3. tiến hành thí nghiệm 1 CáC VấN Đề CHUNG
3.2.4.Các ph-ơng pháp đo ứng suất trong các bộ phận kết cấu cầu
Trên kết cấu nhịp ng-ời ta th-ờng chọn các kết cấu và mặt cắt nào chịu tải nặng nhất để đo, cũng xét cả nhữnh nơi có khuyết tật.
Một vấn đề quan trọng là cơ sở của máy đo. Cơ sở của các ten-xơ-met kiểu cơ đạt ở ngoài vùng ứng suất tập trung đ-ợc lấy phù hợp với độ chính xác cần thiết và trị số đo lớn nhất dự kiến có thể xảy ra. Nên chọn sao cho với ứng suất lớn nhất thì kim quay gần hết thang đo. Chẳng hạn nếu ứng suất cấu kiện thép thấp hơn 800kg/cm2 thì th-ờng lấy cơ sở bằng hay lớn hơn 100mm. Các ten-xơ-met điện có độ nhạy lớn hơn, để đo ứng suất ngoài vùng tập trung ứng suất có thể dùng cơ sở 10mm-30mm. Trong vùng tập trung ứng suất cần phải đo với cơ sở nhỏ (ví dụ bằng 1-5mm đối với cấu kiện bầng thép). Mức độ phân bố úng suất càng không đều thì cơ sở của ten-xơ-met càng cần phải nhỏ.
Cần phải chú ý đến việc lắp đặt ten-xơ-mét. Chẳng hạn, khi đo ứng suất thớ nên đặt ten-xơ- mét ở ngoài vùng có thể có sự tập trung ứng suất. Đó là những vùng gần các lỗ đinh, lỗ khoét, gần nơi có sự thay đổi đột ngột của mặt cắt, vùng đầu mối hàn,những chỗ cong vênh cục bộ vv... trong cầu thép. Đối với cầu BTCT th-ờng có sự tập trung ứng suất ở chỗ thay đổi mặt cắt,chỗ tiếp xúc với
Mặt cắt đ-ợc chọn để đặt ten-xơ-mét nên là mặt cắt phù hợp nhất với sơ đồ tính toán nghĩa là không có những phần mà khó xác định mức độ tham gia của chúng với sự chịu lực nh- bản giằng, bản đệm v.v...
Cách đặt máy đo trên mặt cắt đ-ợc chọn tuỳ theo đặc điểm trạng thái ứng suất và hình dạng mặt cắt. Số l-ợng tối thiểu cần thiết các ten-xơ-mét cần đặt trên mặt cắt là tuỳ theo đặc điểm làm việc của mặt cắt (số ten-xơ-mét phải bằng số các yếu tố lực). Chẳng hạn khi xác định lực dọc N, các mô men uốn Mcvà My, mô men xoắn Mz thì số l-ợng tối thiểu các điểm đo trong mặt cắt liền khối phải bằng 4. Đối với các mặt cắt tổ hợp, nơi mà các bộ phận riêng lẻ có thể bị dịch tr-ợt t-ơng hỗ so với nhau thì số l-ợng điểm đo phải tăng lên.
Hình 3-17. Sơ đồ đặt số l-ợng tối thiểu các ten-xơ-met trong mặt cắt ngang cấu kiện thép.
1,2. Khi có tác động lực dọc trục n.
3,4. Khi có lực N, Mx, My.
5,6,7. Khi có lực N, Mx, My, Mxoan
Trên hình 2-17 là sơ đồ bố trí số l-ợng tối thiểu các ten-xơ-mét trong các dạng mặt cắt khác nhau của cấu kiện thép. Đối với mặt cắt BTCT vì tình hình ứng suất phức tạp hơn nên cũng phải đặt nhiều ten-xơ-mét hơn so với cầu thép.
Đối với những chỗ có sự tập trung ứng suất, ngoài việc đo để biết trị số ứng suất lớn nhất
smax trong đó, còn cần phải xác định mức độ phân bố không đều của ứng suất thông qua hệ số tập trung ứng suất: tc s s as = max (3-11)
Trong đó: stc - ứng suất danh định, đã d-ợc xác định theo diện tích mặt cắt thu hẹp.
Nh- vậy, để đánh giá sự tập trung ứng suất thì phải đặt ten-xơ-mét với cơ sở nhỏ tại vùng tập trung cực đại ứng suất (mép khoét lỗ, chỗ cắt lõm v.v…) với h-ớng của cơ sở trùng với h-ớng của
dòng lực trong vùng đó của mặt cắt. Để biết stc th-ờng đo ứng suất theo diện tích thu hẹp tại vùng t-ơng ứngvới vùng tác động của smax nh-ng ở cách xa một khoảng đủ xa để hết tình trạng tập trung ứng suất.
Đối với kết cấu BTCT cần phải đo ứng suất trong bê tông và cả trong cốt thép. Đo ứng suất bê tông th-ờng khó khăn vì thật khó xác định đúng môđuyn đàn hồi thực tế của bêtông ở đó. Trị số môđuyn này phụ thuộc vào nhiều yếu tố và thay đổi trong phạm vi khá rộng. Ngoài ra, vì bêtông là loại vật liệu đồng nhất, th-ờng có chỗ sứt vỡ, vết nứt nên các biến dạng do lực của bôtông th-ờng phân bố không đều. Nh- vậy,có sai số khi xác định ứng suất bêtông dựa trên trị số biến dạng thực đo đ-ợc. Muốn giảm ảnh h-ởng của h-ởng của các yếu tố nói trên cần phải đo ứng suất bêtông với ten-xơ-mét có cơ sở lớn (³ 10cm).
ứng suất (biến dạng) trong bêtông th-ờng đ-ợc đo bằng ten-xơ-mét kiểu cơ, đattric điện trở dây, đồng hồ chuyển vị v.v… thuộc các kiểu khác nhau. Còn khi thử động đối với cầu thì th-ờng dùng đat trich điện trở dây.
Các ten-xơ-mét đòn đ-ợc lắp thêm bộ phận phụ để tăng thêm chiều dài cơ sơ. Muốn tránh cho mũi tì của nó bị ngập sâu vào bề mặt bêtông lồi lõm th-ờng dán lên đó các bản thép mỏng cỡ 5 ´
5mm.
Các tấm đattríc điện trở đựơc dán trực tiếp lên mặt bêtông tại chỗ không nứt vỡ, rỗ và bề mặt bằng phẳng.
ứng suất cốt thép có thể đo d-ợc bằng các dụng cụ nh- để đo cầu thép. Đo ứng suất trong cốt thép th-ờng (không có dự ứng lực) cũng giống nh- đo ở cấu kiện thép. Nh-ng đo dự ứng suất trong cốt thép dự ứng lực thì phải dùng các ph-ơng pháp phức tạp hơn. Chẳng hạn, có thể dán đattríc điện trở lên bó sợi cốt thép và đọc số đo. Sau đó làm cho chùng hết cốt thép, lại đọc số đo. Theo hiệu của các số đọc mà tính ra trị số ứng suất. Cách đo này không có ứng dụng thực tế với các kết cấu mà chỉ dùng khi làm thí nghiệm.
Một ph-ơng pháp khác là phải liên tục kiểm tra sự căng cốt thép từ lúc chế tạo cấu kiện qua các giai đoạn thi công. Tấm đattríc điện trở dán trên cốt thép sẽ cho phép theo dõi sự thay đổi ứng suất theo thời gian. Cách làm này gặp phải sai số của chính các máy đo điện vì chúng khó có thể làm việc ổn định liên tục suốt thời gian dài.
Có một số dụng cụ dùng để xác định dự ứng xuất cốt thép nhờ việc đo độ võng của nó: Ví dụ dụng cụ DIS - 1 của Nga (hình 2.18)với cơ sở dài 300 mm dùng để kiểm tra các sợi lẻ đ-ờng kính đến 6 mm. Có dụng cụ khác có cơ sở dài 160 mm dùng để đo các bó sợi xoắn đ-ờng kính 9 - 15 mm và sợi lẻ đ-ờng kính đến 8 mm. Hoạt tải của dụng cụ này dựa trên việc xác định ứng suất lực cần thiết để uốn cong đ-ợc cốt thép. Dụng cụ gồm hai bản thép mỏng (một bản chính chịu lực và mọt bản phụ gắn với đồng hồ đo chuyển vị), mũi kẹp cố định cột tỳ và mũi kẹp di động làm cho sợi cốt thép bị uốn cong cho đến khi kim quay của đồng hồ không quay nữa. Đọc số đo trên đồng hồ chuyển vị và dựa vào đồ thị chuẩn đã lập ra từ tr-ớc đối với dụng cụ này mà suy ra ứng lực trong sợi cốt
thép. Để tăng hoá dụng cụ này với các cấp tải trọng khác nhau. Từ đó vẽ ra dụng cụ chuẩn của đồ thị này. 2 4 1 3 5 8 6 7
Hình 3-18. Đồng hồ đo lực căng DIS-1.
1. Bộ kẹp di động; 2. Thanh cần bằng thép; 3. Đồng hồ; 4. Cột tỳ; 5. Thanh nối dài; 6. Cột cơ sở; 7. Bộ kẹp cố định; 8. Sợi thép dự ứng lực.