1. 6 Điều tra cỏc liờn kết trong kết cấu thộp và bờtụng cốt thộp
1.10. điều tra hậu quả của động đất, chỏy, nổ, lở nỳi
8 9
Hỡnh 2-27a. Sỳng bật nẩy kiểu Schmidt.
1-Bề mặt kết cấu bờtụng; 2-Thanh va đập; 3-Nắp bịt đầu; 4-Lũ so va đập; 5-Cửa sổ nhỡn thang đo vạch; 6-Con chạy chỉ thị; 7-Thanh dẫn hướng; 8-Vũng đệm dẫn hướng;
9-Lũ so nộn; 10-Nắp vỏ thõn sỳng; 11-Nỳm bấm giữ khi sỳng khụng hoạt động; 12-Vỏ thõn sỳng; 13-Quả bỳa; 14-Đỏ mài; 15-Hộp đựng sỳng; 16-Dạng chung của sỳng.
Nguyờn lớ hoạt động của thiết bị này nhƣ sau: Khi dựng sức tay ấn cho thõn sỳng tiến dần đến bề mặt bờ tụng thỡ thanh 2 tụt sõu vào thõn sỳng 11 cho đến lỳc chạm vào quả bỳa13. Do cỳ va đập này quả bỳa 3 chuyển động về phớa sau làm di chuyển con chạy 6 trờn thang đo vạch. Vị trớ con chạy 6 chỉ rừ số bật nẩy khi đo. Căn cứ số bậc này cú thể tra đồ thị hay bảng mà hóng sản xuõt Schmid đó bỏn kốm sỳng để suy ra cƣờng độ bề mặt nhỏ để lấy trị số bật nẩy trung bỡnh. Trong cỏc tài liệu kốm theo sỳng cú cỏc bảng tra cụ thể ứng với cỏc gúc bắn khỏc nhau, vớ dụ: 45, 90, - 45, v.v… Cỏc sỳng do Trung Quốc sản xuất cũn xột đến hiệu chỉnh theo mức độ cỏc bụ nỏt húa bề mặt bờ tụng để giỏn tiếp xột đến tuổi bờ tụng cũ. Cỏc sỳng do hóng Schmid bỏn ở Việt Nam chỉ đo cƣờng độ bờ tụng cú tuổi cao nhất là 56 ngày. Tỏc giả Nga OCU OB khuyờn đối với bờ tụng cũ phải cạo bỏ lớp bề mặt đi sõu 10mm rồi mới dựng sỳng bật nẩy để thử cƣờng độ bờ tụng. Điều này khú đƣợc ỏp dụng ở Việt Nam.
71
Hỡnh 2-27b. Thử cƣờng độ BT đỏy bản dầm liờn hợp cầu Văn-điển bằng sỳng Schmidt
2.6.2.2 - Phƣơng phỏp siờu õm.
Để xỏc định cƣờng độ bờ tụng trong kết cấu cú thể dựng mỏy siờu õm tạo ra súng siờu õm và đo tốc độ truyền súng. Từ tốc độ này suy ra cƣờng độ bờ tụng R. Súng siờu õm đƣợc lan truyền theo hƣớng dọc và theo hƣớng ngang. Tốc độ truyền súng là hàm số phụ thuộc vào độ đàn hồi, mật độ và dạng hỡnh học theo hƣớng dọc và theo hƣớng ngang của kết cấu.
Lỳc thớ nghiệm bờ tụng bằng siờu õm phải xột đƣợc mọi yếu tố ảnh hƣởng đến độ truyền súng và quan hệ giữa nú với cƣờng độ bờ tụng R (đặc tớnh của cốt liệu, hàm lƣợng cốt liệu trong bờ tụng, cụng nghệ chế tạo bờ tụng nhiệt độ, sự bố trớ cốt thộp v.v…). Muốn vậy phải lập ra cỏc đồ thị chuẩn thể hiện quan hệ giữa tốc độ truyền súng siờu õm và cƣờng độ phỏ huỷ nộn mẫu thử bờ tụng trong phũng thớ nghiệm. Sau đú sử dụng đồ thị này để suy diễn cỏc kết quả đo ở ngoài hiện trƣờng. Nhƣ vậy độ chớnh xỏc đo đạc phụ thuộc độ chớnh xỏc của việc lập đồ thị chuẩn, mẫu thử bờ tụng của cầu sẽ tớnh theo cụng thức: 4 cl c cl c v v R R Trong đú: : cl
R - Cƣờng độ bờtụng của mẫu thử nộn vỡ, mẫu này đƣợc lấy ra từ kết cấu thực.
c
v và vcl: -Tốc độ truyền súng siờu õm trong bờtụngcủa kết cấu thực và trong mẫu thử nộn vỡ. Ngƣời ta cũn đƣa ra thờm cỏc hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm để xột đến cỏc ảnh hƣởng khỏc. Núi chung sai số của phƣơng phỏp siờu õm đo cƣờng độ bờtụng vào cỡ 10%.
Cú rất nhiều loại mỏy siờu õm khỏc nhau do cỏc hóng nƣớc ngoài sản xuất đang đƣợc dựng ở Việt Nam. Nguyờn lý chung của chỳng đƣợc vẽ trờn hỡnh 2-28.
Cỏc xung điện đƣợc phỏt ra từ mỏy phỏt cao tần kớch động 1, truyền định kỳ lờn đầu dũ phỏt 10 để truyền vào bề mặt kết cấu bờ tụng hay bờ tụng cốt thộp. Đồng thời một tớn hiệu điện tử đƣợc đƣa vào khối quột chờ 3 rồi gửi đến ống tia điện tử. Khi súng siờu õm từ đầu dũ phỏt 10 đi qua bờ tụng đến đầu dũ thu 9, nú tạo ra tớn hiệu điện biến đổi để gửi đến bộ khuyếch đại 7, sau đú tớn hiệu đi đến ống
72 tia điện tử làm lệch tia điện tử theo hƣớng thẳng đứng. Thời điểm phỏt súng siờu õm ở đầu phỏt 10 và thời điểm nhận đỉnh nhọn trờn đƣờng biểu diễn trờn màn ảnh của ống tia điện tử 5. Khoảng cỏch giữa cỏc đỉnh nhọn theo một tỷ lệ xớch đó quy định sẵn sẽ tƣơng ứng với khoảng thời gian t mà xung đi qua vật thể bờ tụng. Nhờ khối 4 mà trờn màn ảnh cú thấy thang chia khoảng thời gian 6, theo đú ta biết đƣợc thời gian t. Căn cứ trị số t và độ dầy vật thể bờ tụng chỳng ta xỏc định đƣợc tốc độ truyền súng siờu õm v = 1/t. Từ đú suy ra cƣờng độ bờ tụng dựa vào đồ thị chuẩn của mỏy. Núi chung cỏc mỏy siờu õm hiện đại cũn cú nhiều bộ phận khỏc để dễ đo, dễ mang đi cụng trƣờng và tăng độ chớnh xỏc. Cú thể đo cỏc kết cấu dày từ 0.1m đến 12m.
Hỡnh 2-28. Sơ đồ khối của mỏy siờu õm đo cƣờng độ bờ tụng.
1-Bộ phỏt xung tần số cao; 2- Bộ phỏt chớnh; 3- Khối quột chờ; 4- Khối đo thời gian;
5- Bộ hiện súng; 6- Thang chia; 7- Bộ khuyếch đại; 8- Cấu kiện BTCT cần đo
cường độ; 9- Đầu dũ thu; 10- Đầu dũ phỏt 6 5 10 9 l 8 2 3 1 4 7
2.7- PHÁT HIỆN CÁC KHUYẾT TẬT VÀ HƢ HỎNG ẨN GIẤU
Trong kết cấu cũ thƣờng cú những khuyết tật ẩn giấu mà khụng nhận biết đƣợc nhƣ cỏc vết nứt, vết rỗ vết rỗng xốp bờn trong bờ tụng, trong mối hàn. Cỏc loại mỏy dũ khuyết tật ẩn giấu đƣợc phỏt triển ngày càng hiện đại nhƣng đều dựa trờn cỏc nguyờn lý chung của cỏc phƣơng phỏp õm thanh, phƣơng phỏp từ trƣờng, phƣơng phỏp phúng xạ và tia Rơn-ghel.
2.7.1- PHƢƠNG PHÁP ÂM THANH
Phƣơng phỏp này sử dụng súng đàn hồi ở dải tần rộng. Tuỳ theo tần số dao động đàn hồi cú thể phõn loại:
- Súng hạ õm (tần số 20Hz)
- Súng õm thỏnh nghe đƣợc (tần số 20 Hz đến 20 kHz) - Súng siờu õm (tấn số từ 20 kHz trở lờn)
Nhƣng chỉ cú súng õm thanh và siờu õm là dỳng đƣợc trong cụng tỏc chuẩn đoỏn bờn trong. Cỏc súng đàn hồi ở dải tần siờu õm cú thể đƣợc phỏt ra liờn tục hoặc ngắt quảng từng sung. Siờu õm cú thể ỏp dụng cho kiểm tra khụng phỏt huy mẫu đối với cỏc bộ phận kết cấu làm bằng bất cứ loại vật liệu nào. Để phỏt hiện khuyết tật ẩn giấu phải căn cứ vào sự phản xạ và khuyết tỏn của cỏc súng siờu õm khi gặp sự bất thƣờng trờn con đƣờng mà súng đi qua (vớ dụ đú là cỏc lỗ rỗng, cỏc vết nứt ngầm, cỏc chỗ bị phõn lớp v.v...) hoặc khi đi qua mụi trƣờng khụng đồng chất.
73 Tần số siờu õm thụng dụng trong chẩn đoỏn là từ 0,5 đến 255 MHz. Cú thể đo súng xuyờn hoặ súng phản xạ từ bề mặt.
Trờn hỡnh 2-29 giới thiệu sơ đồ khồi của mỏy dũ khuyế tật đơn giản hoạt động theo nguyờn lý tiếng vọng õm. 1 2 3 5 D 6 4 a b 7
Hỡnh 2-29. Sơ đồ khối của mỏy đo khuyết tật
a- Bề mặt truyền súng õm; b- Bề mặt đối diện; D- Khuyết tật;
I- Biểu diễn khuyết tật trờn màn hỡnh; 1- Bộ đồng bọ dao động; 2- Bộ phỏt xung; 3- Bộ phỏt quột; 4- Đầu dũ vừa thu vừa phỏt; 5- Mỏy thu; 6- Bộ chỉ thị màn hỡnh; 7- Kết cấu bờ tụng
Để kớch động những dao động đàn hồi cú thể dựng cỏc bộ cảm biến kiểu ỏp điện hoặc kiểu từ điện. Muốn cho súng siờu õm từ đầu dũ đến bề mặt kết cấu một cỏch thuận lợi cần phải bụi mỡ cụng nghiệp lờn chỗ tiếp xỳc.
Cỏc khuyết tật ẩn giấu bờn trong kết cấu thộp và kết cấu BTCT thƣờng đƣợc phỏt hiện bằng phƣơng phỏp õm vọng hoặc phƣơng phỏp xung. Trờn hỡnh 2-29 giới thiệu sơ đồ của một thiết bị õm vọng đơn giản.
Nếu trờn đƣờng đi qua của tớn hiệu siờu õm gặp một khuyết tật nhƣ lỗ rỗng chẳng hạn thỡ sức cản õm đú sẽ khỏc với sức cản bỡnh thƣờng của vật liệu kết cấu này, gõy ra cỏc đỉnh nhọn trờn màn hỡnh hiện súng. Sau khi đú đƣợc thời gian, tốc độ và hƣớng đi của súng siờu õm chỳng ta cú thể suy đoỏn vị trớ và độ lớn của lỗ rỗng ẩn giấu. Căn cứ vào sự biến đổi đột ngột của tốc độ truyền súng siờu õm trong cỏc phần khỏc nhau của kết cấu chỳng ta cú thể suy đoỏn đƣợc về mặt độ bờ tụng, cỏc vết nứt v.v... Cỏc khuyết tật và hƣ hỏng trong mối hàn cú thể phỏt hiện bằng mỏy siờu õm bằng cỏc đầu dũ hỡnh lăng trụ đặt sao cho phỏt ra cỏc súng nghiờng 30o
- 60o (hỡnh 2-30). Dựng tay đƣa đầu dũ và trờn mối hàn theo một quỹ đạo hiện súng nhƣ hỡnh vẽ thể hiện. Khi đến chỗ cú khuyết tật thỡ trờn màn hỡnh sẽ hiện lờn xung nhụ cao, đồng thời mỏy phỏt ra tớn hiệu ỏnh sỏng và cúi bỏo động. Để xỏc định đƣờng biờn bao quanh khuyết tật phải dựng tay đƣa đầu dũ rà quột theo cỏc hƣớng khỏc nhau từ vị trớ mà tƣơng ứng với đỉnh nhọn trụng thấy trờn màn hỡnh cho đến lỳc nào mà biờn độ A của xung trờn màn hỡnh giảm xuống cũn một nửa so với lỳc đầu. Vị trớ lỳc đú của đầu dũ sẽ tƣơng ứng với một điểm trờn biờn bao quanh khuyết tật.
74 Phƣơng phỏp xung siờu õm cũng cú thể dựng rất tiện lợi để theo dừi lõu dài sự biến động của cấu trỳc và cƣờng độ bờ tụng. 1 2 L TP 3 A /2 A A /2 h 1 h 2 l'1 l1 l'2 l2
Hỡnh 2-30. Sơ đồ xỏc định hƣ hỏng trong mối hàn
1- Đầu dũ; 2- Quỹ đạo rà quột của đầu dũ;
3- Đậc tớnh xung hiện trờn màn hỡnh ứng với cỏc vị trớ đó vẽ của đầu dũ.
Phƣơng phỏp phỏt xạ õm thanh đƣợc dựng để phỏt hiện cỏc khuyết tật và hƣ hỏng ẩn giấu để thu lƣợm thụng tin về cỏc quỏ trỡnh diễn ra bờn trong vật liệu v.v... Phƣơng phỏp này dựa trờn sự ghi nhận cỏc súng õm thanh xuất hiện trong vật thể cứng khi biến dạng dẻo và cú cỏc nứt. Thực chất của phƣơng phỏp nhƣ sau. Trờn bề mặt kết cấu đặt một vài đầu dũ cú khả năng nhạy cảm đối với cỏc biến dạng trƣợt hoặc cỏc súng bề mặt, hoạt động ở tần số 1 - 3 MHz. Trong quỏ trỡnh chịu lực sẽ xuất hiện cỏc biến dạng lớn trong kết cấu và vết nứt. Điều này thể hiện qua sự phản xạ của súng ứng suất cú đặc tớnh xung. Súng này đƣợc đi, đầu dũ thu nhận và từ đú ta cú thể đoỏn ra đƣợc khuyết tật hay hƣ hỏng.
Trờn hỡnh 2-31 nờu sơ đồ nguyờn lý của mỏy phản xạ õm thanh. Đầu dũ 1 thu súng phản xạ,, truyền qua bộ khuyếch đại 2 rồi đi vào bộ loạc điện tử 3 để tỏch tớn tần số thấp, sau đú đi đến bộ khuyếch đại 4 rồi rẽ 2 nhỏnh, một nhỏnh vào khối điều chỉnh 5, một nhỏnh vào bộ tỏch súng 8. Từ bộ tỏch súng 8 tớn hiệu đi vào bộ ghi lờn băng từ 7. Nguồn cung cấp điện là 6.
Hỡnh 2-31. Sơ đồ khối của thiết bị phản xạ õm thanh
1- Đầu dũ; 2- Bộ tiền khuyếch đại; 3- Bộ lọc điện tử; 4- Bộ khuyếch đại;
5- Khối điều chỉnh; 6- Nguồn điện; 7- Thiết bị ghi băng từ; 8- Bộ tỏch súng
1 6 5 7 2 3 8 4
75
2.7.2. PHƢƠNG PHÁP TỪ TRƢỜNG
Phƣơng phỏp này dựng để phỏt hiện khuyết tật và hƣ hỏng ẩn giấu trong cỏc vật liệu cú thể nhiễm từ, xỏc định độ dày lớp bờ tụng bảo hộ cho cốt thộp, đo độ đầy lớp sơn phủ kết cấu thộp v.v... Nguyờn lý của phƣơng phỏp này dựa vào sự phỏt triển mức độ biến đổi của dũng từ đị qua vật thể. Cỏc bột sắt hoặc dung dịch bột sắt trộn dung mụi (vớ dụ dầu hoả) đƣợc bụi lờn bề mặt kết cấu. Dƣới tỏc động của từ trƣờng ở nơi cú sắt sẽ phõn bố theụ một dạng khỏc thƣờng ở nơi cú khuyết tật hay hƣ hỏng ẩn giấu bờn dƣới.
Một phƣơng phỏp khỏc cú hiệu quả hơn là dựng cỏc đầu dũ kiểu từ điện cú lụi phe rớt và dõy đồng và dõy đồng cuốn quanh. Từ trƣờng đƣợc tạo ra sẽ cú dạng chữ U nhƣ hỡnh vẽ 2-32. Khi dựng tay và quột đầu dũ trờn bề mặt kết cấu, bằng cỏch đú sức điện động cú thể suy đoỏn và khuyết tật trong kết cõu.
Sơ đồ thiết bị vẽ trờn hỡnh 2-32 để xỏc định vị trớ cốt thộp nằm trong bờ tụng, đo chiều dầy lớp bờ tụng bảo hộ và đo đƣờng kớnh cốt thộp đú. Bộ cảm biến từ điện 1 đƣợc đƣa rà quột trờn bề mặt kết cấu bờ tụng cốt thộp. Trong hộp mỏy của thiết bị cũn cú một bộ cảm biến 2 tƣơng tự nhƣng thờm tấm rung nhiễm từ 3, cú tỏc dụng thay đổi độ cản khỏng khi ta điều chỉnh cõn bằng sơ đồ. Tuỳ theo mức độ xa gần từ bộ cảm biến 1 đến thanh cốt thộp năm f sõu trong bờ tụng mà mức độ dầy lớp bờ tụng bảo hộ và đƣờng kớnh cốt thộp. Dựng tay đƣa đầu dọc theo cốt thộp đến chỗ phỏt hiện thấy vị trớ số đụ nhỏ nhất thỡ đú là điểm giao nhau của hai thanh cốt thộp.
Hỡnh 2-32. Thiết bị kiểu điện cảm để dũ cốt thộp và đo chiều dày bờ tụng bảo hộ
1-Bộ cảm biến ngoài (đầu dũ); 2- Bộ cảm biến trong hộp mỏy; 3- Bản để điều chỉnh cảm khỏng; 4- Đồng hồ đo sức điện động; 5- Thanh cốt thộp; 6- Cấu kiện BTCT 1 2 5 6 3 4
2.7.3- PHƢƠNG PHÁP TIA RƠN GHEN VÀ PHƢƠNG PHÁP TIA GAMA
Hai phƣơng phỏp này cú thể dựng dũ khuyết tật cho bất cứ loại vật liệu nào: gỗ, thộp, BTCT, polyme v.v... Cú thể dựng chỳng dũ vị trớ cốt thộp và đƣờng kớnh của nú trong bờ tụng. Cỏc tia phúng xạ này đi qua vật và đƣợc chụp bằng phim ảnh. Khả năng xuyờn của tia và tia Rơn ghen tuỳ thuộc mật độ của vật liệu, chiều dày kết cấu v.v... Nếu gặp khuyết tật hƣ hỏng nhƣ lỗ rỗng, vết nứt thỡ khả năng xuyờn qua của tia sẽ mạnh hơn, trờn phim ảnh sẽ cú cỏc vựng tối đậm khỏc nhau. Phõn tớch ảnh chụp sẽ cho ta suy đoỏn về khuyết tật nhƣ bỏc sỹ xem phim chụp X quang.
Núi chung việc sử dụng cỏc phƣơng phỏp này cũn hạn chế ở Việt Nam và cần đặc biệt chỳ ý đảm bảo an toàn phúng xạ.
76
2.8. XỬ Lí KẾT QUẢ ĐO VÀ PHÂN TÍCH KẾT LUẬN
Cụng việc này đũi hỏi trỡnh độ kiến thức và kinh nghiệm nhiều năm của kỹ sƣ thanhh tra. Thƣờng ỏp dụng cỏc phƣơng phỏp xử lý thống kờ số liệu đo đạc. nhƣ đó đƣợc học ở mụn học toỏn thống kờ xỏc suất. Tuy nhiờn nếu cú ớt số liệu thỡ phƣơng phỏp này khụng ỏp dụng đƣợc.
Núi chung thƣờng cần phõn tớch cỏc số liệu đo sau:
- Số liệu thử cƣờng độ bờ tụng (bằng cỏc phƣơng phỏp khỏc nhau)
- Số liệu đo độ vừng cỏc dầm chủ dƣới tỏc dụng của hoạt tải xếp lệch để suy ra hệ số phõn bố ngang hoạt tải.
- Số liệu điều tra và đo độ rộng, độ dài cỏc vết nứt bờ tụng cỏc vết nứt trờn kết cấu thộp. - Số liệu đo gúc xoay ở cỏc mối dầm thộp.
- Số liệu đo biến dạng và ứng suất.
- Số liệu đo dao động để suy ra trị số của hệ số xung kớch (1+) và chu kỳ dao động riờng T của kết cấu nhịp.
- Số liệu thớ nghiệm vật liệu thộp và cốt thộp (nếu cú)
Trong phạm vi tài liệu này chỉ giới thiệu một số vấn đề xử lý kết quả chủ yếu.
2.8.1. HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG HOẠT TẢI
Căn cứ vào kết quả đo đọ vừng giữa nhịp cầu của cỏc dầm chủ (dàn chủ) dƣới tỏc dụng hoạt tải xếp