2.4.1. Giới thiệu
Ở Việt Nam, công tác kiểm định chất lƣợng công trình cầu chủ yếu đƣợc đánh giá bằng phương pháp thử tải, đặc biệt là đối với các công trình cầu mới xây dựng cần kiểm định để nghiệm thu đƣa vào sử dụng và các công trình cầu cũ cần đánh giá thực tế năng lực chịu tải công trình để có phương án đảm bảo an toàn khai thác.
Để thử tải công trình, phương pháp thử tải được sử dụng phổ biến ở nước ta vẫn là phương pháp truyền thống sử dụng thiết bị đồng hồ đo (Indicator).
Phương pháp được đưa ra so sánh với phương pháp được nghiên cứu do sự phổ biến, thiết bị thử nghiệm và phương thức thực hiện đơn giản.
2.4.2. Định nghĩa
Phương pháp truyền thống sử dụng đồng hồ đo (Indicator) là phương pháp thử tải được sử dụng phổ biến ở nước ta, với thiết bị chính thu thập số liệu hiện trường là đồng hồ đo thiên phân kế. Đồng hồ được lắp đặt các hình thức khác nhau nhằm thu nhận hai số liệu quan trọng nhất là ứng suất và độ võng phục vụ cho quá trình đánh giá năng lực chịu tải công trình.
2.4.3. Thiết bị
Dụng cụ chính là Đồng hồ đo thiên phân kế (hay còn gọi là Indicator). Các Indicator thường có độ chính xác là 0.01mm (bách phân kế) và loại độ chính xác tới 0.001mm (thiên phân kế). Đồng hồ thường dùng trong thử tải là loại thiên phân kế có thể đo chuyển vị tới 10mm [26].
Đồng hồ đo có dạng nhƣ một đồng hồ hình tròn. Có một thanh ti xuyên qua vỏ hộp theo phương đường kính. Thanh ti này có răng khớp với các bánh răng bên trong sao cho khi thanh ti trƣợt xuống các bánh răng này sẽ quay. Các bánh răng đƣợc liên kết với kim chỉ và mặt đồng hồ có chia vạch. Trên mặt đồng hồ có vòng chia độ: thể hiện số đo chuyển vị.
Hình 2.1 Đồng hồ thiên phân kế và sơ đồ kết cấu đồng hồ [26]
2.4.4. Lắp đặt thiết bị và thu thập số liệu 2.4.4.1 Đo độ võng
Độ võng là thông số trực quan và dễ hiểu nhất để đánh giá khả năng chịu tải công trình. Tải trọng thử (xe thử tải) và độ võng lý thuyết đƣợc tính toán chi tiết trước khi tiến hành thử tải hiện trường. Thiết bị đo được lắp đặt tại các mặt cắt có độ võng lớn nhất và các mặt cắt đặc biệt về cấu tạo hay hƣ hỏng để thu nhận số liệu bất lợi nhất. Đồng hồ đƣợc lắp vào điểm cố định không chuyển vị và có thanh ti tỳ vuông góc với mặt phẳng kết cấu cần đo tại điểm đo.
Hình 2.2 Bố trí đồng hồ đo độ võng [31]
2.4.4.2 Đo ứng suất
Dưới tác động của lực cơ học do tải trọng (xe thử tải), kết cấu công trình xuất hiện các biến dạng và ứng suất. Giá trị của ứng suất thường khó có thể đo đạc tại hiện trường hơn nhiều so với sự biến dạng của kết cấu. Đồng thời, giữa ứng suất và biến dạng có mối quan hệ với nhau. Do đó, người ta thường đo giá trị biến dạng và thông qua mối quan hệ với ứng suất để xác định đƣợc ứng suất kết cấu.
Đồng hồ đo đƣợc lắp đặt để đo biến dạng cục bộ của một đoạn ngắn của cấu kiện. Ứng suất đƣợc tính toán bằng công thức :
= E *
Trong đó: là ứng suất trong kết cấu (MPa) E là môđun đàn hồi của vật liệu (MPa)
là độ biến dạng tương đối, được tính bằng tỉ số biến dạng và chiều dài đoạn cấu kiện đƣợc xét.
Đồng hồ thường được lắp một giá bằng thép có chiều dài xác định, sau đó gắn chặt vào mặt kết cấu tại vị trí điểm đo.
Hình 2.3 Bố trí đồng hồ đo ứng suất và sơ đồ minh họa [32]
2.4.4.3 Bố trí điểm đo
Điểm đo thường được bố trí tại các mặt cắt có độ võng lớn nhất hay các vị trí xung yếu, giảm tiết diện, mà tại đó kết cấu làm việc nguy hiểm nhất (bất lợi nhất) dưới tải trọng thử. Thông thường đối với dầm cầu sẽ là vị trí giữa nhịp. Các điểm đo độ võng và ứng suất thường được bố trí gần nhau.
Số lƣợng điểm đo phụ thuộc vào khẩu độ cầu, loại kết cấu nhịp. Sơ đồ bố trí điểm đo thường được vẽ và trình bày cụ thể trong đề cương kiểm định để được xem xét và phê duyệt.
Hình 2.4 Ví dụ sơ đồ bố trí điểm đo ứng suất nhịp (tại vị trí giữa nhịp) [31]
Hình 2.5 Ví dụ sơ đồ bố trí điểm đo độ võng nhịp (tại vị trí giữa nhịp) [31]
2.4.4.4 Ghi nhận số liệu
Số liệu thử tải phải đƣợc ghi nhận 3 lần với mỗi sơ đồ thử tải. Mỗi lần phải đọc đầy đủ các trị số:
Khi xe chƣa vào cầu
Khi xếp xe trên cầu
Khi xe ra khỏi cầu
Bảng 2.1 Ví dụ bảng ghi nhận số liệu thử tải hiện trường [26]
2.4.5. Một số đặc điểm Một số ƣu điểm:
Thiết bị có chi phí thấp, có thể đầu tƣ số lƣợng lớn;
Phương pháp đơn giản, thiết bị dễ sử dụng, không yêu cầu chuyên môn cao của người ghi nhận số liệu;
Đồng hồ đo có thể sử dụng để thu thập nhiều loại số liệu theo các hình thức lắp đặt khác nhau mà không cần thiết bị chuyên dụng khác;
Một số hạn chế:
Cần huy động lƣợng lớn nhân lực để thực hiện việc ghi nhận số liệu (tùy vào số lƣợng điểm đo);
Yêu cầu cao về sự giao tiếp và truyền đạt thông tin giữa người sắp xếp xe tải thử (trên cầu) và người ghi nhận số liệu đồng hồ đo (dưới cầu);
Khi thực hiện công tác tại các vị trí cao và hiểm trở, yêu cầu người theo dõi đồng hồ đo cũng phải trực tiếp ở tại các vị trí đo mà thông thường là ở dưới công trình. Đặc biệt là khi thử nghiệm với các công trình cầu đã hƣ hỏng, việc đảm bảo an toàn con người trong quá trình thực hiện phải được đảm bảo;
Chỉ đo đƣợc số liệu tại vị trí xếp tải.