CHƯƠNG 4 Thí nghiệm công trình chịu tác dụng của tải trọng động

1 Thí nghiệm công trình chịu tác dụng của tải trọng động BỘ MÔN THÍ NGHIỆM VÀ KIỂM ĐỊNH CÔNG TRÌNH CHƯƠNG 4 CHƯƠNG 4 Thí nghiệm công trình chịu tải trọng động I PHẦN MỞ ĐẦU II SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌ. I. PHẦN MỞ ĐẦU II. SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH DƯỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG III. TẢI TRỌNG ĐỘNG IV. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KẾT CẤU (CÔNG TRÌNH) CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG V. ĐÁNH GIÁ KẾT QUả

Trang 1

Thí nghiệm công trình chịu tác dụng của tải trọng động

BỘ MÔN THÍ NGHIỆM VÀ KIỂM ĐỊNH CÔNG TRÌNH CHƯƠNG 4

CHƯƠNG 4

Thí nghiệm công

trình chịu tải

trọng động

I PHẦN MỞ ĐẦU

II SỰ LÀM VIỆC

CỦA CÔNG TRÌNH

DƯỚI TẢI TRỌNG

ĐỘNG

III TẢI TRỌNG

ĐỘNG

V ĐÁNH GIÁ KẾT

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

NỘI DUNG CHƯƠNG 4

II SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH DƯỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG

III TẢI TRỌNG ĐỘNG

IV PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KẾT CẤU (CÔNG TRÌNH) CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG

V ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Thí nghiệm công trình chịu tải trọng động

IV PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Đo đạc dao động kết cấu công trình giữ vai trò quan trọng Bên cạnh việc nghiên cứu khoa học ( trong PTN), nó có vai trò quan trọng trong thực tế sản xuất :

- Khi Thiết kế và phát triển một « sản phẩm » mới

- Nghiệm thu một sản phẩm xây dựng

- Đánh giá sự làm việc hiện trạng (kiểm định) của sản phẩm xây dựng

- Xác định ứng sử cơ học của kết cấu (công trình xây dựng): sự cộng hưởng, dạng dao động…

- Kiểm soát và hạn chế (loại bỏ) dao động của kết cấu (công trình)

CHƯƠNG 4 Thí nghiệm công trình chịu tải trọng động

* Có 04 nội dung liên quan đến việc thí nghiệm kết cấu (công trình) dưới tác dụng của tải trọng động

Hệ thống

Đối tượng thí nghiệm

Hệ thống

xử lý tín hiệu

Trang 2

Thí nghiệm

công trình chịu

tải trọng động

ĐỘNG

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

-Đảm bảo nguồn rung động tác

dụng lên đối tượng thí nghiệm

- Đảm bảo ổn định của hệ thí

nghiệm

-Nguồn dao động thực

- Thiết bị thí nghiệm chuyên dùng

Hệ thống điều khiển

Nguồn tạo dao động

Đối tượng thí nghiệm

Hệ thống thu thập

xử lý tín hiệu

-Kết cấu (công trình) thực

- Kết cấu (công trình ) mô hình

-Các đặc trưng dao động của kết

cấu : biên độ, vận tốc, gia tốc,

ứng suất và biến dạng

- Các tín hiệu thu được có thể sử

dụng như thông số đầu vào của

hệ thống điều khiển

CHƯƠNG 4

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

* NÊN HẠN CHẾ DAO ĐỘNG CÔNG TRÌNH

- Có thể gây quá tải và sụp đổ kết cấu

- Gây ra nứt và các hư hỏng khác cần sửa chữa

- Ảnh hưởng đến hoạt động (có thể gây ra hư hỏng) các thiết bị trên công trình

- Ảnh hưởng đến cuộc sống của con người ( rung động, ồn )

Niigata, Nhật Bản (1964)

Động đất Kobe, 1995.

* CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA DAO ĐỘNG

Dao động của hệ động lực có n bậc tự do có thể biểu diễn bằng

phương trình vi phân bậc hai sau đây :

M, K, C là các ma trận bậc n của khối lượng, cản kháng và độ cứng

của hệ

Trong đó :

Nghiệm của phương trình :

( ) ( ) ( ) ( )

MX t   KX t   CX t  P t

A : là ma trận biên độ dao động

 : vận tốc góc

 : góc lệch pha

Trang 3

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

* CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA DAO ĐỘNG

Chu kỳ và tần số dao động :

Hệ có n bậc tự do sẽ có n dạng dao động thành phần với n tần số

dao động tương ứng

Ba dạng dao động đầu tiên của kết cấu công trình

CHƯƠNG 4

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

II SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC DỤNG

CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG

Hai yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến dao động của kết cấu công trình (

biên độ, tần số dao động) :

* Dạng và cường độ của tải trọng tác dụng

* Khối lượng (m), cản kháng (c), độ cứng (k) của kết cấu công trình

Tần số f

II.1 DAO ĐỘNG BẢN THÂN

T

A

A*e-t

Các đặc trưng của dao động được xác định qua thực nghiệm :

- Biên độ dao động cực đại A (mm)

- Chu kỳ dao động T (s)

- Tần số dao động f (Hz) : số lần dao động trong 1 đơn vị thời gian

T = 1/f

 = 2f

( tần số dao động tỷ lệ thuận với độ cứng và tỷ lệ nghịch với khối lượng của kết cấu công trình)

II.1 DAO ĐỘNG BẢN THÂN

A*e-t

ai

- Hệ số cản nhớt của vật liệu ( đặc trưng cho sự tắt dao động của kết cấu

ai+1

























 2 a

a ln 2 1

1 i

i

















1 i

i

a

a ln

: độ giảm loga của dao động

Trang 4

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

II.2 DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC

Xảy ra khi kết cấu công trình chịu tác động thường xuyên hay trong một

khoảng thời gian tương đối dài của tải trọng động có chu kỳ

II.2.1 Dao động điều hòa

t A

T

T x t ( )  A sin   t   

Vận tốc và gia tốc dao động cũng biến thiên điều hòa

 

ax

CHƯƠNG 4

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

II.2.2 Dao động biên

Xảy ra dưới tác dụng của tải trọng cưỡng bức điều hòa và khi tần số dao

động bản thân của công trình xấp xỉ với tần số dao động của nguồn cưỡng

bức

( ) sin ( ) sin

1 2 ; 1 2; 1 2

A  A  A      

Tải trọng động : có một hay nhiều thành phần ( phương, chiều, độ lớn) thay đổi theo thời gian

III.1 CÁC DẠNG TẢI TRỌNG ĐỘNG III.1.1 Tải trọng xung kích

Xảy ra khi công trình chịu tác động của vụ nổ, va chạm

CT dao động tự do với tần

số dao động bản thân

CT dao động tự do với tần

số dao động bản thân

III.1.2 Tải trọng thay đổi theo quy luật

- Máy móc trên công trình, xe cộ chạy trên cầu đường với vận tốc đều

Trang 5

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

III.1 3 Tải trọng thay đổi không theo quy luật

Xuất hiện ngẫu nhiên, không theo quy luật Ví dụ tải trọng động đất, gió

bão

- Do động đất

CHƯƠNG 4

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

- Do gió

- Do hoạt động của con người

III.2 BIỆN PHÁP TẠO TẢI TRỌNG

III.2.1 Sử dụng tải trọng thực

- Máy móc thiết bị được lắp cố định trên công trình

- Các phương tiện, thiết bị di chuyển trên công trình

Ví dụ : tàu, xe di chuyển với tốc độ đều gây ra tải trọng điều hòa tác dụng

lên công trình

III.2.2 Sử dụng thiết bị thí nghiệm chuyên dùng tạo tải trọng xung kích Tải trọng xung kích theo phương đứng

Vật nặng dao động cùng kết cấu với chu kỳ T

Chu kỳ dao động của kết cấu :

mqđ: khối lượng phân bố của kết cấu được quy về khối lượng tập trung tại điểm va chạm

Trang 6

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

* Tải trọng xung kích theo phương ngang

* Sử dụng búa thí nghiệm chuyên dụng

Sensor đo lực và gia tốc

CHƯƠNG 4

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

III.2.2 Sử dụng thiết bị thí nghiệm chuyên dùng tạo tải trọng thay đổi

có chu kỳ

Sử dụng các máy rung được chế tạo theo nguyên lý quay các quả lệch

tâm

* Máy rung một quả lệch tâm

m

F

Fx

FY

F = m.r.2

Lực ly tâm sinh ra do quả nặng m quay với vận tốc góc 

Kết cấu chịu tác động của 02 lực có dạng dao động điều hòa

Fx= m.r.2 .cost Fy= m.r.2 .sint

* Máy rung hai quả lệch tâm

Fy= 2m.r.2 .sint

* Thiết bị thủy lực gia tải động

Kích thủy lực ( kéo + đẩy)

Trạm bơm

Bộ phận điều khiển Điều khiển lực tác dụng bằng máy tính điện tử

Trang 7

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

IV PHƯƠNG

PHÁP THÍ

NGHIỆM

* Bàn rung ( thí nghiệm kết cấu chịu tải trọng động đất)

CHƯƠNG 4

Thí nghiệm

ĐỘNG

VI ĐÁNH GIÁ KẾT

QUẢ

IV DỤNG CỤ VÀ

THIẾT BỊ ĐO

* Ống khí động ( thí nghiệm tải trọng gió)

- Xác định các tải trọng tác động đến công trình dưới tác động của gió

- Ảnh hưởng của các công trình xung quanh đến công trình thí nghiệm

- Các phản ứng động học như hiện tượng kích động xoáy, galloping,

xoắn ;;

V PHƯƠNG PHÁP

THÍ NGHIỆM

VI ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

IV THIẾT BỊ ĐO

IV THIẾT BỊ ĐO CÁC THAM SỐ ĐỘNG

V PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

IV.1 THIẾT BỊ ĐO BIẾN DẠNG ĐỘNG

- Sử dụng các tenzomet điện trở kết hợp với các bộ xử lý số liệu chuyên dụng (Data logger) để đo biến dạng động trên kết cấu khảo sát

- Việc chọn và bố trí các thiết bị đo biến dạng tương tự như khi tiến hành thí nghiệm thử tải tĩnh

IV.2 THIẾT BỊ ĐO DAO ĐỘNG KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

- Thiết bị đo cho phép phân tích dao động của kết cấu công trình

- Các đại lượng xác định được qua thiết bị đo : + Biên độ dao động, tần số dao động + Phân tích phổ dao động của kết cấu

Trang 8

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

THÍ NGHIỆM

Dao động của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng xung kích

Máy: IMV-VM 5112/3: JP

CHƯƠNG 4

Thí nghiệm

ĐỘNG

QUẢ

THÍ NGHIỆM

Dao động cộng hưởng

Máy: IMV-VM 5112/3: JP

V PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KẾT CẤU CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG

V.1 XÁC ĐỊNH NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM

- Xác định trạng thái -ứng suất biến dạng trên kết cấu công trình

- Xác định chuyển vị động của kết cấu

- Xác định các thông số đặc trưng cho dao động của kết cấu công trình : biên độ, gia tốc, tần số dao dộng

V.2 LẬP ĐỀ CƯƠNG THÍ NGHIỆM

- Khảo sát thông tin liên quan đến công trình : các hồ sơ thiết kế, thi công, hoàn công công trình

- Xác định mục tiêu của thí nghiệm

- Xác định các dạng tải trọng sử dụng cho thí nghiệm

- Chọn và bố trí thiết bị đo đạc

- Biện pháp đảm bảo an toàn cho thí nghiệm

Trang 9

Thớ nghiệm

cụng trỡnh chịu

CỦA CễNG TRèNH

ĐỘNG

QUẢ

THÍ NGHIỆM

- Từ kết quả thớ nghiệm cần xỏc định được cỏc đặc trưng dao

động của kết cấu cụng trỡnh : biờn độ dao động, tần số, chu kỳ,

hệ số cản nhớt

- Kết hợp với cỏc tiờu chuẩn đỏnh giỏ để đưa ra kết luận về sự làm

việc của cụng trỡnh

- Gia tốc dao động cực đại amax là một trong những chỉ tiờu quan

trọng cần xỏc định

VI ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

max 4 .

TCVN: 198-1997: Nhà cao tầng BTCT toàn khối (tỏc động của giú); a150

mm/cm2; USA a 200 mm/cm2

CHƯƠNG 4

Thớ nghiệm

cụng trỡnh chịu

CỦA CễNG TRèNH

ĐỘNG

QUẢ

THÍ NGHIỆM

Khu vực

Thời gian

áp dụng trong ngày

Mức cho phép

Ghi chú

Khu vực cần có môi trờng đặc biệt yên tĩnh

7h – 19h 75 0,055 Thời gian làm

việc liên tục không quá

10h/ngày

19h – 7h Mức

nền* Khu vực dân c, khách

sạn, nhà nghỉ, cơ

quan hành chính và

t-ơng tự

10h/ngày

19h – 7h Mức

nền* Khu dân c xen kẽ

trong khu vực thơng mại, dịch vụ và sản xuất

14h/ngày

22h – 6h Mức

nền*

Bảng 4.3 Gia tốc rung tối đa tại cỏc khu dõn cư TCVN

6962:2001

Thớ nghiệm cụng trỡnh chịu tải trọng động

II SỰ LÀM VIỆC CỦA CễNG TRèNH DƯỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG

Khu vực

Mức cho phép

và thời gian áp dụng trong ngày

6h – 18h 18h – 6h

dB m/s2 dB m/s2 Khu vực cần có môi trờng

đặc biệt yên tĩnh 60 0,010 55 0,006

Khu dân c, khách sạn, nhà nghỉ, cơ quan hành chính và tơng tự

65 0,018 60 0,010

Khu dân c xen kẽ trong khu thơng mại, dịch vụ và sản xuất

70 0,030 65 0,018

Bảng 4.4 Mức gia tốc rung cho phộp trong hoạt động sản xuất cụng nghiệp (TCVN 6962:2001)

Định dạng
Số trang	9
Dung lượng	0,95 MB