BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH TS HỒ HỮU CHỈNH

Chương II: Phương pháp khảo sát đánh giá chất lượng vật liệu.. bền của các bộ phận kết cấu chịu uốn trên công trình bằng phương pháp thí nghiệm chất tải tĩnh Bộ Xây Dựng, Hà Nội, 2006.

Trang 1

GV: Hồ Hữu ChỉnhEmail: hohuuchinh@hcmut.edu.vn

Phòng Thí Nghiệm Kết cấu Xây Dựng - Đại Học Bách Khoa TPHCM Structural Testing Laboratory - HCMC University of Technology

THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH

Trang 2

Nội dung môn học

Chương I: Khái niệm về nghiên cứu thực nghiệm.

Chương II: Phương pháp khảo sát đánh giá chất

lượng vật liệu

Chương III: Thiết bị và phương pháp đo ứng suất

-biến dạng.

Chương IV: Nghiên cứu thực nghiệm công trình

chịu tải trọng tĩnh.

Chương V: Nghiên cứu thực nghiệm công trình

chịu tải trọng động.

Trang 3

Tài liệu tham khảo

công trình (Võ Văn Thảo, NXB KHKT, Hà Nội, 2001).

bền của các bộ phận kết cấu chịu uốn trên công trình bằng phương pháp thí nghiệm chất tải tĩnh (Bộ Xây

Dựng, Hà Nội, 2006).

hiểm của kết cấu nhà (Bộ Xây Dựng, Hà Nội, 2006).

Trang 4

Chöông I :

Trang 5

Tại sao phải TNCT ?

Chương I-1

TN cơ học cổ điển chỉ cung cấp số liệu riêng biệt trên

các mẩu vật nhỏ, còn về ứng

xử của vật liệu khi làm việc cùng nhau trong một kết cấu

là mơ hồ

Ứng xử này phụ thuộc:

- Hình dạng kết cấu

- Kích thước kết cấu

- Tương tác giữa các ứng suất đa chiều

- Can thiệp của các vật liệu ≠(sandwich, BTCT, BT tiền áp,…)

- Ảnh hưởng của các liên kết

≠ (hàn, bu lông, khớp nối,…)

Cần thiết TN trên kích thước thực dưới

các điều kiện tải trọng khác nhau

thọ và sức chịu tải của kết cấu.

Trang 6

Giới thiệu môn học

Â Cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản về sự làm việc của các kết cấu công trình bằng các thí nghiệm trực quan sinh động.

Â Kiểm định kết cấu mới xây dựng, đánh gía tuổi thọ và độ bền các kết cấu đã XD hoặc cần sửa chữa.

nghiên cứu, triển khai kết cấu mới.

Chương I-2

Trang 7

Ý nghĩa của trạng thái

Nghiên cứu thực nghiệm =

Khảo sát biến động ( σ−ε )

⇒ nội lực (M,N,Q)

⇒ khả năng & mức độ làm việc

của KC

⇒ dự đoán tuổi thọ công trình

(đo phát triển khe nứt, phá hủy)

⇒ đánh giá lý thuyết tính toán

(đàn hồi, dẻo, phá hủy?)

Lực F

đo ε Độ chính xác và tin cậy của

đo ( σ−ε ) phụ thuộc:

kích thước và số lượng đối tượng khảo sát (tỷ lệ mô hình ? hệ số

công nghệ chế tạo: tiền áp, lắp

ghép, đổ tại chổ ⇒ ứng suất dư !!!

tính chất của tải trọng ngoài: tác dụng tĩnh hay tác dụng động.

môi trường tiến hành TN:

MT chuẩn = 23°C, 50% độ ẩm

Trang 8

* Đo ε trên lớp VL bề mặt bằng

cảm biến ⇒ xác định nội lực đàn

hồi, biến dạng dẽo hay phá hoại.

Chương I-4

đo ε1

* Trường hợp non-Hooke: tính σ1 từ đường cong (σ−ε)

của thí nghiệm phá hoại mẩu

Trang 9

Chương I-5

Kiểu tải trọng Trạng thái VL Trạng thái σ

Trang 10

m m m

m m m m m

n EB

P B

E P

gB

E B

g

E

δ δ

ε

ε ρ

ρ

μ μ

2 2

trọng lượng riêng:

m m m m

n B

q B

q

B

P B

P

δ δ

ε ε

2 2

1/n – tỷ lệ mô hình

P (N) – tải tập trung

q (N/m) – tải phân bố

Ghi chú:

δ, δm – chuyển vị

ε, εm – biến dạng

Trang 11

Trang 12

Chöông II :

Trang 13

Thu thập hồ sơ tμi liệu liên quan đến công trình Quan sát, ghi nhận h− hỏng đặc tr−ng

Xác định sơ đồ kết cấu

Kiểm tra cấu kiện, kết cấu Lấy mẫu thí nghiệm (bê tông, gạch, thép, vữa) Kiểm tra đánh giá sự biến dạng, nứt (võng, chênh cao, nghiêng, vết nứt )

Xác định các chỉ tiêu cơ lý của kết cấu, vật liệu,

đất nền,

Tính toán kiểm tra Phân tích nguyên nhân Tổng hợp các tμi liệu, số liệu liên quan Lập báo cáo

Đánh giá tình trạng công trình

Trang 14

Các phương pháp TNCT

Xác định và đánh giá chất lượng VL ( đánh giá nhanh, chi phí thấp )

Phá hoại mẫu ( trước XD ) : nén BT, kéo thép,

Nửa phá hoại ( đang XD ) : khoan BT lấy mẫu + nén

BT, …

Không phá hoại mẫu ( đang XD ) : súng BT, sóng siêu âm,…

Đo ứng suất – biến dạng:

đo F, p; đo δ; đo ε; đo θ; đo τ.

Thí nghiệm công trình: ( độ tin cậy cao, đắt tiền )

Chịu tải trọng tĩnh.

Chịu tải trọng động.

Chương II-1

Trang 15

Máy nén bê tông 300T

Thiết bị TN cường độ bê tông

tiêu chuẩn (15x15x15) hoặc phi tiêu chuẩn (kích thước lớn hoặc mác cao).

tông (split test)

(4P-bending test)

Phòng Thí Nghiệm Kết cấu Xây Dựng - Đại Học Bách Khoa TPHCM

Structural Testing Laboratory - HCMC University of Technology

Trang 16

Máy khoan Matest

(Diamant 4-Alu)

tông tại công trường.

75-100-150 mm

max = 500 mm

Trang 17

Máy thử 100T

(Instron-2294SV)

Thiết bị kéo nén vạn năng

¾ Thí nghiệm đa chức năng: kéo

-nén - uốn - cắt mẫu VL có hình dạng khác nhau (khối, ống, tấm, thanh, đường hàn)

¾ Thép tròn φ = 12-70 mm

¾ Thép bản 0-65 x 55 mm

¾ Lực kéo max 100 T

¾ Tốc độ max 100 mm/phút

¾ Software Partner có sẳn các tiêu

chuẩn ASTM, BS,… có thể xuất đồ thị dạng Bitmap

Trang 18

Khung gia tải 20T (Magnus-HiTech)

Khung gia tải tĩnh

kết cấu 1 phương có

kích thước max = 4 m.

dễ tháo lắp, di chuyển.

di động trên khung có khả năng tác dụng lực từ trên xuống hay từ dưới lên.

Trang 19

Thiết bị ghi tín hiệu P3500

+ Bộ chuyển kênh SB10

Thiết bị đo biến dạng

nghiệm phân tích ứng suất của kết cấu bê tông, thép, …

trị đo biến dạng (ε).

Wheatstone 1, 2, 4 cảm biến điện trở.

trí đồng thời.

Trang 20

Dial indicator

Đồng hồ đo chuyển vị bé

nghiệm đo chuyển

vị, độ võng nhỏ của kết cấu

= 30, 50, 100 mm

đo ± 0.01 mm

Trang 21

Ví dụ 1: TN không phá hoại

Chương II-2

Trang 22

Ví dụ 2: TN tải trọng tĩnh

=> kiểu phá họai dầm BTCT

Gối đỡ

Kích thủy lực DầmTN

Phá họai dẻo - thiếu thép

(under reinforced) Phá họai dòn - thừa thép(over reinforced)

Trang 23

Phương pháp p phá hoại mẫu

Các qui phạm áp dụng:

Qui phạm VN: nén bê tông: TCVN 3118-93, kéo thép: TCVN 197-85

Qui phạm Mỹ: nén bê tông: ASTM C39, kéo thép: ASTM E8

Biểu đồ (σ−ε) = F (phương pháp TN, kỹ thuật đo, xử lý số liệu)

Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp biểu đồ (σ−ε) :

Tốc độ gia tải ( ≅ 100 kG/cm2/s): v ↑ ⇒ σy↑ + E ≅ const

Nhiệt độ môi trường: T ↑ ⇒ σy↓ + E ↓

Trạng thái ứng suất: (σ−ε)2-trục ≠ (σ−ε)3-trục

Chương II-4

0 1 2 3 4 5

Trang 24

Ảnh hưởng của tốc độ gia tải trên biểu đồ (σ−ε) của bê tông

Chương II-4B

Trang 25

Phương pháp không phá hoại

(Non destructive testing - NDT)

Ưu điểm:

Đánh giá chất lượng ngay trên kết cấu thực tế

Trong quá trình TN, vật liệu không bị hư hỏng

Phát hiện được khuyết tật nằm sâu trong VL và kết cấu công trình

Khuyết điểm:

Chỉ xác định gián tiếp cường độ VL (phải xây dựng biểu đồ chuyển đổi chuẩn giữa đại lượng đo và cường độ VL thực).

Nhiệm vụ của NDT:

Đánh giá độ đồng nhất: đo độ cứng H bằng súng bắn bê tông, đo độ đặc chắc bằng siêu âm, tia X, tia gamma … tại nhiều vị trí khác nhau

rồi so sánh

Phát hiện khuyết tật: phát hiện lỗ rỗng, bọt khí, vết nứt,… bằng máy siêuâm, tia X, tia gamma …

Khảo sát đặc trưng cơ lý VLXD:

Thí nghiệm phá họai mẫu

+ => Tin cậy & chính xác cao.

Phương pháp NDT

Chương II-5

Trang 26

Phương pháp không phá hoại

⇒ biểu đồ chuyển đổi chuẩn

Nguyên lý so sánh chuẩn: từ số

liệu đo của NDT ( độ cứng, tốc độtruyền sóng …) đưa vào biểu đồchuyển đổi chuẩn => R thực của

VL

Xây dựng biểu đồ chuẩn:

R thực = f (x NDT ) tốn nhiều côngsức

Ví dụ biểu đồ chuẩn súng BT:

đo siêu âm

Biểu đồ chuẩn phối hợp súngSchmidt-N và đo siêu âm đểxác định cường độ bê tông

(Báo cáo CUR69- TNO-Hàlan)

Trang 27

Khảo sát thực nghiệm bê tông:

TN phá họai & đo độ cứng

1 TN phá họai mẫu:

Mẫu TN nén bê tông (dưỡng hộ theo TCVN 3105-93)

- TCVN 3118-93: lập phương 15x15x15 cm

- ASTM C39: lăng trụ H = 30 cm, D = 15 cm

Cường độ chịu nén mẫu bê tông:

R mẫu = P ph /F (kG/cm2)

Tốc độ gia tải: 2-3 kG/cm2/s R lậpphương = (1.20-1.25) R lăngtrụ

2 TN độ cứng bằng súng thử bê tông:

Lọai N (phổ biến nhất) : năng lượng 0.225 kGm (cho nhà và cầu).

Lọai L : năng lượng 0.075 kGm (cho VL gạch đá nhân tạo).

Lọai M : năng lượng 3 kGm (BT khối lớn, đường băng máy bay).

Lọai P : năng lượng 0.09 kGm (VL độ cứng nhỏ, R = 0.5-2.5 kG/cm2)

Chương II-7

Trang 28

Qui đổi cường độ chịu nén bê tông

Loại mẫu Kích thước (mm) Hệ số tính ổi a = R

Lập phương

Chương II-7B

Trang 29

Xác định cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán VLXD

với Sp = 1.64 (khi n < 15)

Hệ số biến động:

( 1 S v ) R

15.01

n

RR

R

1v

n 1 i

2 tb i

tb

(bê tông) (thép)

tc

k

m

R = + Bê tông chịu nén khi uốn : k = 1.3 ; m = 1

+ Thép chịu kéo : k = 1.1 ; m = 1

Trang 30

Đo độ cứng bê tông bằng súng thử Schmidt (20TCN 85-03)

Chọn vị trí vùng đo :

Không chọn vị trí nứt nẻ, rỗ tổ ong, nên chọn góc đo ⊥ bề mặt CK

Đo cẩn thận với CK mỏng < 10 cm, cột cạnh < 15 cm

Đo rải đều theo chiều cao của CK có cường độ thấp hoặc dùng súng

năng lượng va chạm nhỏ

Chuẩn bị vùng đo trên cấu kiện :

Bóc bỏ lớp phủ mặt ngòai của CK và dùng đá mài làm phẳng mặt

Dùng máy mài cầm tay bóc 5-10 mm bên ngòai khi thử CK bêtông cũ

Lau khô và làm sạch bụi trên vùng đo (≈ 400 cm2) trước khi thử

Đo độ cứng bê tông :

Mỗi vùng đo nên có hai mặt đo, mỗi mặt đo cần khoảng 8 điểm thử

3 trị số min của 16 điểm thử)

Dùng biểu đồ chuẩn hoặc tra bảng để tìm cường độ chịu nén của BT

Chương II-8

1010

Trang 31

Khảo sát thực nghiệm bê tông:

Phương pháp siêu âm

Chương II-9

Máy đo siêu âm thường có tần số 25-200 kHz, với tham

số đo là tốc độ truyền sóng, được dùng để: xác định độđồng nhất của BT, xác định cường độ và module đànhồi, phát hiện khuyết tật trong KC, …

Chọn đầu đo (transducers):

Khoảng đo < 30 cm, chọn loại > 100 kHz

Khoảng đo = 30-200 cm, chọn loại 60-100 kHz

Khoảng đo = 200-500 cm, chọn loại 25 kHz

Đo xuyên: phổ biến, độ chính xác cao

Đo bán xuyên: ít dùng

Đo mặt: khi công trình chỉ có 1 mặt tự do

Kết quả đo:

Đo khoảng cách truyền âm L (m) bằng thước

Đo thời gian truyền âm t (μs) bằng máy

Tính vận tốc truyền âm v (m/s) = 106 (L/t)

Tra biểu đồ chuẩn R = f(v) tìm cường độ BT

Phương pháp đo: a)- đo xuyên, b)- đo bán xuyên, c)- đo mặt

a)-

b)-

Trang 32

c)-Bố trí điểm đo siêu âm trên kết cấu bê tông

Chương II-10

Kết cấu kiểu cột, thanh dàn: điểm đo bố

trí dọc theo hình dạng tiết diện ngang, nếuchiều dài L < 8m thì đo tại 3 m/c A, B, C

Kết cấu thanh chịu uốn: điểm đo tập trung

vào m/c giữa nhịp (B) hoặc có momen lớn

Kết cấu chịu uốn có h/L lớn và b hẹp :

ngoài các vị trí nêu ở trên, cần đo thêmtrên các vùng có ưs trượt lớn (đầu dầm)

Kết cấu chịu uốn nhiều nhịp : cần đo ít

nhất 3 m/c có momen lớn (A, B, C,…)

Kết cấu có bề mặt rộng : điểm đo bố trí

theo lưới ô vuông 1-2 m (mái vỏ mỏng, bểchứa, tường chắn, …)

Siêu âm trên tổng thể công trình :

phân bố đo rải rác trong khảo sát sơ bộ,

đo tập trung vùng nguy hiểm, nghi ngờ

1 2

3 4

Kết cấu tấm chịu uốn : pp

đo mặt theo cặp 1-4 và 2-3

+ + + + + + + + +

Trang 33

Chương II-11

Phát hiện khuyết tật bằng đo siêu âm trên kết cấu bê tông

Phát hiện bọt rỗng (đo xuyên): Chia bề mặt

KC thành lưới 30x30 cm, tìm điểm mắt lưới

điểm M có tmax Chia lưới 10x10 cm quanh M

tìm điểm N có tmax-max => bọt khí tại vùng N

≈ L td tm

r

L (mm) – khoảng đo

td (μs) – thời gian truyền âm lớn nhất

tm (μs) – thời gian truyền âm trung bình vùng không có khuyết tật.

5

h

tf tf1 tf2 (μs) – thời gian truyền âm qua vùng nứt.

tm (μs) – thời gian truyền âm qua vùng không nứt

có khoảng đo L.

2 1

2 2

2 1

4 5

.

0

f f

f

t t

t

t L

Trang 34

Chương II-12

Sóng siêu âm + súng bê tông

Phương pháp đo : Bố trí điểm đo siêu âm và bắn BT trên cùng vùng đo: đầu tiên

đo độ cứng, sau đó đo siêu âm Phương pháp tổng hợp chính xác hơn đo riêng rẽ

Tính kết quả đo :

- Tốc độ âm trung bình: (bỏ 2 trị max và min của 5 điểm đo)

- Độ cứng trung bình: (bỏ 3 trị max, 3 trị min của 16 điểm thử)

- Dùng biểu đồ chuẩn R = f(V, N) để tính cường độ BT hoặc kinh nghiệm (TQ) :

Trong đó: R (MPa) – cường độ mẩu lập phương cạnh 15 cm, độ chính xác tính đến 0.1 MPa

V (km/s) – tốc độ âm trung bình của vùng đo, độ chính xác tính đến 0.01 km/s

N – độ cứng trung bình của vùng đo, độ chính xác tính đến 0.1

β = 1.0 nếu đo siêu âm 2 mặt bên, β = 1.034 nếu đo siêu âm 2 mặt trên và dưới

( ) ( ) ( ) ( )1 72 1 57

95 1 23

1

008.0

0038

0

N V

R

N V

R

β

=

: với cốt liệu đá dăm

0

i i

0

i

N N

Trang 35

Khảo sát chất lượng thép:

phá hoại mẫu vật liệu thử

Chương II-13

Mẫu TN kéo thép theo TCVN 197-85

Giới hạn chảy:

Thép dẽo σch = Pch/Fo (kG/cm2) Thép dòn σ0.2 = P0.2/Fo (kG/cm2)

Giới hạn bền:

σb = Pmax/Fo (kG/cm2)

Chiều dài khảo sát ban đầu:

Lo = 5.65 (Fo)0.5

Tốc độ gia tải: 30-300 kG/cm2/s

Số mẫu TN: ít nhất là 3 mẫu.

TN uốn thép, độ dai va đập,mỏi,…

Trang 36

Khảo sát chất lượng KC thép: thử không phá hoại vật liệu

Chương II-14

Dùng để kiểm tra và phát hiện

khuyết tật trong kết cấu thép.

Nhóm 1: tia phóng xạ X, γ.

Nhóm 2: sóng âm thanh, siêu âm.

Nhóm 3: từ trường và điện từ.

kim loại bằng tia X (δh < 30 mm), hoặc tia γ ( δh > 30 mm).

mối hàn ống thép chiều dày 4-120

mm bằng siêu âm 1-6 MHz.

a)- Tìm khuyết tật bằng tia γ

b)- Tìm khuyết tật bằng siêu âm

Trang 37

Khảo sát chất lượng BTCT: tìm kích thước, vị trí thép

Chương II-15

Khảo sát BTCT gồm 3 phần:

Khảo sát bê tông

Khảo sát thép

khảo sát kích thước, số lượng, vị trí thép

Khảo sát kích thước, vị trí thép bằng tia γ :

Đường kính thép:

Chiều dày bảo vệ:

Khảo sát kích thước, vị trí thép bằng cảm ứng

điện từ (Profometer)

' ' d

c c

c d

+

=

2 '

d F

c c

c

+

=

Trang 38

Khảo sát độ ăn mòn cốt thép

bằng cách đo điện thế tự nhiên (mV).

Chương II-16

+ Điện thế > - 200 mV: 90% không bị ăn mòn

+ Điện thế từ -200 đến -350 mV : ăn mòn không rõ rệt

+ Điện thế < -350 mV: trên 90%

bị ăn mòn

+ Điện thế > - 300 mV: không bị ăn mòn

+ Điện thế cục bộ < -300 mV : ăn mòn cục bộ

+ Điện thế < -300 mV: ăn mòn toàn bộ

CuSO4Fe

Trang 39

Trang 41

Yêu cầu và nhiệm vụ của

Yêu cầu của thiết bị đo:

Phải gọn nhẹ để không gây thêm tải cho kết cấu

Dễ gá lắp và nhanh chóng tháo gỡ, đảm bảo ổn định và an toàn trong khi TN

Có độ nhạy cao và độ chính xác cần thiết (0.01 mm-10μm)

Có thang đo rộng mà độ chính xác của số đọc không bị ảnh hưởng

Ít nhạy cảm với môi trường ngoài (NĐ, tiếng ồn, nhiểu từ )

Giá trị đo cần hiển thị trực tiếp trên TB đo, không cần chuyển đổi

Nhiệm vụ của thiết bị đo:

Đo lực và áp suất: lực kế lò xo, lực kế cảm biến (load cell), pressure cell …

Đo chuyển vị thẳng: thước cặp, đồng hồ đo độ võng, extensometer,…

Đo độ giãn dài, biến dạng tương đối (ε): tensometer cơ học, quang học, cảmbiến điện trở (strain gage),…

Đo xoay, biến dạng góc của các phần tử trong kết cấu: võng kế, con lắc, …

Đo trượt, biến dạng trượt của các phần tử, các liên kết trong kết cấu.

Chương III-1

Trang 42

Các phương pháp đo US-BDChương III-2

Khảo sát liên tục :

Quang đàn hồi, sơn phủ dòn, vân giao thoa,…

Thường dùng khi khảo sát trên đối tượng mô hình hoá.

Cho biết ngay qui luật phân bố σ−ε trên cả vùng khảo sát

Chỉ xác định gián tiếp các giá trị thực bằng biến đổi trung gian, chuyển đổi

mô hình hoá, so sánh với gía trị chuẩn

Khảo sát rời rạc :

Các thiết bị đo cấu tạo theo nguyên lý cơ học, điện học, quang học,…

Cho biết ngay giá trị ε thực tại từng điểm riêng lẻ trên đối tượng

Cần số lượng điểm đo nhiều để khảo sát qui luật phân bố toàn vùng.

Nguyên tắc lựa chọn phương pháp đo :

Hình thái các yếu tố tải trọng bên ngoài

Cấu tạo và tính chất của vật liệu trong đối tượng

Đặc điểm trạng thái σ−ε của đối tượng

Các yếu tố ảnh hưởng của môi trường chung quanh

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	5,32 MB