BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH (NHÓM 09) GVHD TS ĐINH THẾ HƯNG DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM 5 STT HỌ VÀ TÊN MÃ SỐ SINH VIÊN 1 VÕ VĂN THƠM 1833142 2 NGUYỄN QUỐC DŨNG 1733441 3 HÀ ĐĂNG HIỆP 1737014 4 TRẦN VŨ HOÀNG 1431055 5 ĐỖ MINH TÂM 2035052 LỜI NÓI ĐẦU Thí nghiệm công trình là một công tác hết sức quan trọng nhằm thử nghiệm, kiểm định, đánh giá chất lượng của vật liệu và kết cấu trong công tác thi công và nghiệm thu công trình trước khi đưa vào sử dụng Thí nghiệm công trình là.

LỜI NÓI ĐẦU

Thí nghiệm công trình là một công tác hết sức quan trọng nhằm thử nghiệm, kiểm định, đánh giá chất lượng của vật liệu và kết cấu trong công tác thi công và nghiệm thu công trình trước khi đưa vào sử dụng.

Thí nghiệm công trình là môn học trang bị những kiến thức căn bản cũng như kỹ năng cần thiết cho người kỹ sư xây dựng trước khi ra trường Đây thực sự là cơ hội đáng quý cho sinh viên được tiếp cận với phương pháp học tập kết hợp với thực nghiệm – cơ sở để thực hiện những công tác kiểm định và đánh giá thực nghiệm trong công việc sau này.

Quá trình thực hiện thí nghiệm không chỉ đòi hỏi việc nắm vững các tiêu chuẩn, quy phạm, các lý thuyết cơ bản mà còn cần một hiểu biết nhất định về thực tế sản xuất và thi công Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Thái Minh Chánh đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức quý báu đó cho chúng em trong suốt quá trình thí nghiệm

PHẦN 1: THÍ NGHIỆM THÉP DÀN

1.1 Mục đích thí nghiệm

- Làm quen với phương pháp thí nghiệm một kết cấu hệ thanh, biết cách sử dụng các thiết

bị đo để xác định ứng suất, chuyển vị bằng thực nghiệm

- Kiểm nghiệm, đánh giá sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm khi xem xét:

+ Ứng suất (thể hiện qua biến dạng) của thanh dàn

+ Chuyển vị tại một số vị trí trên dàn thép

1.2 Cấu tạo và kích thước dàn thép

- Kích thước của dàn thép:

+ 5 đốt x 1.02m/đốt = 5.1m

+ Chiều cao 0.5m

1020 1020 1020 1020 1020

1.3.1 Thiết bị đo chuyển vị :

- Đồng hồ đo chuyển vị bé (Dial micrometer)1.3.2 Thiết bị đo biến dạng và ứng suất :

- Các cảm biến đo biến dạng thép (Strain gage)

Rg =120  Gage factor =2.049

- Máy P3500 và bộ chuyển kênh SB10

1.3.3 Dụng cụ gia tải :

- Kích thủy lực 20T Đường kính piston: Dpiston=5.6 cm

- 2 quang treo và đòn gia tải

13245

Cách gối tựa 2m, ở cánh dưới: Nút A

Cách gối tựa 0,98m, ở cánh trên: Nút B

Từ đó ta suy ra lực tác dụng lên dầm thông qua hai quang treo và đòn gia tải:

P = AFpiston (kG)

Với A : trị số đọc trên kích thủy lực (kG/cm2)

Chọn 6 cấp gia tải tác dụng lên dầm thép: 10,20,30,40,50,60 (kG/cm2)

1.6 Kết quả thí nghiệm

1.6.1 Thí nghiệm đo chuyển vị:

+ Lần 1

Trị số đồng hồ trên kích

(kG/cm2)

P/2(kG)

Trị số đồng hồ trên kích

(kG/cm2)

P/2(kG)

F: diện tích mặt cắt ngang tiết diện

F thanh 45x45x4= 6.96 (cm2),

F thanh 35x35x3= 5.34 (cm2)

 : biến dạng của cấu kiện = trị số đọc trên P3500 (×10-6)

E: modul đàn hồi của thép = 2.1×106 (kG/cm2)

Dpiston: đường kính Piston kích thủy lực = 5.6 (cm)

Tiến hành giải bài toán dàn thép trên Sap2000 ta được các kết quả như sau:

1.8 Đồ thị kết quả thí nghiệm về tải trọng-biến dạng

Đồ thị P-  lý thuyết và thực nghiệm cho phần tử 1:

Đồ thị P-  lý thuyết và thực nghiệm cho phần tử 2:

Đồ thị P-  lý thuyết và thực nghiệm cho phần tử 3:

Đồ thị P-  lý thuyết và thực nghiệm cho phần tử 4:

Đồ thị P-  lý thuyết và thực nghiệm cho phần tử 5:

Đồ thị P-  lý thuyết và thực nghiệm cho phần tử 6:

Đồ thị P-  lý thuyết và thực nghiệm cho phần tử 6:

1.9 Đồ thị kết quả thí nghiệm về tải trọng-độ võng

 Điểm A:

 Điểm B:

 Điểm C:

1.10 Nhận xét và bình l‎uận

Từ đồ thị tải trọng – biến dạng ta thấy:

- Biến dạng thực nghiệm cĩ biến thiên tuyến tính khi tải trọng cịn nhỏ Điều này phùhợp với lý thuyết sức bền vật liệu khi vật liệu đang làm việc trong giai đoạn đàn hồi Khităng tải trong lên thì đường biến dạng biến thiên khơng tuyến tính, đây là sai lầm, lỗitrong quá trình thí nghiệm

- Đường biểu diễn quan hệ tải trọng – biến dạng thực nghiệm cĩ hệ số gĩc khác vớiđường lý thuyết Điều này cĩ nghĩa là đối với các cấp tải nhỏ thì thực nghiệm cho kết quảbiến dạng gần với lý thuyết hơn, khi tải trọng tác dụng lên cấu kiện càng lớn thì sai lệch

về biến dạng với lý thuyết sẽ càng lớn Ở đồ thị 2 và 3, ta thấy sự sai lệch là rất lớn

- Biến dạng theo thực nghiệm nhỏ hơn biến dạng xác định từ lý thuyết Điều này là dokết cấu thực làm việc an tồn hơn mơ hình kết cấu của lý thuyết

- Độ sai lệch hệ số gĩc (được nĩi ở trên) của thanh số 9 (thanh xiên) nhỏ hơn củathanh số 3 (thanh bụng) Điều này cĩ thể là do thanh xiên chịu lực dọc nhỏ hơn thanhbụng nên mức độ sai lệch so với lý thuyết cũng nhỏ hơn

Từ đồ thị tải trọng – chuyển vị ta thấy:

- Đường biểu diễn tải trọng-chuyển vị thực nghiệm là đường gãy khúc, bám sát đường

lý thuyết tại vị trí D (gần như là trùng)

- Cũng giống đồ thị tải trọng – biến dạng, ở loại đồ thị này, khi cấp tải càng lớn thì độsai lệch so với lý thuyết càng nhiều

- Những đoạn cong trên đồ thị cĩ thể phát sinh từ những sai số trong quá trình thínghiệm Đặc biệt ở thí nghiệm xác định chuyển vị này, dụng cụ sử dụng là dụng cụ cơhọc nên dễ cĩ sai số (ví dụ: đặt nghiêng so với phương chuyển vị, độ nhạy cũng khơngcao, bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ,…)

- Thí nghiệm xác định chuyển vị ở đây tỏ ra khá gần với lý thuyết vì vật liệu được sửdụng là thép, tính đồng nhất cao, đẳng hướng, ít khuyết tật,…; mơ hình thí nghiệm cũngkhá đơn giản nên giảm bớt sai số

Giải thích nguyên nhân sai số :

Kết quả thí nghiệm sai lệch với kết quả theo lý thuyết donhững nguyên nhân chính sau:

a) Sai số do gia công cơ khí, sai số thiết bị, dụng cụ thínghiệm

c) Do công tác đọc số cũng như trong việc gắn đồng hồ đokhông cẩn thận

d) Do sai số của thước đo chiều dài Sai số của đồng hồ đochuyển vị và đo biến dạng ( sai số dụng cụ- sai số kháchquan)

sự làm việc thực tế của kết cấu Vì trong mô hình tương thíchcủa phần tử hữu hạn, trường chuyển vị trong mỗi phần tửđược xấp xỉ bởi các hàm chọn trước và chuyển vị đóng vaitrò là ẩn số của bài toán Các hàm chọn trước này ảnhhưởng đến độ chính xác của bài toán, với liên kết gối ở 2đầu dàn được chế tạo không thực sự làm việc như một gốicố định và một gối di động trong mô hình.

Bài học từ thí nghiệm:

Mặc dù số liệu đo khơng được sát với lý thuyết nhưng qua quá trình thí nghiệm bản thânrút 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 tếcơng trường điều đĩ giúp ta tránh những bỡ ngỡ khi ra làm việc ngồi thực tế Trong quátrình 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 phãi trong quá trình thí nghiệm đã làm cho kết quả đo khơng chínhxác như đặt các đồng hồ đo khơng thẳng đứng đã làm cho việc đo chuyển vị đứng thànhviệc đo chuyển vị nghiêng, các đồng hồ đo quá nhạy mà việc điều chỉnh ban đầu khơng

về 0 khiến cho việc đo và đọc số khơng chính xác nhiều lần dẫn đến sai số do đĩ việcđiều chỉnh thiết bị lúc ban đầu là rất quan trọng

Để hạn chế sai số trong quá trình thí nghiệm cần :

- Kiểm tra cẩn thận việc lắp đặt, bố trí sơ đồ thí nghiệm và các dụng cụ trước khithực hiện

- Tăng số lần thí nghiệm để hạn chế sai số ngẫu nhiên

- Tiến hành thí nghiệm đúng theo chỉ dẫn của giảng viên

PHẦN 2 DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

I Các mục tiêu thí nghiệm

-Mục tiêu là nghiên cứu ứng xử của dầm BTCT theo trạng thái giới hạn I Dầm sẽ được gia tải cho đến khi phá hoại để khảo sát và phân tích kiểu phá hoại dầm; đánh giá khả năng chịu lực, quan hệ giữa tải trọng-độ võng (P-) của dầm BTCT dựa trên kết quả thí nghiệm và so sánh với tính toán lý thuyết theo TCXDVN 356-2005

II Cấu tạo và kích thước dầm bê tông cốt thép Sơ đồ thí nghiệm

1 Kích thước:

Dầm bê tông cốt thép có chiều dài Lo = 3.0 m Tiết diện chữ nhật 150x300mm

Chiều cao làm việc của dầm ho =266mm (lớp bê tông bảo vệ cốt thép a = 36mm; a’ = 34mm)

2 Cốt thép:

Cốt thép dọc As = 3d16, A’s = 2d16, với cường độ tính toán Rs= Rsc = 430MPa

Thép đai Asw = d6@225, cường độ chống cắt Rsw = 305 MPa.\

3 Bê tông:

Mác bê tông thiết kế là M250 có cường độ chịu nén Rb = 11.5 MPa

Tiết diện và bố trí cốt thép trong dầm

III Sơ đồ thí nghiệm dầm:

IV Thiết bị thí nghiệm

- Thiết bị kéo nén đa chức năng INSTRON 2294SV

- Khung gia tải bằng thép

- Các đồng hồ đo độ võng của dầm (dial micrometer)

- Hệ thống đo lực (Load cells)

- Thước kẹp, thước thép

- Tiến hành đo chuyển vị của dầm tại vị trí 2 (giữa dầm).

VI Tính toán kết quả thí nghiệm

Tiến hành gia tải theo các cấp tải: 0 – 2– 4 – 6 – 8-10-12-14-16-18-20 kN

Đồ thị tải trọng – độ võng ở giữa dầm khi ta tiến hành gia tải ở vị trí 2

Đồ thị tải trọng – độ võng ở giữa dầm khi ta tiến hành gia tải ở vị trí 3

Đồ thị tải trọng – biến dạng ở vị trí Strain gage 2

Đồ thị thể hiện rõ rằng chuyển vị tăng cùng với cấp tải và chuyển vị ở điểm 2 giữadầm lớn hơn so với ở 2 bên Hai điểm 1 và 3 bố trí đối xứng có chuyển vị tương đươngnhau

Qua các đồ thị ở trên chúng ta có thể thấy là mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị ởcác vị trí khác nhau trên dầm bê tông cốt thép chịu uốn có dạng tương tự nhau mặc dùcác đường cong biểu thị mối quan hệ này khác khá nhiều so với mối quan hệ tuyếntính của lý thuyết

Ở các đồ thị phía trên (mục 2.5), khi tăng tải liên tục, ta thấy đường cong biểu thị quan

hệ tải trọng-chuyển vị khá gần với đường thẳng trong khi nếu lập đồ thị với đỉnh củacác lần gia tải riêng biệt (mục 2.6) thì đường cong thực nghiệm lại khác nhiều với lýthuyết

Như vậy nếu ta gia tải gián đoạn (không tăng liên tục mà gia tải riêng cho từng cấp tải)thì kết quả sẽ khác so với việc tăng tải liên tục Vậy có thể rút ra nhận xét là phươngpháp gia tải (liên tục hay gián đoạn) cũng có ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quảthí nghiệm Theo như ở trên thì gia tải liên tục có kết quả gần với lý thuyết hơn

VII So sánh l‎ý thuyết với kết quả thí nghiệm

A Theo l‎ý thuyết bê tông cốt thép:

1 Moment đàn hồi tiết diện bê tông cốt thép Wo :

'

Fdbh (A A )với

13.91023

1021

A J

J qđ  b  s   s 

34644 9.13 9.425(13.59 3) �  29.13 2.262 (16.41 3)� �  2 48009(cm4)

3 1

48009

3532.67( )13.59

�Trong đó: Rb = 1.15MPa

4 b 0.9

5  0.45: tải ngắn hạn

12.2515

262.245.02

13.92

31(061.0)

'1



o f

h

a





8

0.061 0.53225.12

f o

o f

Từ đó ta có độ võng của dầm ứng với các giá trị tải trọng:

2 max B

- Vị trí 2:

- Vị trí 3

11 So sánh độ võng tại các vị trí dầm theo lý thuyết và theo thực nghiệm là

11.2 Vị trí 2:

11.3 Vị trí 3:

- Trong thí nghiệm trên, ở những cấp tải lớn, xuất hiện nhiều sai lệch so vớidạng đường thẳng lý thuyết

- Khi so sánh kết quả thực nghiệm với các lý thuyết của sức bền vật liệu và bêtông cốt thép, ta thấy:

o Hệ số góc của đường thực nghiệm gần tương đương với hệ số góc của đường biểudiễn theo lý thuyết sức bền vật liệu và khác nhiều hơn so với đường biểu diễn của lýthuyết bê tông

o Độ sai lệch của đường thực nghiệm so với đường biễn diễn của lý thuyết sức bền vậtliệu cũng ít hơn so với của lý thuyết bê tông

Như vậy, có thể nhận xét là kết quả tính toán theo lý thuyết sức bền gần với thực tếhơn so với lý thuyết bê tông Lý thuyết sức bền cho kết quả độ võng thấp hơn so với

lý thuyết bê tông Điều này là do trong mô hình tính của lý thuyết sức bền, vật liệu

bê tông được xem là đàn hồi trong khi thực tế nó là vật liệu đàn hồi-dẻo

- Các sai số của thí nghiệm có thể phát sinh từ các nguyên nhân như:

o Đọc chỉ số đồng hồ biến dạng không chính xác Thực tế, đồng hồ quay khá nhanhnên việc đọc số không dễ dàng

nghiệm (do chỉ cần thay đổi vị trí tay đòn của kích một khoảng ngắn là giá trị lực đãthay đổi khá nhiều nên cũng rất khó điều chỉnh đúng bằng giá trị yêu cầu)

o Chất lượng dầm bê tông cốt thép được sử dụng cho thí nghiệm là không tốt, đã được

sử dụng cho các lần thí nghiệm trước,nên sự đàn hội của vật liệu đã bị ảnh hưởng(giảm đi)

- Khắc phục sai số :

o Tăng số lần thí nghiệm để giảm sai số ngẫu nhiên

o Điều khiển thiết bị cẩn thận, chính xác

o Nếu có thể sử dụng dầm mới để làm thí nghiệm

o Tuân thủ theo chỉ dẫn của Giảng viên hướng dẫn

- Bài học kinh nghiệm :

Qua kết quả thí nghiệm ta thấy đường quan hệ P-∆ giữa lý thuyết và thực hànhkhá gần nhau, điều đó cho thấy thí nghiệm là khá chính xác nhưng không phải làquá trình thí nghiệm không có sai phạm Trước tiên là quá trình tăng lực không đúngvới ∆P= 2KN, thời gian chờ chưa đủ Tuy nhiên qua quá trình thí nghiệm ta rút ranhiều bài học:

Trước tiên là quá trình phân công làm việc giữa các thành viên trong nhóm, tạo

sự gắn bó và chia sẽ công việc

Biết được quy trình làm thí nghiệm đối với cấu kiện BTCT chịu uốn, và cũng đãxác minh được lý thuyết tính toán về cấu kiện BTCT là khá chính xác với thựcnghiệm