Đề thi môn nghiên cứu thực nghiệm thủy lực2

TRèNH O TO: CAO HC
NGNH O TO: CễNG TRèNH

TRNG I HC THY LI
KHOA CễNG TRèNH

MễN :NC THC NGHIM CT
P N: S 21
_***_
Thi gian lm bi: 120 phỳt
Hỡnh thc: Thi vit v c dựng ti liu
tham kho

B MễN THY CễNG-SBKC
Ging viờn
Trng B mụn

phần : Mô hình Thuỷ lực ( Thời gian làm bài 60 phút )

Câu I : Trình bày những hiểu biết của anh, (chị ) về mô hình thuỷ lực trong nghiên cứu
dòng chảy không mặt thoáng?
ỏp ỏn v thang im (2,5)
-

Nhng ni cú d.c khụng mt thoỏng
Tiờu chun tng t c chn cho nhng nghiờn cu ny
Re v t l mụ hỡnh thng chn
Khỏi nim v hin tng khớ húa v khớ thc
Cỏc hng nghiờn cu thc nghim hin tng khớ húa v khớ thc

0,5

0,5
0,5
0,5
0,5

CâuI1: Hãy thiết lập phơng trình chung nhất ( có sử dụng phơng pháp Buckingham ) để
thit lp mi quan h gia chiu cao song leo Hsl mt b bin nht nh no ú ph thuc
vo chiu cao súng H, dc mỏi b m, mc nc bói trc mỏi h, gia tc trng trng g
v chu ký súng
ỏp ỏn v thang im(2,5)
-

Xỏc

nh

n=6

v

vit

Hsl

= f ( m; H ; h; , g ) )

0,50
- Chn r=2 v vit f(1, 2,3 ,4) = 0
- Tớnh cỏc j : Mi j tớnh ỳng l 0,25

0,50
4x 0,25=

1 ,0

- Vit phng trỡnh cui cựng
Hsl/H = f ( m; H / g 2; h / H ) )

P N MễN THC NGHIM CễNG TRèNH (KT CU) 21

0,50


Câu 1. (3 điểm)
1. Tải trọng phân bố tĩnh (1,5 điểm)
a. Vật liệu rời (0,25 điểm)
Các vật liệu xây dựng rời như xi măng, cát, đá, sỏi… cũng thường được dùng làm tải trọng
khi thí nghiệm tĩnh các kết cấu công trình; đặc biệt là khi tiến hành thử tải trọng trên các kết cấu tại
hiện trường. Các loại vật liệu này, khi làm tải thí nghiệm cần phải cân đong chính xác; đóng gói
thành từng bao nặng tối đa không quá 50 kg. Những bao vật liệu khi chất tải phải xếp thành từng trụ
riêng lẻ (cách 5-10cm) trên bề mặt đối tượng thí nghiệm.
b. Vật liệu viên khối (0,25 điểm)
Các viên khối vật liệu dùng làm tải trọng thí nghiệm thương là các viên gạch nung, gạch bê
tông,… chúng cần được sắp xếp thành từng trụ riêng lẻ (3-5cm) trên bề mặt chịu tải kết cấu.
Dùng các vật liệu xây dựng để làm tải trọng phân bố, có những hạn chế như:
- Tải trọng tác dụng lên đối tượng không cùng một thời điểm;
- Mất nhiều công sức và thời gian để cân đong, đóng gói vật liệu cũng như chất và dỡ tải khi
tiến hành thí nghiệm;
- Hạn chế khả năng quan sát và đo đạc trạng thái ứng suất – biến dạng trên bề mặt đặt tải khi
tiến hành thí nghiệm;

- Xuất hiện sự ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa kết cấu và tải trọng, làm ngăn cản một phần
biến dạng của kết cấu trên bề mặt tiếp xúc đó;
- Không đảm bảo an toàn trong trường hợp kết cấu thí nghiệm bị phá hoại.
c. Gia tải bằng nước (0,5 điểm)
Tải trọng bằng nước là dạng tải trọng hoàn hảo, khi cần đặt tải trọng phân bố đều có cường
độ lớn lên kết cấu thí nghiệm.
Những ưu điểm của phương pháp gia tải trọng bằng nước:
- Có khả năng xác định chính xác giá trị của tải trọng phân bố bằng độ cao của cột nước;
đảm bảo sự phân bố đều của tải trọng;
Tác dụng tải trọng bằng nước sẽ không đảm bảo sự phân bố đều và chính xác khi bề mặt
chịu tải của kết cấu gồ ghề và không nằm ngang hoặc khi kết cấu có biến dạng lớn. Ngoài ra, nước
còn là tải trọng thông thường để thí nghiệm các kết cấu chứa chất lỏng như: bể nước, đường ống…
d. Tải trọng phân bố qua hệ dầm truyền tĩnh định (0,5 điểm)
Khi thí nghiệm khảo sát các kết cấu có mặt chịu tải lớn như bản sàn, mái BTCT toàn khối,
các kết cấu vỏ mỏng… Với biện pháp chất dỡ tải trọng bằng VLXD hoàn toàn không thể đáp ứng
được yêu cầu nghiên cứu; vì thế trong nghiên cứu thực nghiệm còn cho phép tạo các tải trọng phân
bố bằng cách tập hợp một hệ thống lực tập trung có cường độ như nhau, với mật độ cao (thưòng từ
16-25 điểm/m2), được sắp xếp theo quy luật trên bề mặt chịu tải của kết cấu. Biện pháp để tạo được
lực phân bố này dựa trên cơ sở hệ thống phân lực bằng các dầm truyền tải tĩnh định.
Tác dụng tải trọng theo phương pháp này khắc phục được những nhược điểm do quá trình
gây tải đưa đến, đó là:
- Có thể quan sát được bề mặt của kết cấu chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng.
- Không có hiện tượng ngăn cản biến dạng của lớp vật liệu bên ngoài của kết cấu do sự xuất
hiện của lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa tải trọng và kết cấu;
- Tăng, dỡ tải trọng nhanh chóng và đồng đều trên toàn bộ các điểm tải.
2. Tải trọng tập trung (1,5 điểm)


Tải trọng thí nghiệm tác dụng theo hình thức tập trung thường được đặt vào các mắt, nút liên
kết hoặc vào những phần từ của kết cấu. Loại tải trọng này được dùng nhiều trong khi nghiên cứu

kết cấu hệ thanh như dầm, cột, dàn vì kèo…
a. Gây tải trọng bằng biện pháp treo vật nặng (0,5 điểm)
Dùng trọng lượng vật liệu để làm tải trọng tập trung lên kết cấu được thực hiện theo hai
nguyên tắc sau:
- Treo trực tiếp vật nặng lên kết cấu để làm tải trọng tập trung là phương pháp đơn giản nhất
nhưng lại rất cồng kềnh. Ưu điểm của biện pháp này so với các biện pháp khác là trị số cuả tải trọng
không thay đổi khi kết cấu khảo sát bị biến dạng.
- Đặt tải qua hệ thống đòn bẩy khuếch đại. Khi thí nghiệm các kết cấu riêng lẻ cần có giá trị
tải trọng tác dụng lớn, thường dùng các hình thức gây tải trọng tập trung qua các đòn bẩy khuếch
đại.
b. Gây tải trọng bằng các thiết bị căng kéo (0,5 điểm)
Tạo tải trọng lên kết cấu thí nghiệm bằng thiết bị căng kéo được áp dụng trong những trường
hợp:
- Thí nghiệm tiến hành trong địa bàn chật hẹp;
- Không có điều kiện triển khai biện pháp treo tải bằng vật nặng;
- Đòi hỏi phải điều chỉnh nhẹ nhàng giá trị tải trọng tác dụng;
- Phương pháp tác dụng của tải trọng lên công trình bất kỳ.
Gây tải trọng bằng hệ thiết bị căng kéo thường không đảm bảo được giá trị tải trọng không
đổi theo thời gian, đặc biệt trong những trường hợp cần giữ tải khi kết cấu làm việc ở giai đoạn phát
triển biến dạng dẻo. Ngoài ra, giá trị tải trọng còn thay đổi do ảnh hưởng biến động của nhiệt độ
môi trường đến hệ thiết bị gây tải như chiều dài của dây cáp.
c. Gây tải trọng bằng kích thuỷ lực (0,5 điểm)
Gia tải bằng kích thuỷ lực là một biện pháp thuận tiện nhất khi làm thí nghiệm kết cấu công
trình chịu tải trọng tĩnh, vì có những ưu điểm sau:
- Chiếm ít diện tích hơn các biện pháp khác;
- Thiết lập và điều chỉnh tải trọng dễ dàng;
- Có khả năng đặt tải theo hướng bất kỳ.
Câu 2. (2 điểm)
Ứng suất pháp, ứng suất tiếp trên mặt cắt vuông góc với trục dầm tương ứng là σx và τxy.
Áp dụng định luật Hooke với trạng thái ứng suất phẳng:

εx =

1
σ x − µσ y
E

(

)

Vì theo đầu bài, ứng suất pháp trên mặt cắt song song với trục dầm σy = 0 nên
σ x = Eε x = 20000 ×4, 44 ×10 −5 = 0,888kN / cm 2

Mặt khác
εm =

1
( σ − µσn )
E m

(0,5 điểm)


hay
σ m − µσ n = Eε m
σ m − 0, 2σ n = 20000 ×(−5,73 ×10 −5 ) = −1,146

(1)

Từ tính chất bất biến thứ nhất của ứng suất σm + σn = σ x + σ y = 0,888

(2)
2
Từ (1) và (2) suy ra σm = -0,807 kN/cm .
(0,5 điểm)
σm được suy ra từ công thức tính ứng suất trên mặt cắt nghiêng:
σm =

σ x +σ y

σx - σ y

cos 2α - τ xy sin 2α
2
0,888 + 0 0,888 - 0
- 0 ,807 =
+
cosτ2 ×30
sin0 2
2
2
τ xy = 1,7kN / cm
2

+

xy

2 ×300

(0,25 điểm)

Ứng suất chính được xác định từ công thức
2

2
σx +σy
σx −σy 
0,888 + 0
 0,888 − 0 
2
2
σ 1 = σ max =
± 
+ τ xy =
± 
÷ + 1,7
÷
2
2
2
(0,5 điểm)
2
min


 2 
σ max = 2, 2kN / cm 2
σ min = −1,76kN / cm 2

Phương ứng suất chính lớn nhất được xác định từ công thức
tgα1 = tgαmax = −

τ xy
σmax − σ y

=−

1, 7
= −0, 7727
2, 2 − 0

(0,25 điểm)

αmax = −37 42'
0

TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: CAO HỌC
NGÀNH ĐÀO TẠO: CÔNG TRÌNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH

MÔN :NC THỰC NGHIỆM CT

BỘ MÔN THỦY CÔNG-SBKC


P N: S 22
Ging viờn
_***_
Thi gian lm bi: 120 phỳt

Hỡnh thc: Thi vit v c dựng ti
liu tham kho
phần : Mô hình Thuỷ lực ( Thời gian làm bài 60 phút )

-

Trng B mụn

CâuI: Chọn tỷ lệ mô hình đập tràn khi lu lợng qua tràn là Qt = 558m3/s; đập cao
Pt = 15,5m; Bề rộng tràn Bt = 300 m; hệ số lu lợng m=0,42. Mô hình đặt trong máng kính
rộng 0,5 m, cao 1,2m ; lu lợng lớn nhất của máy bơm có thể cấp nớc cho mô hình là 50(l/s)
ỏp ỏn v thang im(2,5)
- Nờu yờu cu chung v chn l

0,25

- Xỏc nh l1 theo kớch thc ca mỏng thớ nghim l1 =15

0,75

- Xỏc nh l 2 theo kh nng cp nc ca mỏy bm: l 2 = 9,5

0,75

- So sỏnh thy l1 > l 2 nờn ly l = l1

0,5

- Kt lun chn l =15

0,25

Câu II: Phân biệt tơng tự cơ học theo tiêu chuẩn Froud và tiêu chuẩn Raynold ? Cho ví dụ
minh hoạ?
ỏp ỏn v thang im
- S ging nhau
- S khỏc nhau:
+ v lc tỏc dng ch yu, v bn cht vn

-

0,25
0,50

+ Khỏc nhau v biu thc c bn

0,25

+ Khỏc nhau v cỏc biu thc chuyn i (ti thiu phi nờu c 3)

0,50

Vớ d minh ha (cú tớnh toỏn):

1,00

P N MễN THC NGHIM CễNG TRèNH (KT CU) 22
Cõu 1. (3 im)
1. Ti trng thc (1 im)
Ti trng thc gm hai loi :

Gõy rung ng ti mt v trớ c nh nh cỏc mỏy múc c khớ trong cỏc xng mỏy;
Va gõy rung ng va chuyn di v trớ nh cỏc phng tin vn ti ụtụ, tu, ... v cỏc


phương tiện trong nội bộ nhà xưởng (cần trục, cầu thang máy,...)
Khi trên đối tượng khảo sát chỉ tồn tại một nguồn chấn động, thì việc dùng trực tiếp chính nó
để làm tải trọng thí nghiệm sẽ thực hiện được khá dễ dàng. Trường hợp trên đối tượng tồn tại đồng
thời nhiều nguồn gây chấn động, thì quá trình thí nghiệm trở nên phức tạp; vì ở đây nhiệm vụ tiến
hành thí nghiệm là phải tổ hợp được các nguồn chấn động để gây trạng thái làm việc nguy hiểm
trong đối tượng khảo sát. Quá trình thí nghiệm ở đây phải thực hiện theo trình tự từ đơn giản đến
phức tạp và từ chế độ làm việc nhẹ đến chế độ làm việc nặng dần.
Nếu nguồn gây rung động là các máy móc, thiết bị được lắp đặt tại một vị trí cố định trên
công trình thì việc dùng trực tiếp các thiết bị này làm tải trọng thí nghiệm đã được thực hiện. Trong
quá trình thí nghiệm cần khảo sát các trạng thái làm việc khác nhau của máy móc, thiết bị như khởi
động, dừng tắt, các mức công suất khác nhau (vòng quay, tải trọng ...) để xác định được các tham số
động gây bất lợi nhất, hoặc nguy hiểm nhất.
Nếu các nguồn chấn động là di chuyển, thì ngoài những trường hợp thí nghiệm như đối với
nguồn chấn động tại chỗ (tàu xe nổ máy tại chỗ, cần trục nâng hạ tải trọng …), còn cần phải tìm sự
ảnh hưởng đến trạng thái công trình khi tốc độ di chuyển của các nguồn chấn động phát triển lớn và
khi xuất hiện lực hãm các chuyển động.
2. Tải trọng thí nghiệm chuyên dùng (2 điểm)
Khi nghiên cứu thực nghiệm các kết cấu công trình, việc dùng tải trọng thực để làm thí
nghiệm thường bị hạn chế, không đáp ứng được các yêu cầu nghiên cứu về cường độ tải trọng cũng
như sự khống chế của tần số dao động. Vì thế, cần phải tạo các nguồn tải trọng rung động chuyên
dùng có các đặc trưng kỹ thuật phù hợp với các chỉ tiêu thiết kế công trình.
a. Tải trọng xung kích (va chạm) (1 điểm)
Va chạm đơn sẽ gây dao động tự do của kết cấu công trình. Để xác định các tham số động
(tần số và cường độ) của dao động cưỡng bức này không đòi hỏi phải đo chính xác các đại lượng
của nguồn va chạm, mà chỉ cần đảm bảo tạo được lực va chạm đủ để ghi được dao động tự do của
kết cấu .

- Va chạm đứng (0,5 điểm)
Cho rơi một vật nặng có trọng lượng Q đặt ở độ cao h =2,0 - 2,5m tùy thuộc vào kết cấu và
trọng lượng vật nặng. Tại vị trí điểm rơi của vật nặng trên kết cấu, rải một đệm cát dày khoảng 10 20cm để bảo vệ bề mặt của kết cấu thí nghiệm và để ngăn chặn các nhát va chạm thứ cấp.
Với biện pháp gây tải trọng trên đây, biểu đồ dao động ghi được sẽ cho phép xác định chu kỳ
dao động tự do của cả công trình và vật nặng, bằng :
T = 2π

Sơ đồ tạo va chạm đứng

mqd + m
k

Sơ đồ búa tạo va chạm ngang


Chu kỳ dao động tự do To của kết cấu được xác định từ kết quả đo thực nghiệm sẽ là :
T0 = T

mqd
mqd + m

trong đó T - chu kỳ dao động riêng của kết cấu và vật nặng;
mqd - khối lượng quy đổi tại vị trí va chạm;
m - khối lượng của vật rơi;
k – khối lượng của vật nặng làm kết cấu dịch chuyển 1 cm.
Va chạm đứng còn có thể tạo được bằng biện pháp thả rơi vật nặng Q từ kết cấu thí nghiệm
tạo nên một xung lực chuyền qua sợi cáp treo và làm cho kết cấu dao động.
- Va chạm ngang (0,5 điểm)
Để tạo va chạm ngang vào phần tử kết cấu, người ta thường dùng một thanh gỗ tròn có kích
thước phụ thuộc kết cấu thực nghiệm (thường có đường kính từ 20 - 25 cm, chiều dài từ 250 - 300

cm) được treo ngang bằng trên hai dây. Kéo thanh gỗ ra rồi buông dây cho thanh gỗ chuyển dịch tự
do, va vào kết cấu thí nghiệm theo phương ngang. Sau nhát va chạm đầu tiên, cần phải giữ sợi dây
để giữ búa không cho xảy ra các nhát va chạm thứ cấp.
Có thể tạo va chạm ngang bằng cách treo một vật nặng trên sợi dây có ròng rọc chuyển
hướng nối với một cơ cấu mở tự động khi có xung lực kéo xác định.
b. Tải trọng rung động (1 điểm)
Để tạo nguồn tải trọng cưỡng bức tác dụng lên kết cấu công trình hoặc đối tượng khảo sát,
thường dùng máy rung động chuyên dùng. Máy tạo rung được thiết kế và chế tạo theo nguyên lý
quay các quả nặng đặt lệch tâm.
-

Máy rung với một quả nặng đặt lệch tâm.
Máy rung ly tâm không
định hướng (một quả lệch
tâm)

Khi quay quả nặng có khối lượng m với vận tốc quay ω sẽ sinh ra lực ly tâm P = meω2 với
e - khoảng cách từ khối lượng m đến tâm quay O.
Khi giữ nguyên được tốc độ quay ω thì cường độ của lực ly tâm không thay đổi, nhưng
phương tác dụng của lực liên tục thay đổi. Các thành phần lực nằm ngang Px và thẳng đứng Py sẽ tác
dụng vào kết cấu thí nghiệm và thay đổi theo quy luật điều hòa :
Px= meω 2cosωt;
Py= meω2sinωt;
ở đây, ωt - góc đặc trưng cho vị trí của khối lượng m tại thời điểm khảo sát.


Loại tải trọng này rất thường gặp trong thực tế sản xuất (đầm dùi, đầm mặt để rung lắc bê
tông tạo độ chặt) khi động lực có dạng dao động điều hòa xuất hiện trên cả hai phương đều có lợi.
Nhưng khi thành phần dao động thứ hai không cần thiết, thậm chí còn gây hại (thiết bị rung cọc
móng, rung hạ giếng chìm, rung ván khuôn v.v...), trong các thí nghiệm động, yêu cầu chỉ gây tải

trên một phương để khảo sát các thông số động, người ta ghép đồng bộ hai quả lệch tâm để triệt tiêu
thành phần không mong muốn. Đó là thiết bị rung gồm 2 quả nặng lệch tâm.
- Máy rung với hai quả nặng lệch tâm
Trên hai trục song song O1 và O2 quay ngược chiều nhau cùng một vận tốc quay ω, có hai
quả nặng (1) và (2) cùng khối lượng m nằm trên hai vị trí đối nhau trong mọi thời điểm và có
khoảng lệch e đến hai trục O1 và O2 bằng nhau. Khi cho trục quay, sẽ xuất hiện hai lực ly tâm P1 và
P2 bằng nhau, hình chiếu của chúng lên trục x ngược chiều nhau, cho nên ta có Px(t)=0, còn tổng
các hình chiếu lên trục y là Py(t) thay đổi theo quy luật Py(t) = 2m eω2 sint.
Từ quy luật làm việc của thiết bị chấn động hai khối, người ta còn chế tạo các thiết bị rung
có công suất lớn hơn với bốn hoặc tám quả nặng, dùng để gây những dao động cưỡng bức đối với
các công trình lớn như kết cấu nhịp cầu.

Máy rung ly tâm định
hướng (hai quả lệch tâm)

Khi xác định các đặc trưng động của kết cấu công trình, thiết bị gây chấn động cần phải có
phạm vi thay đổi số vòng quay rộng. Vì thế, bộ phận động lực trong thiết bị chấn động thường phải
dùng các động cơ điện có dòng không đổi cùng với bộ chuyển tốc độ để có thể thay đổi số vòng
quay của thiết bị từ 15 đến 20 lần.
Câu 2. (2 điểm)
Ứng suất pháp, ứng suất tiếp trên mặt cắt vuông góc với trục dầm tương ứng là σ x và τxy.
Áp dụng định luật Hooke với trạng thái ứng suất phẳng:
1
ε y = ( σ y − µσ x )
E bốn quả lệch
Máy rung ly tâm có
Vì theo đầu bài, ứng suấtTrpháp
mặt
song
song

vớisintrục dầm σy = 0 nên
ường htrên
ợp tạ
o lựcắt
c rung
động
hình
Trường hợp tạo mômen rung


σx = −

Eε y
µ

=−

21000 ×( −1,78 ×10 −5 )
= 2, 2kN / cm 2 (0,5 điểm)
0,17

Mặt khác
εm =

1
( σ − µσn )
E m

hay
σ m − µσ n = Eε m

σ m − 0,17σ n = 21000 ×( −1,3 ×10 −5 ) = −0, 27

Từ tính chất bất biến thứ nhất của ứng suất σm + σn = σ x + σ y = 2, 2
Từ (1) và (2) suy ra σm = 0,09 kN/cm2.
σm được suy ra từ công thức tính ứng suất trên mặt cắt nghiêng:
σm =

σ x +σ y

+

(1)

(2)
(0,5 điểm)

σx - σ y

cos 2α - τ xy sin 2α
2
2
2 ,2 + 0 2 ,2 - 0
0,09 =
+
cosτ2 ×45
sin0 - xy
2 ×450
2
2
τ xy = 1,01kN / cm 2

(0,25 điểm)
Ứng suất chính được xác định từ công thức
2

2
σ +σ y
σ −σy 
2, 2 + 0
 2, 2 − 0 
2
2
σ 1 = σ max = x
±  x
+
τ
=
±
xy

÷ + 1,01
÷
2
2
2
min
 2 
 2 
(0,5 điểm)
σ max = 2,59kN / cm 2

σ min = −0,39kN / cm 2

Phương ứng suất chính lớn nhất được xác định từ công thức
tgα1 = tgαmax = −

τ xy
σmax − σ y

=−

1, 01
= −0,39
2,59 − 0

(0,25 điểm)

αmax = −21 18'
0

TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: CAO HỌC
NGÀNH ĐÀO TẠO: CÔNG TRÌNH
MÔN :NC THỰC NGHIỆM CT
ĐÁP ÁN: SỐ 23
_***_
Thời gian làm bài: 120 phút
Hình thức: Thi viết và được dùng
tài liệu tham khảo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN THỦY CÔNG-SBKC
Giảng viên
Trưởng Bộ môn


phần : Mô hình Thuỷ lực ( Thời gian làm bài 60 phút )

Câu I: Mô hình lòng dẫn mềm đợc sử dụng vào những nghiên cứu nào? Cho ví dụ? Các
điều kiện đảm bảo tơng tự?
ỏp ỏn v thang im(2,5)
- Nhng nghiờn cu cú s dng mụ hỡnh lũng dn mn
- Cho vớ d (cú th nghiờn cu v xúi, bi, bin hỡnh lũng dn,
vn chuyn bựn cỏt..)

0,25
0,5

-

0,25
0,5
0,5
0,5

Tuõn theo cỏc iu kin ca lũng dn cng
iu kin tng t ca bt u bựn cỏt chuyn ng
iu kin tng t ca khi lng bựn cỏt chuyn ng
iu kin b sung khi nghiờn cu xúi cc b

Câu II: Gọi Vo*là lu tốc động lực của dòng chảy ứng với khi bắt đầu chuyển động của

hạt ở đáy lòng dẫn (tạo nên hố xói). Hạt không dính ở đáy có khối lợng riêng c , đờng kính
hạt dc .Nớc trong lòng dẫn có khối lợng riêng , hệ số nhớt động lực à , gia tốc trọng trờng g.
Hãy thiết lập phơng trình chung nhất ( có sử dụng phơng pháp Bukingham) để xác lập mối
quan hệ giữa Vo* với các đại lợng khác
ỏp ỏn v thang im(2,5)
- Xỏc nh n=6 v vit Vo* = f( c , dc , , à , g )

0,50


-Chn r=3 (Vo*, dc, ) v vit f(1, 2,3 ) = 0
- Tớnh cỏc j : Mi j tớnh ỳng l 0,25

0,75
3x 0,25=

- Vit phng trỡnh cui cựng f( c/ ; Vo*2/g dc ; Vo*. dc / à) =0

P N MễN THC NGHIM CễNG TRèNH (KT CU) 23
Cõu 1. (3 im)
1. DNG C O CHUYN V (1,5 im)
1.1. o chuyn v theo nguyờn lý c hc: (0,75 im)
u im: chớnh xỏc, d s dng
Nhc im chớnh: ch o c chuyn v tnh.
1.1.1. Vừng k (ng h o chuyn v ln)
Cỏc c trng c bn

0,75
0,50

- Đồng hồ đo chuyển vị kiểu võng kế không hạn chế khoảng đo, cho nên có thể đo độ võng
của kết cấu nhịp lớn, độ lún của cọc móng, …
- Dây thép có đường kính 0,2 ÷ 0,3mm.
- Quả nặng có trọng lượng m = 1 ÷ 3kg.
- Giá trị 1 vạch trên mặt đồng hồ: δ1 = 1/Kv = 0,1mm.
- Có độ nhạy và độ chính xác cao.
1.1.2. Chuyển vị kế (indicator) cơ học (đồng hồ đo chuyển vị bé)
Các đặc trưng cơ bản
- Hiện nay những đồng hồ đo thông dụng có các giá trị vạch đo là 0,01; 0,02; 0,001, và 0,002
mm.
- Khoảng chuyển vị lớn nhất đo được của đồng hồ thường 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 50 mm.
- Với loại đồng hồ 0,001 và 0,002 có khoảng đo từ 5 đến 10 mm.
1.2. Đo chuyển vị theo nguyên lý điện (0,75 điểm)
1.2.1. Chuyển vị kế điện
Để khắc phục một phần nhược điểm của loại chuyển vị kế kiểu cơ học, người ta đã lắp vào
bên trong loại chuyển vị kế này một cầu đo nên độ khuếch đại cao hơn nhiều và có quán tính nhỏ có
thể dùng để đo được cả chuyển vị động với tần số không lớn lắm. Loại chuyển vị kế này vừa có
chức năng như chuyển vị kế loại cơ học lại vừa có chức năng của loại chuyển vị kế động (ưu điểm).
1.2.2. Chuyển vị kế điện tử (Digital indicator)
- Thiết bị có độ nhạy cao, có thể đạt đến 0,01µm. Khoảng đo thường nhỏ hơn ± 25mm.
2. DỤNG CỤ ĐO BIẾN DẠNG (1,5 điểm)
2.1. Đo biến dạng theo nguyên lý cơ học (0,75 điểm)
2.1.1. Tenxơmét cơ học
Tenxơmét cơ học là loại dụng cụ đo biến dạng từng điểm rời rạc được dùng phổ biến khi
khảo sát trạng thái biến dạng tĩnh và 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 trưng nhất là loại tenxơmét đòn.
Các đặc trưng cơ bản và ưu nhược điểm

- Sai số đọc lớn nhất ± 2,5.10 −6
- Giá trị một vạch đo: δ1 = 1/K = 0,001 mm = 1 µm.
Tenxơmét đòn bẩy có cấu tạo đơn giản, trọng lượng không lớn, độ chính xác cao. Tuy nhiên
xét từ cấu tạo còn tồn tại những nhược điểm như:
+ Vật liệu dòn, các chi tiết dễ hỏng.


+ Liên kết các bộ phận chuyển động và liên kết bản lề không hoàn toàn, dễ bị xộc xệch khi
tháo lắp.
+ Không đo được biến dạng động.
+ Không sử dụng được ngoài trời mưa nắng.
2.1.2. Comparator
Comparator là một dụng cụ đo biến dạng sử dụng indicator lắp trên một giá chuyên dụng
được chế tạo sẵn cùng với thanh chuẩn có hệ số nở nhiệt nhỏ, độ bền cao (thường là thép Inva) để
khử ảnh hưởng của môi trường.
Với cách đo như trên, chỉ cần một comparator ta có thể đo biến dạng tại nhiều vị trí khác
nhau trên công trình, và cũng có thể đo biến dạng của mẫu nhiều lần ở nhiều thời điểm khác nhau
(đo biến dạng theo thời gian). Ngoài ra, với dụng cụ này, kết quả đo không phụ thuộc vào kĩ thuật
gá lắp dụng cụ. Do mở rộng được chuẩn đo nên độ nhậy tăng. Tuy nhiên dụng cụ này cũng có quán
tính lớn nên chỉ đo được biến dạng tĩnh.
2.2. Đo biến dạng theo nguyên lý điện – Tenxơmét điện trở (0,75 điểm)
2.2.1. Đặc điểm
Đây là phương pháp đo biến dạng dài được dùng phổ biến hiện nay. Phương pháp này có
nhiều ưu điểm mà các phương pháp khác không thể có được. Những ưu điểm của phương pháp này
là:
- Có độ chính xác cao.
- Chỉ cần một máy đo có thể đo biến dạng tại nhiều vị trí trên công trình.
- Có thể đo biến dạng theo nhiều phương khác nhau tại cùng một điểm và do đó có thể xác
định được giá trị, phương của ứng suất chính.
- Có thể đo biến dạng gây ra do tải trọng tĩnh, tải trọng động cũng như tải trọng xung.

- Có thể đo biến dạng ở khoảng cách xa vị trí đặt máy đo, ở những vị trí kín không thể quan
sát được, ví dụ đo biến dạng ở những điểm trong lòng cấu kiện bêtông, kết cấu chìm ngập dưới
nước, các điểm trong lòng công trình đất ...
- Có thể sử dụng tấm điện trở để chế tạo thành các đầu chuyển đổi để đo nhiều các đại lượng
cơ học khác.
Tuy nhiên phương pháp đo này chịu ảnh hưởng rất nhiều của môi trường ngoài như nhiệt
độ, độ ẩm, từ trường, ... nên cần có biện pháp kĩ thuật xử lí thích hợp mới cho được kết quả tin cậy.
Bộ thiết bị đo này gồm 2 bộ phận chính: Máy đo và đầu đo. Máy đo được gọi là máy đo biến
dạng, còn đầu đo thông dụng nhất là cảm biến điện trở.
2.2.2. Cảm biến điện trở - Strain gauge
Cấu tạo của cảm biến điện trở gồm lớp vỏ bằng giấy cách điện hoặc bằng polyester, một dây
điện trở được dán chặt vào giữa 2 lớp vỏ và được hàn vào 2 dây dẫn điện. Chiều dài  được gọi là
chuẩn đo (base). Điện trở của tấm điện trở thường có giá trị là 120Ω, 350Ω, 600Ω đến 1000Ω.
2.2.3. Máy đo biến dạng


Sơ đồ nguyên lý của máy đo
Thông thường máy đo biến dạng gồm 3 bộ phận chính như trên hình vẽ.
Bộ chỉ thị có thể là đồng hồ chỉ thị (indicator), có thể là màn hình (display), có thể là máy in
(printer), có thể là máy ghi (recorder), có thể là máy hiện sóng (oscillograph).
Analyzer

2

1

3

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý máy đo biến dạng
1- Cầu Wheatstone 2- Bộ khuyếch đại 3- Bộ ch ỉ th ị

Bộ khuyếch đại (amplifier) có thể là bộ khuyếch đại tĩnh nếu đo các đại lượng tĩnh, là bộ
khuyếch đại động nếu đo các đại lượng động. Bộ khuyếch đại động chỉ khác bộ khuyếch đại tĩnh
chủ yếu là có thêm bộ chuyển mạch điện tử (công tắc điện tử).
Câu 2. (2 điểm)
Ứng suất pháp, ứng suất tiếp trên mặt cắt vuông góc với trục dầm tương ứng là σx và τxy.
Áp dụng định luật Hooke với trạng thái ứng suất phẳng:
εx =

1
σ x − µσ y
E

(

)

Vì theo đầu bài, ứng suất pháp trên mặt cắt song song với trục dầm σy = 0 nên
σ x = Eε x = 19000 ×(−10, 27 ×10 −5 ) = −1, 95kN / cm 2 (0,5 điểm)

Mặt khác
εm =

1
( σ − µσn )
E m

hay
σ m − µσ n = Eε m
σ m − 0,18σ n = 19000 ×( −11,36 ×10 −5 ) = 2,16

(1)

Từ tính chất bất biến thứ nhất của ứng suất σm + σn = σ x + σ y = −1,95
(2)
Từ (1) và (2) suy ra σm = 1,53 kN/cm2.
(0,5 điểm)
σm được suy ra từ công thức tính ứng suất trên mặt cắt nghiêng:


σm =

σ x +σ y

+

σx - σy

cos 2α - τ xy sin 2α
2
2
- 1,95 + 0 - 1,95 - 0
1,53 =
+
cosτ2 ×45
sin0 2
2
τ xy =- 2 ,5kN / cm 2

xy

2 ×450

(0,25 điểm)
Ứng suất chính được xác định từ công thức
2

2
σ +σy
σ −σ y 
−1,95 + 0
 −1,95 − 0 
2
2
σ 1 = σ max = x
±  x
+
τ
=
±
xy

÷ + (−2,5)
÷
2
2
2
(0,5 điểm)
2
min



 2 
σ max = 0,73kN / cm 2
σ min = −4,63kN / cm 2

Phương ứng suất chính lớn nhất được xác định từ công thức
tgα1 = tgαmax = −
αmax = 73 43'
0

τ xy
σmax − σ y

=−

( −2,5)
= 3, 425
0, 73 − 0

(0,25 điểm)