1. Nhận xét
a. Tải trọng - chuyển vị
Chuyển vị theo thực nghiệm lớn hơn chuyển vị xác định từ SAP và chuyển vị xác định từ SAP lớn hơn chuyển vị xác định từ cơ kết cấu.
Các đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của dàn thép theo cơ kết cấu và theo SAP là tuyến tính.
Đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của dàn thép theo thực nghiệm cũng gần như là đường tuyến tính song có xuất hiện một vài chỗ bị gảy khúc nhẹ.
Tuy các đồ thị vẫn có sự chênh lệch nhau về giá trị nhưng mà vẫn cho ta thấy được chế độ làm việc tuân theo lý thuyết sức bền vật liệu khi dàn thép làm việc trong giai đoạn đàn hồi.
Ở đồ thị này, chênh lệch chuyển vị khi tính tốn so với thực nghiệm (%) tại vị trí I, II, III giảm khi tăng tải.
Kết quả cho thấy các tính tốn SAP 2000 tương đối sát với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi .
Kết quả cho thấy các tính tốn theo lý thuyết sức bền khác xa (nhỏ hơn) với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi.
b. Tải trọng - ứng suất
Ứng suất theo thực nghiệm nhỏ hơn ứng suất xác định từ cơ kết cấu, ứng suất xác định từ cơ kết cấu nhỏ hơn xác định từ SAP.
Các đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của dàn thép theo cơ kết cấu và theo SAP là tuyến tính.
Đường biểu diễn quan hệ tải trọng – ứng suất thực nghiệm gần như là đường tuyến tính, nhưng thực nghiệm cũng cịn vài điểm bị gảy khúc.
Ở vị trí cảm biến 2, giá trị ứng suất không tăng khi tăng cấp tải; giá trị ứng suất của thực nghiệm, SAP, cơ kết cấu có thể xem là bằng 0 (vì 105 kN/m2 là rất nhỏ khi so với ứng suất các biến khác 1500 – 3000 kN/m2).
Vì thanh bụng 2 khơng có lực dọc truc (thanh bụng cấu tạo) do đó có ứng suất rất nhỏ (tuy nhiên vẫn có) nên đồ thị cảm biến 2 có hình dạng như trên.
Ở vị trí cảm biến số 1 và số 3, hai cảm biến này được đặt ở hai thanh thép ở hai mặt cùng một vị trí trên dàn. Theo lý thuyết, hai thanh này sẽ làm việc giống nhau hoàn tồn, tuy nhiên trên thực nghiệm vẫn có sự khác nhau.
Ở đồ thị này, chênh lệch ứng suất khi tính tốn so với thực nghiệm (%) tại vị trí 1, 3, 4, 5, 6, 7 đã lớn ngay từ cấp tải đầu (300% - 500%) và việc chênh lệch tăng khi tăng tải là rất nhỏ (40% -50%) có thể bỏ qua.
Kết quả cho thấy các tính tốn theo lý thuyết sức bền khác xa (nhỏ hơn) với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi.
2. Giải thích kết quả
Kiểm tra:
Sơ đồ:
Sơ đồ tính thực nghiệm: 2 liên kết tựa.
Sơ đồ tính lý thuyết: 1 gối cố định, 1 gối di động (Dầm đơn giản)
Tải trọng:
Tải trọng thực nghiệm là tải trọng ngồi P (kích thủy lực) không bao gồm tải trọng bản thân, do các thiết bị đo chuyển vị đã được reset ngay từ đầu, thiết bị đo biến dạng cũng đã được ghi lại số liệu ngay từ đầu.
Tải trọng tính lý thuyết cũng là tải trọng ngồi P (kích thủy lực) khơng bao gồm trọng lượng bản thân
Vật liệu:
Vật liệu thực nghiệm vá tính lý thuyết: Thanh cánh: L40x40x4
Báo cáo Thí nghiệm cơng trình Th.S Hồng Anh Tuấn
Vật liệu thực nghiệm: Théplà vật liệu liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính
Vật liệu tính theo lý thuyết: Vật liệu được coi là liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính
Lý thuyết tính tốn:
Thực nghiệm: lấy kết quả thực nghiệm chuyển vị, ứng suất tính theo kết q biến dạng thực nghiệm thơng qua định luật Hooke.
Tính theo lý thuyết:
Sức bền vật liệu: Chuyển vị và ứng suất tính lý thuyết sức bền + định luật Hooke
SAP 2000: Chuyển vị và ứng suất tính theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) + định luật Hooke
Xem chuyển vị là đại lượng cần tìm trước
Hàm xấp xỉ biểu diễn gần đúng dạng phân bố chuyển vị trong phần tử
Điều kiện tương thích chỉ đúng bên trong và tại các điểm nút phần tử.
Từ điêu kiện cân bằng nút và các điều kiện biên => hệ phương đại số trình tuyến tính
Giải hệ phương trình đại số tuyến tính => các chuyển vị nút => chuyển vị trong phần tử; Dùng phương trình Cauchy => trường biến dạng; phương trình định luật Hooke => trường ứng suất.
Giải thích kết quả
Sơ đồ:
Gối liên kết không thực sự làm việc như gối cố định và gối di động. Sơ đồ làm việc của dàn thép khơng đúng theo lí thuyết.
Tải trọng:
Tải trọng tính lý thuyết cũng khơng bao gồm trọng lượng bản thân
Vật liệu:
Vật liệu cũ và ảnh hưởng môi trường tải trọng thí nghiệm. Mơ hình dàn thép gia cơng khơng đúng kích thước.
Mơ hình làm việc liên tục dẫn đến sai số.
Quy trình làm thí nghiệm:
Lý thuyết: cấp tải càng tăng sai lệch lý thuyết (Cơ kết cấu, SAP 2000) so với thực nghiệm càng lớn, nguyên nhân có thể do cấp tải nhỏ cấu kiện làm việc tuân theo qui tắc của lý thuyết đàn hồi mà ta áp dụng để tính tốn, cấp tải lớn hơn sẽ khơng cịn tn theo qui tắc đó nữa.
Hình 23. Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo dọc trục của thép
Tuy nhiên ở đồ thị này, chênh lệch chuyển vị khi tính tốn so với thực nghiệm (%) tại vị trí I, II, III giảm khi tăng tải. Cho thấy dàn thép vẫn còn trong giai đoạn làm việc đàn hồi, nhưng do các nguyên nhân sau nên dẫn tới
Báo cáo Thí nghiệm cơng trình Th.S Hồng Anh Tuấn
Trong q trình gia tải khơng đúng như lí thuyết đề ra.
Đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị (ứng suất) của dàn thép theo thực nghiệm có xuất hiện một vài chỗ bị gảy khúc nhẹ. do những sai số khó tránh khỏi trong q trình làm thí nghiệm, đặc biệt ở thí nghiệm xác định chuyển vị này, dụng cụ sử dụng là dụng cụ cơ học nên dễ có sai số (ví dụ: đặt nghiêng so với phương chuyển vị, độ nhạy cũng không cao, bị ảnh hưởnlg bởi nhiệt độ,…).
Lý thuyết tính tốn:
Do sự khơng chính xác của phần mềm SAP so với thực tế cấu kiện. Vì trong mơ hình tương thích của phần tử hữu hạn, trường chuyển vị của mỗi phần tử được sắp xếp theo một hàm chọn trước và chuyển vị đóng vai trị là một ẩn số. Các hàm này gây ra sai số so với thực tế và cơ kết cấu.
3. Kết luận và kiến nghị
Các giả thiết và quy trình tính tốn chuyển vị dàn thép từ SAP cho kết quả tương đối sát (nhỏ hơn) so với kết quả thí nghiệm nêu trên. Vì vậy tính tốn thực tế chuyển vị dàn thép ta có thể mơ hình trên sap với một sơ đồ tính thích hợp và nếu muốn kết quả an toàn ta nhân kết quả với một hệ số an toàn phù hợp tùy tthuộc vào quy mơ, tính chất,....
Các giả thiết và quy trình tính tốn biến dạng dàn thép từ SAP cho kết quả khác rất xa so với kết quả thí nghiệm nêu trên. Vì vậy tính tốn thực tế biến dạng dàn thép ta nên làm thực nghiệm.
Kiến nghị: Nếu muốn tính chuyển vị dàn thép ta dùng SAP, mơ hình dàn thép với
sơ đồ tính dầm đơn giản là tương đối phù hợp, Nếu mốn tính ứng suất dàn thép, ta nên tiến hành thực nghiệm.
4. Cách khắc phục
Ta cần làm nhiều lần thí nghiệm để hạn chế độ sai số ngẫu nhiên.
Điều chỉnh các thiết bị đo chuẩn xác hơn, tránh hư hỏng dụng cụ đo.
Kiểm tra cẩn thận việc lắp đặt, bố trí sơ đồ thí nghiệm và các dụng cụ trước khi thực hiện.
Tiến hành thí nghiệm đúng theo trình tự hướng dẫn hạn chế các tác động khác từ bên ngồi vào dàn như: gió, tác động của sinh viên.
Nâng cấp hệ dàn mới nếu có thể và thường xuyên bảo dưỡng các thiết bị dụng cụ đo.
5. Bài học kinh nghiệm
Mặc dù số liệu đo không được sát với phần mềm nhưng qua q trình thí nghiệm bản thân rút ra được nhiều bài học bổ ích, biết được thêm nhiều thiết bị đo như
tensormet, đồng hồ đo chuyển vị, biến trở … và nhất là hiểu được cách thức làm thí nghiệm ngồi thực tế cơng trường điều đó giúp ta tránh những bỡ ngỡ khi ra làm việc ngồi thực tế. Trong q trình làm cịn được đúc kết được nhiều kinh nghiệm, biết được cách thức chỉnh các thiết bị đo và các sai phạm thường hay mắc phải.
Các sai phạm đã mắc phải trong q trình thí nghiệm đã làm cho kết quả đo khơng chính xác như đặt các đồng hồ đo không thẳng đứng đã làm cho việc đo chuyển vị đứng thành việc đo chuyển vị nghiêng, các đồng hồ đo quá nhạy mà việc điều chỉnh ban đầu không về 0 khiến cho việc đo và đọc số khơng chính xác nhiều lần dẫn đến sai số do đó việc điều chỉnh thiết bị lúc ban đầu là rất quan trọng.
Báo cáo Thí nghiệm cơng trình Th.S Hồng Anh Tuấn
PHẦN 2. THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM TRÊN DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Khảo sát ứng xử của dầm BTCT. Dầm BTCT được gia tải bởi 2 lực tập trung theo một giá trị cho trước.Thiết lập các quan hệ tải trọng – độ võng (P - ∆) và môment uốn – biến dạng (M – ε) của dầm BTCT và so sánh số liệu thực đo so với lý thuyết tính tốn.
Mục tiêu của thí nghiệm là nghiêm cứu ứng xử của dầm bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn II. Một dầm bê tông cốt thép sẽ được gia tải đến tải trọng thiết kết là Ptk < 2/3Pmax (với Pmax là tải trọng cực hạn tương ứng với Mmax của dầm tính theo trạng thái giới hạn I) để khảo sát.
II. CẤU TẠO VÀ KÍCH THƯỚC DẦM
a. Dầm BTCT có
- Tiết diện chữ nhật bxh = 150x300 mm - Chiều dài L = 3.0 m.
- Lớp bê tông bảo vệ a0 = 25 mm b. Bê tông B30, có:
- Cường độ chịu nén tính tốn: Rb = 17 MPa. - Cường độ chịu kéo tính tốn: Rbt = 1.15 MPa. - Module đàn hồi: Eb = 32.5x103 MPa.
c. Cốt thép chịu lực CB400, có:
d. Cốt thép bố trí trong dầm: - As = 3ϕ16 (603 mm2).
II. SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM DẦM
Dầm được đặt trên 2 gối tựa đơn cách nhau một đoạn 2700mm chịu 2 lực tập trung theo sơ đồ.
III. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Báo cáo Thí nghiệm cơng trình Th.S Hoàng Anh Tuấn
7. Các đồng hồ đo độ võng của dầm (Dial micrometers)
Báo cáo Thí nghiệm cơng trình Th.S Hồng Anh Tuấn
8. Hệ thống thu nhận tín hiệu
Hình 28. Hệ thống thu nhân và xử lý tín hiệu (P3500+SB10)
IV. Quy trình thí nghiệm
1. Kiểm tra và đo lại kích thước dầm
2. Điều khiển hệ khung gia tải để áp đặt tải tập trung lên mặt trên dầm bằng kích thủy lực
3. Áp tải P ≤ 3 kN vài lần để khử biến dạng dư trong dầm 4. Kiểm tra các thiết bị đo lực:
i. Kiểm tra lại các đồng hồ đo chuyển vị, về độ ổn định, vị trí đặt và độ nhạy của các đồng hồ trước khi tiến hành thí nghiệm.
ii. Kiểm tra kích thủy lực và hệ thống truyền tải trọng lên dầm BTCT. 5. Phân công công việc cho từng người, để đảm bảo cơng việc thí nghiệm
được diễn ra trôi chảy, không gặp các vấn đề rắc rồi ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
strain gage đo chuyển vị trước khi gia tải.
7. Tiến hành gia tải bằng kích thủy lực. Với mỗi cấp tải trọng, ghi các giá trị độ võng và biến dạng của bê tông (vùng nén) và thép (vùng kéo) 8. Sau khi tiến hành đo xong cấp tải ở lần thứ nhất, tiến hành xả tải và để
dầm nghỉ ngơi 5 phút để dầm đàn hồi quay về trạng thái ban đầu, rồi mới tiếp tục tiến hành gia tải thí nghiệm lần 2.
9. Sau khi đã tiến hành đủ 2 lần thí nghiệm, tiến hành tổng hợp số liệu và lấy giá trị trung bình 2 lần đo để tính tốn.
V. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM
Tải (kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng (µε)
I II III 1 2 3 0 -2494 -3291 -2867 2 0.091 0.115 0.113 -2499 -3282 -2858 3 0.137 0.168 0.167 -2502 -3277 -2853 4 0.178 0.218 0.216 -2505 -3273 -2850 5 0.225 0.268 0.268 -2510 -3269 -2846 5.95 0.276 0.319 0.321 -2512 -3265 -2841 7 0.342 0.368 0.371 -2517 -3261 -2837 8.05 0.363 0.417 0.418 -2521 -3256 -2835 9 0.406 0.461 0.462 -2525 -3253 -2829 10 0.450 0.506 0.507 -2529 -3248 -2826
Báo cáo Thí nghiệm cơng trình Th.S Hồng Anh Tuấn
13.05 0.567 0.644 0.639 -2541 -3236 -2813
14 0.609 0.688 0.680 -2545 -3233 -2810
15 0.651 0.733 0.723 -2550 -3228 -2804
16.05 0.693 0.780 0.766 -2554 -3225 -2800
Bảng 25 Kết quả đo thí nghiệm lần 1
Tải (kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng (µε)
I II III 1 2 3 0 -2488 -3288 -2864 2 0.091 0.113 0.115 -2495 -3280 -2857 3 0.140 0.165 0.172 -2499 -3276 -2853 4 0.186 0.218 0.225 -2503 -3272 -2848 5 0.238 0.268 0.276 -2506 -3268 -2844 6 0.283 0.318 0.326 -2511 -3264 -2841 7 0.332 0.367 0.379 -2515 -3260 -2837 8 0.370 0.413 0.425 -2519 -3257 -2833 9 0.417 0.461 0.473 -2524 -3251 -2828 10 0.455 0.503 0.515 -2528 -3248 -2825 11 0.498 0.551 0.560 -2532 -3244 -2821 12 0.537 0.596 0.605 -2536 -3240 -2817 13 0.576 0.641 0.647 -2539 -3236 -2813
15 0.662 0.734 0.733 -2547 -3227 -2804
16 0.704 0.776 0.772 -2552 -3225 -2801
Bảng 26 Kết quả đo thí nghiệm lần 2
Tải (kN) Chuyển vị (mm) Biến dạng(µε)
I II III 1 2 3 0 0 0 0 -2491 -3290 -2866 2 0.091 0.114 0.114 -2497 -3281 -2858 3 0.139 0.167 0.170 -2501 -3277 -2853 4 0.182 0.218 0.221 -2504 -3273 -2849 5 0.232 0.268 0.272 -2508 -3269 -2845 6 0.280 0.319 0.324 -2512 -3265 -2841 7 0.337 0.368 0.375 -2516 -3261 -2837 8 0.367 0.415 0.422 -2520 -3257 -2834 9 0.412 0.461 0.468 -2525 -3252 -2829 10 0.453 0.505 0.511 -2529 -3248 -2826 11 0.494 0.551 0.555 -2533 -3245 -2822 12 0.533 0.596 0.599 -2537 -3241 -2817
Báo cáo Thí nghiệm cơng trình Th.S Hồng Anh Tuấn
16 0.699 0.778 0.769 -2553 -3225 -2801
Bảng 27 Giá trị trung bình giữa 2 lần đo
Cấp tải Biến dạng (µε) 1 2 3 0 0 0 0 2 -6 9 8.5 3 -9.5 13.5 13 4 -13 17.5 17 5 -17 21.5 21 6 -20.5 25.5 25 7 -25 29.5 29 8 -29 33.5 32 9 -33.5 38 37.5 10 -37.5 42 40.5 11 -41.5 45.5 44.5 12 -45.5 49.5 49 13 -49 54 53 14 -53 57.5 57 15 -57.5 62.5 62
Bảng 28 Giá trị trung bình sau 3 lần đo chênh lệch với vạch 0 trên dụng cụ đo Tải trọng Ứng suất I II III 0 0,0 0,0 0,0 2 -195.1 1980.4 1692.4 3 -308.8 2914.4 2648.5 4 -422.6 3744.6 3498.4 5 -585,0 4574.8 4348.2 6 -552.6 5405.1 5198.1 7 -812.6 6235.3 6048.0 8 -942.6 7065.5 6685.4 9 -1088,8 7999.5 7854.0