− Bằng các biện pháp: Xác định chuyển vị và biến dạng của dàn thép tại một số vị trí nhất định.. Đây là cơ sở để đánh giá sự đúng đắn của lý thuyết tính toán, thiết kế công trình và th
Trang 1MỤC LỤC
PHẦN 1: THÍ NGHIỆM DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH 5
I MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU THÍ NGHIỆM 5
II CẤU TẠO, KÍCH THƯỚC VÀ ĐẶT TRƯNG HÌNH HỌC TIẾT DIỆN DÀN 6
III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM DÀN THÉP 8
1 Thiết bị gia tải 8
2 Thiết bị đo biến dạng 9
3 Thiết bị đo độ võng 10
IV QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM 10
V SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 12
VI XỬ LÝ SỐ LIỆU BIẾN DẠNG 14
VII TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT SỨC BỀN KẾT CẤU 16
VIII TÍNH TOÁN THEO PHẦN MỀM SAP2000 18
1 Mô hình dàn trong Sap2000 18
2 Kết quả từ phần mềm Sap2000 22
IX BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG – CHUYỂN VỊ 23
X BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG - ỨNG SUẤT 26
XI NHẬN XÉT VÀ BÌNH LUẬN ĐỒ THỊ 35
1 Nhận xét 35
2 Giải thích kết quả 36
3 Kết luận và kiến nghị 40
4 Cách khắc phục 40
5 Bài học kinh nghiệm 40
PHẦN 2 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM TRÊN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 42
I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 42
II CẤU TẠO VÀ KÍCH THƯỚC DẦM 42
II SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM DẦM 43
III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 43
1 Khung gia tải và kích thủy lực (Pmax = 1000kN) 43
Trang 2VI TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT 52
1 Tính toán theo sức bền vật liệu 52
2.Tính toán theo TCVN 5574 – 2018 57
VII Biểu đồ và bảng so sánh % chênh lệch giữa các phương pháp 63
1 Tải trọng – chuyển vị 63
2 Bảng so sánh kết quả chuyển vị giữa các phương pháp 65
1 Ứng suất 68
VIII NHẬN XÉT 74
1 Tải trọng – chuyển vị: 74
2 Tải trọng – ứng suất: 75
3 Giải thích kết quả 77
4 Kết luận và kiến nghị 78
5 Nguyên nhân gây ra sai số 79
DANH MỤC HÌNH Hình 1 Sơ đồ dàn thép và cấu tạo thanh 7
Hình 2 Sơ đồ thí nghiệm 8
Hình 3 Kích thủy lực 20T 9
Hình 4 Quang treo và đòn gia tải 9
Hình 5 Vị trí cảm biến điện trở 10
Hình 6 Hệ thống thu nhân và xử lý tín hiệu (P3500+SB10) 10
Hình 7 Đồng hồ đo chuyển vị bé (Dial Mocrometer) 11
Hình 8 Khai báo loại vật liệu 20
Hình 9 Khai báo tiết diện thanh dàn 21
Hình 10 Sơ đồ thanh dàn 21
Hình 11 Vị trí đặt tải 21
Hình 12 Hình ảnh minh họa tính toán bằng Sap2000 (cấp tải 10daN/cm 2 ) 22
Hình 13 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị 25
Hình 14 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị 26
Hình 15 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị 27
Hình 16 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 1 28
Hình 17 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 2 29
Hình 18 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 3 30
Hình 19 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 4 32
Trang 3Hình 22 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 7 35
Hình 23 Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo dọc trục của thép 40
Hình 24 Khung gia tải 44
Hình 25 Kích thủy lực 45
Hình 26 Đồng hồ đo tải trọng 46
Hình 27 Đồng hồ đo chuyển vị và cảm biến điện trở 46
Hình 28 Hệ thống thu nhân và xử lý tín hiệu (P3500+SB10) 47
Hình 29 Giá trị trung bình giữa 3 lần đo chuyển vị 53
Hình 30 Giá trị ứng suất thực nghiệm 53
Hình 31 Hình minh họa chạy SAP2000 ( cấp tải 16kN) 58
Hình 32 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị tại vị trí I 65
Hình 33 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị tại vị trí II 66
Hình 34 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị tại vị trí III 66
Hình 35 Biểu đồ tải trọng – ứng suất tại ví trí I 71
Hình 36 Biểu đồ tải trọng – ứng suất tại ví trí II 71
Hình 37 Biểu đồ tải trọng – ứng suất tại ví trí III 72
DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Số liệu đo lần 1 12
Bảng 2 Số liệu đo lần 2 13
Bảng 3 Số liệu trung bình 2 lần đo 13
Bảng 4 Sử lý số liệu biến dạng 14
Bảng 5Bảng tính ứng suất 14
Bảng 6 Bảng qui đổi áp lực về nội lực trong thanh 16
Bảng 7 Bảng phân bố nội lực lý thuyết trong thanh 17
Bảng 8 Bảng phân bố nội lực tính toán trong thanh 17
Bảng 9 Bảng tính toán ứng suất trong thanh theo cơ học kết cấu 18
Bảng 10 Bảng tính chuyển vị của giàn theo cơ học kết cấu 18
Bảng 11 Kết quả tính lực dọc N(kN) 22
Bảng 12 Kết quả tính ứng suất (kN/m 2 ) 22
Bảng 13 Kết quả chuyển vị 23
Bảng 14 Tổng hợp kết quả chuyển vị 23
Bảng 15 Chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thự nghiệm(%) tại vị trí I 24
Bảng 16 Chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thự nghiệm(%) tại vị trí I 25
Trang 4Bảng 21.Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 4 31
Bảng 22 Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 5 32
Bảng 23Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 6 34
Bảng 24Chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 7 35
Bảng 25 Kết quả đo thí nghiệm lần 1 48
Bảng 26 Kết quả đo thí nghiệm lần 2 49
Bảng 27 Giá trị trung bình giữa 2 lần đo 50
Bảng 28 Giá trị trung bình sau 3 lần đo chênh lệch với vạch 0 trên dụng cụ đo 51
Bảng 29 Giá trị ứng suất 51
Bảng 30 Kết quả giá trị momen M 54
Bảng 31 Kết quả tính toán ứng suất 55
Bảng 32 Tính toán chuyển vị bằng SAP2000 56
Bảng 33 Kết quả tính toán chuyển vị 62
Bảng 34 Bảng tính biến dạng 63
Bảng 35Bảng tổng hợp chuyển vị 64
Bảng 36 Bảng % so sánh giữa ba phương pháp tại ví trí I 65
Bảng 37 Bảng % so sánh giữa ba phương pháp tại ví trí II 66
Bảng 38 Bảng % so sánh giữa ba phương pháp tại ví trí III 67
Bảng 39 Bảng tổng hợp ứng suất 69
Bảng 40 Chênh lệch giữa chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí I 72
Bảng 41 Chênh lệch giữa chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí II 73
Bảng 42 Chênh lệch giữa chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí III 74
Trang 5PHẦN 1: THÍ NGHIỆM DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH
Mục đích:
− Kiểm nghiệm sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:
Ứng suất trong các thanh dàn
Độ võng và chuyển vị của dàn
− Bằng các biện pháp:
Xác định chuyển vị và biến dạng của dàn thép tại một số vị trí nhất định
Khảo sát sự biến động của trạng thái ứng suất – biến dạng của dàn thép
Trạng thái ứng suất – biến dạng phản ánh khả năng làm việc thực tế của dàn thép cũng như các yếu tố cấu thành như: vật liệu, sơ đồ kết cấu, công nghệ chế tạo
Đây là cơ sở để đánh giá sự đúng đắn của lý thuyết tính toán, thiết kế công trình và thực nghiệm
Yêu cầu:
− Đo biến dạng ε tại một số thanh đại diện trong dàn, từ đó tính ứng suất σ và nội lực N
− Đo độ võng δ tại một số vị trí trên dàn
− So sánh kết quả đo thực nghiệm và tính toán lý thuyết
Trang 6II CẤU TẠO, KÍCH THƯỚC VÀ ĐẶT TRƯNG HÌNH HỌC TIẾT DIỆN
Modun đàn hồi: E=2.1× 107N /cm2
Modun đàn hồi của thép Es = 2.1E8kN/m2
Vị trí đo biến dạng ()
Trang 7Strain gage 3 : 3 Strain gage 7 : 7Strain gage 4 : 4
Vị trí đo độ võng (Δ)
Vị trí I : Ở thanh cánh trên, cách gối tựa bên trái 1.5m
Vị trí II : Ở thanh cánh dưới cách gối tựa bên phải 2m
Vị trí III : Ở thanh cánh trên, cách gối tựa bên phải 1m
Trang 8Hình 2 Sơ đồ thí nghiệm
1 Thiết bị gia tải
Kích thủy lực (Dpiston = 5,82cm)
Hình 3 Kích thủy lực 20T
Quang treo và đòn gia tải
Trang 92 Thiết bị đo biến dạng
Cảm biến đo biến dạng thép (Strain gage)
Hình 5 Vị trí cảm biến điện trở
Hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu (P3500 +SB10)
Trang 103 Thiết bị đo độ võng
Các đồng hồ đo chuyển vị bé (dial micrometer)
Hình 7 Đồng hồ đo chuyển vị bé (Dial Mocrometer)
Phân công nhiệm vụ trước khi thực hiện
Gia tải: Phát
Đọc số đó chuyển vị kế: Linh
Ghi số liệu đo: Nguyên
Kiểm tra số liệu đo: Dũng
Chụp ảnh thí nghiệm: Long
Đo kích thước: Long
Kiểm tra dàn và kích thước dàn
Bố trí 3 đồng hồ chuyển vị vào đúng các nút dàn như hình 1.6 Kiểm tra các đồng hồ phải chạm vào dàn thép
Trang 11 B1: Đọc chỉ số trên máy đo biến dạng
B2: Kích lực tại áp lực 10kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B3: Kích lực tại áp lực 12kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B4: Kích lực tại áp lực 14kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B5: Kích lực tại áp lực 16kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B6: Kích lực tại áp lực 18kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B7: Kích lực tại áp lực 20kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B8: Kích lực tại áp lực 22kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B9: Kích lực tại áp lực 24kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B10: Xả kích thủy lực bằng cách xoay ngược chiều kim đồng hồ van xả, nhằm
để kết cấu thép phục hồi lại sau biến dạng và để thực hiện thí nghiệm lần 2
Quá trình đo lần 2
B1: Đọc chỉ số trên máy đo biến dạng
B2: Kích lực tại áp lực 10kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B3: Kích lực tại áp lực 12kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B4: Kích lực tại áp lực 14kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
Trang 12 B6: Kích lực tại áp lực 18kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B7: Kích lực tại áp lực 20kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B8: Kích lực tại áp lực 22kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B9: Kích lực tại áp lực 24kg/cm2 Đọc lần lượt 3 số đo chuyển vị tại chuyển vị
kế và 7 biến dạng tại máy đo biến dạng Ghi kết quả vào bảng thí nghiệm
B10: Xả kích thủy lực Kiểm tra số liệu và kết thức quá trình
Chụp hình toàn bộ mô hình Xả tải kiểm tra lại lần cuối
Trang 14Bảng 3 Số liệu trung bình 2 lần đo
Trang 170 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0
Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng - ứng suất
VII TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT SỨC BỀN KẾT CẤU
Ứng suất trong thanh:
1 Biến dạng thanh theo định luật Hooke:
Trang 18: Biến dạng của cấu kiện
E: Modul đàn hồi của thép, E = 2,1x108 (kN/m2)
Dpiston: Đường kính Piston kích thủy lực = 5.82 (cm)
Tải trọng tác dụng lên dàn (P) ứng với mỗi lần gia tải được xác dịnh theo công thức:
3P 3P 3P
-Bảng 7 -Bảng phân bố nội lực lý thuyết trong thanh
Trang 1918 2.39 7.17 0.00 7.17 -7.17 -7.17 7.17 7.17
20 2.66 7.98 0.00 7.98 -7.98 -7.98 7.98 7.98
22 2.93 8.79 0.00 8.79 -8.79 -8.79 8.79 8.79
24 3.19 9.57 0.00 9.57 -9.57 -9.57 9.57 9.57
Bảng 8 Bảng phân bố nội lực tính toán trong thanh
Từ đó tính ứng suất trong thanh:
Trang 20Bảng 10 Bảng tính chuyển vị của giàn theo cơ học kết cấu
VIII TÍNH TOÁN THEO PHẦN MỀM SAP2000
4 Mô hình dàn trong Sap2000
− Khai báo vật liệu:
Trang 21Hình 8 Khai báo loại vật liệu
Trang 22− Khai báo tiết diện
Trang 23Hình 11 Vị trí đặt tải
Hình 12 Hình ảnh minh họa tính toán bằng Sap2000 (cấp tải 10daN/cm 2 )
Trang 25Chuyển vị (mm) Chuyển vị (mm) Chuyển vị (mm)
1.33 0.485 0.490 0.328 0.19 0.215 0.13 0.359 0.408 0.2571.6 0.577 0.595 0.393 0.228 0.258 0.156 0.431 0.489 0.3081.86 0.665 0.684 0.451 0.266 0.301 0.182 0.503 0.571 0.3602.13 0.746 0.773 0.503 0.304 0.344 0.208 0.574 0.652 0.4112.39 0.814 0.847 0.549 0.342 0.387 0.234 0.646 0.734 0.4632.66 0.874 0.908 0.589 0.38 0.43 0.26 0.718 0.815 0.5142.93 0.961 1.003 0.648 0.418 0.473 0.286 0.790 0.897 0.5653.19 1.027 1.073 0.694 0.456 0.516 0.312 0.861 0.978 0.617
Bảng 14 Tổng hợp kết quả chuyển vị
Trang 260 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Thực nghiệm
Cơ kết cấu SAP 2000
(mm)
Hình 13 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị
Pi (kN) Chuyển vị (%)Thực nghiệm Chuyển vị (%)Cơ kết cấu Chuyển vị (%)SAP 2000
Trang 270 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Thực nghiệm
Cơ kết cấu SAP 2000
(mm)
Hình 14 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị
Pi (kN) Chuyển vị (%)Thực nghiệm Chuyển vị (%)Cơ kết cấu Chuyển vị (%)SAP 2000
Trang 280 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Thực nghiệm
Cơ kết cấu SAP 2000
(mm)
Hình 15 Biểu đồ tải trọng – chuyển vị
Pi (kN) Chuyển vị (%)Thực nghiệm Chuyển vị (%)Cơ kết cấu Chuyển vị (%)SAP 2000
Trang 29X BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG - ỨNG SUẤT
Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Trang 31Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Trang 320 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3
Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Trang 33Hình 19 Biểu đồ tải trọng - ứng suất 4
Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Trang 34Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Trang 36Cấp lực
Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Trang 370 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3
Ứng suất (%) Ứng suất (%) Ứng suất (%)
Trang 38 Tuy các đồ thị vẫn có sự chênh lệch nhau về giá trị nhưng mà vẫn cho ta thấy được chế độ làm việc tuân theo lý thuyết sức bền vật liệu khi dàn thép làm việc trong giai đoạn đàn hồi.
Ở đồ thị này, chênh lệch chuyển vị khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí I,
II, III giảm khi tăng tải
Kết quả cho thấy các tính toán SAP 2000 tương đối sát với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi
Kết quả cho thấy các tính toán theo lý thuyết sức bền khác xa (nhỏ hơn) với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi
Trang 39 Vì thanh bụng 2 không có lực dọc truc (thanh bụng cấu tạo) do đó có ứng suất rất nhỏ (tuy nhiên vẫn có) nên đồ thị cảm biến 2 có hình dạng như trên.
Ở vị trí cảm biến số 1 và số 3, hai cảm biến này được đặt ở hai thanh thép ở hai mặt cùng một vị trí trên dàn Theo lý thuyết, hai thanh này sẽ làm việc giống nhau hoàn toàn, tuy nhiên trên thực nghiệm vẫn có sự khác nhau
Ở đồ thị này, chênh lệch ứng suất khi tính toán so với thực nghiệm (%) tại vị trí 1,
3, 4, 5, 6, 7 đã lớn ngay từ cấp tải đầu (300% - 500%) và việc chênh lệch tăng khi tăng tải là rất nhỏ (40% -50%) có thể bỏ qua
Kết quả cho thấy các tính toán theo lý thuyết sức bền khác xa (nhỏ hơn) với kết quả thực nghiệm trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi
2 Giải thích kết quả
Kiểm tra:
Sơ đồ:
Sơ đồ tính thực nghiệm: 2 liên kết tựa
Sơ đồ tính lý thuyết: 1 gối cố định, 1 gối di động (Dầm đơn giản)
Tải trọng:
Tải trọng thực nghiệm là tải trọng ngoài P (kích thủy lực) không bao gồm tải
trọng bản thân, do các thiết bị đo chuyển vị đã được reset ngay từ đầu, thiết bị
đo biến dạng cũng đã được ghi lại số liệu ngay từ đầu
Tải trọng tính lý thuyết cũng là tải trọng ngoài P (kích thủy lực) không bao
Trang 40 Vật liệu thực nghiệm: Théplà vật liệu liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính
Vật liệu tính theo lý thuyết: Vật liệu được coi là liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính
Xem chuyển vị là đại lượng cần tìm trước
Hàm xấp xỉ biểu diễn gần đúng dạng phân bố chuyển vị trong phần tử
Điều kiện tương thích chỉ đúng bên trong và tại các điểm nút phần tử
Từ điêu kiện cân bằng nút và các điều kiện biên => hệ phương đại
số trình tuyến tính
Giải hệ phương trình đại số tuyến tính => các chuyển vị nút => chuyển vị trong phần tử; Dùng phương trình Cauchy => trường biếndạng; phương trình định luật Hooke => trường ứng suất
Giải thích kết quả
Sơ đồ:
Gối liên kết không thực sự làm việc như gối cố định và gối di động
Sơ đồ làm việc của dàn thép không đúng theo lí thuyết
Tải trọng:
