TÀI LIỆU THỬ TẢI CẦU TIẾNG VIỆT

i






ii






iii
MỤC LỤC



Giới thiệu 1
Chẩn đoán thử tải và Phương pháp tích hợp 1
Tóm tắt qui trình thực hiện 2
Mục tiêu của Thử tải 2
Thiết bị đo đạc và Kế hoạch thử tải 4
Phân bố tải trọng theo phương ngang (Phân bố ngang) 4
Những đặc trưng về mặt cắt ngang của dầm 5
Những bộ phận kết cấu quan trọng 6
Dầm có gối đỡ đơn giản thực sự không đơn giản 7
Nhịp không liên tục lại là liên tục 7
Tính đối xứng 8

Cân nhắc về phần cứng 9
Trạng thái của kết cấu 9
Thử tải 9
Ví dụ về các dạng kết cấu cầu 10
Cầu dầm thép nhịp giản đơn 11
Mô tả kết cấu 11
Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải 11
Cầu dầm liên tục nhiều nhịp 13
Mô tả kết cấu 13
Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải 13
Cầu dầm bản bê tông cốt thép liên tục 15
Mô tả kết cấu 15
Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải 16
Phần mềm phân tích theo yêu cầu 17
Khảo sát sơ bộ đối với dữ liệu thử tải 18
Tái tạo dữ liệu thử nghiệm 19
Xác định sự liên quan/tham chiếu đối với vị trí xe thử tải 20
Hoạt động không đàn hồi hoặc trục trặc của đầu đo 21
Vị trí trục trung hòa 22
Mối quan hệ phi tuyến 24
Ứng dụng Hệ số đầu đo thứ cấp 26
Lập mô hình và Phân tích kết cấu 27
Đặc tính hình học của mô hình 28
Những bộ phận hợp thành mô hình 30
Những thuộc tính của vật liệu và mặt cắt ngang 30
Nhóm thành phần được xác định 32
Chất tải 32
Vị trí gắn cảm biến/đầu đo 33
Giải nén dữ liệu STS (biến dạng hiện trường) 35
So sánh dữ liệu 36

Điều gì sai trong trường hợp này? 38
Dữ liệu lệch pha 40
Việc xác định đường đi của xe sai trình tự 41
Việc lập mô hình cho mặt cắt ngang không chính xác (các trục trung hòa) 42
Hiệu chuẩn mô hình 43
Phân loại/đánh giá tải trọng 49
Tài liệu tham khảo 52

iv
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Minh họa về Phương pháp Tích hợp 2

Hình 2 (A) Gối đỡ trụ nhịp không liên tục, (B) Sơ đồ kết cấu 8
Hình 3 Mặt bằng bố trí thiết bị đo tại cầu IA 3 bắc qua lạch Cedar 12
Hình 4 Dạng tải trọng của Xe thử tải 12
Hình 5 Mặt bằng bố trí thiết bị cầu IA 3 bắc qua ngã ba phía đông sông Des
Moines 14

Hình 6 Dạng tải trọng của Xe thử tải 14
Hình 7 Mặt bằng bố trí thiết bị cầu I-29 bắc qua mương Robinson 16
Hình 8 Dạng tải trọng của Xe thử tải 17
Hình 9 Sơ đồ phần mềm dữ liệu BDI 18
Hình 10 Minh họa việc tính toán độ cong và trục trung hòa 23
Hình 11 Quá trình biến dạng của một cây cầu 3 nhịp biểu thị quan hệ tuyến tính
25

Hình 12 Phản ứng phi tuyến do bề mặt tiếp xúc dầm-bản bán liên hợpgây ra 25
Hình 13 Phản ứng phi tuyến do gối đỡ tuyến tính kép 26
Hình 14 Mô hình cầu một nhịp do WinGEN tạo ra 29

Hình 15 Hai phương pháp của mối quan hệ liên hợp giả lập 32
Hình 16 Giải quyết trục trặc – hệ khung và mặt bằng bố trí thiết bị đo 39
Hình 17 Sự mô phỏng không đúng vị trí xe thử tải trên cầu 40
Hình 18 Trình tự đường đi của xe bị mâu thuẫn 41
Hình 19 Mặt cắt ngang của dầm liên hợp bị mô hình hóa thành không liên hợp42
Hình 20 So sánh biến dạng ở giữa nhịp và gối của dầm nhịp đơn 44
Hình 21 Phân bố tải trọng ngang tại giữa nhịp 45
Hình 22 Dầm đơn giản có cản trở chuyển vị xoay 48
Hình 23 Mối quan hệ giữa độ cứng lò xo và tỷ số chịu nhiệt 49
Hình 24 Cấu trúc xếp và phân loại tải trọng theo AASHTO 51

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Tệp dữ liệu thử tải 12
Bảng 2 Tệp dữ liệu thử tải 15

Bảng 3 Tệp dữ liệu thử tải 17



1
Giới thiệu

Mục đích của sách hướng dẫn là tóm tắt những nguyên tắc và thủ tục cơ bản để
thực hiện “Phương pháp Tích hợp” phân loại tải trọng dựa trên số liệu thí
nghiệm hiện trường. Những phương pháp được mô tả trong sách này dựa trên
kinh nghiệm thu được từ những thí nghiệm thử tải cho khoảng 250 kết cấu và
những đánh giá về số liệu tiếp theo. Gần 200 thí nghiệm thử tải được tiến hành
đối với cầu với mục tiêu phát triển những phân loại tải trọng chính xác.

Mặc dù có chung bản chất và chủ yếu liên quan tới hoạt động của kết cấu cũng
như hoạt động phản ứng quan sát được, những quy trình mô tả trong cuốn sách
này hướng tới những khả năng và sự thiết thực do Hệ thống thử nghiệm kết cấu
Bridge Diagnostic, Inc. (BDI – STS) và phần mềm bổ trợ đem lại. Một số
phương pháp sử dụng những hệ thống thu thập dữ liệu dạng khác, những gói
phần mềm phân tích hoặc phần mềm xử lý dữ liệu có thể gặp khó khăn khi thực
hiện do không được thiết kế chuyên biệt như Phương pháp Tích hợp.
Chẩn đoán thử tải và Phương pháp Tích hợp

Chẩn đoán thử tải có liên quan tới việc sử dụng những phản ứng đo tại hiện
trường để hiểu thêm về cách phản ứng với tải trọng của kết cấu trong phạm vi
tuyến tính. Một điều quan trọng cần ghi nhớ là dạng thí nghiệm này chủ yếu
cung cấp thông tin về hướng của tải trọng động trong toàn bộ phần kết cấu trên
chứ không phải sức chịu tải của kết cấu. Những tính toán về sức chịu tải có thể
bị ảnh hưởng do kết quả thử tải, nhưng nói chung những tính toán này đều đáng
tin cậy dựa trên qui chuẩn thiết kế và lý thuyết sức bền vật liệu.

Những giá trị đo được trong quá trình chẩn đoán có thể sử dụng để trợ giúp
trong việc xác định đặc tính của mặt cắt ngang bộ phận kết cấu, điều kiện biên
và đặc điểm phân bố tải trọng của kết cấu. Những thí nghiệm này thường được
thực hiện với những tải trọng thông thường và những giá trị đo được so sánh với
giá trị theo lý thuyết hoặc những giới hạn được xác định theo qui chuẩn/tiêu
chuẩn.

Mục tiêu của “Phương pháp Tích hợp” là đưa phương pháp này tiến thêm một
bước nữa. Điều này có nghĩa là sử dụng dữ liệu hiện trường một cách tích cực
như là cơ sở để chỉnh sửa những thông số mô hình phân tích của kết cấu cho tới
khi mô hình hoạt động ngày càng giống với kết cấu trong thực tế. Kết quả “mô
hình hiệu chuẩn” thường có thể coi như hoàn toàn chính xác và dùng để phân
loại tải trọng, dự đoán tải trọng cho phép hoặc ứng suất khi quá tải. Mô hình này

cũng được sử dụng để trợ giúp thiết kế đối với bất kỳ việc nâng cấp/trang bị
thêm hoặc trong việc bảo trì công trình. Sơ đồ trong Hình 1 minh họa khái niệm
Phương pháp Tích hợp.


2

Hình 1 Minh họa về Phương pháp Tích hợp

Tầm quan trọng hàng đầu của tài liệu này là nhằm cung cấp những nét chính
mang tính thực tiễn đối với việc thực hiện Phương pháp Tích hợp. Danh mục
sau đây là những công việc bắt buộc phải hoàn thành để phát triển mô hình đánh
giá tải trọng chính xác. Từng mục của tài liệu được trình bày trong những phần
tiếp theo.

Tóm tắt qui trình thực hiện

1. Xác định mục đích thử tải
2. Trình bày về thiết bị đo đạc và kế hoạch thử tải
3. Tiến hành thử tải trên cầu
4. Kiểm tra dữ liệu và tiến hành đánh giá định tính về dữ liệu và kết cấu
5. Tạo lập mô hình đại diện cho kết cấu và tiến hành phân tích
6. So sánh kết quả phân tích với những phản ứng đo được và sửa những lỗi
mô hình tổng thể
7. Hiệu chuẩn mô hình
8. Đánh giá kết quả và xác định kết quả nào đủ độ tin cậy và hợp lý để phân
loại tải trọng
9. Áp dụng phân loại tải trọng để hiệu chỉnh mô hình cầu và tính toán hệ số
phân loại

Mục tiêu của Thử tải

Đối với bất kỳ thí nghiệm thử tải nào bước đầu tiên trong là phải xác định được
những mục tiêu thử tải ngay từ đầu và vạch ra một cách cụ thể thông tin nào cần

3
thu được. Để thực hiện bước này có hai điều kiện tiên quyết. Thứ nhất là cần có
một kiến thức đồng bộ về phân loại cầu sao cho kỹ sư có thể đánh giá được
những bộ phận nào là quan trọng và xác định có khả năng thu nhận thêm được
những thông tin để tiến hành phân tích chính xác hơn hay không. Ví dụ như nếu
tiến hành thử tải với một hệ kết cấu được xác định là tĩnh hoàn toàn thì những
dữ liệu thu được rất ít. Bởi vì đối với những trường hợp hiếm như thế này, tải
trọng tác dụng vào những bộ phận cụ thể đều đã được biết rõ do không còn
hướng truyền lực nào khác, còn bất kỳ độ chính xác nào thu được cũng không
đáng kể.

Tuy nhiên trong thực tế hiếm khi kết cấu cầu lại được xác định là tĩnh thực sự.
Những cầu dầm bản và bản BTCT thường có hoạt động phức tạp mà không thể
miêu tả chính xác bằng phương pháp hệ số phân bố tải trọng và phân tích dầm.
Mức độ phức tạp chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau, liên quan tới dạng
hình học và hiệu ứng độ cứng thứ cấp. Việc xem xét dạng hình học ban đầu có
ảnh hưởng tới sự phân bố tải trọng, bao gồm cả độ nghiêng và tỷ số khoảng cách
giữa các dầm với chiều dài nhịp. Có nhiều yếu tố độ cứng thứ cấp ảnh hưởng tới
hướng truyền lực, trong đó phổ biến nhất là độ cứng cạnh do gờ bê tông, lan can
thành cầu tạo nên, gối đỡ tạo ngăn cản chuyển vị của đầu dầm và hoạt động liên
hợpkhông được định hướng trước. Phạm vi yếu tố độ cứng thứ cấp ảnh hưởng
tới cách thức phản ứng của kết cấu thay đổi rất lớn từ cầu này sang cầu khác và
là chức năng của cả thiết kế chi tiết và qui trình thi công thực tế.

Thứ hai, việc xác định mục tiêu yêu cầu kiến thức và kinh nghiệm về thí nghiệm

hiện trường để có thể xác định điều gì sẽ thu được từ công việc thử tải. Thông
thường nhất việc thử tải được thực hiện để thu được sự phân loại tải trọngmà
không cần hiểu rõ làm cách nào để chuyển dữ liệu đo (biến dạng, chuyển vị, gia
tốc v.v…) thành cơ sở cho giới hạn tải trọng của kết cấu. Trong phần lớn các
trường hợp, nếu chỉ đơn thuần đo biến dạng rồi đem so sánh với những giá trị lý
thuyết hoặc qui định của qui chuẩn/tiêu chuẩn và nội suy hoặc ngoại suy ra kết
quả thì không đủ. Mục đích chính của Phương pháp Tích hợp là xác định
nguyên nhân dẫn đến dữ liệu đo khác với mong muốn và kiểm tra cơ cấu gây ra
sự không thống nhất bằng cách tái tạo dữ liệu đo theo phương pháp phân tích đại
diện. Phương pháp này có ưu điểm ở chỗ kỹ sư có thể kiểm soát những thông số
độ cứng nào được sử dụng, những thông số nào bỏ qua trong quá trình tính toán
phân loại tải trọng.

Nếu chúng ta giả thiết mục tiêu chính của thử tải là để cung cấp việc phân loại
tải trọngthực tế thì mục tiêu thí nghiệm cụ thể có thể bao gồm như sau:
− Xác định những thuộc tính của mặt cắt ngang có ảnh hưởng
− Xác định sự khác nhau giữa độ cứng của dầm bên trong và dầm biên
(gờ bê tông/lan can thành cầu)
− Xác định độ cứng có ảnh hưởng của những bộ phận truyền lực ngang
(bản mặt cầu và dầm ngang)
− Tính toán hệ số phân bố thực tế đối với dầm bên trong và dầm biên

4
− Xác định ngăn cản chuyển vị xoay và/hoặc chuyển vị thẳng do trạng
thái gối đỡ dầm
− Định lượng tính liên tục của dầm giữa các nhịp liền kề
− Định lượng ảnh hưởng của hư hỏng về kết cấu đã biết
− Xác định lợi ích của việc sửa chữa hoặc cải tạo/nâng cấp

Thiết bị đo đạc và Kế hoạch thử tải

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới việc thiết kế bố trí thiết bị đo đạc. Do các dạng
kết cấu, chi tiết bộ phận công trình, khả năng tiếp cận, trạng thái kết cấu v.v…
rất phong phú nên khó có thể xác định một cách chính xác một bộ qui tắc bố trí
cảm biến đo. Kiểu/dạng kết cấu và mục tiêu thử nghiệm là những yếu tố chủ yếu
để xây dựng kế hoạch ban đầu, nhưng những khoản như khả năng tiếp cận và
giới hạn của thiết bị đo lại thường quyết định tới vị trí cuối cùng của điểm đo.
Trong nhiều trường hợp, mặt bằng bố trí thiết bị đo lại phải “tinh chỉnh” ở hiện
trường vì một số lý do dẫn đến cảm biến không gắn được vào những vị trí được
xác định từ đầu.

Khi tiến hành chẩn đoán thử tải, cần phải nhớ một điều quan trọng là dữ liệu
luôn được xác định để trợ giúp trong việc phân tích chính xác và những phản
ứng của kết cấu được xác định nhờ việc phân tích. Vì vậy không cần phải tiến
hành đo đạc tại những vị trí quan trọng/then chốt hoặc vị trí có biến dạng lớn
nhất của kết cấu, chỉ cần đo tại những vị trí thông thường gần đó là đủ. Để đạt
độ chính xác cao, người ta thường tiến hành đo tại những vị trí mà phản ứng
hoạt tải đủ lớn như xung quanh vị trí giữa nhịp. Tuy nhiên việc đo đạc cũng phải
tiến hành tối thiểu ở những vùng quan trọng để giúp xác định dạng phản ứng đối
với uốn và sự phân bố ứng suất trong mặt cắt ngang. Một số hướng dẫn tổng thể
đối với thiết bị đo đạc cho những mục tiêu thí nghiệm cụ thể được liệt kê trong
những phần tiếp theo.

Cần lưu ý rằng phương pháp này được sử dụng để hiểu mối quan hệ tổng thể của
phần kết cấu công trình chứ không phải để đo ứng suất tại những điểm tập trung
như các mối nối. Ý tưởng của phương pháp là định lượng lực trong từng bộ
phận truyền tới mối nối rồi sử dụng những phương pháp tiêu chuẩn để xác định
ứng suất tại mối nối/liên kết.

Phân bố tải trọng theo phương ngang (Phân bố ngang)

Hầu hết nguồn gốc lớn nhất của sai số (thường là cố hữu) trong những phân tích
đánh giá tải trọng thông thường tác động lên cầu dạng dầm đều liên quan đến độ
lớn của tải trọng tác dụng lên riêng từng dầm. Tải trọng theo lý thuyết thường
được tính toán bằng tải trọng trục bánh xe của một loại xe tải cụ thể nhân với hệ
số phân bố theo AASHTO. Mặc dù hệ số phân bố là một công cụ xuất sắc cho

5
mục đích thiết kế nhưng lại hiếm khi thể hiện đúng đặc tính của sự phân bố thực
tế. Chính vì lý do này, mục tiêu chính của thử tải là tạo ra một mô hình có quan
hệ phân bố ngang giống như kết cấu thật. Để thỏa mãn yêu cầu này thì giải pháp
tốt nhất là bố trí thiết bị đo đạc tại tất cả các dầm ở khoảng giữa nhịp (ngay tại
hoặc gần vị trí mô men dương lớn nhất).

Khái niệm về hệ số phân bố hàm ý rằng từng dầm chịu một tỷ lệ phần trăm của
từng trục bánh trên cầu. Trong thực tế, độ lớn và dạng của hàm tải trọng biến
thiên từ dầm này sang dầm khác, có nghĩa là sự phân bố ngang thực tế thay đổi
theo chiều dài nhịp. Sự phân bố thực tế ở giữa nhịp nói chung không bằng sự
phân bố ở gần mố hoặc gối đỡ bên trong. Độ cứng của trụ đỡ, độ cứng của bản
mặt cầu và dạng hình học của cầu đều tác động tới sự thay đổi của phân bố
ngang từ vị trí này sang vị trí khác. Để nắm được hiệu ứng theo phương dọc cầu
lên sự phân bố, người ta thường gắn thêm các thiết bị đo lên một số mặt cắt
ngang cầu, nhất là tại những vị trí gần gối đỡ.
Những đặc trưng về mặt cắt ngang của dầm

Khi đo đạc những bộ phận chịu uốn cần có hai cảm biến tại mỗi mặt cắt ngang.
Mục đích của việc bố trí là đo được trực tiếp vị trí trục trung hòa (N/A) và
đường cong uốn từ phản ứng của biến dạng. Có nhiều lý do để đo vị trí N/A.
Trước hết, việc so sánh giữa biến dạng tính toán và đo được đòi hỏi xác định
chính xác những điểm gắn cảm biến theo trục trung hòa. Nếu biến dạng liên

quan tới uốn, kiến thức về vị trí trục trung hòa là thiết yếu. Vị trí trục trung hòa
đo được luôn luôn thay đổi đáng kể so với vị trí lý thuyết.

Lý do khác để định vị trục trung hòa vì điều này giúp xác định đặc trưng của
những bộ phận thuộc mặt cắt ngang cho quá trình tính toán khả năng tiếp theo.
Ví dụ như vị trí của trục trung hòa cho biết nếu như dầm làm việc đồng thời với
bản mặt cầu thì nó sẽ được dùng để tìm được bề rộng/bề dày phù hợp của cánh
dầm (hoặc tỷ số độ cứng của vật liệu). Do vị trí trục trung hòa có liên quan tới
độ cứng của mặt cắt ngang nên có thể có thể tiến hành so sánh với những mặt
cắt tương tự để xác định độ chắc đối với đặc trưng độ cứng dầm. Cần lưu ý là
BDI đã từng thử nghiệm những cây cầu được thiết kế không liên hợp nhưng lại
làm việc/ứng xử một cách hỗn hợp, cũng như trường hợp xấu nhất là những cây
cầu được thiết kế liên hợp nhưng lại làm việc không liên hợp.

Độ cứng tuyến tính liên quan tới độ lớn của tải trọng cũng có thể thẩm tra bằng
cách theo dõi sự thống nhất của vị trí trục trung hòa xét theo khía cạnh vị trí xe
thử tải. Những quan hệ bán liên hợp, trong đó xuất hiện hiện tượng trượt giữa
bản mặt cầu và dầm, được quan sát thấy giống như những dao động lớn quanh
trục trung hòa từ đầu đến cuối mỗi chu trình gia tải.

Người ta khuyến cáo bất cứ khi nào có thể, mỗi mặt cắt ngang nên bố trí hai cảm
biến/đầu đo khi đo phản ứng uốn kể cả không có bất kỳ giá trị trung bình có khả

6
năng của hoạt động liên hợp. Điều này có nguyên nhân là những hoạt động phức
hợp có thể xuất hiện vào những lúc không mong muốn nhất. Cảm biến thứ hai
cung cấp số đo dự trữ giúp cho việc xác định những số đo bị nghi ngờ có bị lỗi
hay do những hoạt động không mong muốn.

Khi tiến hành đo biến dạng trên các cấu kiện chịu tải trọng trục như giàn, vị trí

của cảm biến trên mặt cắt ngang rất quan trọng. Trong thực tế kết cấu không bao
giờ có tải trọng trục thuần nhất mà luôn có thêm thành phần uốn đo được. Thậm
chí những cấu kiện chịu kéo trong kết cấu giàn móc cầu cũng chịu uốn. Nếu các
cấu kiện được gắn chắc, vị trí các điểm gắn sẽ không thẳng hàng với trọng tâm
cấu kiện hoặc cấu kiện bị cong không đáng kể hoặc do tĩnh tải trọng lượng bản
thân, quá trình sản xuất hoặc tác động của xe. Trong những trường hợp này, các
cấu kiện có xu hướng trở nên thẳng khi lực kéo tăng và các số đo cho thấy đó 1à
ứng suất do uốn. Bởi vậy các đầu đo nên bố trí càng gần trọng tâm cấu kiện càng
tốt nếu như chỉ cần đo lực dọc. Nếu cần đo thêm các cấu kiện chịu uốn thì cần
bố trí đầu đo gắn càng xa hết mức càng tốt (nên sử dụng từ 2 đến 4 đầu đo tùy
thuộc vào việc cần đo ứng suất uốn một trục hay hai trục).
Những bộ phận kết cấu quan trọng

Một điều rất có ích khi biết trước bộ phận kết cấu và cơ cấu phản ứng nào (uốn,
lực dọc, lực cắt v.v…) hiện đang kiểm soát việc phân loại tải trọng. Kiến thức
này có một số ảnh hưởng tới việc bố trí thiết bị đo đạc vì mục đích của thí
nghiệm là xác định trạng thái tải trọng tác động lên những bộ phận quan trọng.
Tuy nhiên, nếu chỉ bố trí thiết bị tại những bộ phận kết cấu quan trọng thì không
đủ vì người ta thường cần xác định lực truyền tới đâu trong hệ tĩnh định. Ví dụ
nếu như số liệu đo biến dạng khác với số liệu dự báo theo phân tích thì nguyên
nhân có thể do bộ phận kết cấu có độ cứng nhiều hoặc ít hơn độ cứng giả thiết
trong mô hình hoặc thực tế bộ phận kết cấu chịu tải khác với tải trọng tác dụng
trong mô hình. Nếu các phép đo chỉ tiến hành đối với những bộ phận quan trọng
thì không có cách nào để làm rõ cơ cấu gây ra sai số. Nói một cách toán học, số
lượng ẩn số nhiều hơn số phương trình và số lượng lời giải là vô hạn.

Trong trường hợp cầu dầm bản, không cần xét tới dầm bên trong hay dầm biên
tác động tới sự phân loại tải trọng hoặc sự phân loại chịu tác động của mô men
hay lực cắt thì mặt bằng bố trí thiết bị đều có những khác biệt nhỏ. Có thể bố trí
những thiết bị phụ trợ trên những bộ phận quan trọng nhưng toàn bộ các xà

ngang đều nên gắn thiết bị để có thu được sự phân bố tải trọng thực tế.

Trong trường hợp hệ dầm sàn nhiều khoang tạo bởi dầm và xà ngang, việc bố trí
thiết bị đo có thể thay đổi một chút tùy thuộc vào dầm hay xà ngang kiểm soát
việc đánh giá tải trọng. Trong cả hai trường hợp, cần phải bố trí thiết bị tại tối
thiểu một khoang giữa các xà ngang sao cho có thể xác định sự phân bố tải trọng
trên bản mặt cầu. Hơn nữa, tối thiểu nên bố trí thiết bị đo tại một số điểm dọc
theo chiều dài của một dầm sàn bởi vì về cơ bản dầm này là một gối đỡ đàn hồi

7
của xà ngang. Nếu giả thiết xà ngang là một kết cấu quan trọng thì có thể bố trí
thiết bị đo trong nhiều khoang xà ngang để phục vụ cho mục đích so sánh. Việc
bố trí thêm cảm biến trên các dầm sàn khác chỉ thật cần thiết nếu những dầm này
thực sự quan trọng hoặc người ta mong muốn có thêm dữ liệu. Sở dĩ có điều này
là vì hầu như dầm sàn tương tác với xà ngang một cách hoàn toàn không đồng
thời và những cảm biến bổ sung làm tăng thêm độ chính xác của mô hình.

Dầm có gối đỡ đơn giản thực sự không đơn giản

Mặc dù trong thiết kế người ta thường giả thiết dầm có gối đỡ giản đơn, gối đỡ
thực tế của dầm luôn gây ra sự kiềm chế chuyển vị xoay đáng kể ở đầu dầm.
Ngay cả đối với trạng thái gối đỡ có bộ phận cân bằng được thiết kế riêng cho
phép co giãn và tạo ra sức kháng mô men bằng không, người ta vẫn quan sát
được sự cản trở (mô men âm) tới mô men phần dưới giữa nhịp tối đa là 30%.

Sự xuất hiện cản trở chuyển vị đầu dầm có thể được kiểm tra một cách đơn giản
bằng việc bố trí những đôi cảm biến gần các gối đỡ. Việc quan sát được bất kỳ
đường cong âm (đáy dầm chịu nén) trong quá trình gia tải đều chỉ ra sự hiện
diện của cản trở chuyển vị đầu dầm. Việc đo đạc gần các đầu dầm hoặc bố trí tối
thiểu nhiều bộ đầu đo dọc theo chiều dài dầm là cần thiết để xác định mức độ

cản trở chuyển vị đầu dầm thông qua việc hiệu chỉnh phân tích tiếp theo.

Nếu có thể giả thiết tính vững chắc giữa các gối đỡ dầm thì hầu như không cần
đặt các đầu đo gần đầu dầm. Tuy nhiên, thông thường với một đầu nhịp gối đỡ
có những chi tiết khác đầu còn lại (cố định/co giãn), bởi vậy một kinh nghiệm
hữu ích là gắn các đầu đo ở cả hai đầu những dầm được lựa chọn. Dầm bên
trong và dầm biên cũng có cản trở chuyển vị đầu dầm với hiệu ứng khác nhau do
những chi tiết cấu tạo như dầm ngang ở trụ và mố nên việc xác định cản trở
chuyển vị đầu dầm cần áp dụng cho tối thiểu một dầm trong và một dầm biên.

Do sức kháng uốn thường được sử dụng để so sánh nên tốt nhất là gắn những
đầu đo ngoài rìa tại vị trí cách gối tựa từ một đến hai lần chiều cao dầm. Điều
này nhằm tránh sự tập trung ứng suất và biến dạng liên quan tới ứng suất theo
phương thẳng đứng thường được bỏ qua trong giai đoạn phân tích. Thậm chí
ngay cả khi sử dụng mô hình 3-D phức tạp tái hiện được ứng suất theo phương
đứng thì người ta vẫn khuyên chỉ nên so sánh những biến dạng do sức kháng
uốn tạo nên.

Nhịp không liên tục lại là liên tục

Một dạng phân loại cấp thấp hơn của cầu dầm có gối đỡ “đơn giản” là trường
hợp cầu nhiều nhịp không liên tục. Ngay cả khi không có sự liên kết rõ ràng
giữa những nhịp liền kề nhau trên cầu nhiều nhịp thì tính liên tục vẫn thường

8
xuất hiện khi các dầm từ hai nhịp tựa lên cùng một trụ. Sở dĩ có điều này là vì
phản lực từ một nhịp sẽ tạo ra tải trọng tác dụng lên nhịp kế tiếp thông qua trụ
cầu.

Nguyên nhân gây ra tính uốn liên tục thường xuất phát từ những chi tiết đặt dầm

tạo tính liên tục theo phương dọc thông qua trụ từ vị trí đặt dầm này tới vị trí kế
tiếp. Việc đặt dầm thường có độ lệch tâm tương đối so với trục trung hòa của
dầm tạo ra lực dọc trong gối đỡ dầm gây nên sức kháng xoay và tiếp đến là mô
men trong nhịp liền kề. Hình 2 chỉ ra cơ cấu điển hình tạo ra tính liên tục giữa
các nhịp.

Nói chung không cần xem xét việc bố trí thiết bị bổ sung đối với cầu nhiều nhịp
không liên tục, nhưng qui trình thí nghiệm có thể cần chỉnh sửa nếu như quan
sát được tính liên tục tại hiện trường. Do chúng ta thường mong muốn kết cấu
hoàn toàn không chịu tải khi bắt đầu và kết thúc mỗi lần chạy thử tải nên việc
bắt đầu và kết thúc ghi dữ liệu cần thực hiện khi xe thử tải đã chạy cách nhịp bố
trí thiết bị đo một nhịp. Thực hiên được điều này thì việc tái tạo dữ liệu giữa
những lần chạy đều có thể định lượng và đều có thể phát hiện ra bất cứ hoạt
động không đàn hồi nào.


Hình 2 (A) Gối đỡ trụ nhịp không liên tục, (B) Sơ đồ kết cấu

Tính đối xứng

Một số thông tin hữu ích đối với việc đánh giá định tính kết cấu thường thu
được từ việc so sánh phản ứng đối với biến dạng của những vị trí đầu đo giống
nhau. Sự khác nhau về độ lớn biến dạng từ những vị trí đầu đo tương tự chịu
cùng một tải trọng có thể chỉ ra sự không đồng nhất về độ cứng của dầm, tình
trạng gối đỡ hoặc sự phân bố tải trọng. Bởi vậy, bất cứ lúc nào có thể cần khai
thác những ưu điểm về tính đối xứng của kết cấu cả trong việc bố trí thiết bị đo
và chất tải.

Mô men và lực
tác dụng

Mô men và lực
tác dụng
Nhịp chịu tải
Mô men và lực cắt
qui đổi
Độ lệch tâm

9
Xem xét phần cứng

Phần cứng BDI-STS có cấu hình để điều khiển 4 đầu đo cho từng hộp STS. Sau
hàng loạt những thí nghiệm thử tải, cấu hình này được xác định là thuận tiện và
kinh tế nhất đối với việc bố trí thiết bị đo kiểm định/thử tải cầu. Thông thường
người ta thường sử dụng hai đầu đo/cảm biến trên một mặt cắt ngang dầm đơn.
Với việc sử dụng hộp STS đặt giữa hai dầm người ta có thể lắp đặt và treo thiết
bị đo trên mặt cắt ngang của cả hai dầm mà không cần di chuyển hệ thống tiếp
cận (thang, đà giáo v.v…). Do cấu hình của thiết bị này nên trong quá trình thiết
kế bố trí thiết bị đo cần chú ý sao cho vị trí đầu đo hợp thành những nhóm 4.
Những cặp mặt cắt ngang được gắn thiết bị đo (kể cả cạnh nhau hoặc dọc theo
dầm) phải nằm trong phạm vi của dây cáp nối đầu đo, khoảng 10 – 20 ft. (30 m
– 60 m) tùy thuộc vào chiều dài dây cáp được cung cấp cùng đầu đo.

Số lượng kênh đo dữ liệu có thể trong hệ thống thí nghiệm sẽ quyết định tới
điểm gắn đầu đo. Luôn luôn có một qui trình điều chỉnh giữa vị trí định bố trí
đầu đo và vị trí thực tế của đầu đo.

Trạng thái của kết cấu

Một yếu tố nữa ảnh hướng tới vị trí và số lượng thiết bị đo là trạng thái kết cấu.
Ví dụ như có thể bố trí thiết bị đo cho một hoặc hai nhịp trên kết cấu nhiều nhịp

là đủ nếu như những hư hỏng là rất nhỏ và trạng thái gối đỡ dầm từng nhịp
giống nhau. Mặt khác nếu như cầu có những hư hỏng đáng kể và không thể giả
định sự thống nhất giữa các nhịp hoặc dầm thì người ta sẽ bố trí thiết bị cho
những nhịp quan trọng nhất và số lượng thiết bị trên từng nhịp cũng lớn hơn
(mỗi dầm được bố trí từ 3 thiết bị trở lên dọc theo nhịp dầm).

Thử tải

Chi tiết về qui trình thử tải được giới thiệu trong Sổ tay hướng dẫn STS. Tuy
nhiên một điều rất quan trọng là người tiến hành thử tải cần có sự am hiểu thấu
đáo về mục đích thử tải và hiểu được những khả năng cũng như hạn chế của thí
nghiệm chẩn đoán. Một điều quan trọng không kém, đó là những người xác định
mục tiêu thí nghiệm và bố trí thiết bị, sắp đặt kịch bản thử tải phải là những
người có kinh nghiệm hàng đầu trong các công việc ở hiện trường. Không có
ranh giới rõ ràng công việc tại hiện trường và việc tiếp theo là đánh giá kết cấu,
bởi vậy tốt nhất là cho cùng một người tiến hành thử tải và đánh giá/phân tích
dữ liệu, đảm bảo tính liên tục.

Những thay đổi trong việc bố trí thiết bị phải tiến hành ở hiện trường một cách
khá thường xuyên vì những lý do tiếp cận hoặc những chi tiết kết cấu có thể gây
khó khăn cho việc bố trí. Đối với kết cấu cũ đôi khi không thể thiết kế trước mà

10
toàn bộ việc bố trí thiết bị đo phải thực hiện ngay tại chỗ. Trong bất cứ trường
hợp nào cũng nên có những bản ghi chép hiện trường một cách rõ ràng và chính
xác. Tất cả các vị trí đo phải gắn với những điểm mốc dễ thấy như tim gối đỡ
dầm, tim trụ, vị trí dầm ngang v.v Một điều cần chỉ rõ là từng cảm biến được
gắn vào đâu trên mặt cắt ngang của dầm.

Trong công việc đo đạc và bố trí thiết bị, “những quan sát khác thường” lại

mang tính tiêu chuẩn. Ví dụ: cầu nhiều nhịp được thiết kế, thi công và hình
thành như một kết cấu không liên tục lại cho thấy mức độ liên tục đáng kể giữa
các nhịp. Một điều quan trọng là những tình huống như vậy chỉ nhận biết được
tại hiện trường nên qui trình thử tải vẫn tiến hành đúng cách thức. Những phản
ứng bất thường như tính liên tục không được định hướng trước hoặc hoạt động
liên hợp từng phần thường được phát hiện ra bằng cách kiểm tra nhanh vài chuỗi
dữ liệu về biến dạng tại hiện trường.

Việc theo dõi/ nhanh dữ liệu hiện trường trong lúc thí nghiệm cũng có ích để
phát hiện những vấn đề về thiết bị như gắn đầu đo không đảm bảo, đầu đo bị
trục trặc hoặc thiết bị định vị tải trọng hỏng. Những cá nhân được đào tạo tốt
trong việc đánh giá dữ liệu có thể phát hiện ra những vấn đề này và giải quyết
ngay tại hiện trường hơn là mang những dữ liệu không hoàn thiện về văn phòng.

Ví dụ về các dạng kết cấu cầu

Những phần tiếp theo của tài liệu chứa thông tin cơ bản và những sơ đồ bố trí
thiết bị cho những dạng kết cấu cầu phổ biến nhất. Điều quan trọng cần nhớ là
từng thí nghiệm thử tải đều mang tính độc nhất dù là do bản thân kết cấu hay vì
những lý do mà nó cần thử tải.


11
Cầu dầm thép nhịp giản đơn


Mô tả kết cấu
ID của kết cấu 7601.2S03
Địa điểm IA 6 bắc qua lạch Cedar – quận Pocahontas, bang Iowa
Dạng kết cấu Dầm thép, nhịp đơn – hỗn hợp

Chiều dài nhịp 41’ – 3”
Độ xiên Vuông góc
Bề rộng kết cấu/mặt đường 31’ – 10,5”, 30’ – 0”
Kiểu dầm (2) Dầm biên W24×76 hỗn hợp
(2) Dầm trong W27×94 hỗn hợp
Khoảng cách đặt dầm 3 khoang @ 9’ – 8 ¼” = 29’ – 0 ¾”
Chi tiết gờ chắn xe/lan can Gờ BTCT gắn liền với bản mặt cầu.
Lan can BTCT gắn trên gờ chắn xe – không đổ cùng kết cấu chịu
lực nguyên thủy. Lan can kéo dài liên tục dọc theo chiều dài cầu và
được gắn chặt với gờ chắn xe.
Tình trạng cầu khi quan sát
bằng thị giác
Tình trạng các dầm tốt, không bị ăn mòn hoặc mất tiết diện


Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải
Ngày tiến hành 10/08/1999
Điểm tham chiếu kết cấu X = 0, Y = 0 tại giao điểm của mặt mố phía nam với trục trung tâm
dầm phía tây nam
Hướng xe thử tải Hướng phía đông cho tất cả các thí nghiệm (chiều dương của trục
X)
Vị trí bắt đầu ghi dữ liệu Tất cả các thí nghiệm bắt đầu khi trục trước xe vào vị trí X = - 15,4’
Vị trí xe thử tải Vị trí ghi dữ liệu cho từng vòng quay bánh xe (10,8’).
Thiết bị AutoClicker gắn tại vị trí bánh trước phía lái xe
Vị trí vệt bánh xe theo phương
ngang
2 vệt bánh xe được xác định để thử tải. Theo phương Y vị trí được
qui chiếu theo khoảng cách giữa vệt bánh xe trước phía người lái

12

và trục trung tâm của dầm tây nam
Y1 = 11,4’
Y2 = 25,25’
Số lượng đầu đo (28) cảm biến đo biến dạng ghi dữ liệu tại tần số 33 Hz
Vị trí đặt đầu đo Xem Hình 3. Ở cánh dưới cảm biến gắn tại vị trí trung tâm, đối với
cánh trên cảm biến gắn cách thân dầm 2”. Đối với dầm ngang,
cảm biến gắn tại mép cánh dầm cả trên và dưới
Kiểu cảm biến BDI Inteliducer
Số lượng chu trình thử tải Dữ liệu được ghi khi xe thử tải trườn lên cầu với vận tốc 5 mph.
Mỗi xe chạy 2 lần để kiểm tra khả năng tái tạo dữ liệu. Tiến hành
thử khi xe chạy tốc độ cao một lần dọc theo hướng Y1 để đo phản
ứng động của cầu


Hình 3 Mặt bằng bố trí thiết bị đo tại cầu IA 3 bắc qua lạch Cedar


Hình 4 Dạng tải trọng của Xe thử tải

Bảng 1 Tệp dữ liệu thử tải
Hướng xe
thử tải
Tệp dữ liệu STS Chú thích
Y1 WCED1.dat Bánh xe bên phía hành khách, vai đường bên phải tuyến
Y1 WCED2.dat “
Y2 WCED3.dat Bánh xe bên phía người lái, vai đường bên trái tuyến

13
Y2 WCED4.dat “
Y1 WCED5.dat Bánh xe bên phía hành khách, vai đường bên phải tuyến

Tốc độ cao (45 mph)

Cầu dầm liên tục nhiều nhịp


Mô tả kết cấu
ID của kết cấu 4631.1S003
Địa điểm IA 3 bắc qua ngã ba phía đông sông Des Moines, hạt Humboldt,
bang Iowa
Dạng kết cấu 3 nhịp liên tục, dầm thép liên hợp
Chiều dài nhịp 97’ – 6”, 125’ – 0”, 97’ – 6”
Độ xiên Vuông góc
Bề rộng kết cấu/mặt đường 34’ – 0” / 28’ – 0”
Kiểu dầm
Khoảng cách đặt dầm 4 dầm đặt cách nhau 8’ – 11”
Chiều cao dầm Dầm bên trong: W36×245 có bản đậy
Dầm bên ngoài: W36×194 có bản đậy
Chi tiết gờ chắn xe/lan can Gờ chắn xe bằng BTCT có chôn sẵn thanh thép liên kết với lan
can thép. Gờ chắn nằm trực tiếp trên đường tim dầm bên ngoài
Bản mặt cầu Bản BTCT dầy 8” với lớp bê tông phủ dầy từ 1” – 3”. Đỉnh mặt cầu
dạng parabol tại vị trí dầy 3” thu được nhờ vi phân cao độ của dầm
Tình trạng cầu khi quan sát
bằng thị giác
Tình trạng của các dầm tốt, không bị ăn mòn hoặc mất tiết diện

Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải
Ngày tiến hành 11/08/1999
Điểm tham chiếu kết cấu X = 0, Y = 0 tại giao điểm của mặt mố phía đông với trục trung tâm
dầm phía nam

14
Hướng xe thử tải Hướng phía tây cho tất cả các thí nghiệm (chiều dương của trục X)
Vị trí bắt đầu ghi dữ liệu Tất cả các thí nghiệm bắt đầu khi trục trước xe vào vị trí X = - 15,4’
Vị trí xe thử tải Vị trí ghi dữ liệu cho từng vòng quay bánh xe (10,8’).
Thiết bị AutoClicker gắn tại vị trí bánh trước phía lái xe
Vị trí vệt bánh xe theo phương
ngang
2 vệt bánh xe được xác định để thử tải. Theo phương Y vị trí được
qui chiếu theo khoảng cách giữa vệt bánh xe trước phía người lái
và trục trung tâm của dầm phía nam
Y1 = 2,0’
Y2 = 18,5’
Số lượng đầu đo (40) cảm biến đo biến dạng ghi dữ liệu tại tần số 33 Hz
Vị trí đặt đầu đo Xem Hình 5. Ở cánh dưới cảm biến gắn tại vị trí trung tâm, đối với
cánh trên cảm biến gắn cách thân dầm 2”. Đối với dầm ngang,
cảm biến gắn tại mép cánh dầm cả trên và dưới
Kiểu cảm biến BDI Inteliducer
Số lượng chu trình thử tải Dữ liệu được ghi khi xe thử tải trườn lên cầu với vận tốc 5 mph.
Mỗi xe chạy 2 lần để kiểm tra khả năng tái tạo dữ liệu. Tiến hành
một lần thử với xe chạy ở tốc độ cao


Hình 5 Mặt bằng bố trí thiết bị cầu IA 3 bắc qua ngã ba phía đông sông Des Moines


Hình 6 Dạng tải trọng của Xe thử tải


15

Bảng 2 Tệp dữ liệu thử tải
Hướng xe
thử tải
Tệp dữ liệu STS Chú thích
Y2 DMR1.dat Bánh xe bên phía hành khách, vai đường bên phải tuyến (mất
lần ghi đầu tiên)
Y2 DMR2.dat Bánh xe bên phía hành khách, vai đường bên phải tuyến
Y2 DMR3.dat “
Y1 DMR4.dat Bánh xe bên phía người lái, vai đường bên trái tuyến
Y1 DMR5.dat “
Y2 DMR6.dat Bánh xe bên phía hành khách, vai đường bên phải tuyến
Tốc độ cao (55 mph)

Cầu dầm bản bê tông cốt thép liên tục


Mô tả kết cấu
ID của kết cấu 6723.5R029
Địa điểm I-29 bắc qua mương thoát nước Robinson, hạt Monona, bang Iowa
Dạng kết cấu Bản BTCT, 3 nhịp liên tục
Chiều dài nhịp 24’ – 5”, 31’ – 2”, 24’ – 5”
Độ xiên
17° 9’ L. A. (hợp với phương vuông góc theo chiều kim đồng hồ)
Bề rộng kết cấu/bản/mặt đường 46’ – 0”, 43’ – 0”, 40’ – 0”
Bề dầy bản Thay đổi theo phương ngang theo đường cong parabol của chiều
dầy lớp trên cùng
10 ½ “ tại mép bản
17 ½ “ tại giữa bản
Chi tiết gờ chắn xe/lan can Gờ chắn xe bằng BTCT đổ cùng với bản và lan can BTCT
Tình trạng cầu khi quan sát

bằng thị giác
Bản mặt cầu trong tình trạng rất tốt với một số vết nứt do nhiệt
hoặc uốn ở mức tối thiểu.


16

Thiết bị thí nghiệm và chi tiết công tác thử tải
Ngày tiến hành 05/08/1999
Điểm tham chiếu kết cấu X = 0, Y = 0 tại giao điểm của mặt mố phía nam với mép bản phía
đông. Trục X có hướng song song với trục đường
Hướng xe thử tải Hướng phía bắc cho tất cả các thí nghiệm (chiều dương của trục
X)
Vị trí bắt đầu ghi dữ liệu Tất cả các thí nghiệm bắt đầu khi trục trước xe vào vị trí X = - 13,6’
Vị trí xe thử tải Vị trí ghi dữ liệu cho từng vòng quay bánh xe (10,808’).
Thiết bị AutoClicker gắn tại vị trí bánh trước phía lái xe
Vị trí vệt bánh xe theo phương
ngang
3 vệt bánh xe được xác định để thử tải. Theo phương Y vị trí được
qui chiếu theo khoảng cách giữa vệt bánh xe trước phía người lái
và cạnh phía đông của bản mặt cầu
Y1 = 13,7’
Y2 = 20,6’
Y3 = 36,6’
Số lượng đầu đo (36) cảm biến đo biến dạng ghi dữ liệu tại tần số 33 Hz
Vị trí đặt đầu đo Xem Hình 7. Toàn bộ cảm biến đo bản được gắn dưới đáy bản.
Các cảm biến cũng gắn ở mặt trên lan can (cách đáy bản 42”).
Cảm biến gắn song song hoặc vuông góc với hướng đường đi
Kiểu cảm biến BDI Inteliducer có mở rộng (chiều dài cảm biến là 18”)
Số lượng chu trình thử tải Dữ liệu được ghi khi xe thử tải trườn lên cầu với vận tốc 5 mph.

Mỗi xe chạy 2 lần để kiểm tra khả năng tái tạo dữ liệu. Do điều kiện
giao thông không cho phép tiến hành thử tải với xe chạy tốc độ cao


Hình 7 Mặt bằng bố trí thiết bị cầu I-29 bắc qua mương Robinson


17

Hình 8 Dạng tải trọng của Xe thử tải

Bảng 3 Tệp dữ liệu thử tải
Hướng xe
thử tải
Tệp dữ liệu STS Chú thích
Y1 Rob1.dat Bánh xe phía người lái ở vai đường bên phải
Y1 Rob2.dat “
Y2 Rob3.dat Bánh xe phía hành khách ở vai đường bên phải
Y2 Rob4.dat “
Y3 Rob5.dat Bánh xe phía người lái ở vai đường bên trái
Y3 Rob6.dat “

Phần mềm phân tích theo yêu cầu

Sau khi thu được dữ liệu hiện trường thì dữ liệu phải được xử lý và sử dụng theo
cách để hỗ trợ việc đánh giá kết cấu. Quá trình xử lý bao gồm việc đánh giá chất
lượng của dữ liệu hiện trường, phân tích và mô hình hóa kết cấu, so sánh dữ liệu
và hiệu chuẩn lại mô hình. Về mặt lý thuyết, những bước nêu trên có thể thực
hiện bằng những gói phần mềm có sẵn dạng bảng tính và chương trình phân
tích. Tuy nhiên, do khối lượng dữ liệu lớn và sự phức tạp của nhớ vị trí nên quá

trình xử lý sẽ vô cùng nhàm chán và không tránh khỏi nhưng sai số do con
người gây nên. Để sắp xếp quá trình xử lý tốt hơn, hãng BDI đã phát triển một
bộ chương trình có những chức năng sau đây:

WinGRF
Đồ họa
Xử lý dữ liệu/Rút gọn
So sánh dữ liệu
WinGEN
Tạo mô hình cầu
Mô phỏng thử tải
WinSAC
Phân tích kết cấu
Hiệu chuẩn lại mô hình
Tính toán việc phân loại/ tải trọng

Mặc dù sách hướng dẫn sử dụng phần mềm cả BDI cung cấp thông tin về việc
vận hành từng chương trình riêng biệt thì những phần còn lại của tập hướng dẫn
này vẫn hỗ trợ trong việc xác định tại sao có các chức năng khác nhau và cách

18
sử dụng chúng như thế nào. Hình 9 cho thấy chu trình dữ liệu từ một chương
trình chuyển sang chương trình khác như thế nào.


Hình 9 Sơ đồ phần mềm dữ liệu BDI

Do có nhiều tệp dữ liệu được tạo ra trong lúc thử tải, quá trình lập mô hình và
phân tích tiếp theo nên người ta vẫn khuyến cáo nên tạo ra những thư mục con
cho từng cây cầu. Quá trình phân tích dữ liệu sẽ được đơn giản hóa rất nhiều nếu

toàn bộ dữ liệu của một kết cấu được lưu trữ trong cùng một thư mục.

Khảo sát sơ bộ đối với dữ liệu thử tải

Một trong những bước quan trọng nhất đối với quá trình đánh giá kết cấu chính
là việc xem xét dữ liệu hiện trường. Đây là bước đầu tiên trong quá trình đánh
giá hoạt động của kết cấu và rất cần thiết để hoàn tất công việc hiệu chuẩn mô
hình cũng như phân loại tải trọng. Việc đánh giá trực quan đối với dữ liệu cung
cấp cho kỹ sư cảm giác về chất lượng dữ liệu, sự xác định bộ phận trong mặt cắt
ngang và hành động phản ứng. Rất nhiều thông tin thu được về bản chất là định
tính như độ lớn tương đối của biến dạng từ vị trí này tới vị trí khác và hình dáng
của chuỗi dữ liệu về phản ứng. Trong khi đánh giá sơ bộ, nên lưu ý tới những
giá trị mang tính định lượng như những dữ liệu đo về trục trung hòa hay biến
dạng đỉnh. Thông tin này thường ảnh hưởng tới việc xác định những thông số
ban đầu của việc mô hình hóa cùng với những điều kiện biên sao cho mô hình
ban đầu tối thiểu cũng chấp nhận được.

Phần mềm WinGRF được sử dụng để xem dữ liệu do nó có thể đọc được những
tệp dữ liệu thô STS. Phần mềm này có những quá trình xử lý số liệu và công cụ
đồ họa đa dạng, có thể đơn giản hóa quá trình theo dõi và quá trình so sánh tiếp
theo cùng các kết quả phân tích. Cũng có thể sử dụng bảng tính để thực hiện

19
nhưng điều này cần một khối lượng đáng kể dữ liệu được định dạng. Những
phần tiếp theo mô tả về một qui trình kiểm tra điển hình được thực hiện trước
khi hiệu chuẩn mô hình.

Phần lớn công việc theo dõi dữ liệu được thực hiện theo dạng chuỗi dữ liệu phản
ứng mà biến dạng, độ cong hoặc vị trí trục trung hòa được thể hiện cho một chu
trình chất tải hoàn chỉnh (lượt xe chạy )và là hàm số của thời gian hoặc vị trí tải

trọng. Các đồ thị chỉ ra độ lớn của phản ứng tại vị trí gắn cảm biến như một hàm
số của vị trí tải trọng và tương đương với đường ảnh hưởng. Vì hầu hết các kỹ
sư đều quen thuộc hơn với biểu đồ lực cắt, mô men và chuyển vị (kết hợp với
trạng thái chất tải đơn) nên đồ thị chuỗi dữ liệu phản ứng có thể bị xáo trộn lúc
ban đầu. Chuỗi dữ liệu phản ứng rất hữu ích vì chúng chứa thông tin cho một
chu trình chất tải hoàn chỉnh và mang tính đại diện cho việc dữ liệu được ghi
thực tế như thế nào. Mỗi chuỗi dữ liệu được tạo ra từ một vị trí gắn cảm biến
trong khi xe chạy qua. Vì vậy khi tiến hành thử tải một cây cầu có thể tạo ra
hàng trăm chuỗi dữ liệu. Việc biên dịch những đồ thị này sẽ trở thành trạng thái
thứ hai sau khi xem xét dữ liệu từ một loạt thí nghiệm thử tải (khoảng mười
nghìn chuỗi số liệu về biến dạng). Sau khi thu được những kinh nghiệm ban đầu
trong việc phân chia một lượng lớn dữ liệu thì nhu cầu về một phần mềm theo
yêu cầu là hiển nhiên.

Tái tạo dữ liệu thử nghiệm

Tại hiện trường, người ta thường thực hiện một đến hai lượt chạy đối với mỗi
đường thử tải. Điều này để đảm bảo phản ứng của kết cấu và qui trình thử tải
đều có thể tái tạo. Quá trình tái tạo có thể kiểm tra nhanh bằng cách nạp những
dữ liệu trùng lặp vào phần mềm WinGRF sau đó xem một hoặc hai chuỗi dữ liệu
về biến dạng cùng một lúc. Trong phần lớn các trường hợp, biến dạng từ những
kịch bản chất tải cụ thể sẽ năm trong phạm vi một vài micro-strain (10
-6
) hoặc
một vài phần trăm so với nhau.

Một lỗi phổ biến tại hiện trường rất dễ phát hiện đó là việc mất hoặc “click”
nhầm vị trí xếp tải. Không xét tới việc theo dõi vị trí xếp tải được thực hiện bằng
tín hiệu radio bấm tay hay bằng thiết bị AutoClicker, các cú nhấp thường bị
trượt hoặc những cú nhấp bổ sung bị tín hiệu radio chèn. Hiện tượng này xuất

hiện khi kiểm tra việc tái tạo dữ liệu bởi vì chuỗi dữ liệu biến dạng sẽ bị lệch
pha nhau. Vị trí trong tệp dữ liệu có thể dò bằng cách ghi nhớ nơi xảy ra việc
thay đổi dữ liệu. Những cú nhấp bổ sung được nhận ra nhờ những phân đoạn
phẳng trong biểu đồ ghi dữ liệu bởi vì đồ thị cho thấy ngay cả khi xe thử tải di
chuyển thêm một chu trình thì biến dạng có thay đổi rất nhỏ. Những cú nhấp
trượt trong đồ thị biến dạng thường thể hiện có độ dốc lớn hơn những vùng lân
cận.


20
Những phần mềm biên tập văn bản như Notepad, WordPad, Brief, MultiEdit
v.v… được sử dụng để định vị và hiệu chỉnh việc đánh dấu vị trí của chu trình.
Những lỗi đánh dấu vị trí còn có thể phát hiện bằng cách hiển thị kết quả đo biến
dạng với phần mềm STS. Tại phần cuối tệp dữ liệu biến dạng, những khối dữ
liệu sau đây xác định vị trí xếp tải:

* Vị trí bắt đầu
0.000E+00
* Khoảng cách Clicker
10.46
* Tổng số lượng lần nhấp
32
* Số lần Clicker
0
67
125


Những chữ số nằm dưới tiêu đề “* Số lần Clicker” cho biết số lần lấy mẫu dữ
liệu tại vị trí radio thu dò ra tín hiệu (lần nhấp). Nếu xe thử tải chạy với tốc độ

không đổi vừa phải dọc theo cầu, vòng lặp giữa “số lần clicker” cũng không đổi.
Nếu một vòng lặp quá ngắn, việc xóa giá trị lần nhấp lại là sai lầm. Nếu một
vòng lặp lớn gấp khoảng hai lần những vòng lặp khác thì chèn một lần nhấp với
giá trị nằm giữa những giá trị có trước và tiếp theo giá trị bị nhấp trượt. Cũng
cần phải cập nhật giá trị cho “* Tổng số lượng lần nhấp”

Xác định sự liên quan/ đối với vị trí xe thử tải

Một điều thường hay xảy ra là những nhân viên tại hiện trường thường hay bỏ
qua việc nhập những giá trị đối với “* Vị trí bắt đầu” và “* Khoảng cách
Clicker”, hoặc nếu như có được nhập thì những giá trị đó lại sai. Bởi vậy những
giá trị thích hợp cần được nhập trước khi thử dựng đồ thị từ dữ liệu thu được. Vị
trí bắt đầu cần tương thích với kinh độ (tọa độ dọc) của mô hình cầu để thuận
tiện cho việc so sánh giữa số liệu hiện trường và số liệu phân tích. Ví dụ:

• Nếu dữ liệu ghi bắt đầu trước vị trí X = 0 của mô hình cầu là 10 ft. (khoảng
3,05 m) và khoảng cách lăn bánh cho thiết bị AutoClicker là 10,6 ft. (khoảng
3,25 m), cần sử dụng những thông tin về vị trí như sau:
∗ Vị trí bắt đầu
-10,0
∗ Khoảng cách Clicker
10,6
• Một lựa chọn khác, nếu như cầu có chiều dài là 100 ft. (khoảng 300,5 m), xe
thử tải chạy từ phải sang trái (theo chiều âm của trục X) có xét đến hệ trục
tọa độ của mô hình và dữ liệu ghi bắt đầu cách điểm cuối cầu 10 ft. thì thông
tin về vị trí sẽ là:

21
∗ Vị trí bắt đầu
-110

∗ Khoảng cách Clicker
10,6


Hoạt động không đàn hồi hoặc trục trặc của đầu đo

Khi xem xét chuỗi dữ liệu biến dạng, một điều quan trọng cần lưu ý đó là số đọc
ban đầu và số đọc cuối cùng trên mỗi cảm biến. Nếu các cảm biến hoạt động tốt
và phản ứng có dạng tuyến tính thì số đọc ban đầu và cuối cùng sau mỗi chu
trình chất tải gần như bằng nhau. Nếu không phải như vậy thì phải kiểm tra toàn
diện dữ liệu để xác định nguyên nhân. Nói chung hoạt động không đàn hồi ít khi
xảy ra trong trạng thái tải trọng khai thác. Đôi khi vẫn xảy ra hiện tượng offset
tương đối nhẹ do ma sát trong gối đỡ ngăn cản chuyển vị cục bộ hoặc những
đoạn dầm liên hợp một phần. Mức phản ứng không đàn hồi thường ít hơn 5 %
so với biến dạng lớn nhất đo được.

Những sự cố thường hay xảy ra là nhiệt độ thay đổi (nhiệt độ bị trôi) hoặc đầu
đo bị trục trặc. Đầu đo bị trục trặc thường biểu lộ không có chút phản ứng nào
hoặc tín hiệu rất nhiễu có khuynh hướng bị trôi. Xem xét các dữ liệu từ hàng
loạt thí nghiệm và những vị trí đặt cảm biến khác để biết nếu có can nhiễu và
hiện tượng trôi liên kết tới một cảm biến hay những hiện tượng đó xuất hiện
thực sự liên quan tới kết cấu. Một trường hợp khi cảm biến gắn không chuẩn thì
rất dễ phát hiện. Độ lớn của biến dạng sẽ tăng (kể cả trường hợp kéo và nén) khi
tải trọng gia tăng và sau đó rơi đột ngột khi cảm biến bị tách khỏi kết cấu. Điều
này sẽ tạo nên những sai khác đáng kể giữa biến dạng lúc bắt đầu và khi kết
thúc.

Nếu như xác định những số đo bất thường là do trục trặc của thiết bị thì chỉ cần
bỏ qua dữ liệu từ những cảm biến bị lỗi. Khi xuất hiện những biểu hiện không
đàn hồi thì nên cố gắng xác định nguồn gây ra và sử dụng thông tin một cách tốt

nhất. Khi công việc phân tích dựa trên phản ứng đàn hồi tuyến tính thì độ chính
xác của mô hình sẽ bị giảm đi. Sự biểu diễn tuyến tính tiếp theo nên dựa vào
mức độ vừa phải. Trong trường hợp quan hệ liên hợp cục bộ, việc phân loại tải
trọng rất có khả năng dựa vào trường hợp không liên hợp. Nếu trạng thái gối đỡ
dầm được phát hiện là hoạt động không đàn hồi thì nên dùng giả thiết gối đỡ
đơn giản cho mô hình cuối cùng (mô hình đã được hiệu chuẩn).

Những trạng thái khác có thể xuất hiện xuất hiện hoạt động không đàn hồi là sự
thay đổi nhiệt độ thất thường. Thông thường một chu trình chất tải đơn kéo dài
không quá một phút nên có thể bỏ qua những hiệu ứng của nhiệt độ. Tuy nhiên
trong trường hợp cảm biến/đầu đo bị phơi nắng trên thanh dàn thì sẽ bị ảnh
hưởng rất nhanh khi bị mây che phủ do khối lượng của nó quá nhỏ hoặc quán
tính nhiệt. Những trạng thái gây ra bởi gió cũng có thể gây ra biến dạng nhiệt