BÁO cáo THÍ NGHIỆM phần 1 PHÂN TÍCH kết cấu dàn THÉP CHỊU tải TRỌNG TĨNH

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.. −Khảo sát ứng xử của dàn t

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA

KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MÔN CÔNG TRÌNH

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

MÔN HỌC: THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH

Trang 2

MÔN HỌC: THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH GVHD: THS HOÀNG ANH TUẤN

MỤC LỤCPHẦN 1 PHÂN TÍCH KẾT CẤU DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH 6

A.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 6

B. YÊU CẦU THÍ NGHIỆM 6

C.THÔNG SỐ CHO TRƯỚC 6

I. Cấu tạo, kích thước và đặc trưng hình học tiết diện

H.PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 26

I. Phân tích và nhận xét kết quả thí nghiệm đo biến

dạng 26

Trang 3

II. Phân tích thí nghiệm và lí

Trang 4

Sơ đồ thí nghiệm. 34

D.Thiết bị thí nghiệm. 34

1 Khung gia tải + kích thủy lực (Pmax=1000 kN ¿ 34

2. Cảm biến điện trở đo biến dạng thép và bê tông (Stain Gages: 120Ω

Trang 5

5. Trong quá trình thí nghiệm, tại mỗi cấp tải trọng, cần ghi các giá trị độ võng và biến dạng của

bê tông và thép (Bảng 2) 35

Trang 6

6. Thực hiện tổng cộng 2-3 vòng đo lặp để lấy giá trị trung bình Thời gian cho phép dầmnghỉ khoảng 15 phút giữa các vòng đo lặp (thời gian để dầm trở về trạng thái ban đầu). 35

Trang 7

3. So sánh kết quả giữa thực nghiệm và lý

số _58

Trang 8

1. Sai số trong quá trình thí

nghiệm _58

2. Sai số trong quá trình tính toán _59

IV Cách khắc phục _60 V.Bài học từ thí nghiệm _60

Phần 1 PHÂN TÍCH KẾT CẤU DÀN THÉP CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH

NHÓM 1A

Trang 9

A MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

−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

−Khảo sát ứng xử của dàn thép (thông qua biến dạng ε và độ võng δ)

−Thiết lập các quan hệ tải trọng – độ võng (P – δ) và tải trọng – nội lực ( P - hoặc P –N );

−So sánh kết quả đo thực nghiệm với kết quả tính toán lý thuyết

I Cấu tạo, kích thước và đặc trưng hình học tiết diện dàn

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

Thanh cánh: 2L40x40x5, khe hở giữa 2 thanh 6mm

Thanh bụng: 2L30x30x4, khe hở giữa 2 thanh 6mm

Mô-đun đàn hồi của thép: Es = 2.1x108 kN/m2

Trang 10

II Sơ đồ thí nghiệm, các vị trí đo biến dạng và độ võng

Trang 11

− Thiết bị gia tải: Kích thủy lực 20 T (đường kính piston Dpiston = 5.82 cm), 2 quang treo và

đòn gia tải

Hình 3: Kích thủy lực

− Cảm biến điện trở đo biến dạng thép (Strain gages) Biến trở loại 120Ω và hệ số GF = 2.1

Hình 4: Cảm biến điện trở

Trang 12

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

Hình 5: Hệ thống thu nhận tín hiệu − Đồng hồ đo độ võng (Dial micrometers)

Trang 13

B3 Xác định vị trí các vị trí đo đạc, kiểm tra thiết bị và chạy thí nghiệm thử

B4 Kiểm tra hệ thống lần cuối và tiến hành thí nghiệm

B5 Điều khiển kích thủy lực để áp đặt 2 tải tập trung lên cách trên dàn (0-5-10-15-20 kN)

B6 Trong quá trình thí nghiệm, tải mỗi cấp tải trọng, cần ghi các trị độ võng và biến dạng

B7 Thực hiện tổng cộng 2-3 vòng đo lặp để lấy giá trị trung bình Thời gian cho phép

dàn nghỉ khoảng 15p giữa các vòng đo lặp ( thời gian để dàn trở về trạng thái ban đầu)

Bảng 2: Bảng đo số liệu biến dạng thô lần 2

F=P/2

P kN

05101520

II Xử lý số liệu

Trang 14

Sau khi đã có số liệu thô, 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 3: Bảng xử lý số liệu trung bình 2 lần đo thực nghiệm

F=P/2

P kN

05101520

Bảng 4: Bảng xử lý số liệu biến dạng thực nghiệm

P kN

05101520

Pi

P kN(kN/cm²)

0

5

10

15

Trang 15

20

Trang 16

Biểu đồ quan hệ tải trọng - đổ võng

25 20 15 10

5 0 0.000

δi (mm)

Hình 7: Biểu đồ quan hệ tải trọng – biến dạng thực nghiệm tại các vị trí

40000 30000 20000

Hình 8: Biểu đồ tải trọng - ứng suất thực nghiệm tại các vị trí

III Tính toán theo lý thuyết bằng phương pháp tính cơ kết cấu

−Ứng suất trong thanh:

NHÓM 1A

Trang 17

− Biến dạng thanh theo định luật Hooke:

Trong đó:

: Ứng suất (daN/cm2)

N: lực dọc trong thanh (daN)

F: diện tích mặt cắt ngang tiết diện

F2L40x5 = 7.58 (cm2)

F2L30x4 = 4.54 (cm2)

: 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)

Ghi chú: Tải trọng tác dụng lên dàn (P) xác định bằng:

Trang 18

NHÓM 1A

Trang 19

MÔN HỌC: THÍ NGHIỆM CÔNG

- Ứng suất trong các thanh:

Bảng 8: Ứng suất tại các thanh

P

05101520

- Biến dạng trong các thanh:

Trang 20

MÔN HỌC: THÍ NGHIỆM CÔNG

05

2.510

- Chuyển vị tải các vị trí:

I Mô hình dàn trong 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 đã được chuyển về đơn vị kN, chạy nội lực và dùng nội lực để tính ứng suất và biến dạng

- Khai báo vật liệu:

Trang 22

Hình 9: Khai báo vật liệu

- Khai báo tiết diện:

NHÓM 1A

Trang 23

Hình 10: Khai báo tiết diện trong dàn

Trang 24

Trang 25

MÔN HỌC: THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH

Trang 26

NHÓM 1A

Trang 27

− Biến dạng thanh theo định luật Hooke:

Trong đó:

: Ứng suất (N/cm2)N: lực dọc trong thanh (N)F:diện tích mặt cắt ngang tiết diện

F2L40x5 = 7.58 (cm2)F2L30x4 = 4.54 (cm2)

: Biến dạng của cấu kiện

E:Modul đàn hồi của thép, E = 2,1x108 (kN/m2)

Bảng 13: Giá trị ứng suất không xét đến TLBT

P(kN/m²)

Trang 28

II Đồ thị so sánh ứng suất thực nghiệm, tính theo cơ kết cấu và phần mềm

SAP2000 ứng suất tại vị trí 1,2,4,6 ( 1 2; 4; 6)

Bảng 15: Bảng tổng hợp ứng suất các phương pháp

F

SAP2000(kN

Trang 29

3000.00 2500.00

1500.00 1000.00 500.00 0.00

Hình 15: Biểu đồ quan hệ tải trọng và ứng suất tại thanh 2

Trang 30

30000.00 25000.00 20000.00

Hình 17: Biểu đồ quan hệ tải trọng và ứng suất tại thanh 6

Trang 32

III Đồ thị so sánh chuyển vị thực nghiệm, cơ kết cấu và phần mềm SAP2000

F=P/2(kN)02.557.510Bảng 17: Bảng tổng hợp chuyển vị của 3 phương pháp

F (kN)

2.557.510Bảng 18: Bảng so sánh chuyển vị

NHÓM 1A

Trang 33

− Đồ thị so sánh giữa thực nghiệm, cơ kết cấy và phần mềm Sap 2000 tại vị trí chuyển vị kế 1:

− Đồ thị so sánh giữa thực nghiệm, cơ kết cấy và phần mềm Sap 2000 tại vị trí chuyển vị kế 4:

F (kN)

Thí Nghiệm Theo Cơ kết cấu Sap2000

Hình 19: Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị tại vị trí IV

Trang 34

I Phân tích và nhận xét kết quả thí nghiệm đo biến dạng

−Theo kết quả lý thuyết (Sap 2000), theo cơ kết cấu và thực nghiệm tải trọng – Ứng suất gầnnhư là tuyến tính (đồ thị có dạng đường thẳng), từ đó ta có thể thấy kết cấu vẫn còn làm việctrong miền dàn hồi

−Ứng suất ở thanh 1 theo cơ kết cấu và sap2000 lớn hơn nhiều so với thực nghiệm

−Ứng suất ở thanh 2 theo cơ kết cấu và sap2000 thì có giá trị gần bằng 0 và tải đạt P = 20 kN thị Ứng suất theo thực nghiệm giảm đi

−Ứng suất ở thanh 4 theo cơ kết cấu và sap2000 thì có giá trị tuyến tính và tải đạt P = 20kN thì Ứng suất theo thực nghiệm giảm đi

−Ứng suất ở thanh 6 theo cơ kết cấu và sap2000 thì có giá trị nhỏ hơn thực nghiệm nhưng tải càng cao bắt đầu từ khoảng P = 8 kN thì sẽ nhỏ hơn cơ kết cấu và sap2000

−Ở vị trí cảm biến 2, giá trị ứng suất không tăng khi tăng cấp tải; giá trị ứng suất của

thực nghiệm, SAP, cơ kết cấu có thể xem là bằng 0

 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

−Đường biểu diễn quan hệ tải trọng – Ứng suất thực nghiệm có hệ số góc khác với đường

sap2000 gần như bằng nhau)

- Chuyển vị theo thực nghiệm lớn hơn chuyển vị theo cơ kết cấu và sap2000 Tuy nhiên chuyển vị tỏ ra khá gần giá trị của nhau vì vật liệu được sử dụng là thép, tính đồng nhất cao, đẳng hướng, ít khuyết tật,…, mô hình thí nghiệm cũng khá đơn giản nên giảm bớt sai số

NHÓM 1A

Trang 35

 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.

- Kết quả cho thấy các tính toán SAP 2000 tương đối sát với kết quả cơ kết cấu trong giai đoạn dàn làm việc đàn hồi

Đồ thị tải trọng – nội lực: 2 phương pháp sap2000 và cơ lý thuyết gần bằng nhau.

II Phân tích thí nghiệm và lí thuyết

 Ki

ểm tra:

Sơ đồ:

Sơ đồ tính thực nghiệm: 2 liên kết cố định

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 gồm trọng

lượng bản thân

 Vật liệu:

Vật liệu thực nghiệm vá tính lý thuyết:

Thanh cánh: L40x40x5Thanh bụng: L30x30x4Đặc trưng hình học tiết diện tra bảngModun đàn hồi của thép Es = 2.1E8kN/m2Vật liệu thực nghiệm: Thép là vật liệu liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và đàn

hồi tuyến tính

Trang 36

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 biến dạng; phương trình định luật Hooke => trường ứng suất

III Nguyên nhân sai số

1 Sai số trong quá trình thí nghiệm

Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến kết quả thí nghiệm sai lệch so với lý thuyết, các nguyên nhân chính gồm có:

−Sai số do thiết bị, dụng cụ thí nghiệm:

Do bộ phận kích lực không chuẩn, khi kích chỉ cần có chuyển vị nhỏ cũng tác động đến các thiết bị cảm biến

Đường dây điện không ổn định, chỉ cần 1 chút tác động nhẹ lên dây (có thể là do gió, hay bạn nào lỡ chạm vào), sẽ dẫn tới kết quả sai khác rất lớn so với kết quả đang đo

NHÓM 1A

Trang 37

Dàn thép còn biến dạng dư, do chúng ta làm thí nghiệm liên tục, dàn chưa trở về trạng tháiban đầu

Máy đo biến dạng rất nhạy, ban đầu ta không thể chỉnh hoàn toàn về số 0, do đó kết quả

đó về sau sẽ sai số

Do mỗi thiết bị có một độ chính xác nhất định, nếu phải đọc số liệu nhiều lần sẽ dẫn đếnnhiều lần sai số hơn Vì thế, thí nghiệm càng nhiều với mật độ cao thì sai số sẽ càng nhiều

−Sai số do tác nhân con người:

Việc đọc số cũng không đảm bảo chính xác hoàn toàn, phụ thuộc nhiều vào người đọc đồng hồ đo Đồng thời, có thể do việc gắn đồng hồ đo không cẩn thận

Trong quá trình làm thí nghiệm có thể vô tình đụng chạm vào hệ dàn, dây dẫn, Strain Gage để xảy ra sự cố

Gia tải kích lực chưa đạt tới hoặt vượt quá gia tải yêu cầu

−Ảnh hưởng của môi trường:

Bị ảnh hưởng bởi các tác nhân như gió, nhiệt độ,… trong lúc làm thí nghiệm Lúc làm thí nghiệm nên tắt tất cả quạt và làm vào lúc ít gió, vì khi gió thổi qua làm đung đưa dây dẫn, dẫn đến sai số rất lớn, đặc biết đối với hệ thống thu nhận tín hiệu cảm biến P3500 + SB10,khi dây dẫn bị rung có thể làm kết quả sai lệch rất lớn

Dàn thép đã được sử dụng lâu ngày nên dẫn đến sai lệch do từ biến, ảnh hưởng bởi thời tiết đến vật liệu

2 Sai số trong quá trình tính toán

−Do kết cấu thực làm việc quá lâu so với mô hình kết cấu của lý thuyết làm xuất hiện hiệntượng từ biến Dù trong thanh bụng có Strain Gage số 2 không có nội lực trong thanh, nhưngthực tế vẫn gây ra biến dạng

−Hầu hết các bạn mô hình trên phần mềm Sap 2000 chưa kiểm tra sự hội tụ của bài toán tụ( Kiểm tra hội tụ của bài toán, bằng cách kiểm tra kết quả chuyển vị tại các vị trí bất kì trên

Trang 38

hệ dàn giữa 2 lần mesh, khi sự sai lệch kết quả giữa 2 lần mesh nhỏ hơn 1% thì có thể xemnhư bài toán đã hội tụ) Trong khi đối với phương pháp phần tự hữu hạn, yếu tố quan trọngquyết định đến kết quả có chính xác hay không là sự hội tụ nghiệm

−SAP2000 xuất kết quả là tiết diện gồm 2 thanh thép góc còn trong thí nghiệm cảm biến chỉ đặt trên một thanh thép góc

−Kết quả nội lực trong Sap và trong lúc tính tay được làm tròn thông qua excel

IV Cách khắc phục

Nhìn chung, sai số trong thí nghiệm là điều không thể tránh khỏi Tuy nhiên, có thể hạnchế sai số bằng cách:

−Kiểm tra cẩn thận việc lắp đặt, bố trí sơ đồ thí nghiệm trước khi thí nghiệm

−Kiểm tra dụng cụ thí nghiệm đạt yêu cầu trước khi thí nghiệm

−Tăng số lần thí nghiệm để tăng độ chính xác của thí nghiệm và loại bỏ các kết quả bị sai số quá lớn giữa những lần thí nghiệm

−Tiến hành thí nghiệm theo hướng dẫn của giảng viên

−Đọc số đo và điều khiển thiết bị chính xác

−Hạn chế tối đa các tác động từ môi trường bên ngoài đến quá trình thí nghiệm (sự thay đổi nhiệt độ, va chạm,…)

−Nâng cấp trang thiết bị thí nghiệm hiện đại hơn và thường xuyên bảo dưỡng các thiết bị dụng cụ đo

V Bài học từ thí nghiệm

−Thí nghiệm này giúp sinh viên có hiểu biết biết, đồng thời làm quen thêm nhiều thiết bị đonhư tensormet, đồng hồ đo chuyển vị, strain gage … và nắm được cách thức làm thí nghiệmdàn thép trong thực tế Giúp sinh viên tránh được những bỡ ngỡ khi ra làm việc ngoài thực tế

−Học hỏi được nhiều kinh nghiệm, biết cách chỉnh các thiết bị đo và các sai sót thường gặp khi thí nghiệm

NHÓM 1A

Tiêu đề	Phân Tích Kết Cấu Dàn Thép Chịu Tải Trọng Tĩnh
Tác giả	Hồ Tấn, Nguyễn, Lê Văn, Nguyễn
Người hướng dẫn	ThS. Hoàng Anh Tuấn
Trường học	Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Xây Dựng
Thể loại	báo cáo thí nghiệm
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	5,48 MB