BÁO cáo THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH PHẦN 1 dàn THÉP

Giá trị nội lực tại các thanh dàn khi chịu lực đơn vị để tính chuyển vị tại vị trí 1 .... Giá trị nội lực tại các thanh dàn khi chịu lực đơn vị để tính chuyển vị tại vị trí 2 .... Quy tr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN CÔNG TRÌNH

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH

Giảng viên hướng dẫn: ThS Hoàng Anh Tuấn

Lớp: L02 - Nhóm: 2E Sinh viên thực hiện:

MỤC LỤC

PHẦN 1: DÀN THÉP 8

1 Mục đích thí nghiệm 8

2 Cấu tạo và kích thước dàn thép 8

3 Mô tả sơ đồ 9

4 Thiết bị thí nghiệm 10

5 Quy trình thí nghiệm 14

6 Xử lý kết quả thí nghiệm 15

7 Tính giá trị trung bình các lần đo của εi, δi và giá trị ứng suất σi tại các vị trí εi 16

8 Vẽ đồ thị biểu diễn kết quả thí nghiệm tải trọng – ứng suất (P-σ) và tải trọng – độ võng (P- δ) của các điểm đo 17

9 Tính toán các đại lượng 18

9.1 Lý thuyết 18

9.2 Xác định ứng suất và độ võng theo phương pháp sử dụng lý thuyết Cơ học kết cấu 19

9.3 Tính toán theo phần mềm Sap2000 22

10 So sánh và vẽ các đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng δ) và tải trọng – nội lực (P-σ) 27

11 Phân trích và nhận xét kết quả thí nghiệm 32

12 Đánh giá khả năng làm việc của dàn thép 37

13 Đề xuất và kiến nghị 37

PHẦN 2: DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 38

1 Mục đích thí nghiệm 38

2 Mô tả cấu tạo kích thước dầm BTCT, sơ đồ làm việc và sơ đồ tính toán 38

2.1 Cấu tạo kích thước dầm BTCT 38

2.2 Sơ đồ làm việc và sơ đồ tính toán 39

3 Mô tả chi tiết thiết bị thí nghiệm 40

5 Mô tả quy trình thí nghiệm 44

6 Xử lý kết quả thí nghiệm: loại bỏ điểm nhiễu, tính toán εi 45

6.1 Kết quả ghi nhận số liệu 45

6.2 Kết quả xử lí số liệu 45

7 Giá trị trung bình các lần đo 46

8 Vẽ đồ thị biểu diễn kết quả thí nghiệm tải trọng – ứng suất (P-σ) và tải trọng – độ võng (P- δ) 48

9 Tính toán các các đại lượng 49

9.1 Tính toán theo lý thuyết BTCT (TCVN 5574:2018) 49

9.2 Tính toán theo phần mềm SAP2000 55

10 So sánh và vẽ các đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng δ) và tải trọng – nội lực (P-σ) 57

10.1 Quan hệ giữa tải trọng – độ võng 57

10.2 Quan hệ giữa tải trọng – ứng suất (SG1) 58

10.3 Quan hệ giữa tải trọng – ứng suất (SG2) 59

10.4 Quan hệ giữa tải trọng – ứng suất (SG3) 60

11 Nhận xét kết quả và đánh giá sự phù hợp giữa các phương pháp 61

12 Đánh giá khả năng làm việc của dầm bê tông 63

13 Đề xuất các kiến nghị 63

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Mô hình dàn thép thí nghiệm 8

Hình 2 Sơ đồ thí nghiệm và bố trí thiết bị đo dàn thép 9

Hình 3 Sơ đồ thí nghiệm mô hình dàn 9

Hình 4 Dàn thép thực tế thí nghiệm 10

Hình 5 Kích thủy lực 11

Hình 6 2 quang treo và đòn gia tải 11

Hình 7 Cảm biến điện trở 12

Hình 8 Hệ thống thu nhận tính hiệu cảm biến P3500+SB10 12

Hình 9 Đồng hồ đo độ võng 13

Hình 10 Đồng hồ hiển thị giá trị lực 13

Hình 11 Thước kẹp điện tử 14

Hình 12 Đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng (P-δ) của các điểm đo 17

Hình 13 Đồ thị quan hệ tải trọng – ứng suất (P-σ) của các điểm đo 18

Hình 14 Biểu đồ nội lực trong các thanh dàn 19

Hình 15 Giá trị nội lực tại các thanh dàn khi chịu lực đơn vị để tính chuyển vị tại vị trí 1 20

Hình 16 Giá trị nội lực tại các thanh dàn khi chịu lực đơn vị để tính chuyển vị tại vị trí 2 21

Hình 17 Khai báo vật liệu 23

Hình 18 Khai báo tiết diện thanh dàn 24

Hình 19 Sơ đồ dàn thép 25

Hình 20 Vị trí đặt tải 25

Hình 21 Vị trí xác định chuyển vị của dàn thép 25

Hình 22 Biểu đồ lực dọc trong các thanh dàn 25

Hình 23 Giá trị chuyển vị tại nút 4 (vị trí đặt chuyển vị kế số 1) 26

Hình 24 Giá trị chuyển vị tại nút 9 (vị trí đặt chuyển vị kế số 2) 26

Hình 25 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 1 29

Hình 26 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 2 29

Hình 27 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 5 30

Hình 28 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 6 30

Hình 29 Đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng tại vị trí đặt chuyển vị kế 1 32

Hình 30 Đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng tại vị trí đặt chuyển vị kế 2 32

Hình 31 Cấu tạo và kích thước dầm BTCT 38

Hình 32 Sơ đồ tính dầm BTCT 39

Hình 33 Khung gia tải MAGNUS 40

Hình 34 Loadcell 60T và đồng hồ hiển thị giá trị lực 41

Hình 35 Kích thủy lực Hi-Force có Pmax = 1000 kN 41

Hình 36 Tensometer cảm biến điện trở đo biến (Strain gage) (LSG=10mm) 42

Hình 37 Thiết bị thu nhận P3500 và chuyển đổi kênh SB10 42

Hình 38 Truyền lực và liên kết gối tựa tại 2 đầu dầm 43

Hình 39 Đồng hồ đo chuyển vị dầm 43

Hình 40 Sơ đồ thí nghiệm dầm BTCT 44

Hình 41 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và ứng suất 48

Hình 42 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng độ võng 49

Hình 43 Biểu đồ tác dụng tải lên dầm 55

Hình 44 Biểu đồ chuyển vị 56

Hình 45 Biểu đồ momen 56

Hình 46 Đồ thị quan hệ giữa tải trọng – độ võng 58

Hình 47 Đồ thị quan hệ giữa tải trọng – ứng suất 59

Hình 48 Đồ thị quan hệ giữa tải trọng – ứng suất 60

Hình 49 Đồ thị quan hệ giữa tải trọng – ứng suất 61

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Kích thước và cấu tạo Mô hình dàn thép thí nghiệm thanh dàn 8

Bảng 2 Bảng đo số liệu thí nghiệm lần 1 15

Bảng 3 Bảng đo số liệu thí nghiệm lần 2 15

Bảng 4 Giá trị trung bình 2 lần đo 16

Bảng 5 Giá trị trung bình 2 lần đo 16

Bảng 6 Giá trị ứng suất tại các điểm 17

Bảng 7 Nội lực trong các thanh dàn 19

Bảng 8 Nội lục trong các thanh dàn 19

Bảng 9 Ứng suất trong các thanh 20

Bảng 10 Giá trị biến dạng tại các vị trí 20

Bảng 11 Bảng tính chuyển vị theo công thức cơ học kết cấu 21

Bảng 12 Giá trị chuyển vị tại các vị trí 22

Bảng 13 Kết quả chuyển vị và lực dọc từ phần mềm SAP2000 26

Bảng 14 Giá trị ứng suất không xét đến trọng lượng bản thân 26

Bảng 15 Giá trị biến dạng không xét đến trọng lượng bản thân 27

Bảng 16 Tổng hợp giá trị ứng suất theo 3 phương pháp 28

Bảng 17 So sánh giá trị ứng suất theo 3 phương pháp 28

Bảng 18 Tổng hợp giá trị độ võng theo 3 phương pháp 31

Bảng 19 So sánh giá trị độ võng theo 3 phương pháp 31

Bảng 20 Kết quả đo lần 1 45

Bảng 21 Kết quả đo lần 2 45

Bảng 22 Xử lí số liệu kết quả đo lần 1 46

Bảng 23 Xử lí số liệu kết quả đo lần 2 46

Bảng 24 Giá trị trung bình kết quả 2 lần đo 46

Bảng 25 Giá trị độ võng và ứng suất từ thực nghiệm 47

Bảng 26 Giá trị độ võng được tính từ TCVN 5574-2018 53

Bảng 27 Giá trị ứng suất được tính từ TCVN 5574-2018 54

Bảng 28 Giá trị ứng suất được tính từ TCVN 5574-2018 55

Bảng 29 Giá trị độ võng được tính từ SAP2000 56

Bảng 30 Giá trị ứng suất dầm BTCT 57

Bảng 31 Giá trị độ võng theo 3 phương pháp và chênh lệch 57

Bảng 33 Giá trị ứng suất cốt thép (SG2) theo 3 phương pháp và chênh lệch 59

Bảng 34 Giá trị ứng suất cốt thép (SG3) theo 3 phương pháp và chênh lệch 60

PHẦN 1: DÀN THÉP

1 Mục đích thí nghiệm

- Kiểm nghiệm sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

• Ứng suất (tính toán thông qua biến dạng) trong các thanh dàn

• Chuyển vị tại một số vị trí trên 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

2 Cấu tạo và kích thước dàn thép

Hình 1 Mô hình dàn thép thí nghiệm Bảng 1 Kích thước và cấu tạo Mô hình dàn thép thí nghiệm thanh dàn

Thanh cánh trên

Thanh bụng 2 L30x30x4

- Dàn thép hình thang 5 nhịp, cao 0.5m, bước nhịp 1m:

+ 2 L40x40x5 (A=7.58 cm2) + 2 L30x30x4 (A=4.54 𝑐𝑚2)

- Khoảng cách giữa 2 thanh L là 6mm (bằng chiều dày bản mã)

- Mô-đun đàn hồi của thép: Es = 210000 N/mm2

3 Mô tả sơ đồ

Hình 2 Sơ đồ thí nghiệm và bố trí thiết bị đo dàn thép

Hình 3 Sơ đồ thí nghiệm mô hình dàn

- Mô tả: Sử dụng đòn gia tải để tăng tải Khi bơm, con đội sẽ đội lên dầm chữ I (dầm chữ

I có kích thước lớn hơn rất nhiều so với dàn thép và chịu được tải trọng rất lớn so với tải

trọng cực đại của con đội tác dụng lên dầm Vì vậy khi bơm tải lớn nhất cũng không gây

biến dạng cho dầm chữ I, do đó có thể xem dầm chữ I tuyệt đối cứng đối với hệ thí nghiệm)

Khi chịu tải trọng, dầm chữ I sẽ phản hồi toàn bộ lực nhận được từ con đội xuống dầm

truyền tải, sau đó thông qua quang treo, tải trọng truyền lên dàn thép thông qua hai lực tập

trung như mô tả trên sơ đồ thí nghiệm

- Đo chuyển vị tại 2 điểm I, II bằng đồng hồ đo chuyển vị

- Đo biến dạng tại các điểm 1, 2, 5, 6, thông qua các cảm biến vào bộ P-3500 và SB10

Hình 5 Kích thủy lực

- Quang treo và đòn gia tải:

Hình 6 2 quang treo và đòn gia tải

- Cảm biến điện trở đo biến dạng thép (Strain gages:120Ω, GF = 2.1):

Hình 7 Cảm biến điện trở

- Hệ thống thu nhận tín hiệu cảm biến P3500 + SB10:

Hình 8 Hệ thống thu nhận tính hiệu cảm biến P3500+SB10

- Đồng hồ đo độ võng:

Hình 9 Đồng hồ đo độ võng

- Đồng hồ hiển thị giá trị lực:

Hình 10 Đồng hồ hiển thị giá trị lực

- Thước kẹp, thước thép:

Hình 11 Thước kẹp điện tử

5 Quy trình thí nghiệm

- Bước 1: Đo đạc các kích thước của dàn thép

- Bước 2: Xác định cách thức đặt tải trọng lên dàn

- Bước 3: Xác định vị trí các vị trí đo đạc, kiểm tra thiết bị và chạy thí nghiệm thử

- Bước 4: Kiểm tra hệ thống lần cuối và tiến hành thí nghiệm

- Bước 5: Vặn núm vặn trên con đội theo chiều kim đồng hồ để tiến hành bơm tải (sử dụng

đòn bẩy để bơm tải) để con đội vừa khít với dầm chữ I

- Bước 6: Chỉnh đồng hồ đo tải trọng về giá trị 0, sau đó chỉnh 2 đồng hồ đo chuyển vị về

giá trị 0, đồng thời đọc và ghi giá trị biến dạng tại thời điểm ban đầu thông qua số đọc trên

thiết bị thu nhận tín hiệu cảm biến P3500

- Bước 7: Bắt đầu tăng tải trọng đến 4 kN bằng cách dùng đòn bẩy để bơm con đội Khi

đồng hồ đo tải trọng hiện giá trị 4 kN thì đọc và ghi chép vào bảng số liệu các giá trị trên

2 đồng đo chuyển vị (độ võng) và các giá trị biến dạng tại các vị trí yêu cầu (1-2-5-6) trên

hệ thống thu nhận tín hiệu cảm biến P3500+SB10

- Bước 8: Tiếp tục lần lượt tăng tải trọng đến các giá trị 6 kN, 8 kN và thực hiện tương tự

như bước 3

- Bước 9: Xả tải bằng cách vặn núm vặn trên con đội theo chiều ngược chiều kim đồng hồ,

rút đòn bẩy khỏi con đội Kết thúc lần đo đầu tiên

Thực hiện tổng cộng 2-3 vòng đo lặp theo trình tự như các bước trên để lấy giá trị trung

bình giữa các lần đo Thời gian cho phép dàn nghỉ khoảng từ 10-15 phút giữa các vòng đo

lặp (thời gian để dàn trở về trạng thái ban đầu)

* Chú ý:

- Việc chụp hình và đo đạc các kích thước của dàn thép có thể được thực hiện trước hoặc

sau khi bắt đầu thí nghiệm, tránh việc tác động (chạm, rung lắc, …) dàn thép trong quá

trình thực hiện thí nghiệm

- Trong quá trình đọc giá trị trên đồng hồ đo chuyển vị thu được giá trị âm và dương,

nguyên nhân do tại cách đặt chuyển vị kế (khi dàn thép bị võng sẽ làm cho đầu kim của

chuyển vị kế chuyển vị theo, nếu đầu kim đi ra số đọc trên đồng hồ sẽ hiển thị giá trị âm,

nếu đầu kim đi vào số đọc trên đồng hồ sẽ hiển thị giá trị dương) Vì vậy cần quan sát kĩ

cách đặt chuyển vị kế tại từng điểm đo

6 Xử lý kết quả thí nghiệm

- Tiến hành làm thí nghiệm 2 lần

Bảng 2 Bảng đo số liệu thí nghiệm lần 1

P (kN)

F=P/2 (kN)

- Sau khi đã có số liệu thí nghiệm, ta tiến hành tính giá trị trung bình và trừ tất cả các giá

trị biến dạng ở cấp tải cho giá trị biến dạng ở cấp tải 0 và tính giá trị trung bình của biến

dạng và chuyển vị Giá trị được sử dụng tính toán sau này là giá trị trung bình

Bảng 4 Giá trị trung bình 2 lần đo

P (kN)

F=P/2 (kN)

7 Tính giá trị trung bình các lần đo của ε i , δ i và giá trị ứng suất σ i tại các vị trí ε i

Bảng 5 Giá trị trung bình 2 lần đo

P (kN)

F=P/2 (kN)

8 Vẽ đồ thị biểu diễn kết quả thí nghiệm tải trọng – ứng suất (P-σ) và tải trọng – độ

võng (P- δ) của các điểm đo

Hình 12 Đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng (P-δ) của các điểm đo

Hình 13 Đồ thị quan hệ tải trọng – ứng suất (P-σ) của các điểm đo

9 Tính toán các đại lượng

9.1 Lý thuyết

Lý thuyết ứng suất – biến dạng

− Ứng suất trong thanh:

i i i

N F

 =

− Biến dạng thanh theo định luật Hooke:

i i E

F2L30x30x4 = =2.27 2 =4.54(cm2)

•  : Biến dạng của cấu kiện

• E: Modul đàn hồi của vật liệu thép (E = 2.1x108 kN/m2)

9.2 Xác định ứng suất và độ võng theo phương pháp sử dụng lý thuyết Cơ học kết cấu

Xác định nội lực của các thanh trong dàn

Hình 14 Biểu đồ nội lực trong các thanh dàn

Bảng 7 Nội lực trong các thanh dàn

- Tính toán nội lực trong các thanh qua các lần gia tải:

Bảng 8 Nội lục trong các thanh dàn

P (kN)

F = P/2 (kN)

Bảng 9 Ứng suất trong các thanh

P (kN)

F=P/2 (kN)

- Giá trị biến dạng tại các vị trí:

Bảng 10 Giá trị biến dạng tại các vị trí

P (kN)

F=P/2 (kN)

Để tính chuyển vị ta dùng lý thuyết chuyển vị khả dĩ của cơ học kết cấu Đặt lực đơn

vị tại điểm cần tìm chuyển vị và tính nội lực trong các thanh dàn, sau đó áp dụng

công thức của cơ học kết cấu để tìm ra giá tị chuyển vị:

km

N N L EA

Hình 15 Giá trị nội lực tại các thanh dàn khi chịu lực đơn vị để tính chuyển vị tại vị trí 1

Hình 16 Giá trị nội lực tại các thanh dàn khi chịu lực đơn vị để tính chuyển vị tại vị trí 2

Bảng 11 Bảng tính chuyển vị theo công thức cơ học kết cấu

Bảng 12 Giá trị chuyển vị tại các vị trí

P (kN)

F = P/2 (kN)

Độ võng (mm)

9.3 Tính toán theo phần mềm Sap2000

- Để tính toán các giá trị lý thuyết ta sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần

mềm SAP2000 Các bước thực hiện bao gồm mô hình dàn, gán tải trọng tương ứng với các

cấp tải khi thí nghiệm, chạy nội lực và dùng nội lực để tính ứng suất và biến dạng

- Khai báo vật liệu:

Hình 17 Khai báo vật liệu

- Khai báo tiết diện:

Hình 18 Khai báo tiết diện thanh dàn

- Sơ đồ dàn:

Hình 23 Giá trị chuyển vị tại nút 4 (vị trí đặt chuyển vị kế số 1)

Hình 24 Giá trị chuyển vị tại nút 9 (vị trí đặt chuyển vị kế số 2) Bảng 13 Kết quả chuyển vị và lực dọc từ phần mềm SAP2000

P (kN)

F = P/2 (kN)

Tính biến dạng trong thanh theo kết quả từ phần mềm

Bảng 14 Giá trị ứng suất không xét đến trọng lượng bản thân

P (kN)

F=P/2 (kN)

Bảng 15 Giá trị biến dạng không xét đến trọng lượng bản thân

P (kN)

F=P/2 (kN)

Bảng 16 Tổng hợp giá trị ứng suất theo 3 phương pháp

Bảng 17 So sánh giá trị ứng suất theo 3 phương pháp

P (kN) Cơ học kết cấu so với thực nghiệm

Hình 25 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 1

Hình 26 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 2

Hình 27 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 5

Hình 28 Đồ thị quan hệ tải trọng - ứng suất tại vị trí 6

Bảng 18 Tổng hợp giá trị độ võng theo 3 phương pháp

P (kN)

F = P/2 (kN)

Độ võng (mm) Thí nghiệm Cơ học kết cấu SAP2000

Bảng 19 So sánh giá trị độ võng theo 3 phương pháp

P (kN) Cơ học kết cấu so với thực nghiệm

Hình 29 Đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng tại vị trí đặt chuyển vị kế 1

Hình 30 Đồ thị quan hệ tải trọng – độ võng tại vị trí đặt chuyển vị kế 2

11 Phân trích và nhận xét kết quả thí nghiệm

* Phân tích thí nghiệm và lí thuyết:

➢ Kiểm tra