V. THỬ TẢI ĐỘNG ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH VÀ CÁC HÌNH THỨC THỬ TẢI ĐỘNG
5.2. Đánh giá và phân tích các kết quả thí nghiệm.
Kết quả đo được trong thử tải động là những biểu đồ do các thiết bị, dụng cụ ghi lại, cho nên cần phải có sự nghiên cứu, phân tích và đánh giá các kết quả đó để có thể rút ra những kết luận về tình trạng ký thuật của công trình.
Trên hình 41a là biểu đồ dao động ngang của một cầu, trong đó có 2 đoạn I và II. Đoạn II thể hiện rất rõ dao động riêng của kết cấu. Đoạn I là dao động có sự tham gia của bộ phận tạo xung lực nên dạng sóng không điều hòa. Hình 41b là biểu đồ đo dao động của cùng cầu này nhưng khi xung lực tác dụng thẳng đứng. Ở đây cho thấy là chu kỳ dao động tự do theo hai phương xấp xỉ nhau, vì thế rất lo ngại hiện tượng cộng hưởng thông số đối với cầu.
Trên hình 41c và d là biểu đồ đo võng động của một kết cấu nhịp ghi được khi có một đoàn quân đội qua cầu, tương ứng với các tần số khác nhau của nhịp bước.
Với tần số nhịp bước là 120 trong một phút thì dao động là đơn điệu, khi tần số nhịp bước là 60 trong một phút thì dao động song điện có biên độ nhỏ hơn và chu kỳ lớn hơn.
Biểu đồ độ võng trên hình 41c cho thấy là chu kỳ dao động riêng của kết cấu nhịp (T=0,5sec) trùng với chu kỳ dao động cưỡng bức, do đó biên độ dao động lớn. Còn trên hình 41d thể hiện rõ dao động có chu kỳ 0,5sec lồng vào dao động tần số cơ bản (chu kỳ T=0,97sec). Hình 41e trình bày sự phân tách của dao động I thành 2 dao động II và III.
Hình 41g là biểu đồ độ võng của kết cấu nhịp khi hoạt tải chạy qua một bậc cao 6cm đặt tại giữa nhịp. Hình 41h là biểu đồ dao động ngang ghi đồng thời. Sau khi tải trọng lăn qua bậc kê thì dao động tắt dần rồi tiếp đó lại nổi lên và sau mới tắt đi. Hiện tượng này là do các tần số dao động riêng và dao động cưỡng bức gần xấp xỉ nhau.
Chu kỳ dao động T được xác định bằng cách đo (theo số ghi thời gian) khoảng cách giữa các đỉnh hai sóng kề nhau. Muốn chính xác hơn thì có thể đo khảng cách giữa 5 hoặc 10 đỉnh sóng liên tiếp rồi chia cho tương ứng 5 hoặc 10.
Biên độ và tần số dao động cũng được xác định trên cơ sở nghiên cứu biểu đồ độ võng. Hệ số xung kích có thể tìm bằng cách chia giá trị của độ võng động fd cho độ võng tính ft. Để xác định độ võng động, người ta nối liền điểm đầu và điểm cuối của biểu đồ độ võng bằng một đường thẳng, gọi là đường trục gốc của độ võng. Độ võng động lấy bằng khoảng cách từ đường trục gốc đó đến đỉnh sóng cao nhất của biểu đồ độ võng. Còn độ võng tĩnh là khoảng cách từ đường trục đó đến giữa của sóng. Như vậy có thể viết biểu thức hệ số xung kích là :
1 d d t d f f f f A µ + = = −
A là biên độ dao động của độ võng.
Hình 41: Các biểu đồ đặc trưng ghi được khi thử tải động
Một đặc trưng khá quan trọng của kết cấu trong việc thử tải động là hệ số tắt dần δ, xác định bằng biểu thức:
11 1 n n A l n A δ = Trong đó :
n – là số sóng của biểu đồ dao động tự do
A1, An - là biên độ dao động ứng với sóng thứ nhất và thứ n (hình 41i) Khi nghên cứu các kết quả thử tải động cần lưu ý những điểm sau đây:
Nếu tần số dao động riêng và dao động cưỡng bức trùng nhau, xấp xỉ nhau hoặc gấp nhau một số chẵn lần thì dễ có nguy cơ xẩy ra hiện tượng cộng hưởng.
Đối với cầu treo còn có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng thông số, nghĩa là tần số của dao động đứng và dao động ngang của kết cấu nhịp trùng nhau, xấp xỉ nhau hoặc gấp một số chẵn lần. Đó là hiện tượng chuyển hóa năng lượng của dao động đứng sang dao động ngang và ngược lại. Tai nạn sập cầu Tacom ở Mỹ chính là do nguyên nhân này.