Giáo trình khai thác, kiểm định, gia cố, sửa chữa cầu cống Phần 5 pps

GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 65/152

* Khuyết ñiểm của nó là :
- Thường chỉ dùng ñược 1 lần.
- Dây ñiện trở và keo dán có thể bị ở trạng thái ứng suất chảy, lúc ñó phép ño có sai
số lớn
Vì thế các ñattric này chỉ ñể dùng ño trong khoảng thời gian ngắn 1 vài ngày.
Các vật liệu bán dẫn cũng ñã ñược dùng ñể làm ñattric ñiện trở. Ví dụ: sơ ñồ hình 2-
16a. ðó là một khối vật liệu dẻo trên cơ sở graphic, gocmani, silic. Các mẫu vật liệu có
hình dạng khác nhau (bản dây, màng…) có tính chất là thay ñổi nhiều về ñiện trở khi biến
dạng. ðộ nhạy cảm của chúng cao hơn 10 lần so với ñattric ñiện trở dây.
Người ta cũng chế tạo ra các bộ cảm biến ñiện cảm hoặc bộ cảm biến ñiện dung.
Trên hình 2-16b nêu nguyên lý cấu tạo bộ cảm biến ñiện cảm. Khi bề mặt kết cấu co giãn,
trị số 8 thay ñổi lõi từ di ñộng trong lòng cuộn cảm gây ra dòng ñiện nhỏ. Dòng này ñược
dẫn vào cầu ño như hình 2-15 và ñược khuyếc ñại lên rồi hiện ra vạch chỉ thị ở bộ ñiều
chỉnh cân bằng trên máy. Theo số vạch chia biến ñổi có thể suy ra biến dạng tương ñối
∆
S/S của bề mặt kết cấu.
Hình 2 - 15. Sơ ñồ nguyên tắc
của bộ cầu tenxơmet ñiện

R
Ta
- Tenxơmet ño chính.
R
Tk
- Tenxơmet ño bù.
R
1

,R
2
- Các ñiện trở.
Y- Bộ khuyếch ñại ñiện trở.
P- Bộ phận ñiều chỉnh cân
bằng cho cầu ño và ñọc số
vạch.


GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 66/152




Hình 2 - 16a
P P



Hình 2 - 16b. Sơ ñồ nguyên
tắc của bộ cảm biến ñiện cảm.


1. Vít ñiều chỉnh; 2. Cột; 3. Vỏ
khung; 4. Cuộn dây cảm ứng;
5. Lõi từ; 6. Mũi tỳ cố ñịnh.

2.2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ðO ỨNG SUẤT TRONG CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU
CẦU
Trên kết cấu nhịp người ta thường chọn các kết cấu và mặt cắt nào chịu tải nặng
nhất ñể ño, cũng xét cả nhữnh nơi có khuyết tật.
Một vấn ñề quan trọng là cơ sở của máy ño. Cơ sở của các ten-xơ-met kiểu cơ ñạt ở
ngoài vùng ứng suất tập trung ñược lấy phù hợp với ñộ chính xác cần thiết và trị số ño
lớn nhất dự kiến có thể xảy ra. Nên chọn sao cho với ứng suất lớn nhất thì kim quay gần
hết thang ño. Chẳng hạn nếu ứng suất cấu kiện thép thấp hơn 800kg/cm
2
thì thường lấy
cơ sở bằng hay lớn hơn 100mm. Các ten-xơ-met ñiện có ñộ nhạy lớn hơn, ñể ño ứng suất
ngoài vùng tập trung ứng suất có thể dùng cơ sở 10mm-30mm. Trong vùng tập trung
ứng suất cần phải ño với cơ sở nhỏ (ví dụ bằng 1-5mm ñối với cấu kiện bầng thép ). Mức
ñộ phân bố úng suất càng không ñều thì cơ sở của ten-xơ-met càng cần phải nhỏ.
Cần phải chú ý ñến việc lắp ñặt ten-xơ-mét. Chẳng hạn, khi ño ứng suất thớ nên ñặt
ten-xơ-mét ở ngoài vùng có thể có sự tập trung ứng suất. ðó là những vùng gần các lỗ
ñinh, lỗ khoét, gần nơi có sự thay ñổi ñột ngột của mặt cắt, vùng ñầu mối hàn,những chỗ
cong vênh cục bộ vv trong cầu thép. ðối với cầu BTCT thường có sự tập trung ứng suất
ở chỗ thay ñổi mặt cắt,chỗ tiếp xúc với sườn cứng chỗ ñặt mấu neo. v.v
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 67/152

Mặt cắt ñược chọn ñể ñặt ten-xơ-mét nên là mặt cắt phù hợp nhất với sơ ñồ tính
toán nghĩa là không có những phần mà khó xác ñịnh mức ñộ tham gia của chúng với sự
chịu lực như bản giằng, bản ñệm v.v
Cách ñặt máy ño trên mặt cắt ñược chọn tuỳ theo ñặc ñiểm trạng thái ứng suất và
hình dạng mặt cắt. Số lượng tối thiểu cần thiết các ten-xơ-mét cần ñặt trên mặt cắt là tuỳ
theo ñặc ñiểm làm việc của mặt cắt (số ten-xơ-mét phải bằng số các yếu tố lực). Chẳng
hạn khi xác ñịnh lực dọc N, các mô men uốn

χ
Μ
và
y
Μ
, mô men xoắn M
z
thì số lượng
tối thiểu các ñiểm ño trong mặt cắt liền khối phải bằng 4. ðối với các mặt cắt tổ hợp, nơi
mà các bộ phận riêng lẻ có thể bị dịch trượt tương hỗ so với nhau thì số lượng ñiểm ño
phải tăng lên.

Hình 2-17. Sơ ñồ ñặt số lượng tối thiểu các ten-xơ-met trong mặt cắt ngang cấu
kiện thép.
1,2. Khi có tác ñộng lực dọc trục n.
3,4. Khi có lực N, M
x
, M
y
.
5,6,7. Khi có lực N, M
x
, M
y
, M
xoan


Trên hình 2-17 là sơ ñồ bố trí số lượng tối thiểu các ten-xơ-mét trong các dạng mặt
cắt khác nhau của cấu kiện thép. ðối với mặt cắt BTCT vì tình hình ứng suất phức tạp hơn

nên cũng phải ñặt nhiều ten-xơ-mét hơn so với cầu thép.
ðối với những chỗ có sự tập trung ứng suất, ngoài việc ño ñể biết trị số ứng suất
lớn nhất
σ
max
trong ñó, còn cần phải xác ñịnh mức ñộ phân bố không ñều của ứng suất
thông qua hệ số tập trung ứng suất :

tc
σ
σ
α
σ
max
=
(2-11)
Trong ñó :
tc
σ
- ứng suất danh ñịnh, ñã dược xác ñịnh theo diện tích mặt cắt thu
hẹp.
Như vậy, ñể ñánh giá sự tập trung ứng suất thì phải ñặt ten-xơ-mét với cơ sở nhỏ tại
vùng tập trung cực ñại ứng suất (mép khoét lỗ, chỗ cắt lõm v.v…) với hướng của cơ sở
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 68/152

trùng với hướng của dòng lực trong vùng ñó của mặt cắt. ðể biết
tc
σ

thường ño ứng suất
theo diện tích thu hẹp tại vùng tương ứngvới vùng tác ñộng của
max
σ
nhưng ở cách xa
một khoảng ñủ xa ñể hết tình trạng tập trung ứng suất.
ðối với kết cấu BTCT cần phải ño ứng suất trong bê tông và cả trong cốt thép. ðo
ứng suất bê tông thường khó khăn vì thật khó xác ñịnh ñúng môñuyn ñàn hồi thực tế của
bêtông ở ñó. Trị số môñuyn này phụ thuộc vào nhiều yếu tố và thay ñổi trong phạm vi khá
rộng. Ngoài ra, vì bêtông là loại vật liệu ñồng nhất, thường có chỗ sứt vỡ, vết nứt nên các
biến dạng do lực của bôtông thường phân bố không ñều. Như vậy,có sai số khi xác ñịnh
ứng suất bêtông dựa trên trị số biến dạng thực ño ñược. Muốn giảm ảnh hưởng của hưởng
của các yếu tố nói trên cần phải ño ứng suất bêtông với ten-xơ-mét có cơ sở lớn (
≥
10cm).
Ứng suất (biến dạng ) trong bêtông thường ñược ño bằng ten-xơ-mét kiểu cơ,
ñattric ñiện trở dây, ñồng hồ chuyển vị v.v… thuộc các kiểu khác nhau. Còn khi thử ñộng
ñối với cầu thì thường dùng ñat trich ñiện trở dây.
Các ten-xơ-mét ñòn ñược lắp thêm bộ phận phụ ñể tăng thêm chiều dài cơ sơ. Muốn
tránh cho mũi tì của nó bị ngập sâu vào bề mặt bêtông lồi lõm thường dán lên ñó các bản
thép mỏng cỡ 5
×
5mm.
Các tấm ñattríc ñiện trở ñựơc dán trực tiếp lên mặt bêtông tại chỗ không nứt vỡ, rỗ
và bề mặt bằng phẳng.
Ứng suất cốt thép có thể ño dược bằng các dụng cụ như ñể ño cầu thép. ðo ứng suất
trong cốt thép thường (không có dự ứng lực) cũng giống như ño ở cấu kiện thép. Nhưng ño
dự ứng suất trong cốt thép dự ứng lực thì phải dùng các phương pháp phức tạp hơn. Chẳng
hạn, có thể dán ñattríc ñiện trở lên bó sợi cốt thép và ñọc số ño. Sau ñó làm cho chùng hết
cốt thép, lại ñọc số ño. Theo hiệu của các số ñọc mà tính ra trị số ứng suất. Cách ño này

không có ứng dụng thực tế với các kết cấu mà chỉ dùng khi làm thí nghiệm.
Một phương pháp khác là phải liên tục kiểm tra sự căng cốt thép từ lúc chế tạo cấu
kiện qua các giai ñoạn thi công. Tấm ñattríc ñiện trở dán trên cốt thép sẽ cho phép theo
dõi sự thay ñổi ứng suất theo thời gian. Cách làm này gặp phải sai số của chính các máy ño
ñiện vì chúng khó có thể làm việc ổn ñịnh liên tục suốt thời gian dài.
Có một số dụng cụ dùng ñể xác ñịnh dự ứng xuất cốt thép nhờ việc ño ñộ võng của
nó : Ví dụ dụng cụ DIS - 1 của Nga (hình 2.18 )với cơ sở dài 300 mm dùng ñể kiểm tra các
sợi lẻ ñường kính ñến 6 mm. Có dụng cụ khác có cơ sở dài 160 mm dùng ñể ño các bó sợi
xoắn ñường kính 9 - 15 mm và sợi lẻ ñường kính ñến 8 mm. Hoạt tải của dụng cụ này dựa
trên việc xác ñịnh ứng suất lực cần thiết ñể uốn cong ñược cốt thép. Dụng cụ gồm hai bản
thép mỏng (một bản chính chịu lực và mọt bản phụ gắn với ñồng hồ ño chuyển vị ), mũi
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 69/152

kẹp cố ñịnh cột tỳ và mũi kẹp di ñộng làm cho sợi cốt thép bị uốn cong cho ñến khi kim
quay của ñồng hồ không quay nữa. ðọc số ño trên ñồng hồ chuyển vị và dựa vào ñồ thị
chuẩn ñã lập ra từ trước ñối với dụng cụ này mà suy ra ứng lực trong sợi cốt thép. ðể tăng
hoá dụng cụ này với các cấp tải trọng khác nhau. Từ ñó vẽ ra dụng cụ chuẩn của ñồ thị
này.
5
2
4
8
3
7
1
6
Hình 2-18. ðồng hồ ño lực căng DIS-1.
1. Bộ kẹp di ñộng; 2. Thanh cần bằng thép; 3. ðồng hồ; 4. Cột tỳ; 5. Thanh nối dài;

6. Cột cơ sở; 7. Bộ kẹp cố ñịnh; 8. Sợi thép dự ứng lực.

2.3- CÁC MÁY ðO ðỘ VÕNG VÀ ðO CHUYỂN VỊ THẲNG.
ðộ võng có thể ño bằng máy cao ñạc, ống cao su ñựng chất lỏng, các loại ñồng hồ ño
chuyển vị có dây nối với mặt ñất hoặc có ñầu tì tiếp xúc trực tiếp vào kết cấu.
Mức ñộ chính xác của các máy cao ñạc kỹ thụât thường không quá 1mm, vì vậy chỉ
khi ño các trị số ñộ võng lớn mới có thể dùng lọai máy này vì lúc ñó sai số 1mm là không
ñáng kể. Muốn ño các trị số ñộ võng một cách chính xác hơn có thể dùng loại máy cao ñạc
chính xác. Nói chung máy cao ñạc là hợp lý trong tình huống nước sâu, sông rộng, nước
chảy xiết khi mà việc thả các dây nối từ ñáy dầm cầu xuống mặt ñát ñáy sông là khó khăn
và dây bị rung mạnh khiến cho kim ñồng hồ chuyển vị dao ñộng mạnh không thể cho kết
quả ño chính xác.
Máy cao ñạc ñược ñặt trên ñầu cầu hay trên bờ sông, trên ñỉnh các mố trụ nặng,ở ñáy
kết cấu nhịp ( dầm chủ,dàn chủ v.v…) gắn các mốc ño. Nếu khoảng cách từ máy cao ñạc
ñến các mốc ño không quá 50m thì có thể dùng máy cao ñạc kỹ thuật thông thường, nếu
khoảng cách xa hơn thì phải dùng máy cao ñạc chính xác.
Việc dùng ống cao su ñựng chất lỏng ñể ño ñộ võng có thể ñược nhưng phải là loại
thiết bị chuyên dụng với chất lỏng ñặc biệt. Không dùng ống cao su thường ñựng nước ñể
ño ñộ võng cầu vì rất kém chính xác.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 70/152

Thông thường nhất và ñủ chính xác là dùng các ñồng hồ chuyển vị ño ñộ võng kết
cấu nhịp cầu. Có rất nhiều kiểu ñồng hồ khác nhau với các khoảng cách ño khác nhau và
ñộ chính xác khác nhau. Ví dụ nếu chính xác 0,1
÷
1,0mm.Nếu ñộ võng nhỏ thì cần ñòng
hồ có ñọ chính xác ñến 0,01mm hoặc ñổi khi ñến 0,001mm.
2.3.1 MÁY ðO ðỘ VÕNG MÁC-XI-MÔP.

ðây là loại máy ño khá thông dụng ở Việt nam, có sơ ñồ cấu tạo như hình 2-19. Dây
1 có một ñầu buộc vào quả nặng chừng 20kg thả xuống ñáy sông hoặc buộc chặt vào cọc
cố ñịnh ở gần cầu,dây võng qua bánh xe 2 của máy ño, ñầu dây còn lại ñược treo 1 vật
nặng chừng 1,5
÷
2kg ñể giữ cho dây thảng. Dây là loại dây thép ñường kính 0,3
÷

0,5mm.Khi kết cấu nhịp võng xuống hoặc vồng lên, bánh xe 2 sẽ bị quay và làm quay theo
ñĩa 3và kim ñồng hồ 4 sẽ chỉ trên vạch chia ñọ trị số ñộ võng hoặc ño vồng ñó. Thang chia
ñộ trên ñĩa thứ nhất có 100 vạch, mỗi vạch ứng với chuyển vị 0,1mm ñược lộ ra ở một ô
cửa sổ nhỏ trên ñĩa chia ñộ lớn hơn lộ ra ở một ô cửa sổ nhỏ trên ñĩa chia ñộ thứ nhất.
Như vậy bằng mắt thường và ước lượng có thể ñọc ñộ chính xác ñến mức 0,05mm
khoảng ño là khá lớn ñủ thoả mãn việc ño ñộ võng của những nhịp máy ño vào kết cấu
nhịp cần phải có bộ phận gá kiểu vít kẹp.
1
2
3
4
5
6



Hình 2-19. Máy ño võng kiểu Mác-xi-mốp.
1. Trục quay; 2. Bánh xe có rãnh dẫn hướng dây;
3. Thang chia vạch; 4. Kim chỉ vạch; 5. Trục quay kim;
6. Bánh xe chính.

Dây ño cần phải bố trí thẳng ñứng. ðối với nơi nước sâu, cầu cao, nước chảy mạnh,
có thông thuyền,việc phải thả dây ño là nhược ñiểm rõ rệt làm phép ño kém chính xác hoặc
thậm chí không thực hiện ñược.
Cũng dựa trên nguyên tắc hoạt ñộng như trên người ta ñã làm các máy ño có ñến 3
cấp thang chia ñộ. Thang thứ nhất ñọc ñược ñộ chính xác ñến 1cm, thang thứ hai ñến 1mm
và thang thứ ba ñến 0,01mm.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 71/152

2.3.2 ðỒNG HỒ ðO CHUYỂN VỊ
Còn có tên gọi là bách phân kế hay thiên phân kế tuỳ theo ñộ chính xác (ñến
0,01mm hoặc 0,001mm) chúng thường dùng ñể ño chuyển vị nhỏ ( khoảng 5
÷
10mm). Sơ
ñồ cấu tạo như hình 2-20.
Thanh 1 có ñầu nhọn tỳ vào ñáy kết cấu nhịp. Vỏ ñồng hồ ñược liên kết cố ñịnh vào
một gía ñỡ nào ñó cố ñịnh so với mặt ñất. Khi kết cấu nhịp võng xuống hoặc vồng lên,
thanh 1sẽ chuyển ñộng tương ñối so với vỏ ñồng hồ và làm quay các bánh xe răng cưa 2 và
các kim chỉ ñộ 3. Một kim ngắn chỉ quay trên ñĩa chia ñộ 1mm, còn một kim dài quay trên
ñĩa chia ñộ 0,01mm hoặc 0,001mm tuỳ từng loại ñồng hồ.
Kiểu ñồng hồ chuyển vị này có nhược ñIểm là khoảng thang ño nhỏ, chỉ vài mm, ñối
các nhịp cầu lớn hơn 10m ñã có thể không dùng nó ñược. Tuy nhiên có thể gá thêm các bộ
gá kiểu ñòn bẩy ñể thang ño lên gấp 5 lần hay gấp 10 lần, tức là ñến 50
÷
100mm mà
không giảm ñộ chính xác. Cũng có thể làm bộ gá lắp ñồng hồ chuyển vị cho nó hoạt ñộng
giống như một máy ño võng Mac-xi-môp.
Khác với máy ño võng Mac-xi-mop, các ñồng hồ chuyển vị còn dùng ñể ño các
chuyển vị nằm ngang hoặc chuyển vị theo phương bất kỳ cũng như ño chuyển vị góc, ño

trượt v.v… chẳng hạn khi như nén cọc tĩnh.
Hình 2.20 ðồng hồ ño chuyển vị
2.3.3. ðỒNG HỒ ðO BIẾN DẠNG
Với cấu tạo gần giống như ñồng hồ ño chuyển vị nhưng có gắn thên hai ñầu
nhọn ñể tỳ lên bề mặt kết cấu, loại ñồng hhồ ño biến dạng như trên hình 2-21, có rất nhiều
công dụng, có thể ño chuyển vị, ñộ mở rộng vết nứt, biến dạng (ứng suất ) v.v Chân nhọn
3 của ñồng hồ tỳ vào một lỗ nhỏ 1mm khoan nông trên bề mặt thép,còn nếu ño trên bề mặt
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 72/152

bê tông hay ñá xây thì phải ñặt một thanh thép ñệm ñường kính 3-5mm,dài 10-20mm và
cũng khoan lỗ. Cơ sơ ño của ñồng hồ là 50
÷
250mm.









Hình 2-21. ðồng hồ ño biến dạng.
1. Thanh trượt; 2. Mũi tỳ di ñộng ñược; 3. Mũi tỳ cố ñịnh; 4. Bản kế; 5. Mặt ñồng hồ.
2.3.4 DỤNG CỤ ðO GÓC XOAY
Trên hình 2-14 là sơ ñồ một dụng cụ ño góc xoay có bọt nước ống thuỷ. Phần ñế
của dụng cụ ñược liên kết với kết cấu. Khi xảy ra chuyển vị góc xoay thì bọt nước của ống
thuỷ 2 bị lệch ñi.Dùng vít xoay 4 có gắn ñĩa chia ñộ ñể chỉnh cho ống thuỷ về vị trí cân

bằng. Trị số chuyển vị góc xoay ñược ñọc trên ñĩa chia ñộ. Dụng cụ góc xoay này nhỏ gọn,
ñơn giản, và ñủ ñộ chính xác. ðộ chính xác thông thường là 0”
÷
5”. Nhưng khi tăng
chiều dài cơ sởvà giảm bước của vít thì có thể tăng ñộ chính xác hơn nữa.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 73/152

1
2
3
4
5
6
7
8

Hình 2-22. Dụng cụ ño góc xoay có ống thuỷ.
1. ðế; 2. ống thuỷ có bọt nước; 3. Díp lò xo; 4. Vít vi chỉnh; 5. ðĩa có vạch chia ñộ;
6. ðồng hồ ñếm số vòng quay của ñĩa; 7. Kết cấu thép; 8. Bộ giá.


2.4. NHẬN XÉT CÁC KẾT QUẢ THỬ TĨNH ðỐI VỚI CẦU.
2.4.1. XÉT ðỘ VÕNG
Các kết quả ño ñạc ñược khi thử tĩnh ñối với cầu cần ñược xử lý, phân tích và so
sánh với tính toán lý thuyết. Cần lưu ý là các trị số ño biến dạng có thể là biến dạng toàn
phần, biến dạng ñàn hồi và biến dạng dư. Biến dạng toàn phần bằng tổng của biến dạng
ñàn hồi và biến dạng dư và bằng hiệu số của số ñọc trên máy ño biến dạng ở thời ñiểm dặt
tải và trước lúc ñặt tải lên cầu. Biến dạng ñàn hồi là phần biến dạng bị triệt tiêu ñi sau khi

dỡ tải và tương ứng với hiệu số của các trị số ñọc trên máy ño biến dạng ở thời ñiểm ñặt tải
và sau khi dỡ tải.
Các tính toán lý thuyết ñược tính với tải trọng thử cầu mà không xét hệ số xung kích.
Trong những kết cấu nhịp cầu ñang khai thác với mức tải trọng xấp xỉ tải trọng tính
toán thì trị số của ñộ võng dư thường không lớn hơn 20% ở cầu thép, 15 % ở cầu ô tô so
với trị số ñộ võng ñàn hồi ño ñược. Những trị số lớn của ñộ võng dư là chứng tỏ có các
khuyết tật ñáng kể trong kết cấu nhịp.
ðộ võng lý thuyết dưới tải trọng thử ñược xác ñịnh bằng các phương pháp khác nhau
của môn học Cơ học kết cấu.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 74/152

ðối với các dàn biên song song và cổng cầu thẳng ñứng thì ñộ võng có thể tính ñược
theo các công thức gần ñúng với sai số khoảng 4% như sau :
- ðộ võng giữa nhịp dàn tam giác :
275,1.).(1
384
5
4






++=
l
H
tgctg

EI
kl
y
αα
(2-12)
- ðộ võng giữa nhịp dàn tam giác có thanh ñứng :
275,1.38,1).(1
384
5
4






++=
l
H
tgctg
EI
kl
y
αα
(2-13)
Trong ñó :
α - Góc nghiêng của thanh ñứng so với phương ñứng.
k - Cường ñộ rải ñều tương ñương của tải trọng thử (T/m) ñược xác
ñịnh theo công thức :
Với M - Momen do tải trọng thử ở giữa nhịp.

E - Môñuyn ñàn hồi vật liệu dàn.
H - Chiều cao lý thuyết của dàn.
I - Mômen quán tính của các thanh biên dàn ở giữa nhịp.
ω - Là các diện tích mặt cắt thu hẹp của thanh biên trên và thanh biên
dưới dàn giữa nhịp.
ðối với những thanh biên song song và cổng cầu ñặt nghiêng thì các công thức có
dạng :
Nếu là dàn tam giác :
)(
4
−íintrª
2
H
I
ωω
+=
2
l
8M
k
=
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 75/152
275,1.).1
384
5







Η
++
ΕΙ
=Ι
2)-l(m
tgtg
kl
4
αα
c
(2-14)
Nếu là dàn tam giác có thanh ñứng :
275,1.38,1).1
384
5






Η
++
ΕΙ
=Ι
2)-l(m
tgtg

kl
4
αα
c

(2-15)

Với m : số lượng khoang dàn
Các ñộ võng ñàn hồi ñược so sánh với ñộ võng lý thuyết. Trong các cầu thép còn tốt
thì ñộ võng ñàn hồi bằng 0,8-0,9 ñộ võng lý thuyết. ðó là do ảnh hưởng chưa tính lý thuyết
ñược của hệ liên kết và phần xe chạy.Còn trong các cầu bê tông tỷ số ñó vào khoảng 0,5 –
0,6 ñó là do các nguyên nhân sau ñây :
-

Khi tính mômen quán tính ñể tính ñộ võng lý thuyết thì chỉ xét mặt cắt bêtông
mà không xét ảnh hưởng của cốt thép
-

Tuổi của bêtông lúc thử tải thường lớn hơn tuổi 28 ngày và do vậy cường ñộ
thực tế bêtông lớn hơn trị số lý thuyết
-

Khi tính toán chưa xét ảnh hưởng của các yếu tố như lan can, phần xe chạy,lớp
phủ mặt cầu v.v…
Việc ño thử tĩnh kết cấu nhịp cầu thường thực hiện trong phạm vi các biến dạng ñàn
hồi cho nên số ñọc lúc ñầu tiên và số ñọc cuôí cùng của các ten-xơ-met cần phải gần như
bằng nhau. Nếu không thì có thể nghi ngờ ten-xơ-mét bị trượt mũi tỳ.
2.4.2. XÉT ỨNG SUẤT
Các trị số ño ứng suất tại các ñiểm khác nhau của cấu kiện thường khác nhau, ngay
cả khi cấu kiện chỉ chịu lực dọc trục về mặt lí thuyết ( các thanh dàn chẳng hạn). ðó là do

các mô men uốn trong mặt phẳng ñứng hoặc mặt phẳng nằm ngang do ñộ cứng nút dàn
hoặc do ảnh hưởng của các liên kết ngang.
Thông thường chỉ ñặt tenxơmet ở các ñiểm thuộc thế biên của mặt cắt cấu kiện nên
cần căn cứ vào các trị số ño ñó ñể vẽ ngoại suy biểu ñồ ứng suất dọc cấu kiện tại mặt cắt
ñược ño.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 76/152
2.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ ðO THỬ ðỘNG ðỐI VỚI CẦU.
2.5.1. NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG
Thông thường nhất là sử dụng các xe ô tô thử hoặc ñoàn tầu thử ñể thử ñộng ñối với
cầu. Công tác này cho phép xác ñịnh tần số và biên ñộ dao ñộng cưỡng bức của kết cấu
nhịp và hệ số xung kích lớn nhất, phát hiện ra các vị trí yếu của kết cấu và ñiều kiện thông
xe an toàn nhất hoặc bất lợi nhất của cầu.
Các tác ñộng của hoạt tải phụ thuộc vào ñặc trưng ñộng học của chính hoạt tải ño và
mức ñộ giống nhau của tần số dao ñộng do hoạt tải này gây ra với tần số riêng của kết cấu
nhịp.
Các thực nghiệm cho thấy hầu như chu kỳ dao ñộng cưỡng bức của kết cấu nhịp
trùng vời chu kì dao ñộng riêng của tải trọng. Dao ñộng của ô tô có thể coi như dao ñộng
của một vật nặng trên lò xo. Qua thí nghiệm nhiều loại ô tô người ta thấy chu kì dao ñộng
của khung xe, thường trong khoảng 0,26 - 0,43 giây dao ñộng phần dưới lò xo là 0,08 -
0,13 giây. Dao ñộng riêng của ô tô gây ra lần lượt chu kì các lần vượt tải và giảm tải cho
kết cấu cầu, ñó chính là nguyên nhân gây ra dao ñộng cưỡng bức. ðối với cầu nhịp ngắn
thì dao ñộng ñó lại xuất hiện chủ yếu do dao ñộng của phần bên dưới lò so xe.
Tác dụng ñộng học khi xe xích qua cầu ñược gây ra bởi các va ñập nhịp nhàng của
các ñốt bánh xích trên mặt cầu, va ñập của các chôt bánh xích và của phần khối lượng bên
trên lò so. tần số dao ñộng của các ñốt bánh xích phụ thuộc vào tốc ñộ xe xích.
Các thực nghiệm cho thấy một xe ô tô hoặc một xe xích qua cầu thì gây tác dụng
ñộng học lớn hơn khi cả ñoàn xe ô tô ñó qua cầu. Vì vậy người ta lấy tải trọng ñể thử ñộng
cầu chỉ là một xe ô tô nặng hoặc một xe ô tô chạy qua cầu với lần lượt các tốc ñộ khác

nhau.
Trên các cầu có ñộ cứng nằm ngang nhỏ trong hướng dọc cầu, ví dụ cầu khung có trụ
mảnh nên thử một xe chạy rồi hãm ñột ngột trên cầu. Trên các cầu có ñộ cứng nằm ngang
nhỏ (cầu hẹp, cầu khung cao, cầu treo) cũng nên thử tải ñộng bằng các tải trọng ngang nằm
ngang ñược tạo ra bằng cách quay xe xích trên mặt cầu.
Các ñặc trưng ñộng học của mỗi lần thử ñộng ñược ghi lại nhờ các máy ño ñộng
ñược ñặt ở những vị trí có ñộ võng lớn nhất. Các máy ghi dao ñộng lên băng giấy hoặc lên
phim, lên băng từ.
Các máy ño những chuyển vị thẳng theo thời gian gọi là các vibromet còn máy ño
chuyển vị góc theo thời gian gọi là torsiômet.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 77/152
Các máy ño quan hệ giữa biên ñộ và tần số dao ñộng với tốc ñộ xe chạy gọi là các
máy ño biên ñộ hoặc máy ño tần số.
Có hai nguyên tắc ñể ño dao ñộng là nguyên tắc ñộng học và nguyên tắc ñộng lực
học. Theo nguyên tắc thứ nhất thì máy ño dược liên kết cứng với một hệ cố ñịnh ñộc lập
bên ngoài và trị số chuyển vị của kết cấu ñang dao ñộng ñược ño trực tiếp. Theo nguyên
tắc thứ hai thì khi không thể tạo ra ñược một hệ cố ñịnh thực người ta ño chuyển vị so với
một hệ cố ñịnh qui ước, ñó là một khối nặng gắn trên lò so.
Các máy ño ñộng có thể ñược phân thành ba nhóm là: kiểu cơ, kiểu ñiện, kiểu quang.
Trong các máy ño kiểu cơ thì việc ghi lại sự thay ñổi biến dạng ñược thực hiện nhờ các bộ
phận cảm biến (ñattric) và ghi hay nhìn lên năm hiệu sóng của máy hiệu sóng
(oxylograph).
2.5.2. MÁY ðO GEIGER
Khi máy ño này hoạt ñộng theo nguyên tắc ñộng học thì cần ñến một liên kết cứng
hoặc liên kết dây giữa một ñiểm cố ñịnh mặt ñất và một ñiểm cố ñịnh dao ñộng. Mặt khác
khi máy ño này hoạt ñộng theo nguyên tắc ñộng lực học thì không cần ñến liên kết nói
trên.
ðối với trường hợp thứ nhất thì máy sẽ ghi dao ñộng lên băng giấy, theo ñường cong

vẽ trên giấy ñó có thể xác ñịnh biến dạng biên ñộ và tần số dao ñộng.
ðối với trường hợp thứ hai thì trong máy có lắp thêm một hệ cố ñịnh qui ước nhỏ
dạng con lắc lò so. Theo các ñường ghi trên băng giấy có thể xác ñịnh gần ñúng biên ñộ và
xác ñịnh chính xác hơn ñối với tần số dao ñộng.
Sơ ñồ nguyên tắc của máy ghi dao ñộng theo nguyên tắc ñộng lực học như hình vẽ
12-25. Sự biến ñổi ñộ võng dàn ñược truyền qua dây treo 1 (lò so 4 ñể căng dây 1) qua ñòn
bẩy hình
c
rồi qua kim truyền 3, qua ñòn bẩy bút ghi 5 và ñược ghi trên băng giấy 7.
ðồng thời trên băng có ghi vạch thời gian từng giây.
Bộ phận ghi của máy có một cơ cấu kiểu ñồng hồ làm quay băng giấy rộng 50mm.
Tốc ñộ di chuyển băng có thể ñiều chỉnh ñược trong phạm vi từ 0.2 ñến 10mét/phút. Có thể
khuyếch ñại dao ñộng ñược ghi lên 3, 6 hoặc 12 lần so với trị số thực tế. Ngoài ra còn có
thể tăng hay giảm tỉ lễ xích ghi bằng cách thay ñổi cánh tay ñòn bẩy hình
c
.Tỉ lệ xích
thông thường của máy là từ 0.5 : 1 ñến 72 : 1. Có thể dùng máy ghi ñể ghi các biến dạng
với tần số dao ñộng ñến 20Hz.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 78/152
Máy ño có thể ñược ñặt trên giá cố ñịnh với mặt ñất hoặc ñặt ngang trên kết cấu nhịp
(hình 2-24). Dây treo có thể thả xuống ñáy sông nhờ một quả nặng ít nhất 10KG. Nói
chung nên ưu tiên ñặt máy ño trên giá cố ñịnh mặt ñất thì chính xác hơn.
Sơ ñồ máy ño theo nguyên tắc ñộng lực học như hình vẽ 2-26. Máy ñược lắp thêm
một con lắc 1 có lò so. Khi máy dao ñộng cùng với kết cấu nhịp thì do trọng lượng nặng
của con lắc có thể coi con lắc là một hệ cố ñịnh qui ước. Chuyển vị của vỏ máy so với con
lắc ñó ñược truyền ñể ghi qua ñòn bẩy 2 và 3 và kim truyền 4 ñến ngòi bút ghi 5. Máy ño
này có thể ghi ñược các dao ñộng với tần số từ 5 ñến 330Hz.

Hình 2-23. Sơ ñồ ñặt máy ghi dao ñộng có
dây nối với ñiểm cố ñịnh trên mặt ñất.
1-Dây nối; 2-ðòn bẩy h
ình;
3-C
ần ñẩy kim ghi;
4-Băng gi
ấy ghi dao ñộng;
5-V
ạch ñếm thời gian;
6-
Kim ghi;
7-Lò so.

4
5
6
3
2
7
1


Hình 2-24. Sơ ñồ ñặt máy ghi dao ñộng ở
trên kết cấu nhịp có dây thả vật nặng
xuống sông.
1-Vật nặng; 2-
Dây;
3-Máy Gây-gher; 4-Lò so.

3
4
2
1





GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 79/152










Hình 2-25. Máy ño vạn năng kiểu Gây-gher.
a-Dạng chung, b-Nhìn phía cạnh.
1-ðế máy; 2-ðòn bẩy lên giây cót cơ cấu kéo băng ghi; 3-Kim ghi; 4-Bộ từ trường
ñể ñánh dấu thời gian; 5-Bàn ghi; 6-Trục uốn giữa băng; 7-Trục thu băng; 8-Trục nhả
băng; 9-Thanh truyền; 10-ðòn bẩy ñiều chỉnh tốc ñộ nhả băng; 11-ðòn bẩy khởi ñộng cơ
cấu kéo băng.

GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 80/152
Hình 2-26. Máy ghi dao ñộng kiểu Gây-gher.
a-Dạng chung; b-Cơ cấu ghi.
1-Kim ghi dao ñộng; 2-Thanh truyền; 3,4-Các ñòn bẩy; 5-Con lắc; 6-Lò so.

Hình 2 - 27 Lắp máy ghi dao ñộng
thẳng ñứng ở ñáy của dầm cầu

2.5.3. CÁC MÁY ðO DAO ðỘNG KIỂU DÙNG ðIỆN
Thực chất, ñó là tổ hợp của bộ cảm biến (ñát-tríc) với các thiết bị ño ñiện. Các bộ
cảm biến có khả năng biến ñổi các chuyển vị tương ñối giữa các bộ phận kết cấu hoặc các
sự thay ñổi theo thời gian của ứng suất, của tốc ñộ gia tốc chuyển vị tại các ñiểm riêng lẻ
của kết cấu thành các ñại lượng ñiện và truyền về máy ño ñiện.
Trên hình 2-28 a, b là sơ ñồ ño dao ñộng thẳng ñứng của kết cấu nhịp nhờ dùng bộ
cảm biến kiểu một dầm công xon ngắn có dán các ñát-tric ñiện trở.
Trên hình 2-28 c, d là sơ ñồ ño dùng bộ cảm biến kiểu vòng thép.
Những biến ñổi của dòng ñiện lúc ño ñạc trong phần ñường chéo của cầu ño ñiện trở
ñược ghi lại bằng máy oxyclograph lên phim ảnh.