3.2.3. Bố trớ thớ nghiệm
Thớ nghiệm mụ phỏng kết cấu bản BTCT chịu tỏc dụng của tải trọng bỏnh xe. Diện tớch vệt bỏnh xe 250mm (phương dọc cầu) * 510mm (phương ngang cầu) theo Tiờu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823:2017.
Hệ gia tải và thiết bị thớ nghiệm bao gồm:
− Khung kết cấu gia tải bằng thộp gồm 2 cột thộp chữ H, dầm ngang thộp I cú bố trớ sườn tăng cường. Giữa dầm ngang và cỏc cột được liờn kết bằng bu lụng, chõn cột được liờn kết với sàn BTCT cứng bằng cỏc bu lụng neo. Khung thộp tạo điểm tựa cho kớch và giữ ổn định trong quỏ trỡnh gia tải. − Kớch thủy lực gia tải được đặt đỳng tõm trờn cảm biến đo lực (load cell) 100
Tấn. Đầu trờn của kớch tỳ vào dầm ngang của khung kết cấu.
− Cảm biến đo lực (load cell) được đặt đỳng tõm trờn chõn đế thộp dày 70mm. Chõn đế thộp tiếp nhận tải trọng từ kớch thủy lực và truyền tải xuống BMC qua vựng tiếp xỳc 510mm (phương ngang) x 250mm (phương dọc) tạo hiệu ứng tương tự như bỏnh xe tải tỏc dụng lờn mặt cầu.
− Độ vừng được đo bằng thiết bị LVDT cú độ chớnh xỏc 0,001mm được bố trớ theo sơ đồ đo.
− Độ mở rộng vết nứt được đo bằng thước chuyờn dụng cú khắc cỏc vạch trờn thước cú thể đo vết nứt cú bề rộng từ 0,03mm. Sử dụng thước kết hợp với kớnh lỳp khi đo cỏc vết nứt nhỏ.
Quỏ trỡnh thớ nghiệm đối với kết cấu dầm T: Gia tải từ 0 theo từng cấp tải 5 Tấn cho đến khi mẫu bị phỏ hoại. Mỗi cấp tải được giữ ổn định trong 10 phỳt trước khi nõng tải. Cỏc đầu đo LVDT và cảm biến đo lực được kết nối với mỏy đo chuyờn dụng đa điểm DRA-30A (hoặc tương đương), mỏy đo kết nối với mỏy tớnh để tự động ghi lại theo từng khoảng thời gian. Từ đú, thiết lập được quan hệ giữa tải trọng với cỏc đại lượng đo. Thớ nghiệm dừng lại cho tới khi mẫu bị phỏ hoại.
Sơ đồ bố trớ thớ nghiệm cho kết cấu dầm T như Hỡnh 3. 12:
Sễ ẹỒ BỐ TRÍ GỐI VÚT NÁCH 50x50mm
Về TRÍ ẹAậT TẢI
Hỡnh 3. 12: Sơ đồ bố trớ thớ nghiệm cho kết cấu dầm T - Thớ nghiệm 1.
3.2.4. Kết quả thớ nghiệm
3.2.4.1. Kết quả đo độ mở rộng vết nứt và phõn bố nứt
Độ mở rộng vết nứt theo cỏc cấp tải trọng như Hỡnh 3. 13; phõn bố cỏc vết nứt ở đỏy bản như trong Hỡnh 3. 14.
Hỡnh 3. 14: Phõn bố nứt tại đỏy bản - Thớ nghiệm 1.
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 1
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 3
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 4
Hỡnh 3. 15: Phõn bố nứt và độ rộng vết nứt ở cỏc mặt bờn.
3.2.4.2. Kết quả đo vừng
Sơ đồ bố trớ cỏc điểm đo vừng như trong Hỡnh 3. 16:
Về TRÍ ẹAậT TẢI 12 50 12 50 325 575 V3 V4 V6 V7 V5 575 V2 V1 575 575
Hỡnh 3. 16: Sơ đồ bố trớ điểm đo vừng - Thớ nghiệm 1. Kết quả cỏc điểm đo vừng như trong Hỡnh 3. 17: Kết quả cỏc điểm đo vừng như trong Hỡnh 3. 17:
1-Biểu đồ độ vừng tại tất cả cỏc điểm đo
2-Biểu đồ độ vừng tại giữa bản ở dưới vị trớ đặt tải Hỡnh 3. 17: Kết quả đo vừng - Thớ nghiệm 1.
Nhận xột: Độ vừng V3 của điểm nằm chớnh giữa BMC và dưới vựng đặt tải cú điểm uốn ứng với tải trọng khoảng 25 tấn. Điều này là do BMC lỳc này bị nứt làm độ cứng mặt cầu giảm đột ngột. Độ vừng tại đỏy bản trờn đường tim dọc đi qua cỏc điểm đo V1, V2, V3, V4, V5 với cỏc cấp tải trọng như Hỡnh 3. 18:
Nhận xột:
− Ứng với tải trọng từ 0 đến 34,65 tấn: Tốc độ gia tăng độ vừng nhỏ mặc dự bản mặt cầu đĩ cú vết nứt rộng 0,03mm ở cấp tải 25 tấn. Khi kết cấu xuất hiện cỏc vết nứt nhỏ độ cứng của kết cấu suy giảm nhưng khụng ảnh hưởng nhiều tới sự gia tăng độ vừng.
− Ứng với tải trọng từ 34,65 tấn đến 44,73 tấn: Độ vừng gia tăng nhanh tại tất cả cỏc điểm đo V1 đến V5 do cỏc vết nứt lớn hơn làm độ cứng của kết cấu suy giảm đỏng kể so với cỏc cấp tải trước. Độ vừng tăng nhanh nhất tại điểm V3 ở chớnh giữa ngay dưới vựng đặt tải. Nối giỏ trớ cỏc điểm đo vừng từ V1 đến V5 ta được đường biờn dạng trờn đường tim dọc ở đỏy dầm. Đường biờn dạng thoải cho thấy theo phương dọc lực phõn bố tương đối đồng đều.
− Ứng với tải trọng từ 44,73 tấn đến 83,35 tấn: Khi tải trọng tăng lờn, đường biờn dạng tăng dần độ dốc. Độ vừng tăng nhanh nhất tại điểm đo V3 do vựng đặt tải cú cỏc vết nứt lớn và giảm dần theo phương dọc. Với cỏc cấp tải càng lớn thỡ ảnh hưởng của cỏc vết nứt đến sự suy giảm độ cứng dẫn đến gia tăng độ vừng càng rừ ràng.
3.3. Thớ nghiệm kết cấu dầm T bị hư hỏng nặng được sửa chữa bằng dỏn vải sợi FRP dưới tỏc dụng của tải trọng tĩnh - Thớ nghiệm 2 sợi FRP dưới tỏc dụng của tải trọng tĩnh - Thớ nghiệm 2
Mục đớch thớ nghiệm:
Thớ nghiệm mụ hỡnh bản mặt cầu BTCT với kớch thước lớn tương tự với thực tế để xỏc định cỏc ứng xử cơ học của bản mặt cầu BTCT dạng bản liờn hợp với dầm đĩ được gia cố sau khi đĩ hư hỏng nặng dưới tỏc dụng của tải trọng tập trung mụ phỏng theo tải trọng bỏnh xe.
Thụng qua thớ nghiệm để cú số liệu so sỏnh cỏc ứng xử cơ học giữa BMC mới và bản mặt cầu đĩ hư hỏng nặng được gia cố. Từ đú, tỏc giả phõn tớch và đỏnh giỏ được hiệu quả của giải phỏp gia cường đối với BMC bằng dỏn vaỉ sợi FRP.
3.3.1. Dỏn vải sợi FRP tăng cường
Kết cấu dầm T ở Mục 3.2 sau khi bị nứt, vỡ trong thớ nghiệm trước đú được tiến hành sửa chữa như sau: Đục bỏ phần bờ tụng bị bong vỡ và trỏm vỏ lại bằng vữa khụng co ngút; Bơm keo hàn cỏc vết nứt; Dỏn vải sợi GFRP tăng cường đỏy bản theo ụ bàn cờ cỏch khoảng 0,2m theo cả phương ngang và phương dọc, mỗi phương dỏn 01 lớp dày 1mm, rộng 0,2m; Dỏn vải sợi CFRP tăng cường dầm, dỏn 2 lớp, mỗi lớp rộng 0,2m, dày 1mm, dỏn ở đỏy dầm trờn tồn bộ chiều dài theo phương dọc cầu.
Hỡnh 3. 19: Quỏ trỡnh sửa chữa kết cấu dầm T đĩ bị hư hỏng.
3.3.2. Bố trớ thớ nghiệm
Sơ đồ bố trớ thớ nghiệm cho bản đĩ được sửa chữa và bố trớ thớ nghiệm tương tự như thớ nghiệm kết cấu dầm T đĩ thực hiện ở thớ nghiệm 1 như trong Mục 3.2.
Hỡnh 3. 21: Bố trớ thớ nghiệm kết cấu dầm T sau sửa chữa.
3.3.3. Kết quả thớ nghiệm
3.3.3.1. Kết quả đo độ mở rộng vết nứt và phõn bố nứt
Trong quỏ trỡnh gia tải, cỏc vết nứt được bơm keo trước đú mở rộng do keo bị phỏ hoại trước, vết nứt phỏt triển đến hết chiều dài đĩ cú như ở thớ nghiệm 1, tiếp đú phỏt triển sõu vào vựng bờ tụng chưa bị nứt ở thớ nghiệm 1. Tiếp tục tăng tải hỡnh thành thờm cỏc vết nứt mới. Cỏc vết nứt ở đỏy bản chủ yếu là do phỏ hủy keo hàn vết nứt cũ ở dưới khu vực đặt tải. Cỏc vết nứt mới sinh ra chủ yếu ở cỏc mặt bờn như Hỡnh 3. 23. Ở trạng thỏi phỏ hoại, bản bị chọc thủng như Hỡnh 3. 34.
Hỡnh 3. 22: Dạng phỏ hoại chọc thủng ở thớ nghiệm 2.
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 1
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 2
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 4
Hỡnh 3. 23: Phõn bố nứt và độ rộng vết nứt ở cỏc mặt bờn - Thớ nghiệm 2.
3.3.3.2. Kết quả đo vừng
Sơ đồ bố trớ cỏc điểm đo vừng tương tự như thớ nghiệm kết cấu dầm T ban đầu được trỡnh bày trong Mục 3.2.
Kết quả cỏc điểm đo vừng như Hỡnh 3. 24: Điểm uốn trờn đường cong độ vừng xuất hiện ở cấp tải trọng (khoảng 13 tấn) nhỏ hơn so với thớ nghiệm 1 (25 tấn). Cỏc vết nứt cũ được hàn bằng bơm keo trước đú ở giữa bản bị nứt do keo bị phỏ hủy.
Hỡnh 3. 24: Kết quả đo vừng kết cấu dầm T sau sửa chữa - Thớ nghiệm 2. Đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy bản ứng với cỏc cấp tải trọng như Đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy bản ứng với cỏc cấp tải trọng như Hỡnh 3. 25: Đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy bản cú dạng hỡnh nún cú đỉnh ở chớnh giữa và dốc đều sang 2 bờn. Đường biờn dạng cú dạng 2 nhỏnh đối xứng quay xung quanh điểm ở giữa. Cỏc vết nứt hỡnh thành và mở rộng ở giữa bản, độ cứng của bản bị suy giảm cục bộ ở chớnh giữa trong khi cỏc vị trớ khỏc khụng bị suy giảm đỏng kể do cỏc tấm FRP đĩ kiềm chế lan truyền cỏc vết nứt từ vựng đặt tải.
Hỡnh 3. 25: Độ vừng tại đỏy bản trờn đường tim dọc ứng với cỏc cấp tải trọng sau sửa chữa.
So sỏnh đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy bản ứng với cựng cỏc cấp tải trọng như Hỡnh 3. 26: Độ vừng của kết cấu sau khi sửa chữa lớn hơn độ vừng của bản ban đầu với cựng một cấp tải trọng. Đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy dầm cú độ dộc lớn hơn và tăng lờn theo cỏc cấp tải. Việc dỏn tấm FRP khụng làm tăng được độ cứng tổng thể so với kết cấu ban đầu.
Hỡnh 3. 26: So sỏnh độ vừng tại đỏy bản trờn đường tim dọc giữa kết cấu ban đầu và sau khi sửa chữa ứng với cựng cỏc cấp tải trọng.
So sỏnh đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy dầm ở tải trọng phỏ hoại giữa kết cấu sau khi sửa chữa và kết cấu ban đầu như Hỡnh 3. 27: Đường biờn dạng dốc hơn và cú dạng hỡnh nún do kết cấu bị nứt chủ yếu ở khu vực giữa bản dưới vựng đặt tải, ở vựng lõn cận cỏc tấm GFRP đĩ kiềm chế nứt lan truyền. Tải trọng phỏ hoại của kết cấu sau khi sửa chữa (72,84 tấn) nhỏ hơn so với kết cấu ban đầu (83,35 tấn) trong khi chuyển vị lớn nhất tại đỏy bản xấp xỉ nhau, ở thớ nghiệm 3 là 10,31mm, ở thớ nghiệm 2 là 10,82mm.
Hỡnh 3. 27: So sỏnh độ vừng tại đỏy bản trờn đường tim dọc ban đầu và sau khi sửa chữa ứng với tải trọng phỏ hoại.
Việc sửa chữa khụng khụi phục lại hồn tồn khả năng chịu lực ban đầu của kết cấu nhưng khả năng chịu lực đĩ lớn hơn nhiều so với lực do xe tải nặng khai thỏc gõy ra và kiềm chế sự lan truyền nứt.
3.4. Thớ nghiệm bản kờ 2 cạnh dưới tỏc dụng của tải trọng tĩnh - Thớ nghiệm 3
Mục đớch thớ nghiệm:
Thớ nghiệm mụ hỡnh bản mặt cầu BTCT với kớch thước lớn tương tự với thực tế để xỏc định cỏc ứng xử cơ học của bản mặt cầu BTCT dạng bản khụng liờn hợp với dầm hay bản xoay tự do với dầm dưới tỏc dụng của tải trọng tập trung mụ phỏng theo tải trọng bỏnh xe.
Bổ sung thờm kết quả thớ nghiệm làm cơ sở để kiểm tra và hiệu chỉnh mụ hỡnh tớnh toỏn. Từ đú xõy dựng được mụ hỡnh tớnh toỏn tin cậy.
3.4.1. Gia cụng cốt thộp và vỏn khuụn
Sử dụng thộp Hũa Phỏt làm cốt thộp BMC, dầm đỡ. Cốt thộp được gia cụng theo bản vẽ cấu tạo chi tiết như Hỡnh 3. 28. Thộp D14 cho cốt thộp ngang BMC, thộp D10 cho cốt thộp dọc BMC.
87 A A B B 1/2 MAậT CAẫT B-B C C 1/2 MAậT CAẫT C-C A A B B 1/2 MAậT CAẫT B-B C C 1/2 MAậT CAẫT C-C
Hỡnh 3. 28: Cấu tạo chi tiết cốt thộp cỏc mẫu kết cấu - Thớ nghiệm 3.
Hỡnh 3. 29: Gia cụng và lắp dựng cốt thộp, vỏn khuụn - Thớ nghiệm 3.
3.4.2. Lắp đặt cỏc thiết bị đo
Cỏc cảm biến (strain gages) đo ứng suất trong cốt thộp thụng qua biến dạng được lắp đặt trước khi tiến hành đổ bờ tụng. Cảm biến đo biến dạng của bờ tụng được lắp đặt trờn bề mặt mẫu trước khi tiến hành thớ nghiệm. Cỏc thụng số kỹ thuật của thiết bị phự hợp với nội dung đo.
Hỡnh 3. 30: Lắp đặt cỏc thiết bị đo biến dạng - Thớ nghiệm 3.
3.4.3. Đỳc mẫu và bảo dưỡng
Tiến hành kiểm tra độ sụt bờ tụng trước khi tiến hành đỳc cỏc mẫu. Cỏc mẫu vật liệu và kết cấu được chế tạo với cựng điều kiện về vật liệu, thi cụng và tiến hành bảo dưỡng mẫu theo quy định.
Hỡnh 3. 31: Đỳc cỏc mẫu thớ nghiệm - Thớ nghiệm 3.
3.4.4. Bố trớ thớ nghiệm
Kết cấu bản BTCT chịu tỏc dụng của tải trọng bỏnh xe. Diện tớch vệt bỏnh xe 250mm (phương dọc cầu) * 510mm (phương ngang cầu) theo Tiờu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823:2017.
Bản BTCT cú kớch thước dài 2500mmm, rộng 1500m, dày 180mm. Cấu tạo chi tiết trong bản phự hợp với cỏc cụng trỡnh cầu thực tế được thiết kế theo TCVN 11823:2017. Cụ thể, cốt thộp ngang D14 bước 150mm và cốt thộp dọc D10 bước 200mm.
Bản BTCT được kờ trờn 2 dầm đỡ I400, khoảng cỏch giữa tim gối đỡ là 1300mm. Sử dụng kớch thủy lực đĩ được hiệu chuẩn để gia tải, khả năng của kớch là
100 tấn. Đầu dưới của kớch tỏc dụng lờn tấm thộp 510x250x70 (mm) và đầu trờn tỳ vào đỏy dầm gỏnh cú độ cứng lớn bằng thộp tổ hợp. Dầm gỏnh được giữa bởi cỏc thanh thộp neo vào sàn BTCT. Tải trọng tỏc dụng tăng dần theo từng cấp tải và được theo dừi bằng loadcell. Sơ đồ bố trớ thớ nghiệm như Hỡnh 3. 32.
DẦM GÁNH LOADCELL KÍCH THỦY LệẽC TẤM THÉP TẤM BTCT DẦM ẹễế THANH NEO TẤM BTCT SAỉN BTCT
Hỡnh 3. 32: Sơ đồ bố trớ thớ nghiệm - Thớ nghiệm 3. Bố trớ thiết bị đo cỏc ứng xử của bản như Hỡnh 3. 33: Bố trớ thiết bị đo cỏc ứng xử của bản như Hỡnh 3. 33:
− Đo độ mở rộng vết nứt bằng đầu đo chuyển vị LVDT tại 03 vị trớ là vết nứt dọc, vết nứt ngang và vết nứt xiờn.
− Đo độ vừng bằng LVDT 03 vị trớ là chớnh giữa bản và tại cỏc vị trớ ẳ theo phương dọc và phương ngang bản.
MAậT ẹÁY TẤM BTCT V2 V3 V1 Sơ đồ đo vừng MAậT ẹÁY TẤM BTCT Sơ đồ đo độ mở rộng vết nứt Hỡnh 3. 33: Sơ đồ đo vừng và độ mở rộng vết nứt - Thớ nghiệm 3.
Đấu nối cỏc thiết bị thớ nghiệm với mỏy DRA-30A cú khả năng đo đồng thời nhiều đại lượng đo cựng lỳc, cỏc giỏ trị được tự động ghi lại theo từng khoảng thời gian. Từ đú, thiết lập được quan hệ giữa tải trọng với cỏc đại lượng đo. Thớ nghiệm dừng lại cho tới khi mẫu bị phỏ hoại.
Quỏ trỡnh tiến hành thớ nghiệm:
− Lần 1: Gia tải từ 0 đến 12 tấn để kiểm tra điều kiện gối kờ, thiết bị đo − Lần 2: Gia tải cho đến khi mẫu xuất hiện vết nứt, tiếp tục gia tải đến 50 tấn và hạ hết tải.
− Lần 3: Sau lần 1 mẫu bản đĩ xuất hiện cỏc vết nứt thỡ tiến hành lắp cỏc thiết bị đo độ mở rộng vết nứt như Hỡnh 1. Gia tải từ 0 đến 64 Tấn và hạ hết tải.
− Lần 4: Gia tải từ 0 đến 66 tấn và hạ hết tải.
Sử dụng kớch tay 100 tấn để tiến hành gia tải lờn tấm thộp 250*510*70 (mm) đặt tại chớnh giữa bản BTCT.
3.4.5. Kết quả đo độ vừng
Kết quả đo độ vừng bằng LVDT của cỏc lần đo như Hỡnh 3. 35.