Hình 3.7. Ảnh mẫu và cảm biến đo
Thử nghiệm với các loại cảm biến khác nhau, thay đổi cách tác động lên mẫu, vị trí tác động. So sánh kết quả đo ở vị trí bị khuyết tật và vị trí không bị khuyết tật theo lý thuyết và thực tế đo đạc.
Nguyên tắc: Khi viên bi va chạm 1 xung lực vào bề mặt của tấm bê tông, sóng ứng suất truyền đi trong tấm tới khi gặp phải mặt đáy của tấm. Do từ mặt đáy chuyển sang môi trường có trở kháng âm khác, một phần bị phản xạ lại và di chuyển tới mặt phía trên của tấm bê tông và cảm biến đo dao động sẽ nhận biết được 1 dao động. Khi sóng ứng suất tới mặt phía trên (mặt phía trên của tấm là không khí) sóng ứng suất lại bị phản xạ lại tiếp theo 1 chu kỳ mới. Lặp đi lặp lại như thế tới khi năng lượng bị tổn hao. Chính vì thế chỉ cần 1 va chạm của viên bi tới tấm có thể tạo ra hàng nghìn chu kỳ trong thời gian ngắn. Nhờ có cảm biến đo dao động với độ nhạy rất cao có thể thu nhận được dao động của sóng ứng suất.
Mối quan hệ vật lý:
+ Quãng đường đi của sóng (bằng 2 lần chiều dày tấm) kết thúc 1 chu kỳ sóng. + Tần số dao động là số lần dao động trong 1s
+Vận tốc bằng quãng đường chia cho thời gian.
2.
v h
f
(3.2)
trong đó h: chiều dày tấm v: vận tốc truyền sóng f: tần số dao động chính
Tại một vị trí đã biết được chiều dày (đo bằng thước thép), tần số dao động (thông qua phân tích FFT) sẽ tính được vận tốc truyền sóng.
Với giả thiết bê tông đồng nhất có vận tốc truyền không đổi đo tiếp các vị trí, xử lý kết quả thấy tần số thay đổi khi đó kết hợp với biểu đồ dao động phán đoán các xảy ra các trường hợp sau:
+ Tần số chủ tăng, xuất hiện đi kèm là phổ tần số nhỏ hơn thì gặp phải khuyết tật nhỏ (xem hình mô tả). Một phần sóng ứng suất vẫn truyền xuống được tấm đáy và phản xạ lên tuy nhiên quãng đường đi dài hơn dẫn tới có thêm phổ tần số thấp hơn
(a) (b)
Hình 3.8. Mô phỏng dạng sóng vùng không (a) và vùng có (b) khuyết tật
+ Tần số chủ tăng không kèm theo tần số khác. Khi đó gặp chiều dày đột ngột thay đổi hoặc tấm bị phân tầng với diện tích lỗ rỗng lớn (lớp ngăn cách làm cho sóng đi qua truyền xuống lớp tiếp theo sẽ không có sóng phản xạ hồi về cảm biến).
Phổ tần số chính thu được bằng: 7025 Hz.
Với chiều dày đo được bằng thước thép h=0,305m. Vận tốc truyền sóng nén tính toán được theo công thức ta có v = h x 2f = 4285 m/s.
Hình 3.9. Mô phỏng truyền sóng không có khuyết tật
Hình 3.10. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc vùng không khuyết tật
Đo tại một số điểm khác trên tấm (vùng không có khuyết tật) kết quả lần lượt thu được:
tại M1D2: tần số đo được f=7026 Hz, giả thiết bê tông đồng nhất tính toán được chiều dày h = 0,3049 m
tại điểm M1D3: tần số đo được f= 7026 Hz giả thiết bê tông đồng nhất tính toán được chiều dày h = 0,3049 m
tại điểm M1D4: tần số đo được f= 7035 Hz giả thiết bê tông đồng nhất tính toán được chiều dày h = 0.3045 m.
Kết quả và mô hình đo với khu vực có khuyết tật.
Hình 3.12. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc vùng có khuyết tật
Tại điểm M2D1: tần số thu được có phổ tần f= 12,670 Hz (dạng đồ thị và dạng phổ tần số thu được khác hẳn so với điểm M1D1 không có khuyết tật. Vùng khuyết tật thu được phổ tần số cao hơn vì quãng đường đi của sóng ứng suất ngắn hơn dẫn đến thời gian trong 1 chu kỳ ngắn hơn và dẫn đến tần số cao hơn. Vì tấm bê tông đổ cùng mẻ trộn (tạo ra khuyết tật bằng cách chèn thêm 1 tấm gỗ vào) do đó giả thiết tấm bê tông đồng nhất (có vận tốc sóng nén bằng nhau). Khi đó tính toán khoảng cách h=0,17m. Trong thực tế đo bằng thước thép khoảng cách h=0,19 m
Tại điểm M2D2: f =12,670 Hz tương ứng h =0,17 m.
Tại điểm M2D3: tần số f= 12,700 Hz tương ứng với h = 0,17 m
Hình 3.14. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc trên mẫu M2D3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhận xét: Qua việc thử nghiệm trên mô hình, việc xác định khuyết tật là hoàn toàn thực hiện được.
Ứng dụng xác định khuyết tật là vết nứt thẳng đứng trong tấm
Thí nghiệm gõ viên bi và đầu cảm biến cùng một bên so với vết nứt thẳng đứng. Thu được biểu đồ kết quả:
Hình 3.15. Mô tả đo đạc cùng phía với vết nứt
Hình 3.16. Mô tả đo đạc tác động qua vết nứt
Nhận xét: Khi có vết nứ hết chiều dày tấm không còn thấy tần số f=11,460 Hz xuất hiện.
Ứng dụng xác định vận tốc truyền sóng trong mẫu khoan và tương quan về cường độ
Hình 3.17. Mô tả thí nghiệm xác định tương quan vận tốc truyền và cường độ BTXM
Chiều dày mẫu khoan M6 có h= 22 cm, tần số đo được f =9354 Hz, vận tốc truyền tính toán bằng: 4115 m/s. Cường độ chịu nén của bê tông thông qua thí nghiệm nén mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 3118-93 quy về mẫu chuẩn 15x15x15 cm: 33MPa.
Hình 3.18. Kết quả thí nghiệm trên mẫu khoan M2
truyền tính toán bằng: 4270 m/s. Cường độ chịu nén của bê tông thông qua thí nghiệm nén mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 3118-93 quy về mẫu chuẩn 15x15x15 cm: 35,5 MPa.