BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM CÔNG TRÌNH TS HỒ HỮU CHỈNH

THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH

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

GV: Hồ Hữu Chỉnh

Structural Testing Laboratory - HCMC University of Technology

Email:
Email:



Nội dung môn học
™

Chương I:

Khái niệm về nghiên cứu thực nghiệm.

™

Chương II: Phương pháp khảo sát đánh giá chất
lượng vật liệu.

™

Chương III: Thiết bò và phương pháp đo ứng suất biến dạng.

™

Chương IV: Nghiên cứu thực nghiệm công trình
chòu tải trọng tónh.

™

Chương V: Nghiên cứu thực nghiệm công trình
chòu tải trọng động.


Tài liệu tham khảo
z

z

z

Phương pháp khảo sát và nghiên cứu thực nghiệm
công trình (Võ Văn Thảo, NXB KHKT, Hà Nội, 2001).
TCXDVN 363_2006: Kết cấu BTCT- Đánh giá độ
bền của các bộ phận kết cấu chòu uốn trên công trình
bằng phương pháp thí nghiệm chất tải tónh (Bộ Xây
Dựng, Hà Nội, 2006).
TCXDVN 373_2006: Chỉ dẫn đánh giá mức độ nguy
hiểm của kết cấu nhà (Bộ Xây Dựng, Hà Nội, 2006).


Chương I :

Khái niệm về nghiên cứu
thực nghiệm

Chương I-1

Tại sao phải TNCT ?
TN cơ học cổ điển chỉ cung
cấp số liệu riêng biệt trên
các mẩu vật nhỏ, còn về ứng
xử của vật liệu khi làm việc
cùng nhau trong một kết cấu
là mơ hồ.
Ứng xử này phụ thuộc:
- Hình dạng kết cấu
- Kích thước kết cấu
- Tương tác giữa các ứng
suất đa chiều

Cần thiết TN trên kích thước thực dưới
các điều kiện tải trọng khác nhau
⇒ Thiết lập được gỉa thiết giá trò về tuổi
thọ và sức chòu tải của kết cấu.

- Can thiệp của các vật liệu ≠
(sandwich, BTCT, BT tiền
áp,…)
- Ảnh hưởng của các liên kết
≠ (hàn, bu lông, khớp nối,…)


Chương I-2

Giới thiệu môn học
Â

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

Â

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

Â

Ứng dụng Thí Nghiệm Công Trình (TNCT) trong
nghiên cứu, triển khai kết cấu mới.


Chương I-3

Ý nghóa của trạng
ng thái
ứng
ng suất – biến dạng
ng (σ−ε)
đo ε

Lực F

Độ chính xác và tin cậy của
đo (σ−ε) phụ thuộc:
ƒ kích thước và số lượng đối tượng

Nghiên cứu thực nghiệm =
Khảo sát biến động (σ−ε)
⇒ nội lực (M,N,Q)
⇒ khả năng & mức độ làm việc
của KC.
⇒ dự đoán tuổi thọ công trình
(đo phát triển khe nứt, phá hủy)
⇒ đánh giá lý thuyết tính toán
(đàn hồi, dẻo, phá hủy?)

khảo sát (tỷ lệ mô hình ? hệ số
chuyển đổi ?)
ƒ hình dáng đối tượng khảo sát:
đơn giản, phức tạp.
ƒ cấu tạo vật liệu có quan hệ (σ−ε)
TT, phi TT,….
ƒ công nghệ chế tạo: tiền áp, lắp
ghép, đổ tại chổ ⇒ ứng suất dư !!!
ƒ tính chất của tải trọng ngoài: tác
dụng tónh hay tác dụng động.
ƒ môi trường tiến hành TN:
MT chuẩn = 23°C, 50% độ ẩm


Chương I-4

Đo biến dạng
ng tương đối (ε)
trong kết cấu công trình

* Hiện nay:

đo ε trực tiếp

tính σ = f (ε−Ε−μ) gián tiếp
Hooke

* Trường hợp non-Hooke: đo ε1

tính σ1 từ đường cong (σ−ε)
của thí nghiệm phá hoại mẩu

* Đo ε trên lớp VL bề mặt bằng
cảm biến ⇒ xác đònh nội lực đàn
hồi, biến dạng dẽo hay phá hoại.

σ
σ1
(σ−ε)

ε1

ε


Chương I-5

Đo biến dạng
ng tương đối (ε)
trong kết cấu công trình (tt)

Kiểu tải trọng

Trạng thái VL

Trạng thái σ

P = const:
dùng cảm biến
(strain gage-SG)

Đàn hồi: ε < εy
(Fe = 2-6 mε)
LSG > 5 mm

σ một phương:
SG thông thường

P = P(t):

BD dẻo: ε > εy

σ hai phương:
SG rosette

dùng cảm biến

(strain gage-SG)
+ analog OSC
(10-5000Hz)
hoặc digital OSC
(0-40MHz) (tốt)

LSG = 1-5 mm
Tập trung σ

σ ba phương:

LSG < 1 mm
+ quang đàn hồi
+ sơn phủ dòn

Chưa có pp đo tốt


Chương I-6

Mô hình tính toán - Lý thuyết
đồng
ng dạng
ng & thứ nguyên
Tải P (N)

Nguyên lý đồng dạng
ρ (kg/m3), E (MPa), μ
(Tham số: ρ, E, μ, B, P)
Kích thước B (m)

1)-Trường hợp tổng quát:
⎫
⎧
⎪
⎪
=
μ
μ
⎪
⎪ m
⎪ Em
E ⎪⎪ ⎧ ε = ε m ⎫
=
⎨
⎬⇒ ⎨
⎬
=
δ
n
δ
g
B
gB
ρ
ρ
m⎭
⎪ m m m
⎪ ⎩
⎪ Pm

⎪
P
=
⎪
⎪
2
2
⎪⎭
⎩ E m Bm EB

Pm
ρm , Em , μm
Bm

2)-MH làm bằng VL thực và bỏ qua
trọng lượng riêng:
P⎫
⎧ Pm
=
⎪ B2 B2 ⎪ ⎧ ε = ε ⎫
⎪ m
⎪
m
⇒
⎨
⎬ ⎨
⎬
=
δ
n

δ
q
q
m⎭
⎪ m =
⎪ ⎩
⎪⎩ Bm B ⎪⎭
1/n – tỷ lệ mô hình
Ghi chú:
P (N) – tải tập trung
δ, δm – chuyển vò
ε, εm – biến dạng q (N/m) – tải phân bố


THÍ NGHIỆM CƠNG TRÌNH

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

GV: Hồ Hữu Chỉnh

Structural Testing Laboratory - HCMC University of Technology

Email:
Email:



Chương II :

Phương pháp

khảo sát & đánh
nh giá
chất lượng
ng vật liệu


Trình tự & nội dung công tác khảo sát công trình
Thu thập hồ sơ ti liệu liên quan đến công trình
Khảo sát sơ bộ

Quan sát, ghi nhận h hỏng đặc trng
Xác định sơ đồ kết cấu
Kiểm tra cấu kiện, kết cấu
Lấy mẫu thí nghiệm (bê tông, gạch, thép, vữa)

Khảo sát chi tiết

Kiểm tra đánh giá sự biến dạng, nứt (võng,
chênh cao, nghiêng, vết nứt...)
Xác định các chỉ tiêu cơ lý của kết cấu, vật liệu,
đất nền,..
Tính toán kiểm tra

Đánh giá tình
trạng công trình

Phân tích nguyên nhân
Tổng hợp các ti liệu, số liệu liên quan
Lập báo cáo

Kết luận v kiến
nghị hớng xử lý


Chương II-1

Các phương pháp TNCT
Xác đònh và đánh giá chất lượng VL (đánh giá nhanh, chi
phí thấp)
„
Phá hoại mẫu (trước XD) : nén BT, kéo thép,..
„
Nửa phá hoại (đang XD) : khoan BT lấy mẫu + nén
BT, …
„
Không phá hoại mẫu (đang XD) : súng BT, sóng siêu
âm,…
Đo ứng suất – biến dạng:
„
đo F, p; đo δ; đo ε; đo θ; đo τ.
Thí nghiệm công trình: (độ tin cậy cao, đắt tiền)
„
Chòu tải trọng tónh.
„
Chòu tải trọng động.


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

Thiết bò TN cường độ bê tông
¾ Thí nghiệm nén bê tông

tiêu chuẩn (15x15x15) hoặc
phi tiêu chuẩn (kích thước lớn
hoặc mác cao).
¾ Thí nghiệm bửa đôi bê
tông (split test)
¾ Thí nghiệm uốn bê tông
(4P-bending test)

Máy nén bê tông 300T


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

Thiết bò khoan lấy mẫu bê tông
¾ Khoan di động lấy mẫu bê
tông tại công trường.
¾ Đường kính lõi khoan:
75-100-150 mm
¾ Chiều cao lõi khoan:
max = 500 mm

Máy khoan Matest
(Diamant 4-Alu)


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

Structural Testing Laboratory - HCMC University of Technology

Thiết bò kéo nén vạn năng
¾ Thí nghiệm đa chức năng: kéo -

Máy thử 100T
(Instron-2294SV)

nén - uốn - cắt mẫu VL có hình dạng
khác nhau (khối, ống, tấm, thanh,
đường hàn)
¾ Thép tròn φ = 12-70 mm
¾ Thép bản 0-65 x 55 mm
¾ Lực kéo max 100 T
¾ Tốc độ max 100 mm/phút
¾ Software Partner có sẳn các tiêu
chuẩn ASTM, BS,… có thể xuất đồ
thò dạng Bitmap


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

Khung gia tải tónh
¾ Thí nghiệm tónh

kết cấu 1 phương có
kích thước max = 4 m.
¾ Khung thép gia tải
dễ tháo lắp, di chuyển.

¾ Hai kích thủy lực
di động trên khung có
khả năng tác dụng lực
từ trên xuống hay từ
dưới lên.

Khung gia tải 20T
(Magnus-HiTech)


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

Thiết bò đo biến dạng
¾ Sử dụng trong thí

Thiết bò ghi tín hiệu P3500
+ Bộ chuyển kênh SB10

nghiệm phân tích
ứng suất của kết cấu
bê tông, thép, …
¾ Đọc trực tiếp giá
trò đo biến dạng (ε).
¾ Sử dụng cầu đo
Wheatstone 1, 2, 4
cảm biến điện trở.
¾ Có thể đo 10 vò
trí đồng thời.

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

Đồng hồ đo chuyển vò bé
¾ Sử dụng trong thí

Dial indicator

nghiệm đo chuyển
vò, độ võng nhỏ của
kết cấu.
¾ Khoảng đo max
= 30, 50, 100 mm
¾ Độ chính xác số
đo ± 0.01 mm


Chöông II-2

Ví duï 1: TN khoâng phaù hoaïi


Chương II-3

Ví dụ 2: TN tải trọng
ng tónh
=> kiểu phá họai dầm BTCT
Dầm
TN

Kích
thủy lực

Khớp
cầu

Gối đỡ

Phá họai dẻo - thiếu thép
(under reinforced)

Khớp
lăn

Chuyển
vò kế

Pu

Pu
khe nứt do kéo

Khung
gia tải

bêtông vỡ

Phá họai dòn - thừa thép
(over reinforced)

Chương II-4

Phương pháp phá hoại mẫu
⇒ biểu đồ (σ−ε) của VL

” Các qui phạm áp dụng:
ƒ

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

ƒ

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

” Biểu đồ (σ−ε) = F (phương pháp TN, kỹ thuật đo, xử lý số liệu)
Ví dụ kéo VL:

5

(σ−ε)thực

4

ƒ

Quan hệ (σ−ε) kỹ thuật:
σe = P / Fo ; εe = DL / Lo ,
Quan hệ (σ−ε) thực:

σt = σe(1+ εe) ; εt = ln (1+ εe)

Ứng suất

ƒ

3
2
1

(σ−ε)kỹ thuật

0
0.0

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

0.2

0.4

0.6

0.8

Biến dạng

ƒ

Tốc độ gia tải ( ≅ 100 kG/cm2/s):

v ↑ ⇒ σy ↑ + E ≅ const

ƒ

Nhiệt độ môi trường:

T ↑ ⇒ σy ↓ + E ↓

ƒ

Trạng thái ứng suất:

(σ−ε)2-trục ≠ (σ−ε)3-trục


Chương II-4B

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


Chương II-5

Phương pháp không phá hoại
(Non destructive testing - NDT)

” Ưu điểm:
ƒ
ƒ

ƒ

Đánh giá chất lượng ngay trên kết cấu thực tế.
Trong quá trình TN, vật liệu không bò hư hỏng.
Phát hiện được khuyết tật nằm sâu trong VL và kết cấu công trình.

” Khuyết điểm:
ƒ

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

” Nhiệm vụ của NDT:
ƒ

ƒ

Đánh giá độ đồng nhất: đo độ cứng H bằng súng bắn bê tông, đo độ
đặc chắc bằng siêu âm, tia X, tia gamma … tại nhiều vò trí khác nhau
rồi so sánh.
Phát hiện khuyết tật: phát hiện lỗ rỗng, bọt khí, vết nứt,… bằng máy siêu
âm, tia X, tia gamma …

” Khảo sát đặc trưng cơ lý VLXD:
Thí nghiệm phá họai mẫu
+
Phương pháp NDT

=> Tin cậy & chính xác cao.