụ đo qua ngày đêm kết cấu chưa chịu tải; * Khả dễ dàng đọc số đo tất dụng cụ đo thuận tiện để khảo sát phần tử đối tượng thí nghiệm; * Ghi ký hiệu số thứ tự dụng cụ đo theo chủng loại; * Bề mặt đối tượng vùng dễ xuất vết nứt cần phải làm trắng (sơn, vôi); * Các biện pháp an toàn toàn hệ thống thí nghiệm người thực 3.5.2 Gia tải trọng kiểm tra ban đầu • Quá trình thí nghiệm bắt đầu việc chất dỡ tải trọng thử nhằm mục đích kiểm tra hoạt động thiết bị làm việc KC thí nghiệm Giá trị tải trọng chất thử ban đầu thường giá trị cấp tải trọng thứ chương trình chất tải thí nghiệm • Trong thời gian chất tải dỡ tải cấp tải trọng thử ban đầu vài lần, cần phải phát sửa đổi dụng cụ đo không làm việc hay không đáp ứng yêu cầu phép đo Có hai trường hợp xảy • - Trường hợp Sau chịu tác dụng lần chất dỡ tải ban đầu, trạng thái kết cấu thay đổi đáng kể qua biểu thị dụng cụ đo do: độ nhạy ban đầu dụng cụ đo không đủ để thị, hư hỏng thân dụng cụ đo, lắp đặt thiết bị kết cấu không • - Trường hợp Sau chịu tác dụng vòng chất tải đầu tiên, thân đối tượng hay phần tử kết cấu xuất biến dạng chuyển vị dư do: cấu tạo liên kết không chặt chẽ, làm việc cục bộ, lún gối tựa… dẫn đến việc không phục hồi số đọc ban đầu dụng cụ đo dỡ cấp tải trọng thử • • • • 3.5.3 Ghi chép số đọc thiết bị đo Sau hoàn thành bước chất dỡ cấp tải trọng thử, công việc thí nghiệm thức bắt đầu việc tiến hành đọc ghi số liệu tất thiết bị đo sử dụng Các số đọc tất thiết bị đo sử dụng đối tượng phải ghi lại thời điểm Trong trường hợp bình thường, việc ghi chép số đo dụng cụ đo cần phải thực thời gian ngắn Nếu khoảng thời gian dài, số đo xác trạng thái làm việc kết cấu thời điểm khảo sát; đặc biệt trường hợp nghiên cứu vật liệu đàn - dẻo đối tượng làm việc giới hạn đàn hồi tải trọng tác dụng có giá trị lớn Trong hoàn cảnh điều kiện đó, với cấp tải trọng tác dụng, sau đọc xong số đo vòng thứ tất dụng cụ đo, cần tiến hành lấythêm số đo vòng thứ hai Sự chênh số liệu dụng cụ đo hai vòng đọc cho kết đánh giá quan trọng đặc trưng phát triển biến dạng dẻo kết cấu thí nghiệm sau cấp tải trọng tác dụng Ngoài việc đọc số liệu thiết bị đo, tiến hành thí nghiệm cần phải ý lấy số liệu thời gian điều kiện tiến hành thí nghiệm như: số liệu biến thiên nhiệt độ yếu tố khác môi trường, tượng xô đẩy va chạm ngẫu nhiên đến kết cấu khảo sát Tất số liệu cần dùng cho công việc xử lý đánh giá kết thí nghiệm 3.5.4 Quan sát trạng thái đối tượng chịu tải • Trước bắt đầu thí nghiệm: đánh dấu tất khuyết tật, nứt nẻ, hư hỏng mặt kết cấu Sau cấp tải trọng tác dụng, cần khảo sát lại tất khuyết tật đánh dấu để có nhận xét khả phát triển chúng phát thêm hư hỏng công trình • Để đánh dấu khuyết tật bề mặt kết cấu sau: • - Đối với vết nứt, vẽ đường mảnh bút chì chạy dọc bên cạnh vết nứt; trước đỉnh vết nứt có vạch chắn ngang ghi bên cạnh giá trị cấp tải trọng tương ứng, để phát đầy đủ chiều dài vết nứt • - Đối với hư hỏng khác, đánh dấu cách dùng bút chì khoanh vòng theo chu vi vết hỏng Với biện pháp đánh dấu cho phép nhận thấy hình ảnh trình hư hỏng xuất mặt kết cấu phát tải trọng • Trong trình chất tải trọng kết thúc thí nghiệm cần phải ghi lại hình ảnh (chụp ảnh quay video), đặc biệt vịt trí kết cấu bị hư hỏng phá hoại 3.5.5 Tính toán, xử lý đánh giá kết thí nghiệm • Kết thí nghiệm tập hợp số liệu thu từ dụng cụ thiết bị đo, hình ảnh thí nghiệm, ghi chép mô tả Các số liệu thí nghiệm cần xử lý để loại bỏ số liệu dị thường, sau tập hợp lại dạng bảng biểu đồ thị quan hệ • Các đồ thị quan hệ tùy theo mục đích nghiên cứu, thông thường gồm dạng sau: • Quan hệ tải trọng – chuyển vị • Quan hệ chuyển vị thời gian • Quan hệ tải trọng thời gian • Quan hệ tải trọng- chuyển vị thời gian Đánh giá kết thí nghiệm • Đánh giá kết thí nghiệm tĩnh tiến hành sở phân tích toàn diện so sánh với kết tính toán lý thuyết theo tham số khảo sát, đo đạc thực tế đặc trưng hình học, vật liệu trạng thái đối tượng kiểm tra • - Nguyên nhân làm khả chịu lực kết cấu (hoặc phá hoại vật liệu số phần tử kết cấu chịu lực bản; ổn định cục hay tổng thể công trình; liên kết mối nối bị phá hoại…) • - Độ sai lệch tải trọng tính toán tải trọng phá hoại thực tế; • - Sự tương ứng tham số chuyển vị biến dạng đo thí nghiệm với kết tính toán lý thuyết • Trên sở phân tích đặc trưng trạng thái khả chịu lực đề xuất biện pháp gia cường, sửa chữa phần tử kết cấu hay liên kết, mối nối công trình tương tự ... tượng thí nghiệm chủng loại kết cấu quy định tiêu chuẩn kiểm định quốc gia Kiểm tra định kỳ: loạt sản phẩm chế tạo có 250 cấu kiện, số cấu kiện cần thí nghiệm 2; từ 251 đến 1000, chọn 3 cấu... giá chất lượng sản phẩm chế tạo hàng loạt 3. 2.2 Những kết cấu cần tiến hành thí nghiệm công tác kiểm định Những loại công trình này, trước tiến hành thử nghiệm cần phải tiến hành khảo sát trạng... trạng có phát khuyết tật sai sót, đòi hỏi phải tiến hành thử tải trọng 3. 3 Tải trọng thí nghiệm 3. 3.1 Yêu cầu chung Tải trọng thí nghiệm: Trọng lượng vật nặng, áp lực chất lỏng, sức căng lò xo sức