Giáo trình Thử nghiệm cầu bê tông và cầu thép (Nghề Thí nghiệm và kiểm tra chất lượng cầu đường bộ - Trình độ cao đẳng): Phần 2 – Trường CĐ GTVT Trung ương I

Giáo trình Thử nghiệm cầu bê tông và cầu thép (Nghề Thí nghiệm và kiểm tra chất lượng cầu đường bộ - Trình độ cao đẳng): Phần 2 gồm có các bài sau: Bài 5: xác định độ võng, độ vồng của dầm và dàn khi thử với tải trọng động; bài 6: xác định độ lún của mố, trụ và gối khi thử với tải trọng động; bài 7: xác định ứng suất lớn nhất ở các mặt cắt cần kiểm tra khi thử với tải trọng động; bài 8: xác định biên độ và tần số dao động tự do khi thử với tải trọng động; bài 9: xác định biến dạng đàn hồi và biến dạng dư khi thử với tải trọng động. Mời các bạn cùng tham khảo.

BAI 5:XAC DINH DO VONG, BO VONG CUA DAM VA DAN KHI THU

VỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG

~ Theo trình tự cân thử tải tĩnh với nhiêu xe tải trước, sau đó giải phóng các xe

đó đi chỉ giữ lại 2 xe để thử tải động Nếu thấy cầu yêu cầu yếu quá trong lúc thử tải tĩnh thì không thử tải động nữa

- Trên cầu ôtô, dù nhiều làn xe , dù nhiều làn xe, được phép chỉ cần sử dụng một làn xe chính giữa cầu để thử tải động

- Tốc độ xe thử động thường bắt đầu từ 5km/h và tăng dần từng cấp tuỳ theo đồ

án thiết kế quy định Nói chung hệ số xung kích sẽ lớn nhất ứng với tốc độ xe từ 25-35 km/h do đó cần cho xe thử ở tốc độ đó

- Dé thử đo xung kích có thé đặt 1 tắm ván dày 5 cm trên mặt cầu tại đúng mặt cắt có đặt máy đo (ví dụ giữa nhịp), khi xe ôtô chạy nhanh quá sẽ gây xung kích

lớn

- Cần thiết cho xe thử chạy nhanh và hăm phanh đột ngột để tạo ra chuyển vi dọc lớn của đỉnh mồ trụ gối trên nhịp đang xét

- Thông tin liên lạc giữa người chỉ huy đo đạc và lái xe cần thống nhất hiệu lệnh

và nên có máy điện thoại vô tuyến Cần đặc biệt chú ý khi thử tải động, mặt cầu phải hoàn toàn trống vắng

- Ở nước ngoài có những máy chắn động đặt trên xe chuyên dụng dé gay ra chan động lúc thử nghiệm công trình Tại viện KHCN GTVT có một xe như vậy do nước Nga chế tạo

- Mục đích của thử động là để xác định các đặc trưng động học của kết cầu nhịp,

cụ thê là xác định tân số dao động riêng, tân sô và biên độ cực đại của dao động

cưỡng bức, hệ số xung kích và hệ số tắt của dao động Những thông số đó sẽ

cho phép định ra một chêt độ khai thác hợp lý nhât đôi với công trình

Tải trọng trong thử động có thê là tải trọng di động hoặc tải trọng xung Thử tải trọng xung cho phép xác định một cách hiệu quả tần số dao động riêng của cầu

và hệ số tắt dao động Tải trọng xung có thể tác dụng theo phương thẳng đứng hoặc theo phương nằm ngang

58

- Tất cá các kết cầu nhịp thường đều thử với tải trọng xung theo phương thẳng đứng

- Tải trọng xung theo phương nằm ngang chỉ thử đối với những cầu có độ cứng nằm ngang tương đối yếu

- Để tạo tải trọng xung thẳng đứng thường dùng cách thả rơi những khối nặng

300 — 1000 kg từ độ cao 0,3 — 0,5 m lên một đệm cát Đệm cát có tác dụng bảo

vệ mặt cầu khỏi bị hư hại và cũng để tránh cho vật rơi không nay lên Dao động

do tác động của tải trọng xung được ghi bằng máy ghi độ võng đặt gần vị trí tác

động Máy ghi được bật làm việc vài giây trước khi thả vật rơi và sẽ tắt sau khi dao động không còn nữa

- Tai trong xung trong phương nằm ngang có thể tạo ra bằng kích có kèm bộ gá gây lực xung, tất cá đặt trên hệ đà giáo thiết lập dưới gầm cầu (hình 35) Đỉnh của đà giáo được neo chẳng chắc chắn bằng các sợi dây cáp Bộ gá lắp gây lực xung có lỗ để tra bu lông chốt Khi kích đạp lên kết cấu nhịp đạt tới một lực nhất định thì bulông chốt bị cắn đứt, làm cho kết cầu nhịp dao động trong phương ngang

- Thử động bằng tải trọng di động cho phép xác định tần số và biên độ của dao

Hình 5-1: Sơ đồ hệ thống tạo tải trọng xung trong phương nằm ngang

- Bất kỳ tải trọng di động nào qua cầu cũng gây ra tác dụng động Mã hiệu ứng phụ thuộc các đặc trưng động của chính tải trọng và tương quan giữa dao động

do tải trọng đó gây ra với dao động riêng của kết cấu nhịp

59

- Các đặc trưng động học khi thử động được ghi lại bởi các thiết bị và dụng cụ

đo thường lắp đặt ở những điểm có độ võng lớn nhất Dé thuận tiện cho việc nghiên cứu các biểu đồ ghi được do thử động, nhất thiết phải ghi rõ tỉ lệ khuếch

đại biến dạng, số hiệu lần tải trọng chạy vào cầu, hướng và tốc độ chuyển động

của tải trọng Cố gắng ghi được được cả trên biểu đồ đo ghi thời điểm tai trọng vào cầu và ra khỏi cầu cũng như khi đi qua những điểm đặc trưng nhất (chẳng hạn như gối hoặc khớp)

2 Nguyên lý đo dộ võng

- Để đo độ võng của kết cấu nhịp cần đo chênh lệch cao độ ở thời điểm chưa có tải C và thời điểm có tải C° Chênh lệch cao độ (CC’) la chuyén vị đứng của

điểm C

- Nếu dầm có gối cứng thì CC' chính là độ võng của điểm C

- Nếu dầm đàn hồi ( Hình 2_17b) độ võng của điểm C(C°°C') được tính bằng hiệu số giữa chuyển vị đứng đo được(CC') và chuyển vị đứng của điểm C do chuyển vị gối sinh ra khi xem như dầm là tuyệt đối cứng Như vậy nếu dầm có

gối đàn hồi, để đo độ võng ở một mặt cắt nào đó cần phải lắp dụng cụ đo ở mặt

cắt đo và cả ở các gối mà chuyền vị của nó ảnh hưởng đến chuyền vị của mặt cắt

quan trắc làm việc có thể dựa trên nguyên tắc cơ khí hoặc điện Dụng cụ điện sử

dụng trong trường hợp đo động tốt hơn, vì các máy móc cơ khí ít nhiều có quán

tính tương đối lớn hơn do đó khó có thể ghi được chính xác những đại lượng

biến đổi nhanh Một khi dụng cụ quan trắc khi thử tải động hay được dùng là máy tự ghi vạn năng Gâyghe (hình 5-3)

60

- Bộ cảm nhận độ võng như trên hình 5-4a Bộ phận ghi nối với tay khuỷu 4 có

thể quay quanh một trục và tựa lên kim 5 Kim này được nối với dây 6 có một

61

đầu buộc vào điểm đo võng của kết cấu, đầu kia nối qua lò xo mềm 7 vào một

điểm cố định Lò xo 7 bảo đảm cho dây 6 luôn luôn căng đề độ võng động được truyền chính xác sang bộ phận cảm nhận của máy đo Toàn bộ sơ đồ lắp đặt máy

đo ghi thể hiện trên hình 38b Tùy theo sự thay đổi khoảng cách của tay khuỷu

cũng như của bút ghi mà độ võng có thể khuếch đại từ 1,5 đến 240 lần

- Cũng trong quy trình này điều 3.12 quy định” Trong trường hợp nhịp giản đơn

mà không thể bồ trí thiết bị đo tại điểm giữa nhịp được thì có thể bố trí điểm đo tại tiết diện lân cận rồi sau đó tính ra độ võng tại giữa nhịp

- Khi độ lún của mố, trụ đáng kể, phải bố trí điểm đo độ võng nhịp dầm tại hai gối Trong trường hợp này nếu không thé bố trí thiết bị đo tại gối được thì bố trí tại tiết diện lân cận của hai gối (cách gối khoảng 0.5 đến 1m) rồi sau đó tính ra

Hình 5-5: Mặt cắt bố trí điểm đo độ võng của cầu dầm ( nếu gối dàn hồi thì

phải đo cả ở hai mặt cắt gối) -_ Trên mặt cắt ngang đo ở tất cả các dầm hoặc sườn dầm ( hình 5-6)

Hình 5-7: Bồ trí điểm đo độ võng trong cầu dàn

- Theo chiều ngang cầu đo ở tất cả các dàn chủ ( hình 5-8)

Hình 5-8: Bồ trí điểm đo độ võng trên mặt cắt ngang cầu dàn

c) Dàn chạy dưới

đ) Dàn chạy trên

5 Đánh giá kết quả đo

- Kết quả đo được trong thử tải động là những biểu đồ do các thiết bị, dụng cụ ghỉ lại, cho nên cần phải có sự nghiên cứu, phân tích và đánh giá các kết quả đó

để có thể rút ra những kết luận về tình trạng ký thuật của công trình

- Trên hình 5-9c và d là biểu đồ đo võng động của một kết cấu nhịp ghi được khi

có một đoàn quân đội qua cầu, tương ứng với các tần số khác nhau của nhịp

bước Với tần số nhịp bước là 120 trong một phút thì dao động là đơn điệu, khi

tần số nhịp bước là 60 trong một phút thì dao động song điện có biên độ nhỏ hơn

và chu kỳ lớn hơn

- Biểu đồ độ võng trên hình 5-9c cho thấy là chu kỳ dao động riêng của kết cấu

nhịp (T=0,5sec) trùng với chu kỳ dao động cưỡng bức, do đó biên độ dao động lớn Còn trên hình 41d thé hiện rd dao động có chu kỳ 0,5sec lồng vào dao động tần số cơ bản (chu kỳ T=0,97sec) Hình 5-9e trình bày sự phân tách của đao

động I thành 2 dao động II và III

- Hình 5-9g là biểu đồ độ võng của kết cấu nhịp khi hoạt tải chạy qua một bậc cao 6cm đặt tại giữa nhịp Hình 41h là biểu đồ dao động ngang ghi đồng thời

64

Sau khi tải trọng lăn qua bậc kê thi dao động tắt dần rồi tiếp đó lại nổi lên và sau mới tắt đi Hiện tượng này là do các tần số dao động riêng và dao động cưỡng bức gần xấp xỉ nhau

Chu kỳ dao động T được xác định bằng cách đo (theo số ghi thời gian) khoảng cách giữa các đỉnh hai sóng kề nhau Muốn chính xác hơn thì có thể đo kháng cách giữa 5 hoặc 10 đỉnh sóng liên tiếp rồi chia cho tương ứng 5 hoặc 10

BAI 6: XAC DINH DO LUN CUA MO, TRU VA GOI KHI THU

VOI TAI TRONG DONG

1 Giới thiệu chung

- Như chúng ta đã biêt mô câu được xây dựng ở vị trí tiệp giáp giữa đường

và cầu, ngoài nhiệm vụ kê đỡ kết cầu nhịp nó còn có vai trò của một tường

chắn đảm bảo ổn định cho nền đường đầu cầu Do đó ngoài các phản lực truyền

từ kết cấu nhịp, mồ còn chịu tác dụng của áp lực đất Là kết cấu nối tiếp giữa

đường và cầu nên mồ phải được cấu tạo sao cho:

+ Không xảy ra hiện tượng thay đổi độ cứng của tuyến đường một cách đột ngột,

+ Đảm bảo xe chạy êm thuận khi qua cau,

+ Đất đấp có tác dụng hướng dòng chảy đượcêm thuận, tránh xói lở bờ sông

- Ngoài ra mé cầu phải đảm bảo:

+ Chịu được các tải trọng ngang từ áp lực đất dap sau mé, tai trong ban thân, hoạt tải chất

thêm cũng như các tải trọng khác từ kết cấu phần trên truyền xuống bệ mó

và lên móng

+ Ôn định cho kết cấu phần trên làm việc, cho phép kết cấu phần trên biến dạng một cách thích hợp dưới tác động của các tải trọng khai thác

+ Đảm bảo êm thuận chuyển động của xe khi xe di chuyển từ phần đường

lên cầu và ngược lại

+ Mố cầu trực tiếp chịu các tô hợp tại trọng từ kết cấu phần trên xuống kết cấu móng Công tác thiết kế móng sẽ bắt đầu từ bước khảo sát địa chất để xác định các tính chất địa vật lý của đất nền Nhưng từ thực tế cho thấy, có rất nhiều sai sót trong quá trình khảo sát tới thiết kế và thi công mé cau, dan đến nhiều hư hai hay sự cố trong quá trình khai thác (Rymar S.) Các loại tải

trọng và cơ cấu làm việc của mố cầu được thể hiện trong hình 1.1

66

VL

Hình 1.1 So đồ tải trọng tác động lên mồ cầu (TCVN 272-05)

1.2 Các chuyển vị của mồ cầu

[TTITTITITTHITTITIT

- Trong phân tích hình học của mố cầu các loại chuyển vị của mồ cầu có thể

chia làm hai loại: sự dịch chuyển va xoay Đối với các kết cấu không gian

3 chiều như mồ cầu thì có 3 dạng dịch chuyển và 3 dạng xoay (Ba2yñski J et all,

1999):

+ Chuyển vị thẳng đứng đều do lún đều của bệ mó

+ Chuyén vj thắng đứng không đều do lún không đều của bệ mồ theo phương

ngang cầu

+ Chuyến vị thắng đứng không đều do lún không đều của bệ mồ theo phương

đọc cầu

+ Chuyến vị ngang của mồ theo phương dọc cầu

+ Chuyển vị ngang của mố theo phương ngang cầu

+ Chuyền vị đứng không đều kết hợp chuyển vị ngang không đều theo phương

đọc cầu

+ Chuyến vị đứng không đều kết hợp chuyển vị ngang không đều theo phương

ngang cầu

- Theo cơ cấu làm việc của mố cầu thì ta có thể phân ra các loại chuyển vị

cơ bản như sau, bao gôm (Lyszkowicz A):

67

Chuyển vị góc theo hai

phương - sang bên

phương dọc của cầu

song song với trắc dọc

của cầu

do áp lực của đất đắp sau mồ tác động lên tường thân mồ,

dẫn đến thay đổi cao độ của trắc dọc cầu, tạo nên gờ ở khu vực khe co dãn và làm khép các khe co dãn lại

dén thay đổi trắc dọc của cầu, và làm thay đổi vị trị của

gối cũng như điều kiện làm việc của gối cầu

Chuyển vị tổng hợp Chuyển vị của mồ tạo bởi tổ hợp các chuyển vị khác

2 Các giải pháp đo đạc chuyển vị

2.1 Do đạc lún đều của mé

- Giá trị lún trong quá trình đo đạc mồ là một trong những thông tin quan trong

nhất Có rất nhiều cách đo đạc độ lún của mồ cầu, về cơ bản thì được chia thành

cách nhóm sau (Bazynski J et all, 1999):

+ Phương pháp đồng hồ;

+ Phương pháp áp dụng chênh lệch áp suất;

+ Phương pháp quét laser

2.1.1 Phương pháp cảm biến đồng hồ

- Phương pháp này áp dụng các cảm biến đồng hồ cơ hoặc cảm biến đồng hồ

68

điện tử Để áp dụng biện pháp này ta cần phải thiết lập một tấm thép mỏng bằng phẳng gần mặt đất, sau đó lắp cảm biến đồng hồ vào qua một

thanh nam châm Trên bề mặt đất cần phải thiết lập một vị trí so sánh cũng bằng một tắm thép và một đầu đo của cảm biến đồng hồ sẽ phải chạm vào tắm thép ở vị trí so sánh đó Mọi sự chuyển dịch theo phương thắng đứng của mé

cầu sẽ được thể hiện qua kim chỉ của cảm biến đồng hồ (hình 2.7)

as nh 2.7 Cam bién đồng hồ 2.1.2 Phương pháp đo áp sang chênh lệch áp suất

- Phương pháp này cho phép đo lún của mô qua

hệ thống cảm biến đo áp suất kết nối với một bình chất lỏng được lắp đặt trên nền đất ổn định Cảm biến được lắp với bình chất lỏng bằng hai ống song song Sự thay đổi áp suất trong ống sẽ được cảm biến xác nhận và thể hiện

bằng sự chênh lệch cao độ giữa điểm đo đạc và điểm so sánh (hình 2.8) (Karsznia K., 2014)

Hình 2.8 Sơ đồ đo đạc lún áp dụng phương pháp chênh lệch áp suất

2.1.3 Phương pháp quét laser

- Phương pháp này dựa trên cơ sở thu thập các tín hiệu laser phản lại từ điểm phát Thiết bị sẽ thu thập cả thời gian phản lại của tín hiệu laser cũng như góc phản lại của tín hiệu để xác định khoảng cách cũng như vị trí của kết cấu trong không gian Phương pháp này có một ưu điểm rất lớn đó là độ chính xác cao, thực hành nhanh và rất hiệu quả Phương pháp quét laser rất đơn giản và tự động bằng thiết bị như hình 2.9, nhưng công tác chuẩn bị ban đầu và hiệu chỉnh kết quả sau khi quét mới mất nhiều thời gian Cũng vì lý do này mà giải pháp ít được 4p dung trong quan trac mé trụ cầu, khi mà công suất tính toán

của hệ thống máy tính hiện đại chưa đạt được tốc độ cần thiết Đây cũng là một

trong những phương pháp tốn kém nhất (Karsznia K., 2014)

69

thực hiện ở các vị trí khác nhau, quanh bệ mố để xác định gÓc Xoay của

cả mố Ngoài ra cũng có một số biện pháp trực tiếp xác định chuyển vị góc của mồ cầu bằng hai dạng thiết bị, đó là: bằng cảm biến góc nghiêng hay các inclinometer (Godlewski T.), (Karsznia K., 2014)

2.2.1 Do dac tmg dung cảm biến góc nghiêng

- Cảm biến góc nghiêng là thiết bị dé đo góc nghiêng của kết cấu/ công trình,

phương thức đo dựa trên cơ sở lực hấp dẫn của trái đất Hiện nay trên thị

trường có rất nhiều dạng thiết bị loại này, từ những dạng đơn giản nhất tới những thiết bị điện tử phức tạp được dùng trong quân sự, có đầy đủ khả năng để ứng dụng vào trong hệ thống quan trắc công trình Ngoài ra gần đây mới xuất hiện những thiết bị hiện đại mới dựa trên công nghệ MEMS

- Inclinometer được áp dụng rất rộng rãi trong

địa kỹ thuật Phần lớn các thiết bị đo độ nghiêng (inclinometer) yêu cầu

phải đo tại chỗ bên trong công trình (in situ) bằng các thiết bị chuyên dụng Các thiết bị inclinometer có thể ứng dụng được vào trong hệ thống quan trắc liên tục của công trình cầu bằng cách đặt các thiết bị này vào trong một ống quan trắc và kết nối với thiết bị thu thập dữ liệu của hệ thống (Muszyñski

Z Rybak J., 2011), (Karsznia K.,2011), (Karsznia K., 2014) (hinh 2.11)

Hình 2.11 Sơ đề hoạt động của inclinometer và cách thức đọc dữ liệu từ

inclinometer

2.3 Do dac chuyén vi ngang

- Một trong những nhiệm vụ của mố cầu là kháng lại áp lực của đất dap sau mố, tránh cho đất tràn vào dầm cầu Chính vì thế mố cầu chịu áp lực

ngang của đất sau mó, áp lực của hoạt tải chất thêm sau mó Nếu như mố cầu

có chuyển vị ngang lớn về phía dầm cầu sẽ làm giảm độ mở của khe co giãn, đồng thời tạo một góc xoay với trục xoay ở khe co giãn Để sớm phát hiện và có thời gian để xử lý các hiện tượng trên ta có thể áp dụng các thiết

bị như: cảm biến đo độ mở của khe co giãn hay cảm biến đo áp lực của đất đắp lên kết cấu „

2.3.1 Cảm biên đo độ mở khe co giãn

- Là cảm biến được lắp ở giữa mồ và kết cấu phần trên của cầu (dầm cầu) và có khả năng đo được độ mở của khoảng cách giữa hai kết cấu này Kết quả đo

được cần phải tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ, vì dưới tác động của sự thay

đổi nhiệt độ trong ngày kết cấu phần trên của cầu cũng có sự biến dạng làm thay đổi độ mở của khe co giãn (hình 2.12) (Karsznia K., 2011)

2.3.2 Đo đạc áp lực của đất đắp lên kết cấu

- Để giám sát và đo đạc các tải trọng ngang tác động lên mồ ta có thé áp dụng một loại thiết bị chuyên dụng đo đạc áp lực của đất đắp sau mồ lên kết cấu

mố Thiết bị này cần được lắp đặt trong quá trình thi công mố ở mặt sau của tường thân mố Sau khi lấp đầy đất đắp sau mố sẽ không còn khả năng tác động hay thay thế khi thiết bị có sự cố, vì vậy công tác lắp đặt và chuẩn bị cần được thực hiện hết sức chặt chẽ bởi các nhân sự chuyên nghiệp (Godlewski T), (Karsznia K., 2014)

71

QU

Hình 2.12 Thiết bị đo độ mở khe co giãn

72

BÀI 7: XÁC ĐỊNH UNG SUAT LỚN NHẤT Ở CÁC MAT CAT CAN KIEM

TRA KHI THỬ VỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG

1 Nguyên lý đo ứng suất

- Trong trạng thái ứng suất đường người ta đo ứng suất pháp thông qua đo biến dạng dài AI trên chiều dài | (hay còn gọi là chuẩn đo ) từ đó tính được biến dạng tương đối e = {eq \f(Al;l)} Khi đã có biến dạng tương đối e, theo định luật Hooke dễ dàng tính đựơc ứng suất pháp s = E.e, trong đó E là môđun đàn hồi của vật liệu

- Trong trạng thái ứng suất phẳng sẽ xảy ra hai trường hợp: biết phương chính

1, II và không biết phương chính

+ Khi đã biết phương chính I, II theo các phương này đo duge Al, va Ab,

từ đó tính được biến dạng tương đối s¡, e; và các ứng suất chính sạ, s; theo công thức:

$= To (€1 + pe)

(2-1)

E

S2= > (& + He) 1-p

Trong d6 p 1a hệ s6 Poisson, hé sé này phụ thuộc vào vật liệu, thí dụ đối

với thép tu = 0,30 +0,33

+ Khi chưa biết phương chính I, II Trường hợp này cần phải đo biên dạng dài theo ba phương Ali, Al;, Al; để tính ra e¡, e;, e; Thông thường người ta đo

theo phương 09, 45” và 90, khi đó có sọ, &45, và eoọ, hoặc đo theo phương 0°, 60

và 120 khi đó có £ọ, £so, &¡zọ „ từ đó tính được các biến dạng tương đối theo phương chính I, II là e và e;:

- 1), đây là các ứng suất cực trị của một trạng thái ứng suất

Để xác định phương chính (phương của các ứng suất s; và s;) oc ác công thức

73

Căn cứ vào các ứng suất chính cực trị, đễ dàng tính được các ứng suất tiếp

cực trị của trạng thái ứng suất này

Trong d6 s; 18 Smax CON Sz 1 Smin

2 Cac so dé tai trong

- So đồ tải trọng là một cách xếp xe tải trên cầu đề đại lượng đo có giá trị bất lợi nhất Như vậy trong mỗi sơ đồ tải trọng cần phải xét cách xếp xe theo chiều dọc cầu và xếp xe theo chiều ngang cầu

- Điều 3.6 Quy trình thử nghiệm cầu quy định "Việc bố trí tải trọng dọc và ngang công trình, bố trí lệch tâm hay đúng tâm phải xuất phát từ điều kiện làm việc bất lợi nhất cho công trình và các bộ phận cầu cần thử nghiệm của nó và phải được quy định chặt chẽ trong đề cương thử nghiệm cầu” Cũng trong quy trình này điều 3.19 còn quy định "Thường có hai phương án xếp xe để thử theo phương ngang cầu: xếp xe chính tâm cầu và xếp xe lệnh tâm cầu Trong trường hợp nào cũng phải thử theo phương án xếp xe chính tâm cầu, còn tùy theo tầm quan trọng của kết cấu có thể thử theo cả phương án thứ hai Đối với cầu treo, cầu dây văng, cầu có hai làn xe trở lên nhất thiết phải thử theo cả hai phương án xếp xe”

- Căn cứ vào các quy định trên nhận thấy để có một sơ đồ tải trọng cần tiến hành

74

chỉnh khoảng cách giữa các xe sao cho đại lượng đo do đoàn xe thử sinh ra xấp

xi bang dai lượng đo do đoàn xe tiêu chuẩn sinh ra

- Chú ý là với dầm giản đơn, tải trọng thử là tải trọng tập trung tại các trục xe khi đó mặt cắt có mômen uốn lớn nhất không phải là mặt cắt giữa nhịp mà là mặt cắt dưới một tải trọng tập trung nào đó đặt đối xứng với điểm đặt của các hợp lực qua điểm giữa nhịp Ở mặt cắt này mômen uốn do hoạt tải sinh ra lớn nhất nhưng mômen uốn do tĩnh tải sinh ra lại nhỏ hơn mặt cắt giữa nên người ta

thường đo ứng suất pháp tại mặt cắt giữa để cùng với mặt cắt đo độ võng

- Sau khi đã xếp xe ở vị trí bất lợi nhất trên đường ảnh hưởng tính được số xe theo chiều dọc cầu, đem số xe này nhân với số làn xe được số xe cần thiết cho một sơ đồ tải trọng

+ Theo chiều ngang cầu nhất thiết phải xếp xe đúng tâm, sau đó xếp một sơ đồ

lệch tâm về thượng lưu hoặc hạ lưu hoặc lệch tâm cả thượng lưu và hạ lưu + Trên hình 2 - 1 giới thiệu sơ đồ đặt tải để đo ứng suất pháp trên các mặt cắt E (mặt cắt có mômen tuyệt đối lớn nhất) và mặt cắt C ở giữa nhịp khi tải trọng thử

là đoàn xe tiêu chuẩn H - 10 với khẩu độ tính toán của nhịp giản đơn I = 18m + Trên hình 2 - 2 giới thiệu sơ đồ tải trọng để đo ứng suất các thanh X; và D; khi tải trọng thử là đoàn tầu theo TCVN

Hình 7-1: Sơ đồ tải trọng (theo chiều dọc cầu) để đo ứng suất pháp ở mặt cắt có mômen tuyệt đối lớn nhất E (hình a) và mặt cắt giữa nhịp C (hình b)

75

Hình 7-2: Sơ dé tai trong dé do img suat thanh X> va Dj

f Sơ đồ dan;

ø Đường ảnh hưởng thanh X›;

h Sơ đồ đoàn tau dé đo ứng suất thanh Xa;

i Duong anh huong thanh D,;

j So d6 doan tàu để đo ứng suất thanh Dị

b.Đường ảnh hưởng mômen và sơ đồ tải trọng để đo ứng suất pháp ở mặt cắt E

c Đường ảnh hưởng mômen và sơ đồ tải trọng để đo ứng suất pháp ở mặt cắt A;

d Đường ảnh hưởng phản lực gối A và sơ đồ tải trọng dé

đo độ lún gối A

Hình 7 -4: Sơ đồ tải trọng đo ứng suất các mặt cắt B, C và D khi tải

trọng thử là đoàn xe H - 30

Hình 7 - 5: Sơ đồ xếp tải lệch tâm (hình a) và đúng tâm (hình b) cho cầu

có bề rộng đường xe chạy 4m, tải trọng là xe H - 10

77

Hinh 7-6: So đồ xếp tải lệch tâm và đúng tâm cho cầu có bề rộng

đường xe chạy 8m, tải trọng là xe H - 30

3 Thiết bị đo ứng suất

- Có nhiều loại máy móc dé đo ứng suất, các máy này đều đo AI để suy ra e và

từ đó tính được s do vậy người ta thường gọi là máy đo biến dạng Sau đây ta nghiên cứu hai loại chính

chuẩn do 10, 20, 50, 100 và 120mm, với điện trở từ 100 đến 300

Hình 7 -7: Lá điện trở

78

- Nguyên tắc của phương pháp đo bằng điện trở là dựa trên nguyên lý sự thay đổi điện trở của dây dẫn tỷ lệ bậc nhất đối với sự thay đổi của chiều dài dây dẫn

Điện trở của dây dẫn xác định theo công thức:

1

R=E a

Trong đó: §- điện trở suất của vật liệu dây dẫn

1- chiều đài dây dẫn

E - diện tích tiết diện dây

Từ đó có: InR = Inš + Inl— InF

- Sự biến đổi tương đối của điện trở là :

{eq W(AR:R)} = - + {eq W(Al:)} ~ {eq W(AF;E)}

- Thay {eq \W(Al;l)} = e có { eq W(AF;F)}= - 2ue với là hệ số Poisson và bỏ qua sự thay đổi của điện trở suất = có:

{eq \f(AR;R)} = ¢ + 2ue = e (l + 2u)

- Đối với mỗi loai vat ligu thi 1 +2p 14 mét hang số, ký hiệu k = 1 + 2 va gọi là

độ nhạy của dây điện trở Vậy:

{eq \f(AR;R) }= ke

- Có nghĩa sự thay đổi của diện trở tỷ lệ bậc nhất với biến dang dai tương đối

Áp dụng nguyên lý trên cho tắm điện trở ta có:

{eq W(AR;R)}= Ke

- Trong đó K là độ nhạy cảm của tắm điện trở, K phụ thuộc vào độ nhạy cảm của đây k, cách bố trí dây điện trở trong tắm điện trở và cách liên kết tắm điện trở vào vật đo

- Sự thay đổi của điện trở dẫn đến sự thay đổi điện thế và dòng điện trong mạch của thiết bị đo nên có thể thiết lập được quan hệ tương ứng giữa sự thay đổi điện thế hay cường độ dòng điện với biến dạng dài tương đối z, xuất phát từ đó máy

đo sự thay đổi điện thế hay cường độ dòng điện để từ đó có biến dạng dài tương

đối

- Như ở trên đã biết ngoài trạng thái ứng suất đường, trong trạng thái ứng suất phẳng khi đã biết phương của ứng suất chính cần đo e¡và e; (hai phương này vuông góc với nhau) còn khi chưa biết phương của ứng suất chính cần đo

79

£o,EasVà coo hoặc £o Eo, E120, tle do ngudi ta da chế tạo ra các tấm điện trở tương

ứng gọi chung là điện trở hoa thị (hình 7 - 8)

Hình 7 - 8: Các loại điện trở hoa thị

b Máy đo

- Để đo sự thay đổi điện trở người ta dùng cầu điện trở, cầu điện trở thường dùng là cầu Uynxtơn có sơ đồ như hình (7 - 9), trongđó:

Hình 7- 9

R, - điện trở đo (gắn trên vật đo)

R, - điện trở bù, đó là tắm điện trở không gắn chặt vào vật đo nhưng ở cạnh lá điện trở đo và gắn lên vật liệu giống vật liệu đo để giảm tác động của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm đến sự cân bằng của cầu điện trở

r¡ - Điện trở trong của máy, điện trở này ghép với con chạy C Khi thay

đổi vị trí con chạy C cầu điện trở sẽ cân bằng, điện áp giữa A và B bằng không đồng thời cường độ dòng điện giữa A và B cũng bằng không

Y-Bộ khuyếch đại điện áp và cường độ dòng điện

D- Bộ phận hiển thị kết quả

- Khi chưa có tải dùng con chạy để cân bằng điện trở Khi có tải tắm điện trở đo R¿ có điện trở thay đổi, xuất hiện điện áp và dòng điện giữa A và B, kim sẽ lệch khỏi vị trí không Hiệu số số đọc khi có tải và khi không tải cho biến dạng tương

đối e của vật đo tại điểm đo

80

- Máy đo thường được nối với máy tinh, trong máy tính có chương trình xử lý,

nếu nhập môđun đàn hồi của vật liệu từ e đo được máy sẽ cho s, tuỳ theo chương trình mà máy có thể sắp xếp kết quả thành bảng hoặc vẽ biểu đồ

- Tenzômet điện có ưu điểm: Có thể đo nhiều điểm đồng thời, đo được biến

dạng do tải trọng tĩnh và cả do tải trọng động, đo được biến dạng ở những chi tiết phức tạp, tuy nhiên nhược điểm của nó là chịu tác động của môi trường như

độ ẩm, nhiệt độ

- Sự thay đổi của các thông số kỹ thuật do tải trọng động diễn ra rất nhanh, cho nên các dụng cụ quan trắc phải là các máy móc đặc biệt tự ghi Những dụng cụ

quan trắc làm việc có thê dựa trên nguyên tắc cơ khí hoặc điện Dụng cụ điện sử

dụng trong trường hợp đo động tốt hơn, vì các máy móc cơ khí ít nhiều có quán

tính tương đối lớn hơn do đó khó có thể ghi được chính xác những đại lượng biến đổi nhanh

3.2 Máy Gâyghe

- Một khi dụng cụ quan trắc khi thử tải động hay được dùng là máy tự ghi vạn năng Gâyghe (hình 7-10) Máy này có thể ghi dao động đứng và dao động ngang, độ võng động, ứng suất động tùy theo gá lắp vào máy bộ phận cảm nhận tương ứng, còn bộ phận tự ghi thì không thay đổi gì

Hình 7-11: Sơ đồ máy Gâyghe đo ghi ứng suất

- Trên hình 7-11 là sơ đồ máy Gâyghe đề ghi đo ứng suất động Máy đo 9 được

lắp đặt trên thanh 4 của kết cấu nhờ bộ gá 1 có bắt vít 10 Ứng suất được đo trên

chiều dài chuẩn L là khoảng cách giữa các chân 2 của bộ phận cảm nhận biến dạng (ứng suất) nối với nhau qua thanh 3 Chân đặt gần máy được nối với tay khuỷu 5 mà một bên đầu tựa lên đầu nhọn của thanh 3, đầu kia nối với tay khuỷu 6, tiếp đó là bộ phận đo ghi 7 của máy Khi thanh 4 biến dạng AL thì qua

bộ phận cảm nhận biến dạng có thể được truyền tới bộ phận đo ghi Độ biến

dạng có thể được khuếch đại lên 45 lần đến 4800 lần tùy theo sự điều chỉnh

chánh tay khuỷu và tay đòn ngòi bút ghi,

4 Bố trí điểm đo

- Việc chọn nhịp đo trên cầu, mặt cắt đo và bó trí điểm đo điều 2.23, quy trình

Thử nghiệm cầu quy định như sau: "Đối với cầu nhiều nhịp, việc xác định nhịp nào cần kiểm tra ứng suất phải dựa theo các nguyên tắc cơ bản sau đây:

- Nếu cầu có các nhịp giống nhau về chiều dài nhịp, kết cầu nhịp và vật liệu làm cầu thì phải chọn nhịp nào có nhiều nội dung kỹ thuật cần kiểm tra nhất đồng thời có điều kiện thuận lợi khi kiểm tra đo đạc

- Nếu cầu có nhiều nhịp khác nhau về chiều dài nhịp nhưng giống nhau về kết cấu và vật liệu thì nên chọn nhịp có khẩu độ lớn nhất đề kiểm tra

- Nếu cầu có nhiều nhịp khác nhau cả về khẩu độ lẫn kết cấu và vật liệu thì nhất thiết phải tiền hành thí nghiệm tất cả các nhịp hoặc nhịp đại diện cho từng nhóm nhịp có kết cấu và vật liệu giống nhau"

- Điều 3.24 và 3.25 cũng của quy trình này quy định:

82