›
›

Bài giảng Thí nghiệm và thiết bị đo trong kỹ thuật dân dụng

ppt 118 trang hapham 930
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thí nghiệm và thiết bị đo trong kỹ thuật dân dụng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_thi_nghiem_va_thiet_bi_do_trong_ky_thuat_dan_dung.ppt

Nội dung text: Bài giảng Thí nghiệm và thiết bị đo trong kỹ thuật dân dụng

  1. THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT BỊ ĐO TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG 1
  2. CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 2
  3. 1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG  Thí nghiệm công trình là một lĩnh vực của nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định và đánh giá khả năng làm việc thực tế của vật liệu và kết cấu công trình xây dựng để kiểm tra so sánh với kết quả tính toán (lí thuyết).  Thí nghiệm công trình bao gồm các thí nghiệm, thử nghiệm được thực hiện trên các mẫu thử vật liệu, cấu kiện và kết cấu công trình tuân theo một qui trình được xác lập bởi các mục tiêu của đề tài nghiên cứu, hay của các tiêu chuẩn, qui phạm hiện hành. 3
  4. 1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG  Thí nghiệm công trình là lĩnh vực nghiên cứu giải các bài toán phân tích trạng thái ứng suất biến dạng của các kết cấu bằng thực nghiệm  Ý nghĩa của thí nghiệm trong kỹ thuật dân dụng Thí nghiệm Phương pháp Thí nghiệm Giả thiết kiểm tra tính toán (kiểm định)  Các bài toán thực tế đôi khi rất phức tạp: hình dạng kết cấu, điều kiện biên, điều kiện đầu, tính chất của vật liệu 4
  5. 1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG  Dùng phương pháp giải tích để tìm ra kết quả dưới dạng một biểu thức giải tích đôi khi rất khó khăn, thậm chí có trường hợp không thể thực hiện được  Trên cơ sở hàng loạt những kết quả thí nghiệm, ta sử dụng công cụ toán học (xác suất thống kê) có thể tìm ra những công thức tính toán công trình dưới dạng những biểu thức thuận lợi cho tính toán thiết kế (đường hồi qui) 5
  6. 1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG  Trong giai đoạn đầu thiết kế có thể dùng thực nghiệm tiến hành thực hiện nhiều phương án, từ đó chọn được phương án tối ưu  Trong quá trình nghiên cứu, thiết kế các công trình xây dựng, đặc biệt khi nghiên cứu, áp dụng các loại vật liệu mới, kết cấu mới, những công trình đặc biệt, cần thiết tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm để kiểm tra các kết quả tính toán, so sánh, đánh giá sự làm việc thực tế của vật liệu và kết cấu công trình so với các giả thiết đã đặt ra. 6
  7. 1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG  Đối với các công trình đã và đang khai các sử dụng, khi có nhu cầu cần sửa chữa, cải tạo hay nâng cấp, bước đầu tiên cần thực hiện chính là tiến hành thực nghiệm và kiểm định công trình.  Kiểm định công trình xây dựng là hoạt động khảo sát, kiểm tra, đo đạc, thử nghiệm, định lượng một hay nhiều tính chất của vật liệu, sản phẩm hoặc kết cấu công trình. Trên cơ sở đó, căn cứ vào mục tiêu kiểm định, tiến hành phân tích, so sánh, tổng hợp, đánh giá và rút ra những kết luận về công trình theo quy định của thiết kế và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành được áp dụng 7
  8. 1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG  Để phân tích, đánh giá và so sánh khả năng làm việc của vật liệu và kết cấu công trình, công tác thực nghiệm và kiểm định không thể tách rời khỏi kiến thức của các ngành khoa học liên quan như Sức bền vật liệu, Cơ học kết cấu, Vật liệu xây dựng, Kết cấu bê tông cốt thép và gạch đá, Kết cấu thép - gỗ, Công nghệ và kỹ thuật thi công v.v 8
  9. 1.2. PHÂN LOẠI THÍ NGHIỆM  Chia thí nghiệm thành 2 loại: thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình  Thí nghiệm vật liệu là những thí nghiệm chủ yếu nhằm mục đích xác định các đặc trưng cơ lý của vật liệu, khả năng chịu lực và các dạng phá hỏng của vật liệu trong các trạng thái ứng suất khác nhau, ví dụ thí nghiệm kéo, nén, uốn, xoắn  Thí nghiệm công trình là những thí nghiệm nhằm mục đích kiểm tra các kết quả tính toán, kiểm tra khả năng làm việc của công trình hay các chi tiết máy, kiểm định công trình và chẩn đoán hư hỏng 9
  10. 1.2. PHÂN LOẠI THÍ NGHIỆM  Thí nghiệm vật liệu có thể được tiến hành trên các mẫu thí nghiệm chế tạo từ các vật liệu thực của công trình (thí nghiệm phá hoại) hoặc thí nghiệm ngay trên các cấu kiện của công trình thực (thí nghiệm không phá hoại). Các mẫu thí nghiệm được chế tạo theo những quy định của nhà nước.  TN phá hoại: TN kéo nén mẫu thép, gang nhằm xđ RK, RN TN kéo nén mẫu bê tông nhằm xđ cường độ TN các mẫu đất nhằm xđ thành phần hạt, dung trọng, độ ẩm, độ chặt, độ dẻo, hệ số thấm 10
  11. 1.2. PHÂN LOẠI THÍ NGHIỆM  TN không phá hoại: thường được thực hiện ngay trên công trình thực, có thể sử dụng các thiết bị: - Súng bắn nảy: xđ cường độ bê tông - Máy siêu âm: xđ cường độ bê tông, các khuyết tật trong các kết cấu bê tông, trong cọc khoan nhồi, bề dày các cấu kiện, xác định các cốt thép trong kết cấu BTCT - Máy đo độ chặt của đất dùng phóng xạ - Búa tạo sóng: xđ cường độ của bê tông, môđun đàn hồi 11
  12. 1.2. PHÂN LOẠI THÍ NGHIỆM Nhận xét:  PP TN phá hoại thường cho kết quả tin cậy hơn. Kết quả phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật thực nghiệm: độ chính xác của thiết bị, tuân theo các quy trình TN (kích thước mẫu, tốc độ gia tải )  Nếu đáp ứng được các y/c về chuẩn (calibration), pp TN không phá hoại cũng có thể cho kết quả tin cậy  Tùy vào loại vật liệu (VL cứng, VL mềm), người làm TN cần lựa chọn pp thích hợp để thu được kết quả mong muốn. 12
  13. 1.2. PHÂN LOẠI THÍ NGHIỆM Thí nghiệm công trình: tiến hành ngay trên các cấu kiện của công trình thực (thí nghiệm mô hình 1:1) hoặc trên các mô hình tương tự  Tỉ lệ về kích thước, đặc trưng cơ lý của vật liệu, tỉ lệ về tải trọng tác dụng lên mô hình, các điều kiện biên, các điều kiện ban đầu phải được qui định theo định luật tương tự.  Mục đích: ◦ Kiểm tra KQ tính toán lý thuyết ◦ Kiểm tra khả năng làm việc của công trình ◦ Xác định tình trạng thực của k/c và chẩn đoán hư hỏng của công trình 13
  14. 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG  Một trong những vấn đề cơ bản của việc nghiên cứu bằng thực nghiệm là việc đo biến dạng và chuyển vị của mẫu thí nghiệm  Để xác định ứng suất trong công trình hoặc trong mô hình thường thông qua việc đo biến dạng, rồi trên cơ sở của định luật Hooke mà tìm ra ứng suất. 14
  15.  Các pt cơ bản của lý thuyết đàn hồi – mối liên hệ giữa các đại lượng cơ học Ngoại lực Chuyển vị PT cân bằng PT hình học Navier Cauchy Nội lực PT vật lý (Định Biến dạng (ứng suất) luật Hooke)  Trong các TN công trình thường phải xác định 2 đại lượng cơ bản: ứng suất và chuyển vị 15
  16. 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG  1.3.1. Trạng thái ứng suất của vật thể tại một điểm  Giới hạn ở trường hợp TTƯS phẳng (bài toán phẳng).  Ứng suất trên mặt cắt nghiêng 16
  17. 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG  Ứng suất chính và phương chính 17
  18. 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG  1.3.2. Trạng thái biến dạng tại một điểm Mối liên hệ giữa biến dạng và chuyển vị Biến dạng trên mặt nghiêng u và v 18
  19. 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG 1.3.3. Mối liên hệ giữa ứng suất và biến dạng 19
  20. 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG 1.3.4. Xác định ứng suất chính khi biết phương chính - Dùng hoa điện trở vuông góc. Các tấm điện trở được dán vuông góc với nhau và dán theo các phương chính (phương 1 và phương 2). Các biến dạng đo được này chính là các biến dạng chính. Từ các biến dạng chính, nhờ định luật Hooke ta xác định được các ứng suất chính max, min: 20
  21. 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG 1.3.5. Xác định ứng suất chính khi chưa biết phương chính 21
  22. 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG 1.3.4. Xác định ứng suất chính khi chưa biết phương chính 22
  23. 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG 1.3.4. Xác định ứng suất chính khi chưa biết phương chính 23
  24. 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG 1.3.4. Xác định ứng suất chính khi chưa biết phương chính 24
  25. 1.4 Các bước tổ chức một TN công trình 1.4.1. Công tác chuẩn bị:  Chuẩn bị dụng cụ máy móc cần thiết  Chuẩn bị nguyên VL cần thiết: dây điện, mỏ hàn, giấy ráp, đattric, các loại sơn đánh dấu, giấy bút và các văn phòng phẩm khác  Chuẩn bị cán bộ TN, cán bộ bảo vệ, người phục vụ  Chuẩn bị hiện trường bố trí TN: các vị trí đo, chỗ đặt thiết bị máy móc, phương tiện đi lại, chỗ ăn ở cho cán bộ thí nghiệm 25
  26. 1.4.2. Công tác khảo sát thực địa (mục đích):  Sơ đồ làm việc của k/c hoặc cấu kiện cần n/c  Thu thập các kích thước hình học của k/c  Kiểm tra chất lượng của VL, nếu có nghi ngờ phải xác định lại các đặc trưng cơ lý  Kiểm tra các mối nối, chất lượng đường hàn  Kiểm tra các khuyết tật  Kiểm tra và đánh dấu các vết nứt đối với các công trình bê tông, công trình đất để theo dõi sự phát triển của vết nứt theo thời gian 26
  27.  Kiểm tra những chỗ có sự tập trung ứng suất, những cấu kiện chịu nén, cấu kiện chịu ứng suất thay đổi theo thời gian (mỏi)  Xác định các vị trí TN kiểm tra: chỗ cần đo US, chuyển vị, gia tốc  Xác định các vị trí đặt máy móc thiết bị  Đề xuất phương án bảo vệ trong quá trình TN (mưa, gió, tải trọng, nổ ) 27
  28. 1.4.3. Công việc sau thí nghiệm Xử lý số liệu:  Chọn phương pháp xử lý  Loại bỏ các số liệu không tin cậy  Chọn phương pháp đưa ra kết quả: có rất nhiều cách đưa ra kết quả, song cần chọn cách thích hợp để thể hiện đầy đủ mục đích n/c 28
  29. CHƯƠNG 2 CÁC THIẾT BỊ ĐO 29
  30. 2.1. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA THIẾT BỊ ĐO  5 nhóm thiết bị đo 1. Đo chuyển vị thẳng thường dùng các thước đo độ dài như thước cặp, panme, đồng hồ đo chuyển vị, các đầu đo dịch chuyển cảm biến 2. Đo độ giãn dài, biến dạng tương đối của các thớ vật liệu: phổ biến là các loại tenzomet cơ học, quang học điện cảm, điện trở 3. Đo lực và áp suất: thông dụng là các loại lực kế lò xo, lực kế cảm biến hoặc các loại đồng hồ đo áp lực chất lỏng, chất khí 4. Đo xoay, biến dạng góc của các phần tử, các liên kết trong kết cấu 5. Đo trượt và biến dạng trượt tương đối giữa các thớ vật liệu, các phần tử kết cấu ghép. 30
  31. 2.1. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA THIẾT BỊ ĐO  Với mỗi tham số khảo sát của đối tượng nghiên cứu sẽ có những phương pháp và thiết bị đo phù hợp, thoả mãn được các yêu cầu và độ nhạy cảm và độ chính xác.  Nhóm thiết bị đo lực và áp suất nhằm xác định giá trị của tải trọng tác dụng khi tiến hành thí nghiệm, còn các nhóm khác đều phục vụ cho mục đích chủ yếu trong nghiên cứu công trình là xác định trạng thái ứng suất - biến dạng  Trước khi tiến hành thí nghiệm, cần căn cứ vào các đặc trưng của đối tượng nghiên cứu, tính chất của tham số cần đo và yêu cầu về độ chính xác của nó để chọn các dụng cụ và thiết bị đo thích hợp. 31
  32. 2.2. DỤNG CỤ ĐO CHUYỂN VỊ 2.2.1. Đo chuyển vị theo nguyên lý cơ học ◦ Võng kế (đồng hồ đo chuyển vị lớn) - Đĩa quay không hạn chế khoảng đo, nên có thể đo độ võng của kết cấu nhịp lớn, độ lún của cọc móng, - Dây thép có đường kính  0,2  0,3mm. - Quả nặng m = 1  3kg. - Giá trị 1 vạch trên mặt đồng hồ: 1 = 1/Kv = 0,1mm. - Có độ nhạy và độ chính xác cao. 32
  33. ◦ Chuyển vị kế - indicator cơ học (đồng hồ đo chuyển vị bé) - Đồng hồ đo thông dụng có các giá trị vạch đo là 0,01; 0,02; 0,001, và 0,002 mm. - Khoảng chuyển vị lớn nhất đo được của đồng hồ thường bị khống chế bởi giá trị của vạch đo. Cụ thể: - Với loại đồng hồ 0,01 và 0,02 có khoảng đo từ 10 đến 50 mm. - Với loại đồng hồ 0,001 và 0,002 có khoảng đo từ 5 đến 10 mm. 34
  34. ◦ Chuyển vị kế - indicator cơ học (đồng hồ đo chuyển vị bé) 35
  35.  Muốn đo chuyển vị tại một điểm nào đó của k/c, ta dùng bộ gá lắp để đặt đầu của trục 1 tiếp xúc với điểm đó. Bộ gá được kẹp chặt vào vỏ 2 và được đặt trên 1 vị trí cố định (không bị chuyển vị). Khi mẫu bị chuyển vị thì đầu của trục 1 cũng dịch chuyển theo. Hiệu số đọc được trên đồng hồ khi mẫu đã chuyển vị và khi chưa chuyển vị cho ta trị số chuyển vị của mẫu.  Các chuyển vị kế kiểu này thường có độ chính xác tới 0,01 mm (bách phân kế) hoặc 0,001 mm (thiên phân kế)*. 36
  36. Ưu điểm:  Đơn giản, dễ sử dụng  Cho kết quả tin cậy  Ít chịu ảnh hưởng của môi trường bên ngoài Nhược điểm:  Độ nhạy không cao  Cần phải có điểm cố định để đặt bộ giá lắp (có thể tạo điểm cố định giả trong 1 số trường hợp)  Mỗi chuyển vị kế chỉ đo được chuyển vị tại 1 điểm  Chuyển vị kế cơ học chỉ có thể sử dụng để đo chuyển vị tĩnh . 37
  37.  2.2.2. Đo chuyển vị theo nguyên lý điện ◦ Chuyển vị kế điện - Bên trong lắp một cầu đo nên độ khuếch đại cao hơn nhiều và có quán tính nhỏ có thể dùng để đo được cả chuyển vị động với tần số không lớn lắm. - Có chức năng như chuyển vị kế loại cơ học và chuyển vị kế động. ◦ Chuyển vị kế điện tử (Digital indicator) Thiết bị có độ nhạy cao, có thể đạt đến 0,01m. Khoảng đo thường nhỏ hơn ±25mm 38
  38. 2.2.3. Máy đo chuyển vị  Muốn đo chuyển vị tĩnh thì có thể sử dụng chuyển vị kế tĩnh hoặc chuyển vị kế động và đọc trực tiếp trên đồng hồ  Muốn đo chuyển vị động với tần số không lớn lắm thì có thể sử dụng loại chuyển vị kế động và thiết bị đo biến dạng động* 39
  39. Đo chuyển vị của dầm chịu uốn 40
  40. Máy đo biến dạng động 41
  41. 2.3. DỤNG CỤ ĐO BIẾN DẠNG 2.3.1. Đo biến dạng theo nguyên lý cơ học ◦ Tenxomet cơ học (tenxomet đòn bẩy) - Đo biến dạng từng điểm rời rạc, được dùng khi khảo sát trạng thái biến dạng tĩnh và kết cấu công trình - Có cấu tạo đơn giản, độ chính xác cao và ổn định trong quá trình đo - Hệ số khuếch đại K=1000 - Sai số đọc lớn nhất 2,5.10-6 - Giá trị một vạch đo: 1 = 1/K = 0,001 mm = 1 m 42
  42. - Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, trọng lượng không lớn, độ chính xác cao - Nhược điểm: - Vật liệu dòn, các chi tiết dễ hỏng.  Liên kết các bộ phận chuyển động và liên kết bản lề dễ bị xộc xệch khi tháo lắp.  Không đo được biến dạng động.  Không sử dụng được ngoài trời mưa nắng - Phương pháp gá lắp tenxomet đòn  Trục của Tenzomet phải trùng với phương biến dạng  Bề mặt vật liệu ở vị trí tenxomet phải phẳng, nhẵn và đủ cứng để các lưỡi dao không bị trượt khi vật liệu kết cấu biến dạng 44
  43. Comparator (đi-mếch):  Chỉ cần một Comparator có thể đo biến dạng tại nhiều vị trí khác nhau trên công trình, nhiều lần ở nhiều thời điểm khác nhau (đo biến dạng theo thời gian).  Kết quả đo không phụ thuộc vào kĩ thuật gá lắp dụng cụ.  Do mở rộng được chuẩn đo nên độ nhậy tăng.  Dụng cụ này có quán tính lớn nên chỉ đo được biến dạng tĩnh. 45
  44. 2.3.2. Đo biến dạng theo nguyên lý điện – Tenxomet cảm biến điện trở  Là phương pháp đo biến dạng dài được dùng phổ biến hiện nay  Ưu điểm: ◦ Độ chính xác cao ◦ 1 máy đo có thể đo biến dạng tại nhiều vị trí trên công trình ◦ Đo biến dạng theo nhiều phương khác nhau tại cùng một điểm → có thể xác định được giá trị, phương của ứng suất chính ◦ Đo biến dạng gây ra do tải trọng tĩnh, động, xung 46
  45. ◦ Đo biến dạng ở khoảng cách xa vị trí đặt máy đo, ở những vị trí kín không thể quan sát được (trong lòng cấu kiện bêtông, kết cấu chìm ngập dưới nước, trong lòng công trình đất ) ◦ Có thể sử dụng tấm điện trở để chế tạo thành các đầu chuyển đổi để đo nhiều các đại lượng cơ học khác.  Nhược điểm: Chịu ảnh hưởng rất nhiều của môi trường ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, từ trường, nên cần có biện pháp kĩ thuật xử lí thích hợp mới cho được kết quả tin cậy.  Các bộ phận chính: Máy đo biến dạng và đầu đo (cảm biến điện trở) 47
  46.  Chiều dài được gọi là chuẩn đo (Base). Điện trở của đattric thường có giá trị là 120, 350, 600 đến 1000, sai số ±0,25%. Chuẩn đo thường là 5, 10, 20, 50mm  Độ tuyến tính (Linearity): ◦ 0,1% nếu biến dạng đến 4.000mst. ◦ 1,0% nếu biến dạng đến 10.000mst.  Biến dạng phá hủy: 20.000 – 25.000mst.  Ảnh hưởng của nhiệt độ:  Base của đattric l =2-200 mm  Hệ số nhạy của đattric (Gauge factor) K = 1 + 2μ 49
  47. i B  Máy đo biến dạng R1 R4 A C R2 R3 D Đáy Hình 2.11. Các máy đo biến dạng tĩnh 50
  48. Máy đo biến dạng động 51
  49. Sơ đồ nguyên lý Bộ chỉ thị có thể là đồng hồ chỉ thị (Indicator), có thể là màn hình (Display), có thể là máy in (Printer), có thể là máy ghi (Recorder), có thể là máy hiện sóng (Oscillograph) Bộ khuếch đại (Amplier) có thể là bộ khuếch đại tĩnh , động 52
  50.  Đo biến dạng tại nhiều điểm Cầu đo không chỉ là một cầu Wheatstone đơn giản mà còn thêm một bộ chuyển điểm đo (hộp đấu dây, Switching Box) B i R1 R4 A C R2 R3 D 53
  51. 2.3.3. Một số giải pháp kỹ thuật khi đo biến dạng 1. Chọn Đattric:  Phải có độ nhạy cao với biến dạng tĩnh và động. Trị số min có thể phát hiện được 10-6  Base phải thích hợp với trường hợp đo cụ thể, tùy thuộc vào sự thay đổi của biến dạng (strain gradient)  US biến đổi nhanh: chọn Đattric có base nhỏ  US biến đổi chậm: chọn Đattric có base lớn 55
  52.  Khối lượng và độ cứng của Đattric đủ nhỏ để không ảnh hưởng đến sự làm việc của cấu kiện cần đo. Cần chú ý đặc biệt khi đo biến dạng của các cấu kiện rất mảnh, các cấu kiện làm bằng các VL có môđun đàn hồi nhỏ: chất dẻo, cao su VD: đo E, µ của nền đất yếu trên mô hình chất dẻo  Dải đo phải rộng đáp ứng các yêu cầu của bài toán  Đo biến dạng đàn hồi: 0,5 – 0,7%  Đo cấu kiện có biến dạng lớn: 10 – 12%  Chất liệu làm Đattric: dây điện trở, vỏ bọc, keo dán 56
  53. 2. Một số giải pháp kỹ thuật khi đo  Loại bỏ ảnh hưởng của sự biến đổi nhiệt độ môi trường.  Khi đo thông thường ta tiến hành trong thời gian dài, đo nhiều điểm nên trong quá trình đo, nhiệt độ làm việc của từng Đattric luôn thay đổi ở từng thời điểm, ảnh hưởng rất lớn tới kết quả đo.  Vì vậy phải có giải pháp xử lý khử biến dạng do sự thay đổi nhiệt độ gây ra. Muốn thế phải sử dụng Đattric bù nhiệt độ (Dummy). 57
  54. B i R1-Active R4 A C R2-Dummy R D 3 58
  55.  Cầu cân bằng phải thỏa mãn đẳng thức: R1R4 = R2R3 (*)  R1, R2 cùng có hệ số thay đổi nhiệt độ như nhau. Trong quá trình đo ta phải đảm bảo cho 2 Đattric này luôn trong cùng chế độ nhiệt.  Giả sử khi nhiệt độ thay đổi ∆t thì cả R1, R2 đều thay đổi R1 sẽ biến đổi thành R1 + ∆R1 R2 sẽ biến đổi thành R2 + ∆R2  Vì 2 Đattric này có cùng hệ số thay đổi nhiệt độ và cùng chịu tác động của ∆t như nhau nên ∆R1 = ∆R2 .  Sự thay đổi này không phá vỡ dấu của đẳng thức (*), cầu vẫn cân bằng, do đó sự thay đổi của biến dạng do nhiệt độ gây ra sẽ không được chỉ thị trên đồng hồ của máy đo. VD: đo US khi hạ chìm xiphông, đo US thanh kéo cửa van Đập Đáy * 59
  56.  Độ ẩm của môi trường, từ trường, điện trường của môi trường xung quanh cũng ảnh hưởng lớn tới kết quả đo. Các Đattric khi dán vào vị trí đo cần có giải pháp chống ẩm  Dây nối từ Đattric vào máy đo cũng ảnh hưởng tới kết quả đo. Nói chung nên chọn các dây nối có điện trở nhỏ, tốt nhất dùng dây bọc kim. Dây nối cần được giữ cố định, ít bị xê dịch và không được kéo căng trong quá trình đo.  Khi cần đo ƯS tại những điểm bên trong công trình: trong công trình bê tông, công trình đất cần sử dụng các loại Đattric đặc biệt được chống ẩm cẩn thận, còn dây dẫn phải được luồn trong ống Plastic để đưa lên vị trí đặt máy, đồng thời phải có các Đattric bù nhiệt luôn cùng chế độ nhiệt với Đattric đo 60
  57. Ống giữ cáp Hộp cứng Dây dẫn Đattric Chất chống nước 61
  58. Nâng cao độ nhạy khi đo  Để nâng cao độ chính xác ta có thể áp dụng một số sơ đồ đo như sau:  Sơ đồ 1: sơ đồ 1/4 cầu (The Quarter Bridge) Cầu có R1 = R2 = R3 = R4 = R Khi đo: B i R1-Active R4 I1 I2 A C E R2 R3 D 62
  59. Nh­ng v× MÆt kh¸c 63
  60.  Sơ đồ 2: sơ đồ bán cầu(The Half Bridge) B i R1-Active R4 I1 I2 A C E R2-Active R3 D 64
  61.  Bằng cách chứng minh tương tự như trên ta được:  Nếu cùng điện áp U thì U1/2 = 2U1/4, nghĩa là số đọc biến dạng trên đồng hồ trong sơ đồ bán cầu đã tăng 2 lần. Độ nhạy trong trường hợp này tăng 2 lần. P R2 R1 65
  62.  Trường hợp dùng sơ đồ bán cầu như hình vẽ. Nếu mẫu (Specimen) bằng thép có thì: Độ nhạy tăng 1,3 lần so với trường hợp 1/4 cầu P R2 P R1 66
  63. c) Sơ đồ 3: sơ đồ toàn cầu (The Full Bridge) P B i R1-Active R4-Active I I2 1 R3 A C E R 2 R -Active R -Active 2 3 R4 R1 D  CM tt ta được P  Độ nhạy tăng 2,6 lần so với 1/4 cầu 67
  64. 2.3.4. Một số đầu chuyển đổi để đo một số đại lượng cơ học khác 1. Transducer lực kế (Loadcell)  Để đo lực người ta thường sử dụng lực kế (loadcell)  Ưu điểm: dễ sử dụng, cho kq khá chính xác  Nhược điểm: chỉ đo được 1 điểm, khó khăn đo tại các vị trí nguy hiểm đối với người sử dụng và chỉ đo được một giá trị tải trọng tĩnh * 68
  65.  Để khắc phục nhược điểm trên người ta đã chế tạo được loại Loadcell kiểu đầu chuyển đổi (Transducer). 69
  66. P Kích thủy lực (Jack) Máy đo biến dạng Đattric Loadcell Indicator Cọc khoan nhồi Loadcell Thử tải cọc 71
  67. 2. Transducer kiểu điện dung S¬ ®å vµ cÊu t¹o thùc: Khe hở không khí d 2 bản kim loại dẫn điện Chất cách điện 72
  68.  Nguyên lý hoạt động: khi có P tác dụng làm cho d thay đổi và do đó dòng điện I qua 2 bản cực kim loại cũng thay đổi: + U: hiệu điện thế đặt vào 2 bản kim loại + f: tần số của dòng điện + c: điện dung của dung môi giữa 2 bản cực: + ε: hằng số điện môi + S: diện tích của bản cực Loại transducer này có thể dùng để đo lực, chuyển vị tĩnh, động, đo độ nghiêng bề mặt của vật thể 73
  69. 3. Transducer kiểu điện cực  Sơ đồ cấu tạo  Dùng để đo chiều cao sóng, đo dao động mực nước Nguồn điện Tấm cách điện Các điện cực 74
  70. 4. Transducer kiÓu ®iÖn c¶m ü S¬ ®å vµ cÊu t¹o thùc ü Dïng ®Ó ®o chuyÓn vÞ vµ chÕ t¹o thµnh c¸c ®Çu ®o ¸p lùc P Lõi sắt từ Vỏ Cuộn dây Dây dẫn điện 75
  71. 5. Transducer đo áp lực  Sơ đồ và nguyên lý cấu tạo Màng tiếp nhận áp lực Áp lực q Lõi sắt Cuộn dây Vỏ Dây dẫn 76
  72. 6. Transducer kiểu áp điện  Nguyên lý hoạt động: dựa trên nguyên lý áp điện: tinh thể áp điện (thạch anh) bình thường không sinh ra điện áp nhưng khi chịu tác dụng của áp lực thì sinh ra điện áp.  Dùng để đo chuyển vị, tần số dao động cưỡng bức, tần số dao động riêng, gia tốc, vận tốc của kết cấu khi chịu tải trọng động. 77
  73. Vỏ Lò xo giữ Khối nặng Đĩa áp điện Dây dẫn Đáy 78
  74. CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI 79
  75. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 3.1.1. Yêu cầu đối với tải trọng thí nghiệm  Có thể cân, đong, đo, đếm và đảm bảo được độ chính xác cần thiết;  Có khả năng đáp ứng và xác định chính xác các giá trị lực theo yêu cầu;  Truyền trực tiếp và đầy đủ giá trị của tải trọng lên kết cấu thí nghiệm;  Trị số tải trọng phải ổn định (không thay đổi giá trị theo thời gian) khi tác dụng lâu dài và không chịu ảnh hưởng của môi trường thí nghiệm. 80
  76. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 3.1.2. Tải trọng phân bố tĩnh 1. Vật liệu rời  Sử dụng vật liệu xây dựng rời như xi măng, cát, đá, sỏi làm tải trọng khi thí nghiệm tĩnh các kết cấu công trình; đặc biệt là khi tiến hành thử tải trọng trên các kết cấu tại hiện trường.  Khi dùng vật liệu rời làm tải thí nghiệm cần phải cân đong chính xác; đóng gói thành từng bao cho trọng lượng tối đa không nặng quá 50 kg. Những bao vật liệu khi chất tải phải xếp thành từng trụ riêng lẻ (cách 5-10cm) trên bề mặt đối tượng thí nghiệm. 81
  77. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 2. Vật liệu viên khối  Các viên khối vật liệu dùng làm tải trọng thí nghiệm thường là các viên gạch nung, gạch bê tông, chúng cần được sắp xếp thành từng trụ riêng lẻ (3-5cm) trên bề mặt chịu tải kết cấu. 82
  78. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH Hạn chế:  Tải trọng tác dụng lên đối tượng không cùng một thời điểm;  Mất nhiều công sức và thời gian để cân đong, đóng gói vật liệu cũng như chất và dỡ tải khi tiến hành thí nghiệm;  Hạn chế khả năng quan sát và đo đạc trạng thái ứng suất – biến dạng trên bề mặt đặt tải khi tiến hành thí nghiệm;  Xuất hiện sự ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa kết cấu và tải trọng, làm ngăn cản một phần biến dạng của KC trên bề mặt tiếp xúc đó;  Không đảm bảo an toàn trong trường hợp kết cấu thí nghiệm bị phá hoại. 83
  79. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 3. Gia tải bằng nước  Tải trọng bằng nước là dạng tải trọng hoàn hảo nhất, khi cần đặt tải trọng phân bố đều có cường độ lớn lên kết cấu thí nghiệm. Hình 3.7 Chất tải bằng nước 84
  80. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH Ưu điểm của phương pháp gia tải trọng bằng nước:  Có khả năng xác định chính xác giá trị của tải trọng phân bố bằng độ cao của cột nước; đảm bảo sự phân bố đều của tải trọng;  Nước còn là tải trọng thông thường để thí nghiệm các kết cấu chứa chất lỏng như: bể nước, đường ống Nhược điểm của phương pháp gia tải trọng bằng nước:  Không đảm bảo sự phân bố đều và chính xác khi bề mặt chịu tại của kết cấu gồ ghề và không nằm ngang. 85
  81. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 4. Tải trọng phân bố qua hệ dầm truyền tĩnh định  Khi thí nghiệm khảo sát các kết cấu có mặt chịu tải lớn như bản sàn, mái BTCT toàn khối, các kết cấu vỏ mỏng  Tạo các tải trọng phân bố bằng cách tập hợp một hệ thống lực tập trung có cường độ như nhau, với mật độ cao (thường từ 16-25 điểm/m2), được sắp xếp theo quy luật trên bề mặt chịu tải của kết cấu. 86
  82. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH Ưu điểm của pp gia tải thông qua hệ dầm tĩnh định  Có thể quan sát được bề mặt của kết cấu chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng.  Không có hiện tượng ngăn cản biến dạng của lớp vật liệu bên ngoài của kết cấu do sự xuất hiện của lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa tải trọng và kết cấu;  Tăng, dỡ tải trọng nhanh chóng và đồng đều trên toàn bộ các điểm tải 87
  83. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 3.1.3. Gia tải tập trung Gây tải trọng bằng biện pháp treo vật nặng Hình 3.15 Chất tải trọng bằng cách treo vật nặng a) Treo tải trực tiếp b) Treo qua hệ dầm phân lực 88
  84. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH Đặc điểm:  Treo trực tiếp vật nặng lên kết cấu để làm tải trọng tập trung là phương pháp đơn giản nhất nhưng lại rất cồng kềnh. Ưu điểm của biện pháp này so với các biện pháp khác là trị số cuả tải trọng không thay đổi khi kết cấu khảo sát bị biến dạng.  Đặt tải qua hệ thống đòn bẩy khuếch đại. Khi thí nghiệm các kết cấu riêng lẻ cần có giá trị tải trọng tác dụng lớn, thường dùng các hình thức gây tải trọng tập trung qua các đòn bẩy khuếch đại. 89
  85. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 90
  86. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH Tạo tải trọng lên kết cấu thí nghiệm bằng thiết bị căng kéo được áp dụng trong những trường hợp:  - Thí nghiệm tiến hành trong địa bàn chật hẹp;  - Không có điều kiện triển khai biện pháp treo tải bằng vật nặng;  - Đòi hỏi phải điều chỉnh nhẹ nhàng giá trị tải trọng tác dụng;  - Phương pháp tác dụng của tải trọng lên công trình bất kỳ. 91
  87. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH Nhược điểm của pp tạo tải trọng lên kết cấu thí nghiệm bằng thiết bị căng kéo  Không đảm bảo được giá trị tải trọng không đổi theo thời gian, đặc biệt trong những trường hợp cần giữ tải khi kết cấu làm việc ở giai đoạn phát triển biến dạng dẻo.  Giá trị tải trọng thay đổi do ảnh hưởng biến động của nhiệt độ môi trường đến hệ thiết bị gây tải như chiều dài của dây cáp. 92
  88. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH Gây tải trọng bằng kích thuỷ lực  Là một biện pháp thuận tiện nhất khi làm thí nghiệm kết cấu công trình chịu tải trọng tĩnh  Chiếm ít diện tích hơn các biện pháp khác  Thiết lập và điều chỉnh tải trọng dễ dàng;  Có khả năng đặt tải theo hướng bất kỳ. 93
  89. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 3.1.4. Giá trị của tải trọng thí nghiệm  Đối với các công trình hay kết cấu có yêu cầu cần chuyển giao cho sử dụng sau lúc khảo sát thực nghiệm: không được làm thay đổi hoặc hư hỏng trạng thái bình thường của chúng, có nghĩa là trong quá trình chất và dỡ tải trọng, trên đối tượng khảo sát không cho phép phát triển biến dạng dư và càng không được làm hư hỏng sự liên tục của kết cấu mà trong điều kiện làm việc bình thường không thể xuất hiện.  Đối với các kết cấu không có nhu cầu sử dụng sau khi thí nghiệm, nếu mục đích của thí nghiệm là để xác định khả năng chịu lực hay là để nghiên cứu điều kiện xuất hiện những hư hỏng cục bộ (nứt, trượt), thì giá trị cực đại của tải trọng thí nghiệm sẽ được tăng dần cho đến khi trong đối tượng xuất hiện các kết quả yêu cầu. 94
  90. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH Với các sản phẩm chế tạo sẵn:  - Khi tiến hành kiểm tra cường độ, thì tải trọng kiểm tra thường dùng bằng tải trọng tính toán nhân với hệ số từ 1,4 đến 2,0 tùy thuộc chủng loại kết cấu, vật liệu sử dụng và tính chất phá hoại mong muốn;  - Khi tiến hành kiểm tra độ cứng, thì tải trọng kiểm tra được dùng bằng giá trị tải trọng tiêu chuẩn đặt ở vị trí bất lợi nhất trên cầu kiện;  - Khi cần kiểm tra khả năng chống nứt trong các cầu kiện bê tông cốt thép, thì trị số của tải trọng kiểm tra nứt lấy bằng 1,05 giá trị tải trọng tính toán đối với cầu kiện có khả năng chống nứt loại I và bằng 1,05 giá trị tải trọng tiêu chuẩn đối với cấu kiện loại II. 95
  91. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 3.1.5. Trình tự chất và dỡ tải liên kết kết cấu thí nghiệm 3.1.5.1. Chất tải trọng  Tải trọng chất lên các đối tượng thí nghiệm cần được phân chia thành cấp. Số lượng cấp tải và giá trị mỗi cấp thương được xác định trên cơ sở những điều cần cân nhắc sau: khi giá trị các cấp tải càng nhỏ có nhiều số đọc trên dụng cụ đo.  Việc phân chia hợp lý các cấp tải trọng nên tiến hành cho từng đối tượng cụ thể; tuy nhiên, theo kinh nghiệm, giá trị mỗi cấp tải thường bằng khoảng (1/5-1/10) trị số tải trọng tính toán. Giá trị cấp tải trọng đầu tiên nên chỉ bằng 5-10% giá trị tải trọng cực đại mong muốn. 96
  92. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 3.1.5.2. Dỡ tải trọng  Về nguyên tắc, số lượng cấp dỡ tải trọng và giá trị mỗi cấp được lấy bằng như cấp chất tải; điều đó cho phép dễ dàng thể hiện sự tương ứng của quá trình thuận nghịch của số đọc trên các thiết bị đo.  Thường để rút ngắn thời gian, số lượng cấp giảm tải có thể ít hơn. 97
  93. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TĨNH 3.1.5.3. Giữ tải trọng  Để làm sáng tỏ quy luật biến thiên chuyển vị và biến dạng của đối tượng khảo sát  Sau lúc đặt các cấp tải trọng phải giữ nguyên giá trị của nó trên đối tượng khảo sát trong một khoảng thời gian đủ để cho chuyển vị và biến dạng của kết cấu được hoàn tất.  Đối với kết cấu kim loại giữ từ 15 đến 30 phút, đối với kết cấu bê tông cốt thép giữ từ 6 đến 12 giờ.  Nếu trong thời gian quy định giữ trị số tải trọng không đổi mà chuyển vị và biến dạng của kết cấu chưa hoàn tất thì thời gian giữ tải phải kéo dài thêm. Nếu sự phát triển của chuyển vị và biến dạng không chậm lại, thì kết cấu đó xem như không đưa vào sử dụng được trong điều kiện chịu tải tương ứng. 98
  94. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG 3.2.1. Các dạng tải trọng động  Tải trọng thay đổi theo chu kỳ - loại tải trọng tác dụng theo nhịp điệu không đổi hoặc thay đổi tại một vị trí trên công trình, biên độ và tần số biến thiên theo một quy luật xác định. Một trong những dạng cơ bản của loại này là tải trọng điều hòa, biên độ, tần số biến đổi theo quy luật hình sin.  Tải trọng rung động không quy luật - loại tải trọng phụ thuộc các đặc trưng của những quá trình ngẫu nhiên tác dụng vào công trình.  Tải trọng xung kích - loại tải trọng tác dụng trong khoảnh khắc tức thời lên một vị trí trên đối tượng sau những thời gian ngắt quãng đều hoặc không đều. 99
  95. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG 3.2.2. Sự làm việc của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng động 3.2.2.1. Dao động bản thân (tự do)  Khi kết cấu chịu tác động xung kích như va chạm, nổ hay chuyển vị cưỡng bức ban đầu, rồi sau đó được giải phóng khỏi những tác động khác bên ngoài  Có tần số xác định và phụ thuộc các đặc trưng của KCCT Hình 3.16. Dao động tự do a) Biểu đồ dao động tự do tắt dần; b) Đặc trưng tính toán hệ số tắt dần 10 0
  96. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG  Giá trị các biên độ tắt dần của dao động : A, a1, a2, , an;  Chu kỳ dao động T (s);  Tần số dao động f = 1/T (Hz);  Thời gian tắt dao động Tn. Hình 3.16. Dao động tự do a) Biểu đồ dao động tự do tắt dần; b) Đặc trưng tính toán hệ số tắt dần 10 1
  97. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG 3.3.2.2. Dao động cưỡng bức là dao động xảy ra trong đối tượng khi có tác dụng thường xuyên của một hoặc nhiều tải trọng động  Dao động theo chu kỳ - dao động được lặp lại qua một thời gian xác định.  Tham số cơ bản của dao động theo chu kỳ  Chu kỳ dao động T;  Tần số dao động f và tần số vòng ω (số vòng dao động trong khoảng thời gian 2π giây).  Dao động điều hòa là dao động theo chu kỳ thường gặp nhất trong thực tế sản xuất. 10 2
  98. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG  Chuyển vị z phụ thuộc thời gian t z = a sin (ωt + α) ◦ a - biên độ dao động; α – pha ban đầu (khi t = 0); ◦ ωt + α – pha dao động, xác định theo vị trí của điểm dao động tại thời điểm t;  Mọi quá trình dao động theo chu kỳ đều có thể là tổ hợp những dao động điều hòa có tần số và biên độ được chọn tương ứng. 10 3
  99. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG  Dao động không theo chu kỳ ◦ Dao động tắt dần; ◦ Dao động phát triển, thường xảy ra trong thời gian khởi động một quá trình động; ◦ Dao động có các đặc trưng thay đổi không theo quy luật nhất định (hình 3.17d). 10 4
  100. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG  Hiện tượng cộng hưởng: khi tần số cưỡng bức tiến gần đến tần số dao động bản thân của công trình thì biên độ cưỡng bức phát triển lớn dần và sẽ xuất hiện hiện tượng cộng hưởng khi hai tần số dao động đó bằng nhau, biên độ cưỡng bức đạt đến giá trị cực đại và có thể dẫn đến phá hoại công trình  Hiện tượng dao động “biên”: khi cùng tác dụng hai nguồn dao động theo chu kỳ lên đối tượng nghiên cứu có các chu kỳ dao động T1 và T2 gần bằng nhau Chu kỳ “biên” 10 5
  101. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG 3.2.3. Các biện pháp và thiết bị tạo tải trọng động lên công trình Yêu cầu:  Đối với các thí nghiệm kiểm định, cường độ của tải trọng động phải được chọn sao cho đồng thời đảm bảo độ bền, độ ổn định cho kết cấu công trình, nhưng phải đủ để các dụng cụ và thiết bị đo với độ nhạy của chúng có thể chỉ thị hay ghi lại các tham số động cần phải xác định. Có thể tạo tải trọng động bằng các phương tiện sẵn có như các máy móc, thiết bị sản xuất, các phương tiện vận tải tàu, xe v.v (tải trọng thực).  Các thí nghiệm nghiên cứu thường được tiến hành với nhiều dạng và cường độ của tải trọng động khác nhau. Tải trọng được tạo ra bằng các thiết bị chuyên dùng, các máy rung hoạt động bằng nguyên lí cơ hoặc thủy lực. 10 6
  102. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG 3.2.3.1. Tải trọng thực  Gây rung động tại một vị trí cố định như các máy móc cơ khí trong các xưởng máy;  Vừa gây rung động vừa chuyển dời vị trí như các phương tiện vận tải ôtô, tàu, và các phương tiện trong nội bộ nhà xưởng (cần trục, cầu thang máy, )  Tải trọng thực có thể là ◦ Một nguồn chấn động ◦ Nhiều nguồn gây chấn động tồn tại đồng thời: phức tạp, quá trình thí nghiệm phải thực hiện theo trình tự từ đơn giản đến phức tạp và từ chế độ làm việc nhẹ đến chế độ làm việc nặng dần. 10 7
  103. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG  Nếu nguồn gây rung động là các máy móc, thiết bị được lắp đặt tại một vị trí cố định trên công trình, trong quá trình thí nghiệm cần khảo sát các trạng thái làm việc khác nhau của máy móc, thiết bị như khởi động, dừng tắt, các mức công suất khác nhau (vòng quay, tải trọng ) để xác định được các tham số động gây bất lợi nhất, hoặc nguy hiểm nhất.  Nếu các nguồn chấn động là di chuyển, thì ngoài những trường hợp thí nghiệm như đối với nguồn chấn động tại chỗ (tàu xe nổ máy tại chỗ, cần trục nâng hạ tải trọng ), còn cần phải tìm sự ảnh hưởng đến trạng thái công trình khi tốc độ di chuyển của các nguồn chấn động phát triển lớn và khi xuất hiện lực hãm các chuyển động 10 8
  104. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG 3.2.3.2. Tải trọng thí nghiệm chuyên dùng  Việc dùng tải trọng thực để làm thí nghiệm thường bị hạn chế, không đáp ứng được các yêu cầu nghiên cứu về cường độ tải trọng cũng như sự khống chế của tần số dao động.  Cần phải tạo các nguồn tải trọng rung động chuyên dùng có các đặc trưng kỹ thuật phù hợp với các chỉ tiêu thiết kế công trình 10 9
  105. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG a. Tải trọng xung kích (va chạm)  Va chạm đơn sẽ gây dao động bản thân của kết cấu công trình.  Để xác định tần số và cường độ của dao động cưỡng bức này, không đòi hỏi phải đo chính xác các đại lượng của nguồn va chạm, mà chỉ cần đảm bảo tạo được lực va chạm đủ để ghi được dao động bản thân của kết cấu.  Phân thành tải trọng va chạm đứng và tải trọng va chạm ngang 11 0
  106. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG Va chạm đứng  Cho rơi một vật nặng có trọng lượng Q tương đương khoảng 0,01% trọng lượng của đối tượng khảo sát, đặt ở độ cao h =2,0 - 2,5m.  Tại vị trí điểm rơi của vật nặng trên kết cấu, rải một đệm cát dày khoảng 10 - 20cm để bảo vệ bề mặt của kết cấu thí nghiệm và để ngăn chặn các nhát va chạm thứ cấp. 11 1
  107. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG  Biểu đồ dao động ghi được sẽ cho phép xác định chu kỳ dao động bản thân của cả công trình và vật nặng  Chu kỳ dao động bản thân To của kết cấu được xác định từ kết quả đo thực nghiệm ◦ T - chu kỳ dao động riêng của kết cấu và vật nặng; ◦ mqd - khối lượng quy đổi tại vị trí va chạm; ◦ m - khối lượng của vật rơi; k - giá trị của vật nặng làm kết cấu chuyển vị 1 cm.  Va chạm đứng còn có thể tạo được bằng biện pháp thả rơi vật nặng Q từ kết cấu thí nghiệm tạo nên một xung lực chuyền qua sợi cáp treo và làm cho kết cấu dao động. 11 2
  108. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG Va chạm ngang  Dùng một thanh gỗ tròn, đường kính từ 20 - 25 cm, chiều dài từ 250 - 300 cm được treo ngang bằng trên hai dây.  Sau nhát va chạm đầu tiên, cần phải giữ sợi dây để giữ búa không cho xảy ra các nhát va chạm thứ cấp.  Có thể tạo va chạm ngang bằng cách treo một vật nặng trên sợi dây có ròng rọc chuyển hướng nối với một cơ cấu mở tự động khi có xung lực kéo xác định 11 3
  109. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG b. Tải trọng rung động  Dùng máy rung động chuyên dùng được thiết kế và chế tạo theo nguyên lý quay các quả nặng đặt lệch tâm.  Máy rung với một quả nặng đặt lệch tâm 2 2 2 P = me ω Px= meω cosωt; Py= meω sinωt;  Rất thường gặp trong thực tế sản xuất (đầm dùi, đầm mặt để rung lắc bê tông tạo độ chặt) khi động lực có dạng dao động điều hòa xuất hiện trên cả hai phương đều có lợi 11 4
  110. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG Máy rung với 2 quả nặng đặt lệch tâm  Khi một trong hai phương xuất hiện của động lực có dạng dao động điều hòa là không cần thiết hoặc gây hại (thiết bị rung cọc móng, rung hạ giếng chìm, rung ván khuôn v.v )  Thỏa mãn yêu cầu chỉ gây tải trên một phương để khảo sát các thông số động  Ghép đồng bộ hai quả lệch tâm để triệt tiêu thành phần không mong muốn Hình 3.21 Máy rung ly tâm định hướng (hai quả lệch tâm) 11 5
  111. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG 2  Px(t)=0 Py(t) = 2m eω sint  Py cực hạn khi ωt =±π/2 Hình 3.22 Bốn vị trí đặc trưng của máy rung hai quả lệch tạo tải trọng rung động hình sin  Từ quy luật làm việc của thiết bị chấn động hai khối, có thể chế tạo các thiết bị rung có công suất lớn hơn với bốn hoặc tám quả nặng, dùng để gây những dao động cưỡng bức đối với các công trình lớn như kết cấu nhịp cầu 11 6
  112. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG  Khi đặt các khối lượng như trên hình 3.23a, sự làm việc của thiết bị chấn động trong mọi thời điểm đều giống sự làm việc của thiết bị rung có hai khối lượng 11 7
  113. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI ĐỘNG  Hình 3.23a: sự làm việc của thiết bị chấn động trong mọi thời điểm đều giống sự làm việc của thiết bị rung có hai khối lượng  Hình 3.23b: hình chiếu lực Py(t) tại mỗi điểm sẽ bằng hình chiếu của lực Py’(t) nhưng ngược chiều. Thiết bị chấn động tạo trong mặt phẳng yz một mômen đổi dấu M(t) = 2 meω2sinωt  Mômen động Mk = ∑ωmiei  Thiết bị gây chấn động cần phải có phạm vi thay đổi số vòng quay rộng. Vì thế, bộ phận động lực trong thiết bị chấn động thường phải dùng các động cơ điện có dòng không đổi cùng với bộ chuyển tốc độ để có thể thay đổi số vòng quay của thiết bị từ 15 đến 20 lần. 11 8