Giáo trình đào tạo thí nghiệm chuyên ngành xây dựng giao thông

chơng i : quy định về phòng thí nghiệm đợc công nhận
1. Những quy định chung :
Theo Quyết định số 2496/QĐ-KHKT ngày 24/9/1997 của Bộ trởng Bộ Giao thông
vận tải ban hành quy định về việc công nhận phòng thí nghiệm chuyên ngành xây dựng
giao thông thì Bộ Giao thông vận tải trực tiếp tiến hành việc tổ chức kiểm tra, đánh giá và
ra quyết định công nhận khả năng hoạt động theo thoả thuận của Bộ Xây dựng. Cũng theo
bản quy định này thì các phòng thí nghiệm chuyên ngành thuộc các tổ chức, cá nhân, bao
gồm cả tổ chức ca nhân nớc ngoài đầu t tại Việt Nam hoạt động xây dựng giao thông trên
các lĩnh vực nghiên cứu thiết kế, khảo sát thi công xây dựng và sản xuất vật liệu xây dựng
đợc Bộ Giao thông vận tải ra quyết định công nhận khả năng hoạt động, cấp mã số phòng
thí nghiệm ( LAS - XD ) mới có giá trị pháp lý để cung cấp các số liệu kiểm tra, phân tích
thử nghiệm phục vụ công tác nghiên cứu, khảo sát, thiết kế, thi công, nghiệm thu đánh giá
chất lợng vật liệu xây dựng và chất lợng công trình xây dựng.
2. Điều kiện để phòng thí nghiệm đợc công nhận và cấp mã số :
Để đợc công nhận và cấp mã số LAS - XD, phòng thí nghiệm phải đảm bảo yêu
cầu về đội ngũ chuyên môn làm thí nghiệm, trang thiết bị thí nghiệm, tài liệu kỹ thuật của
phòng thí nghiệm, điều kiện môi trờng, mặt bằng làm việc và các tiện nghi khác để tiến
hành thí nghiệm. Các yêu cầu này phải phù hợp với việc thực hiện các phép thử, các chỉ
tiêu thí nghiệm mà phòng thí nghiệm xin đăng ký công nhận và triển khai hoạt động.
a. Về tổ chức : Phòng thí nghiệm phải đợc quyết định thành lập bởi cơ quan có thẩm
quyền với cơ cấu tổ chức :
- Ngời phụ trách phòng thí nghiệm ( trởng phòng thí nghiệm ) phải có đủ năng lực,
thẩm quyền và trình độ chuyên môn nghiệp vụ để điều hành hoạt động của phòng thí
nghiệm. Khi ngời phụ trách vắng mặt thì phải chỉ định ngời thay thế và phải đợc cơ quan
công nhận phòng thí nghiệm chấp nhận. Chỉ có ngời phụ trách ( hoặc ngời thay thế) mới là
ngời đợc uỷ quyền ký vào biên bản và phiếu kết quả thí nghiệm.
- Đội ngũ chuyên môn làm công tác thí nghiệm phỉa có cơ cấu hợp lý giữa cán bộ
có trình độ đại học và nhân viên thí nghiệm; giữa cán bộ và thí nghiệm viên có kinh nghiệm
và mới vào nghề. Các cán bộ và thí nghiệm viên phải đợc đào tạo để có trình độ chuyên
môn, nghiệp vụ phù hợp với công việc thử nghiệm đợc giao. Có đầy đủ hồ sơ về quá trình
đào tạo và trình độ chuyên môn nghiệp vụ của cán bộ, nhân viên trong phòng.

- Phòng thí nghiệm phải có quy định nhiệm vụ và trách nhiệm cụ thể đối với từng
cán bộ, nhân viên; có những biện pháp về tổ chức và quản lý đối với cán bộ nhân viên nhằm
đảm bảo chất lợng, tính khách quan trung thực trong hoạt động thí nghiệm.
- Phòng thí nghiệm phải có cán bộ quản lý kỹ thuật chịu trách nhiệm về quản lý kỹ
thuật thử nghiệm, cán bộ quản lý chất lợng chịu trách nhiệm về hệ thống đảm bảo chất lợng
thí nghiệm và ngời đợc chỉ định thay thế khi những cán bộ này vắng mặt. Tuỳ quy mô của
phòng thí nghiệm , hai chức năng quản lý này có thể là một ngời hoặc ngời phụ trách kiêm
nhiệm một hay cả hai chức danh này.
b. Về cơ sở vật chất :
- Các trang thiết bị thí nghiệm phải phù hợp với chỉ tiêu và tiêu chuẩn thí nghiệm tơng ứng và phải đợc kiểm định, hiệu chuẩn thờng xuyên theo quy định quản lý và sử dụng
các dụng cụ đo lờng của Nhà nớc.
- Phòng thí nghiệm phải có đủ các tài liệu pháp quy, tiêu chuẩn, quy trình quy
phạm, sổ tay hớng dẫn, biểu mẫu phù hợp phục vụ công tác thí nghiệm.
- Phòng thí nghiệm phải có quy định cần thiết về an toàn, về giữ bí mật và quyền sở
hữu của khách hàng đối với các kết quả thí nghiệm.
c. Về trách nhiệm và quyền hạn của phòng thí nghiệm đợc công nhận :
Phòng thí nghiệm đợc công nhận có quyền sử dụng con dấu đặc trng Phòng thí
nghiệm đợc công nhận theo quy định của Bộ Giao thông vận tải, Bộ Xây dựng và của
1


Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lờng chất lợng; đợc u tiên chỉ định tham gia các hoạt động giám
sát chất lợng xây dựng giao thông; đợc u tiên xem xét để uỷ quyền tham gia các hoạt động
quốc tế về thử nghiệm hoặc hiệu chuẩn chuyên ngành xây dựng giao thông; đợc u tiên
trong việc trang bị các phơng tiện đo lờng và thử nghiệm, cung cấp thông tin và tham gia
đào tạo cán bộ trong phạm vi quyền hạn và chức năng của Bộ Giao thông vận tải; đợc thu
phí thử nghiệm và hiệu chuẩn theo quy định.
Phòng thí nghiệm đợc công nhận có nhiệm vụ thực hiện nghiêm chỉnh các quy định
của Nhà nớc, của ngành về Phòng thí nghiệm đợc công nhận ; tiến hành các phép thử
hoặc hiệu chuẩn theo yêu cầu khách hàng; chịu trách nhiệm trớc khách hàng, trớc pháp luật

về kết quả thử nghiệm hoặc hiệu chuẩn do mình công bố; tham gia việc so sánh phép thử
giữa các phòng thí nghiệm theo yêu cầu của cơ quan có thẩm quyền; định kỳ hàng năm báo
cáo với Bộ Giao thông vận tải về tình hình hoạt động của phòng thí nghiệm và chịu thanh
tra của Bộ khi cần thiết.

chơng ii : Nguyên lý cơ bản công tác thí nghiệm vật liệu và thí
nghiệm công trình
1. Khái niệm chung
1.1. Vai trò của công tác thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình
Trong nhiều lĩnh vực khác nhau của khoa học công nghệ, vai trò của thí nghiệm vật
liệu và thí nghiệm công trình đã đợc khẳng định nhằm mục đích:
- Giải quyết các vấn đề của công nghệ và của thực tế sản xuất đòi hỏi nh đánh giá
chất lợng của vật liệu, của công trình làm cơ sở cho việc nghiệm thu, bàn giao, khai thác v.v
- Giải quyết và hoàn thiện những bài toán mà các phơng pháp lý thuyết cha và
không giải quyết đợc đầy đủ hoặc đang còn nằm trong ý tởng cần thăm dò.
Đối tợng của công tác thí nghiệm là vật liệu và kết cấu công trình. Bằng phơng pháp
cảm thụ trực tiếp, có đợc những số liệu đo đạc và trạng thái thực tế qua quá trình tiến hành
khảo sát đối tợng, xử lý các số liệu có thể đa đến những kết luận mang đầy đủ tính quy luật
cũng nh tính tiêu biêủ đối với các tham số khảo sát cả về chất lợng lẫn số lợng.
Những quy luật và giá trị về sự phân bố ứng suất - biến dạng, trạng thái làm việc và
hình thức phá hoại của đối tợng nghiên cứu, không chỉ hỗ trợ cho các quá trình thiết kế,
tính toán thi công, nghiệm thu, khai thác mà còn thay thế đợc lời giải của các bài toán đặc
thù, phức tạp mà việc giải quyết chúng bằng đờng lối lý thuyết mất quá nhiều công sức
hoặc cha có biện pháp giải quyết.

2


Thí nghiệm vật liệu và công trình do vậy, có thể thực hiện đợc các nhiệm vụ cơ bản
sau đây trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng và cơ học công trình:

trình

a/ Xác định, đánh giá khả năng làm việc và tuổi thọ của vật liệu và kết cấu công

Đây là nhiệm vụ thờng đợc tiến hành đối với các vật liệu xây dựng và kết cấu công
trình trớc khi đa vào sử dụng và khai thác.
- Khả năng làm việc thực tế của một kết cấu công trình mới đợc xây dựng xong sẽ
đợc phản ánh trong công việc đánh giá chất lợng chúng qua kết quả thí nghiệm kiểm tra đợc thực hiện trong quá trình xây dựng và kết quả kiểm định trực tiếp trên công trình. Kết
quả này là một tài liệu quan trọng trong hồ sơ nghiệm thu bàn giao công trình.
- Công tác xác định và đánh giá khả năng chịu lực cũng đợc tiến hành đối với những
kết cấu công trình đã đợc khai thác quá lâu năm, hết niên hạn sử dụng và chất lợng đã bị
giảm yếu, đối với các kết cấu công trình có yêu cầu sửa chữa cải tạo, cũng nh các công
trình khi đa vào khai thác với tải trọng sử dụng lớn hơn hay không phù hợp vơí nhiệm vụ
thiết kế xây dựng ban đầu.
- Đặc biệt quan trọng và không thể thiếu đợc công việc xác định, đánh giá trạng thái
làm việc và khả năng chịu lực còn lại của các kết cấu công trình bị những sự cố tác động
nh: thiên tai (gió bão, động đất ...), chiến tranh tàn phá, hoả hoạn và sai sót trong quá trình
thi công gây nên những khuyết tật kỹ thuật tồn tại trong kết cấu công trình. Mục đích của
công việc kiểm định khả năng chịu lực của kết cấu công trình có sự cố về chất lợng là phát
hiện và đánh giá mức độ h hỏng và độ bền vững theo thời gian của chúng để từ đó có thể
nêu đợc những nhận xét khẳng định khả năng tồn tại, huỷ bỏ từng bộ phận của kết cấu hay
toàn bộ công trình; đồng thời để nghiên cứu thiết kế tìm các biện pháp gia cờng, sửa chữa
và phục hồi công trình.
b/ Nghiên cứu đề xuất và nghiên cứu ứng dụng các hình thức kết cấu mới, kết cấu
đặc biệt vào việc thiết kế xây dựng công trình
Một trong những biện pháp để tiến hành tìm kiếm một loại kết cấu mới, phù hợp là
dùng phơng pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm, vì nó cho phép xác định nhanh đợc một
hình thức kết cấu phù hợp, có ngay đợc những số liệu cần thiết và tin cậy về tham số phục
vụ trực tiếp cho việc thiết kế và tính toán công trình. Kết quả trong những trờng hợp chọn
một dạng kết cấu có sẵn lý thuyết tính toán, nhng khi đa vào ứng dụng cho một công trình

cụ thể, tuỳ thuộc vào tầm quan trọng của công trình và mức độ chặt chẽ của phơng pháp
tính, cũng cần phải triển khai thực nghiệm từng phần hay toàn bộ kết cấu để kiểm chứng sự
đúng đắn của phơng pháp tính toán lý thuyết và tính khả thi của công trình.
c/ Nghiên cứu và phát hiện các vật liệu mới, đánh giá chất lợng các loại vật liệu
xây dựng đang sử dụng và tái sử dụng, các loại vật liệu địa phơng
Qúa trình nghiên cứu để hình thành một loại vật liệu mới thực chất là một
quá trình tiến hành thực nghiệm. Một vật liệu đợc công nhận để đa vào sử dụng trong xây
dựng công trình cần phải có đầy đủ các chỉ tiêu đặc trng về cờng độ, biến dạng, khối lợng
riêng; độ ổn định của các tính năng chuyên dùng nh nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh và các
tính chất hoá - lý khác. Việc xác định số lợng và chất lợng của những đặc trng đó chỉ có đợc qua quá trình tiến hành thực nghiệm.
d/ Nghiên cứu phát minh những vấn đề mới trong khoa học kỹ thuật chuyên ngành,
trong cơ học vật rắn biến dạng, cơ học công trình... mà nghiên cứu lý thuyết hoàn toàn cha
đợc giải quyết hoặc cha giải quyết đầy đủ tận gốc hoặc đòi hỏi phải có kết quả nghiên cứu
thực nghiệm để làm cơ sở cho việc đánh giá sự phù hợp của các giả thiết đa ra và xác nhận
sự đúng đắn của kết quả nhận đợc từ nghiên cứu lý thuyết.
1.2. ý nghĩa của trạng thái ứng suất - biến dạng
Công tác thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình ngoài việc xác định một số
chỉ tiêu cơ lý thì vấn đề chủ yếu là khảo sát sự biến động của trạng thái ứng suất - biến dạng
của chúng. Trên cơ sở trạng thái ứng suất - biến dạng nhận đợc mới có thể xác định giá trị
và tính chất làm việc của vật liệu trong công trình.
Kết quả nhận đợc từ quá trình khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng của vật liệu
trong công trình cho phép giải quyết những vấn đề cơ bản sau:

3


- Gía trị và hình ảnh phân bố nội lực trên kết cấu công trình, từ đó có thể bố trí vật
liệu và cấu tạo kết cấu thích hợp.
- Đánh giá đợc khả năng và mức độ làm việc thực tế của vật liệu và công trình, cho
phép rút ra đợc những tiêu chuẩn phục vụ cho việc kiểm tra độ bền, độ cứng và độ ổn định

của công trình.
- Dự đoán đợc đời sông và tuổi thọ của công trình khi trong quá trình thực nghiệm
có tiến hành khảo sát và đo đạc sự biến động và tốc độ phát triển của ứng suất - biến dạng
cũng nh sự hình thành và phát triển của khuyết tật ( các h hỏng và nứt nẻ ) xuất hiện trong
quá trình làm việc của công trình.
Trạng thái ứng suất - biến dạng có đợc trong quá trình thực nghiệm không
chỉ phản ánh khả năng làm việc thực tế của công trình, mà trong nhiều trờng hợp còn là
chuẩn mực cho việc đánh giá sự đúng đắn của lý thuyết tính toán, thiết kế công trình.
Chẳng hạn, khi giải quyết bài toán về cờng độ và biến dạng cho một kết cấu
công trình, quá trình tính toán dựa trên cơ sở các đặc trng của vật liệu làm việc trong miền
đàn hồi; nhng trong thực té khi phần lớn các kết cấu của công trình làm việc trong phạm vi
đàn hồi của vật liệu thì có không ít các bộ phận khác của công trình sẽ tồn tại những vùng
trong đó vật liệu làm việc ngoài miền biến dạng đàn hồi hoặc làm việc ở trạng thái dẻo,
trạng thái phá huỷ vật liệu... mà những trạng thái làm việc đó luôn luôn là nguồn gốc của sự
giảm tuổi thọ hoặc gây phá hoại kết cấu công trình.
Mức độ chính xác và tin cậy của phép đo lờng trạng thái ứng suất - biến dạng thờng
chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố, trong đó có:
a/ Kích thớc và số lợng mẫu thử:
Khi khảo sát trên những mẫu thử có kích thớc bằng thực hoặc là kết cấu nguyên
hình thì kết quả trạng thái ứng suất - biến dạng nhận đợc là kết quả trực tiếp và thực, không
cần qua quá trình tính toán chuyển đổi trung gian, nhng số liệu đo đối với một tham số của
bài toán thờng bị hạn chế do số lợng đối tợng thí nghiệm không nhiều (thờng chỉ có một
hoặc hai). Ngợc lại, khi khảo sát bài toán trên những mẫu thử là mô hình tơng tự thì kết quả
trạng thái ứng suất - biến dạng của mẫu thử thực chỉ nhận đợc sau một quá trình tính toán
chuyển đổi tơng tự qua các hệ số tỉ lệ của các tham số đo; vì thế, nếu có một sai số nhỏ
trong quá trình đo sẽ dẫn đến sự lệch lạc của kết quả, song vì số thí nghiệm tiến hành trên
mô hình tơng tự thờng là nhiều cho nên sau khi tổng hợp số liệu của nhiều mô hình thí
nghiệm, vẫn có đợc các kết quả tin cậy. Với thí nghiệm vật liệu, kích thớc và số lợng mẫu
thử phải tuân theo các quy định của tiêu chuẩn thử nghiệm.
b/ Hình dạng và cấu tạo liên kết các phần tử của mẫu thử

Việc xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của các mẫu thử có hình dạng đơn
giản thờng đợc tiến hành không mẫu khó khăn vì ở đây ứng suất - biến dạng thờng phân bố
tơng đối đồng đều trong kết cấu, trị số của chúng cũng không lớn, thờng chỉ giao động
trong miền biến dạng đàn hồi của vật liệu. Vì vậy phơng pháp và số đo trong những trờng
hợp này thờng không dẫn đến sai số đáng kể cho kết quả nghiên cứu. Đối với những trờng
hợp kết cấu có hình dạng phức tạp hoặc ghép từ nhiều phần tử với nhau thì việc khảo sát và
xác định trạng thái ứng suất - biến dạng sẽ gặp nhiều khó khăn vì ở đây sự phân bố ứng suất
- biến dạng thờng thay đổi lớn, trị số đo của hai điểm hoặc hai vùng lân cận có thể khác
nhau rất nhiều (ở điểm này có thể vật liệu đang làm việc trong giai đoạn đàn hồi, nhng ở
điểm bên cạnh đã xuất hiện biến dạng dẻo.
c/ Cấu tạo vật liệu của mẫu thử
Mẫu thử dù ở dạng nguyên hình hoặc ở dạng mô hình đều đợc cấu tạo từ những vật
liệu thực có các đặc trng khác nhau và thông thờng các đặc trừng đó đợc thể hiện qua mối
quan hệ thực nghiệm giã ứng suất và biến dạng khi vật liệu chịu kéo hoặc chịu nén một
trục. Trong thực tế sản xuất, tồn tại nhiều loại vật liệu có mối quan hệ giữa ứng suất - biến
dạng khác nhau:
Tuyến tính;
Hoàn toàn phi tuyến;
Không đồng nhất trong suốt quá trình chịu tải;
Tuyến tính ở giai đoạn vật liệu chịu tải còn thấp nhng khi qua một giá trị đặc trng
xác định tuỳ thuộc bản chât của vật liệu thì lại không còn tuyến tính nữa.
Việc xác định chính xác mối quan hệ này của vật liệu giữ một vai trò quan
trọng trong quá trình khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng của đối tợng nghiên cứu.
4


d/ Công nghệ chế tạo mẫu thử:
Các kết cấu công trình trong sản suất cũng nh các mẫu thử dùng để tiến hành nghiên
cứu thực nghiệm đợc thiết kế và chế tạo theo nhiều biện pháp công nghệ khác nhau.
Dù bằng biện pháp chế tạo nào thì cuối cùng trong đối tợng nghiên cứu đều

tồn tại một trạng thái ứng suất ban đầu hoặc ứng suất trớc. Việc xác định giá trị và quy luật
phân bố của chúng để loại trừ trong quá trình khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng của
đối tợng thờng rất khó thực hiện.
e/ Tính chất tác dụng của tải trọng ngoài
Giá trị và tính chất phân bố ứng suất - biến dạng trong mẫu thử thờng chịu ảnh hởng
trực tiếp của đại lợng và quy luật tác động của tải trọng ngoài. Kết quả đo lờng các tham số
khảo sát một đối tợng chịu tải trọng tác dụng tĩnh sẽ nhận đợc khá dễ dàng, đảm bảo đợc độ
chính xác và rõ ràng vì ở trờng hợp này các dụng cụ và phơng pháp đo thờng không quá
phức tạp, đặc biệt là việc đo lờng đợc tiến hành trong điều kiện yên tĩnh, số đo không phụ
thuộc vào thời gian. Nhng khi đối tợng chịu tải trọng ngoài tác dụng động nh lực xung, lực
rung động thì công việc đo lờng trở nên phức tạp, vì ở đây quá trình đo thực hiện trong môi
trờng dao động và số đo của các tham số khảo sát phục thuộc vào yếu tố thời gian. Điều
này có thể làm ảnh hởng mức độ chính xác của các phép đo và các số liệu thu nhận đợc.
g/ Môi trờng tiến hành thí nghiệm
Trong kỹ thuật đo lờng các đại lợng, để đảm bảo độ chính xác các phép đo thờng
phải đợc thực hiện trong những môi trờng xác định hoặc môi trờng chuẩn về nhiệt độ, độ
ẩm và các tác nhân ăn mòn khác theo quy định của các tiêu chuẩn tơng ứng. Trong phép đo
giá trị biến dạng tơng đối của vật liệu và kết cấu công trình cũng vậy, ảnh hởng của môi trờng xung quanh đặc biệt là nhiệt độ và độ ẩm thờng làm cho số đo bị nhiễu loạn. Khi thực
hiện phép đo, nếu nhiệt độ của môi trờng thay đổi sẽ làm cho vật liệu bị biến dạng theo và
ngay bản thân thiết bị đo cũng bị co giãn làm sai lệch giá trị số đo.
1.3. Biến dạng của kết cấu công trình và phép đo biến dạng tơng đối
Cho đến nay, vấn đề đo trực tiếp giá trị của tham số ứng suất trong vật liệu và kết
cấu công trình vẫn cha đợc giải quyết. Bởi vậy, khi cần khảo sát trạng thái ứng suất của một
đối tợng cụ thể đều phải thông qua các số đo của tham số biến dạng tơng đối. Điều này đợc
thực hiện khá dễ dàng khi khảo sát các vật liệu đàn hồi tuyến tính hoặc các đối tợng làm
việc trong giai đoạn biến dạng đàn hồi vì ở đây quy luật biến động của ứng suất và biến
dạng là hoàn toàn đồng nhất, các đại lợng này luôn luôn tỉ lệ với nhau qua các hằng số đặc
trng tính đàn hồi của vật liệu; đó là trị số môđun đàn hồi của vật liệu khi đối tợng chịu trạng
thái ứng suất một trục, hệ số Poisson trong trờng hợp đối tợng làm việc ở trạng thái ứng suất
phẳng. Vì vậy, sự khảo sát sự biến động của ứng suất - biến dạng của đối t ợng ở giai đoạn

đàn hồi hoàn toàn có thể tiến hành trên quy luật biến đổi cuả trạng thái biến dạng nhận đợc.
Tuy nhiên, khi khảo sát các vật liệu và kết cấu công trình có quan hệ giữa ứng suất và biến
dạng không tuân thủ định luật Hooke hoặc trạng thái biến dạng ngoài giới hạn đàn hồi, thì
quá trình khảo sát sự biến động của trạng thái ứng suất biến dạng chỉ tiến hành qua trạng
thái biến dạng nh ở trờng hợp vật liệu đàn hồi tuyến tính là cha đầy đủ mà còn phải khảo sát
quy luật phân bố của ứng suất, bởi vì quan hệ giữa ứng suất và biến dạng không còn là
tuyến tính. Đối với trờng hợp này, để có thể nhận đợc giá trị ứng suất của đối tợng khảo sát
trên cơ sở của các số đo biến dạng, cần thiết phải dựa vào biểu đồ quan hệ thực nghiệm giữa
ứng suất - biến dạng khi kéo hoặc nén phá hoại mẫu vật liệu.
Quá trình thực hiện các phép đo biến dạng tơng đối cần phải tiến hành với số lợng
dụng cụ đo tối thiểu và thời gian đo ngắn nhất; nhng trên thực tế cần phải căn cứ vào điều
kiện và hoàn cảnh cụ thể để lựa chọn cho phù hợp.
nhau

a/ Đo biến dạng trong điềukiện công trình chịu các loại tải trọng có tính chất khác

Tuỳ theo tính chất tác dụng của tải trọng cũng nh các tác nhân khác bên ngoài,
trong đối tợng khảo sát thờng xảy ra hai trạng thái làm việc sau:
+ Trạng thái tĩnh hoặc phát triển dần đều
Điều này xảy ra khi có tác dụng của tải trọng tĩnh, nhiệt độ hoặc các yếu tố cơ học
khác. Kết quả là xác định đợc các giá trị và quy luật phân bố của biến dạng.

5


Khi thí nghiệm đối với các kết cấu công trình thực hoặc có kích thớc bằng thực, thờng phải dùng phơng pháp đo ở một số điểm rời rạc, nhng tại một vùng khảo sát nào đó thì
số lợng điểm đo phải đủ lớn và phân bố đủ mau để có thể xác định đợc giá trị và tính chất
phân bố biến dạng. Vấn đề phức tạp ở đây là làm thế nào qua quá trình đo và đọc số đo với
số lợng lớn mà ngăn ngừa đợc khả năng phân bố lại biến dạng trong đối tợng khảo sát hoặc
đại lợng biến dạng nhận đợc tại các điểm đo không tơng ứng cùng một trị số ngoại lực vì

giữ lực trong thời gian dài. Để khắc phục một phần ảnh hởng đó, cần chọn phơng pháp và
thiết bị đo nhanh, ổn định.
+ Trạng thái động hoặc biến thiên nhanh:
Điều này xảy ra trong các đối tợng nghiên cứu khi chịu tác dụng của tải trọng động,
tải trọng di chuyển, va chạm, nổ Đo biến dạng trong trờng hợp này thờng rất phức tạp vì
giá trị của nó thay đổi nhanh theo thời gian; đặc biệt trờng hợp đối tợng chịu tác dụng của
tải trọng va chạm, ngoài việc ứng suất thay đổi rất nhanh theo thời gian (trong khoảng khắc
<10-4s) còn có cả tập trung ứng suất quanh vùng gần điểm tác dụng lực. Trong thực tế để đo
nhanh giá trị biến dạng thay đổi theo thời gian thờng dùng phơng pháp tenzo cảm biến điện
trở với số lợng điểm đo có thể thực hiện đợc trên mỗi máy đo hiện nay chỉ đợc từ 5 - 20
điểm. Để quan sát đợc quá trình dao động của đối tợng thờng phải dùng các thiết bị tự ghi
đồng thời nh Testograph, băng từ tính, máy vi tính ... Các thiết bị tự ghi đó thờng có thể
nhận đợc các biến dạng động trong dải tần số (10-5000)Hz.
b/ Đo biến dạng trong điều kiện vật liệu làm việc ở các trạng thái khác nhau
Quá trình làm việc của vật liệu từ giai đoạn đàn hồi sang giai đoạn dẻo thờng rất
ngắn; trong nhiều trờng hợp quá độ này chỉ là một điểm hay một giá trị giả định nào đó
(chẳng hạn 0,2%) trên biểu đồ đặc trng của vật liệu. Trong những trờng hợp này giá trị tơng
đối của biến dạng dẻo còn rất nhỏ (thờng chỉ khoảng từ 2000.10-6 đối với thép; từ 3000.10-6
đến 8000.10-6 đối với hợp kim nhôm); nhng vợt khỏi giai đoạn quá độ này thì giá trị của
biến dạng dẻo tăng rất nhanh.
Điều kiện biến dạng đàn hồi trong những kết cấu có hình dáng đơn giản thờng đợc
đặc trng bởi sự phân bố đều đặn các giá trị biến dạng và mối tơng quan giữa các thành phần
biến dạng đối với các trờng hợp biến dạng phẳng hoặc biến dạng khối hầu nh không thay
đổi. Trong trờng hợp này, phần lớn các loại vật liệu đều tuân theo định luật Hoocke không
những về mặt đính tính mà cả về mặt định lợng và phơng pháp đo biến dạng ở đây có thể
dùng các loại tenzomet đơn giản.
Tuy nhiên trong thực tế phần lớn các kết cấu công trình xây dựng có cấu tạo hình
dạng phức tạp, do đó quan hệ giữa biến dạng theo các phơng sẽ rất phức tạp và điều đó làm
thay đổi rất nhanh sự phân bố ứng suất trong các vùng khảo sát. Khi đó, vật liệu tại những
vùng này sẽ chuyển rất nhanh sang làm việc ở giai đoạn đàn - dẻo hay dẻo.

Việc đo đạc biến dạng khi vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi thờng chịu ảnh
hởng do sự xuất hiện thành phần biến dạng theo phơng ngang lớn và sự biến dạng không
đồng đều trong phạm vi chuẩn đo. Lợng biến dạng tơng đối ngoài đàn hồi trong vật liệu xây
dựng có thể đạt đến giá trị (10.000 - 100.000).10-6, có trờng hợp còn lớn hơn. Trong những
trờng hợp này, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng vô cùng phức tạp; vì thế kết quả đo
biến dạng trong điều kiện vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi thờng khó đảm bảo đợc
chính xác. Để khắc phục phần nào các yếu tố ảnh hởng nêu trên, khi đo biến dạng tại những
vùng có gradien biến dạng lớn hoặc những vùng phát triển biến dạng dẻo cần sử dụng phơng pháp đo bằng các tenzo cảm biến điện trở với chiều dài chuẩn đo càng nhỏ càng tốt,
thông thờng từ 1 đến 5mm; đặc biệt trong những vùng có tập trung ứng suất cao thì chỉ nên
dùng chuẩn đo nhỏ hơn 1mm, vì nhiệm vụ chính của việc đo đạc trong những vùng này là
phải nắm bắt đợc trị số biến dạng lớn nhất tồn tại trong đó nhằm mục đích xác định chính
xác hệ số tập trung ứng suất. Ngoài ra, khi khảo sát trạng thái ứng suất biến dạng cục bộ
còn xó thể sử dụng những phơng pháp chuyên dùng khác để đo giá trị và hình ảnh phân bố
tổng thể của biến dạng nh phơng pháp quang đàn hồi, phơng pháp sơn phủ dòn.
nhau

c/ Đo biến dạng trong điều kiện đối tợng làm việc với các trạng thái ứng suất khác

Qua thực tế khảo sát các đối tợng cho thấy: tuỳ thuộc vào hình dạng cấu tạo cũng
nh tính chất của tải trọng ngoài tác dụng, trong đối tợng sẽ tồn tại một trong những trạng
thái nội lực sau:
- Trạng thái ứng suất theo một trục và phân bố đều đặn dọc trên suốt chiều dài của
phần tử nh trong kết cấu thanh, kết cấu chịu lực dọc đúng trục ...; đối với trờng hợp này,
6


trong kết cấu chỉ tồn tại thành phần ứng suất dọc trục thành, việc đo đạc biến dạng hoàn
toàn đơn giản, chỉ cần dùng một hoặc hai dụng cụ đo biến dạng nh các tenzomet cơ học lắp
trên một tiết diện ngang của thành là đủ để có các thông tin và số liệu chính xác phục vụ
cho việc khảo sát đối tợng.

- Trạng thái ứng suất hai trục, các đặc trng biến dạng của vật liệu ở trạng thái này đã
đợc nghiên cứu bằng lý thuyết rất đầy đủ. Khi trạng thái ứng suất phẳng, nói chung tại một
điểm trong vật thể tồn tại ba ẩn số, đó là giá trị của hai ứng suất chính và góc hợp giữa hớng
ứng suất chính với một trục nào đó nằm trong mặt phẳng của ứng suất chính. Để xác định
ba ẩn số này cần tiến hành tại điểm đó của vật thể không ít hơn ba phép đo giá trị biến dạng
(tốt nhất là bốn phép đo, trong đó có một phép đo dùng để kiểm tra mức độ chính xác). với
những yêu cầu đó, phơng pháp u việt nhất vẫn là dùng các tenzomet điện trở, vì có khả năng
dán nhiều phần tử cảm biến điện trở chồng lên nhau tại một điểm để đo biến dạng theo
nhiều phơng khác nhau.
- Trạng thái ứng suất ba trục, việc đo đạc biến dạng trở nên vô cùng khó khăn và cho
đến nay các phơng pháp đo vẫn cha thông dụng.
2. Thiết bị và phơng pháp đo ứng suất - biến dạng
2.1. Chức năng và yêu cầu đối với thiết bị đo
Trạng thái làm việc của các đối tợng thí nghiệm trong thực tế đợc đặc trng bởi sự
biến động của các tham số. Các tham số đó cần đợc làm sáng tỏ bằng những số liệu đo hoặc
những đồ thị ghi nhận đợc trực tiếp hay gián tiếp từ các thiết bị đo lờng tơng ứng. Với mỗi
tham số khảo sát sẽ có những phơng pháp và thiết bị đo phù hợp, thoả mãn đợc các yêu cầu
về độ nhạy cảm và độ chính xác.
Các thiết bị và dụng cụ đo dùng trong công tác thí nghiệm vật liệu và kết cấu công
trình, tuỳ thuộc vào tính chất và mục đích làm việc, đợc tập hợp thành năm nhóm cơ bản
sau :
1. Đo lực và áp suất: thông dụng là các loại lực kết lò xo, lực kế cảm biến hoặc các
loại đồng hồ đo áp lực chất lỏng , chất khí...
2. Đo độ dịch chuyển (chuyển vị): thờng dùng các thớc đo độ dài nh thớc cặp,
panme, đồng hồ đo chuyển vị, đồng hồ đo độ võng, các đầu đo dịch chuyển cảm biến.
3. Đo độ dãn dài, biến dạng tơng đối của các thớ vật liệu: phổ biến là các loại
tenzomet cơ học, quan học, điện cảm, điện trở...
4. Đo xoay, biến dạng góc
5. Đo trợt và biến dạng trợt tơng đối giữa các thớ vật liệu, các phần tử kết cấu ghép.
Trong các nhóm thiết bị đo nói trên, ngoài nhóm thiết bị đo lực và áp suất nhằm xác

định giá trị của tải trọng tác dụng khi tiến hành thí nghiệm; còn các nhóm khác đều phục vụ
cho mục đích chủ yếu trong vấn đề nghiên cứu công trình là xác định trạng thái ứng suất biến dạng. Trong mỗi nhóm thiết bị có thể có nhiều chủng loại đợc thiết kế và chế tạo theo
những cơ sở vật lý và sơ đồ cấu tạo khác nhau, có mức độ chính xác khác nhau. Trong kỹ
thuật đo, cần căn cứ vào các đặc trng của đối tợng nghiên cứu, tính chất của tham số tiến
hành khảo sát và yêu cầu về độ chính xác của số đo để chọn những thiết bị đo thích ứng
Trong thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình, để nhận đợc những kết quả đo
ứng suất - biến dạng có độ tin cậy cao, cần chọn đợc một phơng pháp đo đúng, những thiết
bị đo phù hợp, có độ chính xác cao. Khi chọn lựa, cần căn cứ vào các đặc trng của từng đối
tợng khảo sát cụ thể và căn cứ vào các tiêu chuẩn phù hợp để tiến hành thí nghiệm.
2.2. Các thiết bị và phơng pháp đo ứng suất - biến dạng theo cách đo điểm rời rạc
Thiết bị và phơng pháp đo điểm rời rạc đợc dùng rất phổ biến khi khảo sát trạng thái
ứng suất - biến dạng của vật liệu hay kết cấu công trình; đặc biệt khi cần quan sát giá trị
biến dạng của những điểm đặc trng.
Những thiết bị và phơng pháp đo theo cách đo điểm rời rạc đợc hình thành và cấu
tạo theo những nguyên lý khác nhau. Chẳng hạn, tenzomet cơ học đợc cấu tạo theo nguyên
lý khuyếch đại đòn bẩy hoặc hệ chuyền bánh răng khía; tenzomet quang học đợc thực hiện
theo nguyên lý khuyếch đại tín hiệu bằng tia sáng; tenzomet âm học lại xuất phát từ nguyên
lý rung động của sợi dây căng...
Tuy nhiên, dù đợc cấu tạo theo nguyên lý nào, khi dùng để khảo sát trạng thái biến
dạng trên kết cấu công trình cần thoả mãn các yêu cầu sau:
- Cấu tạo đơn giản, số chi tiết dùng trong thiết bị ít nhất, kích thớc gọn và trọng lợng
nhẹ.

7


- Tháo và lắp nhanh, dễ dàng, đảm bảo đợc ổn định và an toàn trong suốt quá trình
thí nghiệm.
- Độ nhạy cảm và độ chính xác cao, luôn có thể đáp ứng đợc yêu cầu đúng đắn của
số đo.

- Có khả năng đo các giá trị nằm trong khoảng đo rộng mà độ chính xác của số đọc
và kết quả đo không bị ảnh hởng.
- Chiều dài chuẩn đo thay đổi đợc liên tục
- Giá trị của đại lợng cần đo đợc chỉ thị trực tiếp ngay trên thiết bị, không đòi hỏi
phải qua tính toán chuyển đổi.
- Nhạy cảm với các ảnh hởng của môi trờng bé ...
2.2.1. Đồng hồ đo các chuyển vị lớn và phơng pháp đo độ võng của kết cấu công trình
a/ Nguyên lý cấu tạo và chuyển động (h.2.1)

Hình 2.1. Cấu tạo đồng hồ đo chuyển vị lớn
a/ Cấu tạo hệ chuyển động
b/ Cấu tạo mặt đồng hồ đo
Đồng hồ đo chuyển vị lớn kiểu đĩa quay đợc cấu tạo gồm ròng rọc (1) dùng để tiếp
nhận sự dịch chuyển hoặc độ võng của kết cấu nhờ một sợi dây thép nhỏ (6) vòng qua nó.
Dây (6) là một sợi dây thép nhỏ có đờng kính thiết kế 0,25 ữ0,40mm; một đầu dây tự do
dùng để buộc vào điểm đo chuyển vị trên kết cấu và đầu dới dây treo vào một qủa nặng có
trọng lợng từ 1 đến 3kG. Cấu tạo chuyển động này sẽ biến chuyển vị thẳng trên kết cấu
thành chuyển vị quay trên ròng rọc của đồng hồ đo. Đĩa quay (2) đợc gắn cùng trục với
ròng rọc (1). Trên thành chu vi đĩa quay (2) đợc chia 100 khoảng đều nhau, giá trị mỗi
khoảng chia tơng ứng với 1mm chuyển vị thực tế. Đĩa quay (2) sẽ truyền chuyển động quay
của ròng rọc (1) qua trục răng khía (3) bằng hệ chuyền răng khía có tỉ số chuyền động 1/10;
tức là khi ròng rọc (1) hoặc đĩa (2) quay một vòng thì trục (3) sẽ quay 10 vòng. Trục quay
(3) đợc đặt thẳng góc với thành đĩa (2) và đầu mút của nó đợc gắn vào kim (4). Kim (4)
quay trên mặt đồng hồ (5) có chia 100 vạch; giá trị mỗi vạch chia tơng ứng với 0,1mm.
b/ Phơng pháp lắp đặt đồng hồ đo

8


Hình 2.2. Sơ đồ đo độ võng

a/ Khi đo tại điểm cố định nằm ngoài kết cấu ; b/ Khi đo tại điểm chuyển vị trên kết cấu
Trên thực tế, khi đo chuyển vị hay độ võng của kết cấu công trình thờng dùng hai
cách lắp đặt đồng hồ đo:
Cách 1(h. 2.2a): đồng hồ đặt tại một vị trí cố định nằm trên phơng chuyển vị của kết
cấu. Đầu tự do của dây dọi (6) buộc chặt vào điểm chuyển vị trên kết cấu, sau đó vòng dây
qua ròng rọc (1) và đợc kéo căng nhờ quả dọi (7). Cách đo này đợc dùng khi đo chuyển vị
của những kết cấu lớn đặt ở vị trí rất cao so với mặt bằng hoạt động nh đo độ võng của kết
cấu mái, đo sự dao động đầu đỉnh các tháp, trụ ...
Cách 2 (h. 2.2b): đồng hồ đặt tại điểm đo chuyển vị trên kết cấu. Đầu tự do của dây
dọi (6) gắn vào một điểm cố định ngoài kết cấu, sau đó vòng qua ròng rọc (1) của đồng hồ
đo và đợc kéo căng nhờ quả dọi (7). Cách đo này đợc dùng cho những kết cấu có nhịp lớn,
mặt bằng hoạt động ở ngay trên kết cấu nh đo độ võng của các nhịp cầu.
c/ Các đặc trng cơ bản:
- Đồng hồ đo chuyển vị kiểu đĩa quay không hạn chế khoảng đo, cho nên có thể đo
độ võng của kết cấu nhịp lớn, độ lún của cọc móng ...
- Giá trị của vạch đo trên mặt đồng hồ là 0,1mm
- Có độ nhạy cảm và độ chính xác cao
2.2.2. Đồng hồ đo chuyển vị bé và phơng pháp đo biến dạng tơng đối
a/ Nguyên lý cấu tạo và chuyển động (h. 2.3)
Thanh chuyển động (1) xuyên qua trục đồng hồ, trên một phần thanh có khía răng
ca; những răng khía đó khớp vào với bánh răng khía nhỏ (2). Bộ cấu tạo này nhằm mục
đích biến các chuyển vị thẳng của thanh chuyền động (1) thành các chuyển vị xoay trên
bánh răng khía (2). Cùng quay trên một trục với bánh răng nhỏ (2) có bánh răng lớn (3);
bánh răng lớn này dùng để chuyền và khuyếch đại chuyển vị xoay của bánh răng (2) đến
trục răng khía (4) nằm ở chính giữa đồng hồ; trên đầu trục (4) mang kim chỉ thị dài (5)
quay trên mặt đồng hồ chia độ có 100 vạch, giá trị mỗi vạch chia tơng ứng với 0,01mm
hoặc 0,001mm (còn gọi là bách phân kế hay thiên phân kế). Theo trình tự chuyển động,
trục răng khía (4) quay kéo chạy bánh răng (6) và làm quay kim ngắn (7) gắn trên đầu trục
của nó. Kim ngắn chạy trên một vòng chia độ gồm 10 vạch và giá trị mỗi vạch tơng ứng với
1mm chuyển vị thẳng. Ngoài ra trong đồng hồ còn có các lò xo để đa các bộ phận chuyển

động của đồng hồ về vị trí ban đầu khi phép đo kết thúc.

Hình 2.3. Cấu tạo đồng hồ đo chuyển vị bé
a/ Hình dạng đồng hồ đo
b/ Cấu tạo hệ thống chuyển động
9


b/ Các đặc trng cơ bản
Tuỳ theo yêu cầu về mức độ chính xác của đồng hồ đo, có thể chế tạo các bánh răng
khía theo những tỉ số chuyền động khác nhau để cho mỗi vạch đo trên đồng hồ có các giá
trị tơng ứng. Với một hệ thống bánh răng khía chuyền động xác định sẽ cho đồng hồ đo
chuyển vị một cấp chính xác. Hiện nay, những đồng hồ đo thông dụng có các giá trị vạch
đo là 0,01 ; 0,02 ; 0,001 và 0,002mm
Khoảng chuyển vị lớn nhất đo đợc của đồng hồ thờng bị khống chế bởi giá trị của
vạch đo. Cụ thể:
- Với loại đồng hồ 0,01 và 0,02 có khoảng đo từ 10 đến 50mm
- Với loại đồng hồ 0,001 và 0,002 có khoảng đo từ 5 đến 10mm
c/ Phơng pháp lắp đồng hồ đo
Trên hình 2.4 giới thiệu bộ giá lắp đồng hồ đo chuyển vị bé. Giá gồm một đế nặng
(1), trên đó có trục đứng (3) có thể dịch chuyển vị trí dọc đế; trên trục đứng có bộ khớp
quay (5) mang thanh (4). Nhờ khớp quay (5) nên thanh (4) có thể quay quanh trục của nó
và xoay quanh trục (3), đồng thời có thể dịch chuyển lên xuống và qua lại. Đầu thanh (4) đợc nối với đồng hồ đo (6) bằng thanh (7) có khớp ở hai đầu. Với cấu tạo bộ gá nh trên cho
phép có thể lắp đặt đồng hồ đo theo mọi phơng cần thiết để đo chuyển vị của một điểm bất
kỳ trên đối tợng khảo sát.

Hình 2.4. Giá lắp đồng hồ định hớng
d/ Các ứng dụng để đo biến dạng tơng đối của vật liệu
d.1. Đo biến dạng tơng đối trong những kết cấu có kích thớc lớn, có cấu tạo vật liệu
không đồng nhất, có giá trị biến dạng lớn, có trờng phân bố không biến dạng đều đặn.

Khi khảo sát trạng thái làm việc của các kết cấu bê tông, các khối xây gạch đá.., thờng dùng phơng pháp đo biến dạng tơng đối bằng đồng hồ đo chuyển vị thẳng với bộ chi
tiết cấu tạo kéo dài chuẩn đo (h. 2.5). Tại vùng cần đo biến dạng trên kết cấu, xác định một
khoảng dài AB có kích thớc L = 100 - 1000mm (chuẩn đo), trên 2 điểm A và B chôn hai chi
tiết bằng kim loại làm hai gối cố định. Đồng hồ đo chuyển vị đợc lắp trên gối A. Dùng một
thanh kim loại thẳng, nhẹ và cứng, có chiều dài tơn ứng với khoảng AB, chống một đầu vào
mút thanh chuyển động của đồng hồ đo còn đầu kia vào gối tựa B. Khi kết cấu biến dạng,
vật liệu bị co giãn theo, đồng hồ đo sẽ chỉ thị giá trị độ co hoặc giãn dài l của phần vật
liệu trong khoảng đo L. Từ đó có thể xác định trị số biến dạng tơng đối của vùng khảo sát.
Xác định biến dạng tơng đối trong các kết cấu có trờng phân bố cứng ứng suất đều
đặn bằng các đồng hồ chuyển vị với biện pháp kéo dài chuẩn đo sẽ cho kết quả đo với độ
chính xác cao. Quả vậy, khi dùng loại đồng hồ chuyển vị có độ chính xác 0,001mm với
chuẩn đo kéo dài đến 100mm, thì một vạch đo trên đồng hồ sẽ chỉ một giá trị biến dạng t ơng đối 1.10-5; nếu dùng loại đồng hồ có độ chính xác thấp hơn là 0,01mm, nhng kéo dài
chuẩn đo đến 1000mm thì trên đồng hồ cũng sẽ nhận đợc giá trị của mỗi vạch đo tơng ứng
với lợng biến dạng tơng đối là 1.10-5

10


Hình 2.5. Biện pháp đo biến dạng tơng đối bằng đồng hồ đo chuyển vị bé
a/ Cấu tạo cơ học
b/ Hình dạng tổng thể
d.2. Đo biến dạng trong những bản mỏng, thép hình, thép thanh có đờng kính nhỏ,
các loại dây kim loại, dây cáp ... có thể dùng thiết bị đo biến dạng bằng cách ghép một cặp
đồng hồ chuyển bị trên bộ giá kéo dài chuẩn đo. Tiêu biểu cho loại này là thiết bị tenzomet
MK-3 (h.2.6)

Hình 2.6. Cấu tạo dụng cụ đo biến dạng đồng thời trên hai thớ vật liệu đối xứng.
Thiết bị đợc cấu tạo thành một bộ kẹp, hai má kẹp là hai phần tử đo biến dạng kiểu
đồng hồ chuyển vị có chuẩn đo thay đổi đợc từ 3 đến 120mm. Mỗi phần tử đo trên má kẹp
gồm: thân gá (1), trên thân có gắn hai lỡi dao: một lỡi cố định (2) và một lỡi di động (3). Lỡi dao di động có hai phần đối xứng quanh quanh tâm quay O. Đầu tự do của lỡi dao di

động (3) tựa vào mút thanh chuyền động (5) của đồng hồ đo chuyển vị (4). Khi kết cấu
khảo sát bị biến dạng, kéo lỡi dao (3) xoay một lợng bằng độ co hoặc giãn dài l của phần
vật liệu nằm trong chuẩn đo L. Vì dao (3) xoay quanh điểm O, nên đầu tự do của dao sẽ
quay một lợng tơng ứng và đợcthanh chuyền động (5) tiếp nhận chỉ thị lên đồng hồ chuyển
vị (4). Đồng hồ chuyển vị đợc dùng trong dụng cụ MK-3 là loại có độ chính xác 0,01mm.
Từ trị số chỉ thị trên đồng hồ xác định đợc giá trị biến dạng dài tơng đối của vật liệu tại
vùng đo của kết cấu.
Bộ thiết bị gồm hai phần tử đối xứng, nên cùng một lúc sẽ cho hai giá trị biến dạng
trên hai thớ vật liệu đối xứng của đối tợng khảo sát. hai số đo này cùng dấu nếu hai thớ vật
liệu đối xứng trên đối tợng đo cùng chịu kéo hoặc chịu nén và cùng một trị số biến dạng
nh nhau nếu trờng phân bố ứng suất tại vùng đo đều đặn. Điều này thờng gặp trong các đối
tợng chịu kéo hoặc chịu nén đúng tâm. ngợc lại, hai số đo nhận đợc sẽ khác dấu nhau trong
trờng hợp các đối tợng khảo sát làm việc chịu uốn.
d.3. Đo biến dạng trên các đối tợng chịu nhiệt độ hoặc biến dạng thay đổi chậm rải
theo thời gian, biến dạng từ biến ..., thờng dùng loại thiết bị không lắp cố định tại chỗ đo
gọi là comparator. Thiết bị này chỉ lắp vào lúc cần lấy số liệu đo, sau đó đợc giải phóng để
thiết bị không bị ảnh hởng nhiệt độ của môi trờng cũng nh không khai thác thiết bị trong
một thời gian quá dài.
Loại thiết bị đo biến dạng kiểu không lắp cố định đợc thiết kế theo nguyên tắc dùng
đồng hồ đo chuyển vị gắn vào bộ giá kéo dài chuẩn đo và đợc chế tạo theo các sơ đồ sau:
- Sơ đồ đơn giản: Thiết bị cấu tạo theo sơ đồ đơn giản trình bày trên hình 2.7. Loại
thiết bị này đợc chế tạo giống hết nh một phần tử đo trong một má của tenzomet kẹp nhng ở
đây đối tợng đo có thể có biến dạng nhỏ nên chiều dài chuẩn đo thờng đợc kéo dài từ 250
đến 500mm và đồng hồ đo chuyển vị có độ nhạy 0,001mm.

Hình 2.7. Comparator cấu tạo theo sơ đồ đơn giản

11

Hình 2.8. Comparator cấu tạo theo sơ đồ phức tạp
- Sơ đồ phức tạp: Đây là loại thiết bị chuyên dùng có độ chính xác cao, để đo biến
dạng tơng đối diễn biến trong thời gian dài trong kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
Cấu tạo của comparator gồm ống vỏ (1) đợc khoan nhiều lỗ trên thành ống để làm
giảm trọng lợng của thiết bị và cân bằng nhiệt thanh. Trong ống đặt thanh (2), hai đầu thanh
liên kết với hai lò xo lá (3) và (4) có chuyển vị dọc trục nhỏ. Thiết bị tiếp xúc với bề mặt
của kết cấu đo qua hai dao gối hình côn: dao (5) đợc gắn cố định trên ống vỏ và dao (6) gắn
trên thanh (2) và chìa ra ngoài vỏ máy qua lỗ khoét A. Trên thanh (2) có đính thanh
côngxon (7) cũng chìa ra khỏi máy qua lỗ khoét B. Trên thành ống vỏ thiết bị gắn cố định
một đồng hồ đo chuyển vị (8) với độ nhạy 0,001mm và để cho mút của thanh chuyển động
của đồng hồ đo tiếp xúc với thanh côngxon (7). Ngoài ra trên thiết bị còn có hai tay cầm (9)
liên kết vào hai đầu vỏ máy (h.2.8)
Comparator chế tạo theo sơ đồ phức tạp này thờng có hai loại với hai chiều dài
chuẩn đo khác nhau là 250 và 500mm; với loại có chuẩn đo L=250mm cho giá trị mỗi vạch
đo trên đồng hồ là 4.10- 6 và với loại L=500mm là 2.10-6.
- Cách đo với comparator. Khi đo biến dạng tơng đối trên kết cấu công trình bằng
thiết bị này cần tiến hành những bớc công việc sau:
+ Với các chiều dài chuẩn đo xác định trên dầm hiệu chỉnh gọi là chiều dài chuẩn
và trên kết cấu chiều dài đo, tiến hành dán từng cặp mốc đo biến dạng có khoảng cách tơng ứng giữa hai dao tiếp xúc của thiết bị đo. Mốc đo là các mảnh kim loại không rỉ, hình
tròn đờng kính 8-10mm, chính giữa tâm có vết lõm hình chóp nón, đây là điểm tiễp xúc của
các dao trên thiết bị với bề mặt kết cấu đo (h.2.7).
- Dùng comparator để đo khoảng cách giữa hai mốc trên dầm hiệu chỉnh sẽ đợc kích
thớc chiều dài chuẩn L1;
- Sau đó, cũng thiết bị đó tiến hành đo khoảng cách giữa hai mốc trên kết cấu sẽ đợc
kích thớc chiều dài đo L2. Nếu khoảng cách các mốc dán trên dầm hiệu chỉnh và trên kết
cấu bằng nhau thì L1=L2, nhng nếu khác nhau thì ta có độ lệch L1=L2-L1 ;
- Khi kết cấu chịu tác dụng của tải trọng, vật liệu bị biến dạng; tiến hành phép đo
khoảng cách giữa hai mốc trên kết cấu sau khi biến dạng sẽ nhận đợc giá trị chiều dài đo
mới L2 ; so sánh chiều dài đo L2 với chiều dài chuẩn L1 ta có độ giãn quy ớc L2=L2-L1;
Hiệu số giữa L2 và L1 sẽ cho độ co giãn của vật liệu trên kết cấu do tải trọng tác

dụng gây ra:
L = L2- L1
(2.1)
Từ đó cho thấy, đo biến dạng bằng comparator không cần thiết phải xác định chiều
dài chuẩn và chiều dài đo của kết cấu. Chỉ cần xác định hiệu số chiều dài đo trên kết cấu
với chiều dài chuẩn ban đầu trớc lúc gia tải (L1) và sau lúc gia tải (L2) sẽ xác định đợc độ
giãn dài L của vật liệu trong vùng khảo sát. Để loại trừ ảnh hởng nhiệt độ của môi trờng
đến kết quả đo, phép đo các chiều dài chuẩn và chiều dài đo cần tiến hành trong một chế độ
nh nhau.
2.2.3. Tenzomet cơ học
Tenzomet cơ học là loại dụng cụ đo biến dạng từng điểm rời rạc đợc dùng phổ biến
khi khảo sát trạng thái biến dạng tĩnh của kết cấu công trình; vì chúng có cấu tạo đơn giản,
độ chính xác cao và ổn định trong quá trình đo. Trong đó, đặc trng nhất là loại tenzomet
đòn bẩy.
a/ Nguyên lý cấu tạo và chuyển động của tenzomet đòn bẩy

12


Tenzomet là một hệ thống các đòn bẩy cơ học đợc lắp ghép trên mọt thân đứng (1)
nhằm mục đích khuếch đại nhiều lần lợng đo. Tenzomet đòn làm việc trên bề mặt kết cấu
qua hai gối dao; gối dao cố định (2) và gối dao di độg (30. Gối dao (3) là cánh tay đòn ngắn
của đòn bẩy (4). Chuyển động của gối dao (3) đợc chuyền đến đầu mút đòn (4) và dịch
chuyển này sẽ chuyền đến kim chỉ thị (6) qua thanh chuyền (5). Kim (6) xoay quanh điểm
cố định O trên thân đứng; đầu mút kim chạy trên mặt chia độ (7) gắn trên thên của dụng cụ
đo (h. 2.9)

Hình 2.9. Cấu tạo tenzomet đòn bẩy
a/ Hình dạng tổng thể;
b/ Sơ đồ hệ chuyển động và khuếch đại

Dới tác dụng của tải trọng, các thớ vật liệu của kết cấu có chiều dài bằng chuẩn đo
L của tenzomet bị co giãn một đoạn L và kéo đỉnh dao di động (3) chuyển dịch theo; đoạn
co giãn L này đợc phóng đại lần thứ nhất thành tại đầu mút của đòn bẩy (4). Độ phóng
đại phụ thuộc tỉ lệ cấu tạo giữa chiều cao m của gối dao di động (3) với chiều dài n của đòn
bẩy (4). Ta có:

= L

n
m

(2.2)
Đoạn dịch chuyển đợc chuyền đến điểm C trên kim (6) nhờ thanh (5). Lúc
này đoạn lại đợc phóng đại một lần nữa trên đầu mút kim (6). Hệ số khuếch đại lần thứ
hai bằng tỉ số giữa chiều dài S của kim (6) và khoảng cách r từ điểm C trên kim đến tâm
quay O
N =

S
n S
= L
r
mr

Đặt K là hệ số khuếch đại của tenzomet, ta có:

(2.3)
(2.4)

n S

mr
Hệ số K phụ thuộc vào kích thớc cấu tạo của hệ thống đòn bẩy cơ học của tenzomet
và thông thờng bằng 1000-1200. Bảng chia độ (7) trên dụng cụ có 50 vạch, giá trị mỗi vạch
đo tơng ứng với độ gian 1micron. Temzomet đòn có cấu tạo chuẩn đo cố định 20mm; khi
cần thay đổi chuẩn đo, lắp thêm bộ phận kéo dài chuẩn đo đến 100 và 200mm
K=

b/ Các đặc trng cơ bản và u nhợc điểm
- Sai số đọc lớn nhất
2,5.10-6
- Hệ số khuệch đại:
K=1000
- Giá trị một vạch đo trên dụng cụ: 1.10-3
Tenzomet đòn bẩy có cấu tạo đơn giản, trọng lợng không lớn, độ chính xác cao. Tuy
nhiên, xét từ cấu tạo còn tồn tại những nhợc điểm nh:
13


- Vật liệu đòn, các chi tiết dễ hỏng
- Liên kết các bộ phận chuyển động là liên kết bản lề không hoàn toàn, dễ bị xộc
xệch khi tháo lắp;
- Không đo đợc biến dạng động
- Không sử dụng đợc ngoài trời ma nắng
2.2.4. Tenzomet quang học
Tenzomet quang là loại dung cụ đo biến dạng tơng đối của vật liệu dựa trên nguyên
tắc khuếch đại tín hiệu bằng hệ thống quang học. Các dụng cụ đo này rất dễ dạng đạt đợc
độ nhạy cảm cao khi đo biến dạng tĩnh.
Loại dụng cụ đo biến dạng này có hệ thống kính quang học là các tenzomet phản
chiếu gơng phẳng.
a/ Sơ đồ cấu tạo và chuyển động của tenzomet phản chiếu gơng phẳng

Tenzomet gồm ống vỏ (1), trên thành ống, ở đấy có một gối dao cố định (2). Trong
ống vỏ đặt mọt vật kính (3) có tiêu cự f; tại tiêu điểm của vật kính đặt mọt tấm kính mờ (6);
trên đó có các vạch chia độ và để rọi sáng các vạch chia này cần có lăng kính (7). Vỏ ống
đợc tựa lên gối dao di động (5); có chiều cao là m. một gơng phẳng (4) đợc gắn chặt và
cùng xoay với gối dao di động (5). Ngoài ra, đầu trên của ống vỏ (1) còn đợc lồng vào một
ống khác, trong đó mang thị kính (8); thị kính dùng để đọc độ lệch của ảnh vạch chia nằm
trên màn ảnh kính mờ (6).

Hình 2.10. Tenzomet quang học
a, b / Cấu tạo Tenzomet quang học c/ Bảng chỉ thị số đo trong Tenzomet
Với hệ thống kính quang học nayg, ánh sáng bên ngoài sẽ qua lăng kính (7) rọi sáng
các vạch chia độ (vật) trên tấm kính mờ (6), rồi chuyền qua vật kính (3) và đến gơng phẳng
(4); tia sáng đến gơng đợc phản chiếu trở lại để tạo ảnh của các vạch chia lên kính mờ (6).
ảnh của các vạch chia bị lệch một khoảng X do gơng phẳng bị quay nghiêng. Gơng quay do
đỉnh gối dao di động (5) dịch chuyển khi vật liệu trên kết cấu khảo sát bị biến dạng. Đọc
giá trị độ lệch X của vạch chia trên kính mờ nhờ một vạch mốc cố định trên thị kính
(h.2.10c).
Khi đo đợc giá trị của X, có thể tính đợc góc xoay của gơng (hay của gối di động).
Ta có:
(2.5)
Do đó:

X = ftg 2 = 2 f

=

X
2f

Mặt khác, gối dao di động cũng xoay một góc

Cuối cùng ta có:
= L / m

14

(2.6)


(2.7)
2 f .l
m
Gọi K là hệ số khuếch đại của tenzomet:
X =

K=
Trong đó:

2f
m

f: tiêu cự của vật kính
m: chiều cao của gối dao di động
L: độ giãn dài của vật liệu

(2.8)

b/ Các đặc trng cơ bản
- Chiều cao toàn bộ của tenzomet:
145mm;
- Kích thớc chuẩn đo:

L = 10 ữ 20mm
- Số vạch chia trên thang đo:
160 vạch với vạch 0 ở chính giữa;
- Khoảng cách của vạch chia: 1,25mm biểu thị một lợng biến dạng vật liệu là
1micron.
- Hệ số khuếch đại: K = 1250.
2.2.5. Tenzomet dây rung:
Dụng cụ đo biến dạng kiểu dây rung dựa trên cơ sở quan hệ giữa tần số dao động
riêng của sợi dây với lực kéo căng trong dây.
Tần số dao động riêng f của sợi dây căng phụ thuộc vào chiều dài l của dây, độ chặt
p của vật liệu làm dây, ứng suất căng trong dây đợc xác định theo công thức:
(2.9)
l
2l p
Khi dây đợc căng và giữ chặt trên bề mặt của kết cấu thì khi kết cấu bị biến dạng do
tải trọng ngoài tác dụng, dây sẽ bị kéo căng thêm và do đó tần số dao động ngang của dây
cũng thay đổi theo. Dựa vào sự thay đổi tần số dao động trớc và sau lúc kết cấu bị biến
dạng, có thể xác định đợc trị số ứng suất trong dây và từ đó xác định đợc:

pl 2 2
= =4
( f 2 f 22 )
E
E
(2.10)
trong đó:
E - mođun biến dạng của vậ liệu dây căng;
f1 và f2 - tần số dao động ngang của dây căng trớc và sau lúc kết cấu bị biến dạng
f =

Tenzomet dây rung đợc chế tạo theo nguyên lý trên (h. 2.11a)
a/ Sơ đồ cấu tạo và chuyển động của các loại tenzomet dây rung
- Loại dùng để đo biến dạng trên bề mặt kết cấu có: giá hình chữ L (1), mút dới của
giá có dạng gối dao cố định (2), mút trên của giá dựa vào gối dao di động (3). Nối liền chân
cố định (2) và chân di động (3) bằng một sợi dây thép căng (4). Trên dây căng ở chính giữa
đặt một nam châm điện nhỏ (5) nhằm tạo nên những xung điện làm rung dây căng, khi cần
xác định tần số riêng của dây. Tần số riêng của dây rung đợc xác định nhờ bộ đếm tần số
bằng vi mạch (6) và đợc chỉ thị trên bộ đèn số ( h. 2.11b)
- Loại dùng để đo biến dạng của vật liệu nằm sâu trong các công trình bê tông khối
lớn nh đập thuỷ điện, trụ cầu thờng có cấu tạo gồm: ống vỏ (1) có hai phần đợc ghép
lồng vào nhau, trong ống dây căng kim loại (4) trên hai vách cứng (2). Hai đầu ống lồng đợc nối với hai đĩa cứng (3). Ngoài ra còn có các bộ phận khác nh nam châm điện (5), bộ
đếm tần số dao động riêng của dây rung (6) nh trên hình 2.11c. Khi bê tông biến dạng,
khoảng cách L giữa hai đĩa cứng thay đổi và sẽ làm thay đổi lực căng trong dây. Đo tần số
dao động riêng của dây lúc trớc và sau khi thay đổi vị trí các đĩa cứng, có thể tính biến dạng
tơng đối của vật liệu theo công thức (2.10)

15


Hình 2.11. Tenzomet dây rung
a/ Sơ đồ nguyên lý ; b/ Cấu tạo kiểu đo mặt ngoài ; c/ Cấu tạo kiểu đo sâu

dài

b/ Các đặc trng cơ bản và phạm vi ứng dụng
- Chiều dài chuẩn đo: 20, 50 và 100mm
- Độ chính xác của phép đo đạt đến 1.10-6;
- Đo cho những đối tợng có khối lợng lớn và tiến hành nghiên cứu trong thời gian

- Tenzomet có độ cứng bản thân rất lớn do đó không dùng để đo biến dạng trong các

đối tợng mỏng và mềm;
2.2.6. Tenzomet cảm biến điện trở
a/ Khái niệm chung
Tenzomet cảm biến điện trở (còn đợc gọi là các tấm đát-trích) là một công cụ đo đợc sử dụng rộng rãi, cho độ chính xác cao khi tiến hành khảo sát tham số biến dạng dài tơng đối của nhiều loại vật liệu khác nhau.
Tenzomet cảm biến điện trở giữ một vai trò quan trọng khi xác định trạng thái ứng
suất - biến dạng và khảo sát quá trình làm việc của vật liệu và kết cấu do có các tính chất
sau đây:
- Đo đợc những biến dạng nhỏ 10 -5 - 10-6 đến các biến dạng rất lớn của vật liệu khi
làm việc ngoài trạng thái đàn hồi.
- Đo biến dạng tĩnh, động, xung kích, biến dạng trong những vùng có tập trung ứng
suất cao.
- Đo biến dạng trong những môi trờng và chế độ khắc nghiệt (nhiệt độ cao 75 1075oK ; áp lực cao 80 - 1000 Mpa ; môi trờng xâm thực, phóng xạ, nổ ...)
- Đo đợc biến dạng phân tán theo nhiều phơng
- Có nhiều loại kích thớc chuẩn đo thích hợp, từ rất nhỏ 0,25mm đến rất lớn 10001200mm
- Có độ cứng riêng và trọng lợng bản thân bé.
- Có thể tiến hành với số lợng lớn điểm đo trên một kết cấu trong khoảng thời gian
ngắn.
- Đảm bảo độ chính xác cao cho kết quả đo.
- ứng dụng để đo đợc nhiều tham số cơ học khác nh trọng lợng, lực, chuyển vị...
Tenzomet cảm biến điện trở đợc tạo thành từ hai bộ phận cơ bản:
- Các phần tử cảm biến điện trở đợc dán chặt trên bề mặt của vật liệu để cảm thụ
trực tiếp các biến đổi của đối tợng.
- Hệ thống máy đo tín hiệu, khuếch đại và chỉ thị. Bộ phận chỉ thị kim đo tĩnh có thể
là đồng hồ, đèn số; khi đo biến dạng động có thể ghi đợc nhờ các dao động ký, băng từ,
máy tính ... (h. 2.12)

16


Tấm cảm biến điện trở

Hệ thống máy đo, khuếch đại và chỉ thị

Hình 2.12. Sơ đồ cấu tạo tenzomet cảm biến điện trở
b/ Tấm cảm biến điện trở
Các tấm cảm biến điện trở đợc chế tạo từ những dây thanh mảnh bằng vật liệu hợp
kim có điện trở suất cao. Có hai loại cơ bản
- Cảm biến dây tiết diện tròn là một sợi dây điện trở làm bằng hợp kim constantan
hoặc nicrom có đờng kính d =0,01 ữ0,04mm đợc căng thành nhiều vòng và dán chặt trên bề
mặt của một lớp nền bằng vật liệu mỏng. Vật liệu của lớp nền có thể bằng loại giấy
cellulose mỏng (nền giấy) hoặc bằng một lớp dấy keo mỏng (nền keo). Các tấm cảm biến
đợc cấu tạo nh vậy có trị số điện trở lớn và độ cứng bản thân nhỏ. Để thuận tiện cho việc
nối ghép các tấm cảm biến với máy đo, hai mút của dây điện trở đợcnối với hai đầu dây
đồng có đờng kính bằng 0,1 - 0,2mm hoặc bằng những dây dẹt 0,05x0,8mm và chiều dài
đầu nối từ 20 đến 30mm (h. 2.13a)

Hình 2.13. Tấm cảm biến điện trở
a/ Kiểu dây tiết diện tròn
b/ Kiểu dây tiết diện dẹt
1- dây nối tiếp ; 2- lớp nền ; 3- lớp keo ; 4- dây điện trở
Chiều dài phần kết cấu mà dây điện trở chiếm chỗ gọi là chuẩn đo của tenzomet
cảm biến điện trở. Các cảm biến điện trở dây tròn thông thờng có chiều dài chuẩn đo từ 3
đến 150mm và trị số điện trở dao động từ 100 đến 4000Ohm
- Cảm biến dây tiết diện dẹt đợc thiết kế và chế tạo bằng phơng pháp thăng hoa.
Dùng những tờ giấy bằng vật liệu constantan hoặc nicronm có giá trị điện trở suất cao và
chiều dày không quá 4 - 6micron; trên mặt tờ giấy phủ một lớp keo mỏng, sau khi lớp keo
phủ khô, tiến hành áp sát bề mặt không phủ keo của tờ giấy vào tấm kính phim thu âm bản
đã thu nhỏ đúng kích thớc yêu cầu hình ảnh của các tấm cảm biến. Rọi ánh sáng trắng qua
bản phim chụp để in hình các tấm cảm biến lên tờ giấy hợp kim; sau đó cho tờ giấy điện trở
vào một dung dịch hoá chất ăn mòn để làm hoà tan phần vật liệu do tấm phim che không

cho ánh sáng lọt qua và giữ lại trên lớp keo những phần vật liệu có ánh sáng lọt vào. Kết
quả ta có đợc một phần tử cảm biến điện trở dây dẹt trên nền keo (h. 2.13).
Nhờ phơng pháp chế tạo này nên các tấm cảm biến điện trở dây dẹt có nhiều u điểm
hơn loại dây tiết diện tròn:
+ Chế tạo đợc các phần tử có kích thớc dây chính xác và khoảng cách phân bố đều
đặn.
+ Có nhiều loại hình dạng cấu tạo theo đòi hỏi của kỹ thuật đo.
+ Độ nhạy cảm theo phơng ngang của phần tử đo rất nhỏ, nên không làm ảnh hởng
đến kết quả đo.
+ Tiết diện dẹt (hình chữ nhật) nên bề mặt tiếp xúc và dính kết lớn hơn với công
trình.
c/ Nguyên lý làm việc và hệ số nhạy cảm của các tấm cảm biến điện trở
Phơng pháp đo biến dạng tơng đối bằng các tấm cảm biến điện trở dựa trên mối
quan hệ giữa sự thay đổi trị số điện trở với độ giãn dài của dây dẫn.

17


Điện trở của một dây dẫn phụ thuộc vào chiều dài l và tiết diện S của dây cũng nh
điện trở suất p của vật liệu dây dẫn theo quan hệ sau:
R= p

l
S

(2.11)
Khi kết cấu bị biến dạng, đoạn dây điện trở biến dạng theo trên chiều dài l với độ
dãn dài tơng đối là dl/1; diện tích tiết diện ngang của dây cũng bị thay đổi theo một lợng tơng đối là dS/S; đồng thời điện trở suất của vật liệu dây p cũng biến thiên một giá trị tơng
đối dp/p. Sự thay đổi tơng đối về diện tích tiết diện ngang dS/S của dây có liên quan đến độ
giãn dài dl/l. Do diện tích tiết diện ngang của dây là S = r2 và vi phân của S theo r bằng

dS= 2r dr nên:
dS 2rdr
dr
=
=2
2
S
r
r

(2.12)
trong đó: dr/r - biến dạng tơng đối theo phơng vuông góc với chiều dài dây dẫn gọi
là biến dạng ngang tơng đối
Giữa biến dạng ngang tơng đối dr/r và biến dạng tơng đối dl/l theo phơng dọc trục
của dây dẫn có sự liên hệ thông qua hệ số Poison à; vì thế ta có:
dS
dr
dl
=2
= 2 à
S
l
r

(2.13)
Sự thay đổi tơng đối về kích thớc chiều dài dl/l, về tiết diện ngang dS/S của dây dẫn
và về điện trở suất của vật liệu dây dp/p sẽ làm thay đổi giá trị tơng đối về điện trở của dây
dR/R.
Đại lợng dR/R đợc xác định bằng phép tính vi phân toàn phần của liên hệ (2.11):
hay

p
l
pl
dR =dR dl +dl dp 2 dS dp
S = S1 + 2 àS+
R
l
p (dl / l )
dR dl dp dS dl dp dl
= +

= +
+ 2à
R
l
p
S
l
p
l
(2.14)
Từ liên hệ (2.14) suy ra:
(dR / R )
dp
= 1 + 2 à +
(dl / l )
p(dl / l )

Gọi d là hệ số nhạy cảm của dây điện trở:

(2.15)
(2.16)


dp
d = 1 + 2à +
p

Theo (2.15) , ta có:
dR
= d
R

(2.17)

trong đó = d//l
Hệ số nhạy cảm d của một đoạn dây điện trở thẳng là tỉ số giữa sự thay đổi
điện trở dR/R và độ giãn tơng đối của chiều dài dl/l.

18


Giá trị của hệ số nhạy cảm d sẽ nhận đợc bằng phơng pháp hiệu chỉnh thực
nghiệm trên một dầm chuẩn chịu uốn.
Nh vậy, số gia của điện trở R trong quá trình dây bị biến dạng đợc xác định
bằng liên hệ sau:
R = d R
(2.18)
Một tấm cảm biến điện trở hoàn chỉnh sẽ gồm những phần dây căng theo
phơng dọc (I) và những phần dây nămg theo phơng ngang (II) cho nên số gia điện trở của

một tenzo cảm biến điện trở sẽ là:
(2.19)
RT
= d I + n II = d I II à I = ( d à n ) I
RT
T = ( d à n )
đặt:
(2.20)
ta có:
(2.21)
RT = T RT
Thông thờng d/n = 0,012 ữ0,02 khi cảm biến điện trở có chuẩn đo l >10mm.
Trị số n có thể giảm nếu nh các phần dây ngang có diện tích tiết diện lớn hơn các
phần dây dọc. Điều này đã đợc thực hiện trong quá trình chế tạo các tấm cảm biến điện trở
dây dẹt.
Hệ số nhạy T của các tấm cảm biến điện trở còn chịu ảnh hởng của thành phần
biến dạng ngang, tính chất của vật liệu lớp nền và keo dán. Vì thế, để kể đến các yếu tố
trên, giá trị của hệ số nhạy T sẽ đợc xác định qua kết quả hiệu chỉnh bằng thực nghiệm
trên dầm chuẩn khi biết trớc chính xác giá trị biến dạng tơng đối phát triển trong dầm. Hệ
số T còn thay đổi khi chiều dài chuẩn đo l của các tấm cảm biến có giá trị khác nhau.
d/ ảnh hởng của sự thay đổi nhiệt độ đến độ chính xác của phép đo
Khi nhiệt độ của môi trờng đo thay đổi sẽ làm ảnh hởng đến tính chất vật liệu của
dây cảm biến, đặc biệt làm thay đổi trị số điện trở suất của vật liệu, kích thớc hình học của
dây; đồng thời sẽ ảnh hởng đến tính chất của lớp keo dán và cuối cùng làm thay đổi điện trở
của tấm cảm biến. Tất cả những yếu tố đó dẫn đến sự sai lệch trị số điện trở trong các tám
cảm biến và phép đo sẽ cho những kết quả đo không phản ánh đúng giá trị biến dạng thực
tế cần khảo sát vì trong số đo nhận đợc có cả giá trị biến dạng do sự thay đổi nhiệt độ của
môi trờng.
Tính toán và đo đạc thực tế cho thấy, với các tấm cảm biến điện trở bằng dây
constantan dán vào một chi tiết bằng thép, khi nhiệt độ của môi trờng tăng lên t = 1oC sẽ

làm thay đổi trị số điện trở R của dây một lợng là R tơng đơng với giá trị ứng suất cơ học
7,5kG/cm2. Giá trị ứng suất này là đáng kể, cho nên trong quá trình tiến hành đo các biến
dạng cơ học bằng các tenzomet cảm biến cần thiết phảo tìm biện pháp loại trừ ảnh h ởng
nhiệt độ của môi trờng đến phép đo.
ảnh hởng của nhiệt độ đến các tấm cảm biến chủ yếu thông qua hai đại lợng sau:
- Do sự thay đổi điện trở suất p của vật liệu dây
p = ' pt

(2.22)
Sự thay đổi đại lợng này của vật liệu sẽ làm thay đổi trị số điện trở trong tấm
cảm biến. Ta có:
(2.23)
'
Rp = Rt
trong đó: - hệ số biến đổi điện trở của vật liệu do nhiệt độ.
19


- Do sự thay đổi chiều dài l của dây điện trở
Độ giãn dài cơ học l do nhiệt độ môi trờng phụ thuộc vào sự chênh lệch hệ số giãn
nở nhiệt 2 của vật liệu dây cảm biến và 1 của vật liệu đối tợng khảo sát. Sự phụ thuộc đó
đợc biểu diẫn nh sau:
(2.34)
l = l ( 1 2 )t
Khi chiều dài dây thay đổi l do nhiệt độ thì điện trở trong dây cảm biến sẽ thay đổi
một đại lợng:
R1 = T R( 1 2 ) t

(2.35)
Cuối cùng, giá trị điện trở trong dây cảm biến sẽ thay đổi trong quá trình chịu ảnh

hởng nhiệt độ của môi trờng đợc tính toán nh sau:
(2.36)
'
RT = R p + R1 = RT + T ( 1 2 ) t
ảnh hởng của nhiệt độ môi trờng đến kết quả phép đo đợc khắc phục bằng biện pháp
dùng trong hệ thống đo một hoặc nhiều tấm cảm biến bù nhiệt.
e/ Xác định giá trị biến dạng tơng đối của tấm cảm biến điên trở
Từ liên hệ (2.21) có thể biểu diễn độ nhạy cảm của tấm cảm biến bằng:
R 1
T = T .
RT
(2.37)
Từ đó, giá trị biến dạng của tấm cảm biến sẽ là:
(2.38)

[

=

]

1 RT
.
.
T RT

Để tìm đợc giá trị biến dạng tơng đối, ngoài hệ số nhạy cảm T đợc xác định bằng
phơng pháp hiệu chỉnh thực nghiệm, còn cần phảo đo trị số biến thiên điện trở R hay R/R
xảy ra trong tấm cảm biến.
Trị số của R/R trong thực tế lớn nhất chỉ đạt đến 1,5%, cho nên để xác định lợng

biến thiên R/R trong kỹ thuật đo lờng các đại lợng điện thờng dùng cầu đo Wheatstone.
e.1. Nguyên tắc đo của cầu Wheatstone
Hình 2.1.4 thể hiện sơ đồ cầu đo gồm bốn điện trở R1 , R2 , R 3 và R4 nối với nhau
thành bốn nhánh cầu 1-2, 2-3, 3-4, 4-1. Các điểm 1-3 nối với nguồn cung cấp; trên đờng
chéo 2-4 đặt một đồng hồ đo dòng hay đo điện thế. Khi thực hiện đợc trên cầu đo điều kiện:
R1. R3 = R2 . R4
(2.29)
thì sẽ nhận đợc cầu cân bằng và khi đó, trên đờng chéo 2-4 sẽ không có dòng điện Ig
chạy qua.

Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý cầu đo

Hình 2.15. Sơ đồ đo cầu lệch

20


Trờng hợp ngợc lại, không thực hiện đợc điều kiện cân bằng trên thì trong đờng
chéo 2-4 sẽ xuất hiện dòng điện Ig và có giá trị bằng:
Ig =

U ( R1 R3 R2 R4 )
R g ( R1 + R2 )( R3 + R4 ) + R1 R2 ( R3 + R4 ) R3 R4 ( R1 + R2 )

(3.30)
Nguyên tắc này đợc dùng để chế tạo các thiết bị đo giá trị biến thiên điện trở R/R
trong các tấm cảm biến khi đo biến dạng
e.2. Phép đo sự biến thiên điện trở R/R bằng phơng pháp lệch cầu (h. 2.15)
Trên cầu đo dùng hai điện trở không đổi R1, R2 có cùng một trị số điện trở và có độ
chính xác cao tạo thành nửa cầu trong, đặt cố định trong máy đo. Thay hai điện trở R3 và R4

bằng hai phần tử tenzo cảm biến Ra và Rc ban đầu có cùng trị số điện trở nh nhau.
Ra - tenzo cảm biến dùng để đo biến dạng trên kết cấu khảo sát
Rc - tenzo cảm biến dùng để khử ảnh hởng của nhiệt độ môi trờng trong quá trình
đo.
Hai tenzo cảm biến Ra và Rc tạo thành bán cầu ngoài và có thể thay đổi tuỳ ý.
Trớc khi tiến hành đo, thực hiện trên cầu điều kiện cân bằng ban đầu:
R2 Ra = R1 Rc
(2.31)
Khi vật liệu của kết cấu bị biến dạng, điện trở Ra của phần tử cảm biến dán trên kết
cấu thay đổi một lợng Ra; lúc đó sự cân bằng ban đầu của cầu đo bị phá hoại và lập tức
trong đờng chéo OB của cầu xuất hiện dòng điện Ig bằng
Ig = U

R1 Rc R2 ( Ra + Ra )
R g ( R1 + R2 ) R* + R1 R2 R* + Rc ( Ra + Ra )( R1 + R2 )
(2.32)

với
R* = Ra + Ra + Rc

Khai triển biểu thức (2.32), có chú ý xét đến điều kiện cân bằng ban đầu R2.Ra =
R1.Rc và bỏ lợng vô cùng bé Ra ở mẫu số, ta có:
Ig =

URa R2
R g ( R1 + R2 )( Ra + Rc ) + R1 R2 ( Ra + Rc ) Ra Rc ( R1 + R2 )

(2.33)
Trong thực tế thờng chọn trị số điện trở của R1= R2 = Rc nên biểu thức của dòng Ig
có dạng:

(2.34)
R a
R
Ra
U
Ig =
= f a
2 Ra R g R1
Ra
2
+
+1
Ra Ra
Sự thực, dòng Ig xuất hiện trên đờng chéo OB không biến thiên tuyến tính với sự
thay đổi của trị số điện trở trong tenzo cảm biến Ra; nhng vì sự thay đổi giá trị điên trở
không lớn hơn trong trờng hợp đo những lợng biến dạng nhỏ hơn 1,5%, nên sự không tuyến
tính đó có thể bỏ qua và có thể xem sự thay đổi của dòng Ig phụ thuộc tuyến tính vào sự
thay đổi của điện trở trong nhánh cầu Ra
Đo sự biến thiên Ra/Ra qua dòng điện Ig trên đờng cheo OB gọi là phơng pháp đo
trực tiếp hay phơng pháp đo lệch cầu.

21


Phơng pháp đo lệch cầu tồn tại một nhợc điểm là cờng độ dòng điện Ig trong đờng
chéo của cầu không những chỉ phụ thuộc vào sự biến thiên điện trở của tenzo cảm biến Ra
mà còn phụ thuộc vào giá trị điện áp U trên đờng chéo AC, vì thế, độ chính xác của phép đo
còn phụ thuộc trực tiếp vào sự ổn định của nguồn cung cấp cho cầu đo. Ngoài ra, để đảm
bảo độ chính xác của phép đo, đồng hồ đo cờng độ dòng Ig thờng phải dùng thang đo hẹp.
Vì thế, phơng pháp lệch cầu không cho khả năng đo các biến dạng lớn. Để khắc phục

những nhợc điểm đó, trong thực tế thờng dùng phơng pháp đo cân bằng cầu.
e.3. Phép đo sự biến thiên điện trở Ra/Ra bằng phơng pháp cầu cân bằng
Sơ đồ cầu đo theo phơng pháp cầu cân bằng về cơ bản vẫn nh trờng hợp đo cầu lệch;
nhng ở đây cần tách điểm B ra và nối vào đó một biến trở có trị số điện trở 2Rr. Với sơ đồ
cấu tạo cầu đo nh vậy, khi mở cầu, trạng thái cân bằng cầu sẽ tơng ứng với vị trí con chạy
trên biến trở nằm chính giữa để chia biến trở thành hai phần có trị số điện trở bằng nhau là
Rr (h.2.16). Lúc này điều kiện cân bằng ban đầu của cầu đo có thể viết:

Ra ( R2 + Rc ) = Rc ( R1 + Rr )
(2.35)
Nếu lúc đó, giá trị điện trở trên tenzo cảm biến Ra biến thiên một lợng Ra do kết
cấu bị biến dạng thì trạng thái cân bằng ban đầu của cầu đo bị phá; muốn thành lập điều
kiện cân bằng mới tơng ứng, cần phải dịch chuyển con chạy trên biến trở để thay đổi điện
trở trên hai nhánh cầu trong AB và BC. Giả sử dịch chuyển con chạy trên biến trở đi một lợng Rr thì thành lập đợc trạng thái cân bằng mới tơng ứng của cầu. Từ đây ta có thể viết
điều kiện cân bằng mới nh sau:

( Ra + Ra )( R2 + Rr Rr ) = Rc ( R1 + Rr + Rr )
Khai triển biểu thức (3.26), có kể đến điều kiện cân bằng ban đầu, ta có:

(2.36)

R a ( R 2 + Rr = R r ( Rc + R a + R a )
(2.37)

Từ đó ta có:

Rr =

( R2 + Rr ) Ra
Rc + Ra + Ra

(2.38)
Thông thờng Ra rất nhỏ so với tổng số điện trở của hai tenzo cảm biến (Ra + Rc),
nên lợng biến thiên điện trở Rr trên biến trở sẽ tỉ lệ thuận với trị số điện trở biến thiên của
tenzo cảm biến Ra
Cuối cùng, ta có:
(2.39)

Rr =

R2 + Rr
Ra
Rc + R a

Phơng pháp đo cầu cân bằng cho độ chính xác cao, vì lúc cầu cân bằng dòng điện I g
trên đờng chéo OB bằng không, và lúc đó sự thay đổi điện áp nguồn cung cấp không ảnh hởng đến kết quả của phép đo. Ngoài ra, giá trị đo không bị hạn chế bởi khoảng đo nhỏ của
đồng hồ đo.

22


Hình 2.16. Sơ đồ đo cầu cân bằng
Hình 2.17. Sơ đồ đo thực tế của tenzomet điện trở
g/ Sơ đồ các máy đo thực tế với nhiều điểm đo biến dạng tơng đối
Hình 2.17 trình bày sơ đồ cấu tạo thực tế của cầu đo theo nguyên tắc cầu cân bằng.
Khi dùng các tenzo cảm biến điện trở đo biến dạng, ngời làm thí nghiệm chỉ cần chuẩn bị
các tenzo cảm biến của hai nhánh cầu ngoài gồm:
- Các tenzo cảm biến điện trở Ra nối song song với nhau trên nhánh cấu OA, dùng
để đo biến dạng tại các điểm khảo sát. Chỉ số điện trở của các tenzo cảm biến Ra cần chọn
xấp xỉ nh nhau, thờng chỉ cho phép chênh trong khoảng 0,25 Ohm.

- Các tenzo cảm biến điện trở Rc cũng đợc nối song song với nhau trên nhánh cầu
OC và dùng làm các điện trở bù nhiệt (có tác dụng khử ảnh hởng nhiệt độ của môi trờng
trong phép đo). Các điện trở bù nhiệt Rc cần đợc dán trên vật liệu của kết cấu và nằm trong
môi trờng làm việc của kết cấu; cho nên sẽ phải dán trên những vùng kết cấu không làm
việc hoặc trên các miếng vật liệu của kết cấu, rồi đặt trong môi trờng thí nghiệm. Chỉ số
điện trở của mỗi tenzo cảm biến bù nhiệt cần chọn bằng chỉ số điện trở của từng chiếc tenzo
Ra hoặc từng nhóm tenzo Ra có cùng điện trở nh nhau. Trờng hợp đơn giản nhất là chọn tất
cả các tenzo cảm biến đo Ra dán trên kết cấu khảo sát có cùng một trị số điện trở bằng nhau
thì trong phép đo chỉ cần một tenzo cảm biến bù nhiệt Rc là đủ.
h/ Phơng pháp hiệu chỉnh thực nghiệm tenzo cảm biến điện trở và xác định hệ số
nhạy cảm r
Việc hiệu chỉnh thực nghiệm các tenzo cảm biến điện trở xác định hệ số nhạy cảm
r đợc tiến hành trên dầm chuẩn bằng thép có trị số biến dạng dài tơng đối ở mặt ngoài
không đổi o khi có tải trọng tác dụng. Các tenzo cảm biến điện trở cần xác định hệ số nhạy
cảm r đợc dán chặt lên bề mặt dầm, tại vùng có trị số biến dạng dài không đổi o và đợc
xác định chính xác theo các đặc trng hình học và độ võng của dầm chuẩn.
i/ Nguyên tắc cơ bản để chọn các tenzo cảm biến điện trở
Việc chọn lựa tenzo cảm biến điện trở cần phải xuất phát từ nhiệm vụ của phép đo
và cần đặc biệt quan tâm đến cấu tạo hình dạng hình học và cấu trúc của vật liệu cần đo
Khi đo biến dạng tơng đối bằng tenzo cảm biến điện trở thì độ chính xác của phép
đo chịu ảnh hởng trực tiếp ngay từ các tấm cảm biến. Vì thế, việc chọn lựa các tấm cảm
biến điện trở phù hợp để đo biến dạng là rất cần thiết và có thể tiến hành trên những cơ sở
sau:
1. Tại những vùng kết cấu có trạng thái ứng suất phức tạp, nên dùng các loại tấm
cảm biến có độ cứng theo phơng ngang lớn, nhằm mục đích giảm độ nhạy cảm của tenzo
cảm biến với thành phấn biến dạng ngang, vì tại vùng này các thành phần biến dạng theo
mọi hớng có thể không khác nhau đáng kể.
2. Khi khảo sát quy luật phân bố ứng suất biến dạng trong những vùng chật hẹp của
kết cấu, cần dùng loại tenzo cảm biến nhiều phần tử và chuẩn đo nhỏ. Trong trờng hợp này,
tốt nhất sử dụng các tenzo cảm biến chuyên dùng loại dây dẹt có ba hoặc bốn phần tử ghép.

3. Đối với các loại vật liệu có bề mặt nhám, gồ ghề nh vật liệu gạch đá, vữa, bê tông
hoặc kim loại rót ... nên dùng loại phần tử cảm biến có lớp nền bằng giấy hoặc keo dày từ
100 đến 150micron. Ngợc lại, với những bề mặt vật liệu nhẵn, sạch nên dùng loại tenzo
cảm biến có lớp nền càng mỏng càng tốt, thờng là loại nền keo có chiều dày từ 40 đến 60
micron
4. Khi đo biến dạng trên những vật liệu hỗn hợp nhiều thành phàn, độ đồng nhất
thấp, cần dùng các phần tử cảm biến có chiều dài chuẩn đo lớn; nhng đối với các vật liệu có
cấu tạo tinh thể, có độ đồng nhất cao thì có thể dùng loại có chiều dài chuẩn đo càng nhỏ
càng thích hợp.
5. Đo biến dạng của các loại vật liệu có trị số môđun biến dạng thấp và nhỏ hơn
10.000kG/cm2 nhất thiết phải dùng các tenzo cảm biến có số dây ít và dây mảnh.
3. Các phơng pháp chủ yếu trong thí nghiệm vật liệu và thí
nghiệm công trình
23


3.1. Đặt vấn đề
Yếu tố ảnh hởng trực tiếp đầu tiên đến chất lợng, khả năng làm việc và tuổi thọ của
công trình là chất lợng của vật liệu sử dụng. Chất lợng đó đợc thể hiện qua giá trị của các
loại cờng độ giới hạn, biến dạng giới hạn, môđun đàn hồi, tính chất và số lợng các khuyết
tật đã tồn tại hoặc xuất hện mới trên công trình trong quá trình thi công và khai thác.
Các đặc trng về cờng độ biến dạng cũng nh các khuyết tất của vật liệu là những số
liệu và thông tin cần thiết cho cả quá trình thiết kế, chế tạo thi công và khai thác sử dụng
công trình. Để có khả năng thấu hiểu sự làm việc của công trình, trớc tiên phải tiến hành
xác định và đánh giá chất lợng của vật liệu.
Hiện nay trong kỹ thuật xây dựng, việc khảo sát và xác định các đặc trng cơ bản của
vật liệu bằng thí nghiệm thờng đợc thực hiện theo hai phơng pháp cơ bản là phơng pháp phá
hoại mẫu và phơng pháp thí nghiệm không phá hoại.
3.2. Phơng pháp phá hoại mẫu
Vật liệu khảo sát đã có sẵn hoặc lấy ra từ công trình đợc chế tạo thành các mẫu thử.

Hình dạng và kích thớc của mẫu thử đợc xác định tuỳ theo:
- Cấu tạo vật liệu
- Mục đích thí nghiệm
- Các quy định trong tiêu chuẩn
Các mẫu vật liệu đợc đa vào máy thí nghiệm tơng ứng với trạng thái làm việc của
vật liệu (kéo, nén, uốn, xoắn), cho chịu tác dụng của lực ngoài có giá trị tăng dần theo từng
cấp cho đến lúc mẫu bị phá hoại hoàn toàn. Dới tác dụng của lực ngoài, vật liệu trong mẫu
thử sẽ bị biến dạng tơng ứng với trị số của ứng suất do các cấp lực tác dụng gây ra trong
mẫu. Tơng ứng với mỗi giá trị của ứng suất, dùng các dụng cụ đo để đo trị số biến dạng tơng đối trong vật liệu của mẫu thử. Các cặp trị số của ứng suất và biến dạng t ơng đối nhận
đợc trong quá trình thí nghiệm phá hoại mẫu cho phép xây dựng một đờng cong biểu diễn
quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu khảo sát và đợc gọi là biểu đồ đặc trng của
vật liệu, bởi vì qua đồ thị này có thể xác định đợc các đặc trng cơ - lý của vật liệu khảo sát.
Biểu đồ vật liệu ( - ) nhận đợc qua quá trình thí nghiệm phá hoại mẫu thử thờng là
biểu diễn quan hệ giữa ứng suất kép hoặc nén với biến dạng tơng đối theo một trục dới tác
dụng của tải trọg có tốc độ chậm rải, ở môi trờng nhiệt độ phòng thí nghiệm. Với điều kiện
thí nghiệm đó sẽ tạo ra trong mẫu sự kéo hoặc nén tự do dới ảnh hởng của trờng ứng suất
không đổi trên suốt chiều dài làm việc của mẫu thử. Tuy nhiên, sự làm việc thực tế của vật
liệu trên kết cấu công trình thờng chịu các trạng thái ứng suất phức tạp hơn, không giống
hoàn toàn sự làm việc của vật liệu trong các mẫu thử.
Để có đợc một biểu đồ vật liệu phản ánh đúng đắn trạng thái làm việc thực tế của
vật liệu trong mẫu là rất phức tạp trong các khâu: phơng pháp thí nghiệm, kỹ thuật đo và
biện pháp xử lý kết quả. Chẳng hạn, khi thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm kéo phá
hoại mẫu thử để xác định quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu sẽ xảy ra ba trờng
hợp sau:
a/ Biểu đồ xây dựng trên quan hệ = f() chịu kéo với giá trị tính toán về ứng suất
và biến dạng tơng đối xuất phát từ tiết diện ban đầu F o và chiều dài chuẩn đo ban đầu Lo
của mẫu thử.
= P/Fo
và
= l/Lo

Xây dựng biểu đồ ( - ) theo phơng pháp này thờng rất đơn giản cho việc thí
nghiệm, nhng thực ra cha phải là biểu đồ phản ánh đúng đắn sự làm việc của vật liệu (đờng
a trên hình 2.18).
b/ Biểu đồ ( - ) xây dựng với giá trị tính toán ứng suất xuất phát từ tiết diện bị
thu hẹp của mẫu thử.
Thực ra trong quá trình chịu kéo, tiết diện của mẫu sẽ không còn giữ nguyên hình
dạng ban đầu mà đã bị thu hẹp lại theo sự phát triển của tải trọng (đặc biệt trong vùng có eo
chảy). Nếu tính toán giá trị của ứng suất theo tiết diện co thắt ở eo thì sẽ nhận đợc đờng
quan hệ ( - ) khác với đờng (a)
Đờng quan hệ ( - ) đợc xây dựng với = P/Feo và = l/Lo sẽ cho dạng gần đúng
với sự làm việc của vật liệu hơn (đờng b trên hình 2.18)

24


Hình 2.18. Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng
c/ Biểu đồ ( - ) xây dựng với giá trị tính toán ứng suất và biến dạng tơng đối
xuất phát từ tiết diện bị thu hẹp và chiều dài cuối cùng của mẫu thử.
Đờng biểu diễn quan hệ ( - ) ở trờng hợp (b) cũng cha phản ánh đầy đủ mối quan
hệ giữa ứng suất và biến dạng trong mẫu chịu kéo. Thật vậy, khi giá trị ứng suất trong mẫu
tăng ( = P/Feo) thì độ giãn dài l của mẫu cúng sẽ tăng nhanh nhng không rải đầu trên
toàn bộ chiều dài Lo ban đầu, mà chỉ tăng nhanh tại vùng xuất hiện eo chảy.
Nếu xây dựng quan hệ ( - ) với ứng suất = P/Feo và biến dạng tơng đối
=leo/Leo thì sẽ nhận đợc đờng c trên hình 2.1. Đờng biểu diễn này thể hiện đúng đắn mối
quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu khảo sát.
Qua quá trình nghiên cứu các vật liệu xây dựng cho thấy, biểu đồ đặc trng vật liệu
( - ) nhận đợc bằng phơng pháp thí nghiệm phá hoại mẫu sẽ chịu ảnh hởng trực tiếp các
yếu tố sau:
a/ Tốc độ gia tải. Để nhận đợc quan hệ giữa ứng suất và biến dạng sát với thực tế
làm việc của vật liệu, khi tiến hành thí nghiệm kéo phá hoại mẫu bình thờng, cần khống chế

tốc độ gia tải lên mẫu quanh giới hạn 100kG/cm 2/s. Khi tốc độ gia tải vợt quá giới hạn đó,
biểu đồ biến dạng của vật liệu nhận đợc sẽ cho giá trị giới hạn chảy cao hơn. Ngợc lại, khi
thí nghiệm với tốc độ thấp hơn 100kG/cm 2/s, sẽ đợc biểu đồ có giá trị giới hạn chảy thấp
hơn bình thờng. Tuy nhiên giá trị mô đun biến dạng của vật liệu vẫn giữ nguyên trị số,
không chịu ảnh hởng của tốc độ gia tải thí nghiệm (h.2.19). Bởi vậy, tơng ứng với các tốc
độ gia tải ta sẽ đợc một họ đờng cong biến dạng nằm trong một vùng xác định.

Hình 2.19. Biểu đồ biến dạng của vật liệu khi tốc độ gia tải thay đổi và khi
nhiệt độ của môi trờng khác nhau.
b/ Nhiệt độ môi trờng. Thực tế khảo sát cho thấy, khi tiến hành thí nghiệm kéo phá
hoại mẫu trong môi trờng nhiệt độ khác nhau thì các biểu đồ vật liệu nhận đợc sẽ khác
nhau. Ngoài việc tăng hoặc giảm giá trị giới hạn chảy, khi tiến hành thí nghiệm trong môi
trờng nhiệt độ khác với nhiệt độ bình thờng thì giá trị của môđun biến dạng của vật liệu
cũng thay đổi theo: mô đun biến dạng của vật liệu sẽ giảm khi nhiệt độ môi trờng tăng và
ngợc lại (h.2.19).

25