BC TNCT

Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

LỜI MỞ ĐẦU
Môn học Thí Nghiệm Công Trình là môn học chuyên ngành, giới thiệu cho sinh
viên ngành xây dựng làm quen với các máy móc, thiết bị dùng trong nghiên cứu thực
nghiệm, giúp sinh viên nắm được cơ sở thí nghiệm thực hành trong lĩnh vực xây dựng
cơ bản. Bên cạnh đó giúp sinh viên củng cố và phát triển thêm những môn học cơ sở
như Sức bền vật liệu, Cơ học kết cấu và những môn học chuyên ngành như Kết cấu bê
tông cốt thép, Kết cấu gạch đá, Kết cấu thép và gỗ. Đồng thời giúp sinh viên nắm
được những phương pháp thực nghiệm để giải quyết những bài toán mà lý thuyết
không thể xác định được.
Sau khi học môn Thí Nghiệm Công Trình sinh viên phải làm được những thí
nghiệm đơn giản để xác định ứng suất, biến dạng và những trạng thái chịu tải trọng
của kết cấu chịu lực chính như cột nén đúng tâm, cột nén lệch tâm, dầm và dàn. Từ
những cơ sở cơ bản đó giúp cho sinh viên có thể thực hiện những thí nghiệm phức tạp
hơn trong phòng thí nghiệm cũng như trên hiện trường.
Phương pháp thí nghiệm công trình rất đa dạng nhưng trong hướng dẫn này chỉ
giới thiệu 5 bài thí nghiệm.

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

Trang: 1


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 1

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KHÔNG PHÁ HOẠI
XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG BẰNG SÚNG BẬT
NẢY (TCVN 9334:2012)
1.1.

Tóm tắt nội dung phương pháp

Đây là một trong những phương pháp xác định cường độ bê tông theo độ cứng
bề mặt vật liệu. Quan hệ thực nghiệm R-n được thể hiện ở dạng bảng số hay biểu đồ
chuẩn. Dựa vào đó, nếu có trị trung bình độ nảy nTB đo được trên mỗi vùng của mẫu
thử, tra bảng hay trên biểu đồ lập sẵn đối với bê tông cùng loại sẽ xác định được cường
độ bê tông trên vùng tương ứng R
1.2.

Thiết bị thí nghiệm
Súng bật nảy Schmidt và biểu đồ R-n có sẵn trên thân súng.

Hình 1.1. Súng bật nảy Schmidt
1.3.

Tiến hành thí nghiệm

Dùng súng bắn theo phương ngang trên ba vùng của mẫu thử, mỗi vùng tiến
hành bắn 16 lần nhưng chỉ lấy 10 trị số bật nảy n i (bỏ qua 3 giá trị bật nảy nhỏ nhất và
3 giá trị bật nảy lớn nhất). Ghi kết quả vào bảng.
Các điểm bắn cách nhau ít nhất 30mm và cách mép mẫu thử ít nhất 5mm (đối
với cấu kiện là 50mm).

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

Trang: 2


Báo cáo thí nghiệm công trình

1.4.

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

Tính toán xử lý kết quả thí nghiệm

Xác định cường độ bê tông R theo phương pháp thử súng: căn cứ vào trị số bật
nảy trung bình từng vùng nTB, tra biểu đồ có sẵn trên thân súng sẽ xác định được cường
độ bê tông của mỗi vùng R. Cường độ bê tông của mẫu thử RTB bằng trung bình cộng
của ba vùng kiểm tra.
Tên
kiện

cấu STT
thử

vùng Trị số bật nảy ni nTB
(vạch)
(vạch)

1(đứng)

2(đứng)

3(ngang)

25 20

20

16

22 23

22

22

20 23

32

22

22 21

21

20

18

23

21

18

22

22

24

24

23

22

26

26

20

21

26

20

16

26

19

20

24

28

26

20

21

24

26

26

19

24

29

29

R

RTB

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

21.5

160

22.2

165

23.7

138

154,33

Kiểm tra sai lệch giữa kết quả cường độ chịu nén thực tế và kết quả cường độ
thí nghiệm bằng súng bật nảy:
RTB − Rn
154,33 − 204, 44
∆1 =
.100 =
.100= − 24,51(%)
Rn

204, 44
Trong đó: Rn= Cường độ chịu nén của mẫu thử có được từ thí nghiệm phá hoại
mẫu. R n =

46000
= 204, 44(kg / cm 2 )
15.15

Nhận xét: cường độ chịu nén thực tế cao hơn cường độ thí nghiệm bằng súng bật nảy
vì:

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

Trang: 3


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

+ Thí nghiệm bằng súng bật nảy đòi hỏi mặt phẳng mẫu đồng nhất, tạo ma sát giữa
mẫu và vật tốt nhất để đầu súng nhận lực phản lại một cách tốt nhất.
+ Nén thực tế là mẫu làm việc như thật cho ta kết quả chính xác qua một lần đọc, còn
sử dụng sún bật nẩy phải thông qua hai lần đọc (tra bảng) bằng mắt dẫn đến sai số lớn
hơn.

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

Trang: 4

Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 2

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KHÔNG PHÁ HOẠI
XÁC ĐỊNH CHẤT LƯỢNG VẬT LIỆU BÊ TÔNG BẰNG
PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM (TCVN 9357:2012)
2.1. Xác định cường độ chịu nén
2.1.1. Tóm tắt nội dung phương pháp
Việc xác định cường độ bê tông bằng phương pháp siêu âm chủ yếu dựa trên
mối quan hệ thực nghiệm giữa cường độ chịu nén R (kG/cm2) với tốc độ truyền sóng
siêu âm V (km/s). Quan hệ này có thể được biểu diễn chuẩn dưới dạng đồ thị hoặc có
thể biểu thị gần đúng thông qua hàm quan hệ R= a.V4. Trong đó, a= Hệ số thực
nghiệm (được xác định thông qua hệ mẫu chuẩn lập phương 150x150x150cm đúc kèm
theo).
2.1.2. Thiết bị thí nghiệm
Máy siêu âm bê tông

Hình 2.1. Máy siêu âm bêtông
2.1.3. Tiến hành thí nghiệm
Thực hiện siêu âm theo phương pháp đo xuyên trên hai vùng của cấu kiện
(thường là 2 măt bên, mỗi vùng lấy 5 giá trị thời gian truyền sóng ti.

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

Trang: 5

Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

Hình 2.2. Các phương pháp siêu âm
Tương tự đo thời gian truyền sóng qua mẫu chuẩn lập phương tilp
Nén phá hoại hoàn toàn mẫu để có giá trị cường độ chịu nén Rlp
2.1.4. Tính toán kết quả thí nghiệm
Vận tốc truyền sóng V được xác định theo công thức:

V=

L
(Km/s)
T

Trong đó: L= Khoảng cách 2 đầu dò (mm)
t= Thời gian truyền sóng do được ( µ s )
Xác định hệ số thực nghiệm a: a =

Rlp

(V )

4

lp

Trong đó: Rlp= Cường độ chịu nén của mẫu chuẩn (kG/cm2)

Vlp= Vận tốc truyền sóng trung bình trên mẫu chuẩn (Km/s)
lp
Vlp = 150 / tTB

Kết quả tính toán ghi vào bảng sau:
Tên
cấu
kiện

Vùng
Thời gian truyền sóng tTB ( L
V
VTB
R
thí
µ s ) (mm) (Km/s) (Km/s) (kG/cm2) a
ti ( µ s )
nghiệm
1

39,1;38;38,3;37,8;40,3

38,7

150

3,88

2

39,4;40,4;37,3;38,9;37,
8

38,7
6

150

3,87

3

44,2;42,8;41,2;40,7;42,4 42,26 150

3,55

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

3,77

209

1,03

Trang: 6


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 3

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KHÔNG PHÁ HOẠI
XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ NÉN BÊTÔNG SỬ DỤNG KẾT
HỢP MÁY ĐO SIÊU ÂM VÀ SÚNG BẬT NẨY
(TCVN 9335:2012)
3.1. Tóm tắt nội dung phương pháp
Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông trong bài thí nghiệm này dựa
trên mối tương quan giữa cường độ nén của bê tông R với hai số đo đặc trưng của
phương pháp không phá hoại là vận tốc xuyên v của siêu âm và độ cứng bề mặt của bê
tông qua trị số n đo được trên súng thử bê tông loại bật nẩy (quan hệ R-v, n). Ngoài ra,
còn sử dụng những số liệu kỹ thuật có liên quan đến thành phần bê tông. Cường độ
nén của bê tông được xác định bằng biểu đồ hoặc bảng tra thông qua vận tốc siêu âm
và trị số bật nẩy đo được trên bê tông cần thử. Giá trị này bằng cường độ nén của một
loại bê tông quy ước gọi là bê tông tiêu chuẩn dùng để xây dựng Hình 3.1, Bảng 3.5
3.2. Thiết bị thí nghiệm
Máy siêu âm bê tông và súng bật nảy Schmidt.
3.3. Tiến hành thí nghiệm
Bề mặt bê tông cần thử phải phẳng, nhẵn, không ướt, không có khuyết tật, nứt,
rỗ. Nếu trên bề mặt bê tông có lớp vữa trát hoặc lớp trang trí thì trước khi đo phải được
đập bỏ và mài phẳng vùng sẽ kiểm tra.
Vùng kiểm tra trên bề mặt bê tông phải có diện tích không nhỏ hơn 400 cm 2.
Trong mỗi vùng, tiến hành đo ít nhất 4 điểm siêu âm và 10 điểm bằng súng, theo thứ
tự đo siêu âm trước, đo bằng súng sau. Nên tránh đo theo phương đổ bê tông.
Công tác chuẩn bị và tiến hành đo siêu âm phải tuân theo tiêu chuẩn TCVN
9357:2012. Vận tốc siêu âm của một vùng ( vi ) là giá trị trung bình của vận tốc siêu âm
tại các điểm đo trong vùng đó (vi). Thời gian truyền của xung siêu âm tại một điểm đo
trong vùng so với giá trị trung bình không được vượt quá ± 5%. Những điểm đo không
SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

Trang: 7


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

thỏa mãn điều kiện này phải loại bỏ trước khi tính vận tốc siêu âm trung bình của vùng
thử.
Công tác chuẩn bị và tiến hành đo bằng súng thử bê tông loại bật nẩy phải tuân
theo tiêu chuẩn TCVN 9334:2012. Khi thí nghiệm, trục súng phải nằm theo phương
ngang (góc α = 0o) và vuông góc với bề mặt của cấu kiện. Trị số bật nẩy của một vùng
kiểm tra ( n i) là giá trị trung bình của các điểm đo trong vùng (ni) sau khi đã loại bỏ
những điểm có giá trị chênh lệch quá 4 vạch so với giá trị trung bình của tất cả các
điểm đo trong vùng thí nghiệm.
Bảng 3: Số liệu siêu âm và bắn súng
Điểm
1
2
3
4
5
6

t
39,6
37
39,2
39,8

39
36,7

n
26
28
22
30
27
30

7

37,5

26

8

39,4

29

9

40,2

29

10

38,8

30

Siêu âm

n
32
30
32
24
30
30

Bắn súng

Kết quả đo bằng máy siêu âm và súng được ghi theo bảng sau
Kí hiệu cấu
kiện kiểm

Thứ tự
điểm kiểm

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

Đo bằng máy đo siêu âm

Đo bằng
súng

Rc

Trang: 8


Báo cáo thí nghiệm công trình

tra

tra
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

li

ti

vi

vi

ni

mm

µs

m/s

m/s

150
150
150
150
150
150
150
150
150
150

39,6
37
39,2
39,8
39
36,7
37,5

39,4
40,2
38,8

3,788
4,054
3,827
3,769
3,846 3877,5
4,087
4,000
3,807
3,731
3,866

vạch vạch
32
30
32
30,8

ni

MPa

30
30

3.4. Tính toán, xử lý kết quả thí nghiệm
Xác định cường độ bê tông của cấu kiện và kết cấu xây dựng được tiến hành

theo 5 bước sau đây:
+ Xem xét bề mặt của cấu kiện, kết cấu để phát hiện các khuyết tật (nứt, rỗ, trơ
cốt thép) của bê tông.
+ Xác định những số liệu kĩ thuật có liên quan đến thành phần bê tông dùng để
chế tạo cấu kiện, kết cấu xây dựng: Loại xi măng, hàm lượng xi măng (kg/m 3), loại cốt
liệu lớn và đường kính lớn nhất của cốt liệu (Dmax).
+ Lập phương án thí nghiệm, chọn số lượng cấu kiện, kết cấu cần kiểm tra và số
vùng kiểm tra trên cấu kiện và kết cấu đó theo TCVN 9334:2012.
+ Chuẩn bị và tiến hành đo bằng máy đo siêu âm và súng bật nẩy theo chỉ dẫn ở
mục 4.
+ Tính toán cường độ bê tông từ các số liệu đo.
Cường độ nén của cấu kiện, kết cấu bê tông (R) là giá trị trung bình của cường
độ bê tông ở các vùng kiểm tra.

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

Trang: 9


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

k

Ri
R= ∑
i =1
k

Trong đó:
k= số vùng kiểm tra trên cấu kiện, kết cấu;
Ri= cường độ nén của vùng kiểm tra thứ i;
Ri được xác định theo công thức:
Ri = C0 x R0
R0 là cường độ nén của vùng kiểm tra thứ i được xác định hoặc bằng Bảng 7
tương ứng với vận tốc siêu âm

vi

và trị số bật nẩy

ni

đo được trong vùng đó:

suy ra: R0=21,801Mpa.
C0 là hệ số ảnh hưởng dùng để xét đến sự khác nhau giữa thành phần của bê
tông vùng thử và bê tông tiêu chuẩn.
C0 được xác định theo công thức:
C0 = C1 x C2 x C3 x C4
Trong đó:
C1= hệ số ảnh hưởng của mác xi măng sử dụng để chế tạo cấu kiện
kết cấu xây dựng, lấy theo Bảng 3.1.
C2= hệ số ảnh hưởng của hàm lượng xi măng sử dụng cho 1 m 3 bê
tông, lấy theo Bảng 3.2;
C3= hệ số ảnh hưởng của loại cốt liệu lớn sử dụng để chế tạo cấu
kiện, kết cấu, lấy theo Bảng 3.3.
C4= hệ số ảnh hưởng của đường kính lớn nhất của cốt liệu sử dụng
để chế tạo cấu kiện, kết cấu xây dựng, lấy theo Bảng 3.4

Bảng 3.1 - Hệ số ảnh hưởng của loại xi măng C1
Mác xi măng

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

C1

Trang: 10


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

PC30

1,00

PC40

1,04

Với PC40: nên C1=1,04

Bảng 3.2 - Hệ số ảnh hưởng của hàm lượng xi măng C2
Hàm lượng xi măng

C2

kg/m3

250

0,88

300

0,94

350

1,00

400

1,06

450

1,12

Với hàm lượng xi măng 200 kg/m3: nên C2=0,82.
Bảng 3.3 - Hệ số ảnh hưởng của loại cốt liệu lớn C3
C3
v ≤ 4 400

v > 4 400

m/s

m/s

Đá dăm

1,00

1,00

Đá sỏi

1,41

1,38

Loại cốt liệu lớn

Với hàm lượng cốt liệu lớn đá dăm, V=3877,5 ≤ 4400 nên C3=1,00

Bảng 3.4- Hệ số ảnh hưởng của đường kính lớn nhất của cốt liệu
Đường kính lớn nhất của cốt liệu

C4

mm
20

1,03

40

1,00

70

0,98

Giả sử đường kính lớn nhất của cốt liệu là 20mm, nên C4=1,03.

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

Trang: 11


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

k

Ri = Ri =C0 .R0 = C1. C2. C3. C4.R0 =1,04.0,82.1.1,03.21,801=19,150 Mpa.
Rc = R = ∑
i =1
k

Trong đó: k=1.

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

Trang: 12

Bảng 3.5. Bảng xác định cường độ nén tiêu chuẩn
Đơn vị tính bằng megapascal

13/30


BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 4

THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH DÀN THÉP
Trong các công trình dân dụng và công nghiệp, dạng kết cấu hệ thanh chịu lực
được sử dụng rất phổ biến. Một trong những kết cấu thường gặp là dàn thép được cấu tạo
bằng thép hình. Trong bài thí nghiệm này, sẽ khảo sát sự làm việc của mô hình dàn đơn
giản có hai cánh song song.
4.1. Mục đích thí nghiệm
Nghiên cứu quy luật phân bố nội lực trong giới hạn đàn hồi của mô hình dàn thép
chịu tác dụng của tải trọng tĩnh tập trung tại các mắt dàn.
Xác định các giá trị chuyển vị của các mắt dàn và biểu đồ độ võng tổng thể của dàn
tương ứng với các cấp tải trọng tác dụng.
Làm quen với phương pháp thí nghiệm một kết cấu hệ thanh, biết cách sử dụng các
thiết bị đo để xác định các giá trị biến dạng, ứng suất và chuyển vị bằng phương pháp thực
nghiệm.
4.2. Yêu cầu thí nghiệm
Đo biến dạng ε tại một số thanh đại diện trong dàn. Từ đó tính được ứng suất σ và
lực dọc trong các thanh dàn.
Xác định độ võng Δ tại một số vị trí trên dàn.
So sánh kết quả đo thực nghiệm và tính toán lý thuyết.
4.3. Cấu tạo và kích thước dàn thép chịu tải trọng tĩnh

Hình 4.1. Mô hình dàn thép
Dàn thép hình thang năm nhịp, mỗi nhịp cao 0.5m, bước nhịp 1m

Các thanh cánh thép 2L40x40x4 có F= 6.16 cm 2, Jx= 9.16 cm4, E=
21.107 N/cm2
Các thanh bụng thép 2L40x40x3 có F= 4.7 cm2, Jx= 7.1 cm4, E= 21.107
14/30


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

N/cm2

4.4. Thiết bị thí nghiệm
Thiết bị gia tải:
+ Kích thủy lực 20T (đường kính piston Dpiston= 5.59cm) như Hình 4.2
+ Hai quang treo và đòn gia tải như Hình 4.2
Thiết bị đo biến dạng:
+ Các cảm biến đo biến dạng của các thanh thép (strain gage) Hình 4.3
+ Thiết bị ghi tín hiệu P3500 và bộ chuyển kênh SB10 Hình 4.3
Thiết bị đo độ võng: các đồng hồ đo chuyển vị bé, độ chính xác
±0.01mm (dialmicrometer) như Hình 4.4

Hình 4.2. Hệ thống thí nghiệm mô hình dàn

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

15


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

Hình 4.3. Thiết bị ghi tín hiệu P3500, bộ chuyển kênh SB10 và Strain gage

Hình 4.4. Đồng hồ đo chuyển vị bé dialmicrometer
4.5. Sơ đồ thí nghiệm và các vị trí đo độ võng, biến dạng

Hình 4.5. Sơ đồ thí nghiệm
Có 4 vị trí đo chuyển vị I, II, III, IV
Có 5 vị trí đo biến dạng 1, 2, 3, 4, 5
Diện tích các thanh dàn: F1=F3=F4=F5= 6.16cm2; F2= 4.7cm2
4.6. Quy trình thí nghiệm
Kiểm tra lại dàn thép, vị trí các thiết bị đo biến dạng, chuyển vị
Dự tính cấp gia tải ∆P (kG/cm2) của kích thủy lực :
Diện tích Piston : Fpiston =

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

πD 2
4

16


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

Từ đó ta suy ra lực tác dụng lên dầm thông qua hai quang treo và đòn gia tải:

P = AFpiston (kG). Ở đây, A= trị số đọc trên kích thủy lực (kG/cm2)
Gia tải theo từng cấp tải: 0 – 10 – 20 – 30 – 40 (daN/m2)
Đầu tiên tiến hành gia tải thử với tải trọng ở cấp thứ nhất quan sát sự làm việc của
dụng cụ đo và toàn bộ mô hình thí nghiệm. Nếu phát hiện sự cố thì cần điều chỉnh lại.
Nếu chúng làm việc bình thường thì hạ tải về không. Đọc các số liệu ban đầu (tương ứng
với P=0) ở các dụng cụ đo.
Tiến hành tác dụng tải trọng theo từng cấp. Sau khi bơm kích thủy lực đạt trị số lực
cần thiết phải dùng lại 5-7 phút rồi ghi số liệu trên các dụng cụ đo
Sau khi đọc số liệu trên các dụng cụ đo ứng với cấp tải trọng cuối cùng thì tiến
hành hạ tải về không. Quá trình giảm tải phải thực hiện từ từ, từng cấp ngược với quá
trình tăng tải và cũng ghi số liệu tương ứng để có những nhận xét về quá trình làm việc
thuận nghịch.
Kết quả thí nghiệm được ghi trong bảng sau:
Kết quả đo lần 1:
Áp
lực
(daN/cm2)
0
10
20
30
40

Số đọc chuyển vị kế (mm)
I
II
III
IV
13
10

1
34
12.85 10.2
1.24
33.76
12.56 10.59 1.72
33.30
12.27 10.99 2.21
33.10
11.97 11.42 2.71
32.70

Số đọc máy đo biến dạng ( µε )
1
2
3
4
-1924 -1243 -2481 -1469
-1914 -1242 -2471 -1485
-1893 -1240 -2446 -1511
-1870 -1238 -2420 -1538
-1846 -1234 -2394 -1566

5
-2163
-2178
-2208
-2242
-2279

Số đọc máy đo biến dạng ( µε )
1
2
3
4
-1925 -1243 -2482 -1464
-1914 -1241 -2472 -1481
-1893 -1239 -2447 -1509
-1871 -1236 -2421 -1539
-1849 -1233 -2395 -1568

5
-2161
-2179
-2210
-2243
-2283

Kết quả đo lần 2:
Áp
lực Số đọc chuyển vị kế (mm)
II
III
IV
(daN/cm2) I
0
12.60 10.2
1.1
33.99
10

12.35 10.60 1.34
33.73
20
12.10 11.1
2.31
33.27
30
11.85 11.35 2.81
32.80
40
11.97 11.42 2.71
32.35
Giá trị trung bình các lần đo:

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

17


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

Biến dạng ( µε )

Chuyển vị (mm)

2

I

II

III

IV

1

2

3

4

5

0

12.495

10

1

33.995

-1923.5

-1243

-2480

-1465.5

-2162.5

10

12.34

10.205

1.255

34.245

-1913

-1242

-2470

-1482

-2179

20

12.05

10.6

1.735

33.285

-1892

-1240

-2445.5

-1509

-2210

30

12.76

10.995

2.225

33.315

-1869.5

-1238.5

-2419.5

-1537.5

-2243.5

40

11.495

11.41

2.715

32.35

-1846.5

-1234.5

-2394.5

-1566.5

-2282

Chuyển vị và biến dạng qua từng cấp tải ( so với cấp tải ở áp lực 0)
Biến dạng ( µε )

Chuyển vị (mm)

Áp lực
(daN/cm2)

I

II

III

IV

1

2

3

4

5

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

10

0.155

0.205

0.255

0.25

10.5

1

10.5

16.5

16.5

20

0.455

0.6

0.735

0.71

31.5

3

35.5

43.5

47.5

30

0.735

0.995

1.225

0.68

54

5.5

61

72

81

40

1.03

1.41

1.715

1.645

77

8.5

86

101

119.5

4.7. Tính toán lý thuyết
Tải trọng tác dụng lên mắt dàn: P md =0.5 AFpiston với A nhẫn giá trị lần lượt là: 0, 10,
20, 30, 40.
Tính ứng suất: σ i =

Ni
. Ở đây Ni= lực dọc trong các thanh dàn được xác định bằng
Fi

phần mềm tính kết cấu SAP 2000
Xác định biến dạng theo định luật Hooke: ε i =

σi
E

Chuyển vị tại các vị trí đã chọn sẽ được xác định bằng phần mềm tính kết cấu SAP
2000.

Kết quả tính toán được ghi trong bảng sau:

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

18


Báo cáo thí nghiệm công trình

Áp
lực
(daN/
cm2)

Lực tác
dụng Pmd
(kN)

0

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

Chuyển vị (mm)

Lực dọc N (kN)

I

II

III

IV

1

2

3

4

5

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

10

1,227

0,177

0,32

0,463

0,592

1,275

0,152

1,275

-4,544

-4,544

20

2,454

0,247

0,448

0,649

0,83

2,256

0,154

2,256

-8,218

-8,218

30

3,681

0,294

0,532

0,77

0,984

3,237

0,155

3,237

-11,89

-11,89

40

4,908

0,289

0,523

0,756

0,967

4,120

0,156

4,120

-15,19

-15,19

Áp lực
(daN/c
m2)

Lực tác
dụng
Pmd (kN)

Ứng suất σ(kN/m2)

Biến dạng

ε (10-6)

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

10

1,227

2069,8

323,4

2069,8

-7377

-7377

9,86

1,54

9,86

-35,13

-35,13

20

2,454

3662,3

327,66

3662,3

-13341

-13341

17,44

1,56

17,44

-63,53

-63,53

30

3,681

5254,9

329,79

5254,9

-19305

-19305

25,02

1,57

25,02

-91,93

-91,93

40

4,908

6688,3

331,91

6688,3

-24670

-24670

31,85

1,58

31,85

-117,5

-117,5

4.8. So sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm
Kết quả so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm sẽ được thể hiện trong hai đồ thị
biểu hiện mối quan hệ P – ε (Lực tác dụng và biến dạng) và P – Δ (Lực tác dụng và

chuyển vị). Trong mỗi đồ thị sẽ có một đường thể hiện kết quả theo thực nghiệm và một
đường thể hiện kết quả theo lý thuyết như Hình 4.6; Hình 4.7.
Độ sai lệch giữa lý thuyết và thực nghiệm được xác định như sau:
+ Độ sai lệch của biến dạng tại 1 vị trí: S BD =

ε TN − ε LT
.100
ε LT

+ Độ sai lệch của chuyển vị tại điểm I: SCV =

∆TN − ∆ LT
.100
∆ LT

Ta có kết quả như bảng sau:
Vị trí

1

2

3

4

5

SBD (%)

-58

-81

-63

16

1

SCV (%)

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

I

II

III

IV

72

63

56

41

19


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

Hình 4.6. Biểu đồ quan hệ P – ε

Hình 4.7. Biểu đồ quan hệ P – Δ
4.9. Nhận xét kết quả thí nghiệm
Theo lý thuyết vật liệu còn làm việc trong miền đàn hồi, biến dạng tăng
tuyến tính.
Đường biến dạng của lý thuyết và thực tế có có dạng gần tương tự nhau ở
các vị trí 4, 5. Còn ở vị trí 2 theo lý thuyết thanh dàn gần như không biến dạng
nhưng trên thực tế biến dạng thanh dàn lớn hơn rất nhiều
SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

20


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

Theo lý thuyết vật liệu còn làm việc trong miền đàn hồi, độ võng tăng tuyến tính.
Biểu đồ giữa lý thuyết và thực tế có dạng và giá trị gần giống nhau, ngoại trừ ở vị
trí IV có sự khác biệt tương đối nhiều.
• Nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch:
Sai số của thiết bị thí nghiệm: bộ phận kích lực. Hình dạng, kích thước dàn không

chính xác, khi đo biến dạng phải lấy giá trị ban đầu khác 0 để làm trung gian…
Dụng cụ thí nghiệm, kết cấu dàn thép được sử dụng làm thí nghiệm nhiều lần nên
không còn đảm bảo chính xác như ban đầu.
Điểm đặt tại tương đối khi thí nghiệm, trong sap2000 thì tuyệt đối chính xác.
Sai số trong quá trình đọc kết quả trên dụng cụ đo, kim đo không chạm hoàn toàn
vào kết cấu, người thí nghiệm chạm vào kết cấu làm ảnh hưởng kết quả đo,…
Mô hình trong sap2000 chỉ mang tính tương đối, thanh 2L không xoay lên hoặc
ngang như ý muốn.

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

21


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 5

THÍ NGHIỆM DẦM BÊTÔNG CỐT THÉP CHỊU UỐN
Dầm chịu uốn loại kết cấu thường gặp nhất trong các công trình xây dựng. Qua thí
nghiệm này, sinh viên sẽ được quan sát sự làm việc của các vùng bê tông trên kết cấu
dầm, biến dạng, hình thành vết nứt, khớp dẻo và mất ổn định tiến tới phá hoại.
5.1. Mục đích thí nghiệm
Nghiên cứu ứng xử của dầm BTCT theo trạng thái giới hạn II
+ Quan hệ tải trọng – độ võng ( P – Δ) của dầm BTCT. So sánh kết quả tính toán
lý thuyết và số liệu đô đạc thực tế
+ Đo biến dạng của dầm BTCT, so sánh kết quả đo với lý thuyết
5.2. Sơ đồ thí nghiệm và cấu tạo dầm

Hình 5.1. Cấu tạo dầm BTCT

Hình 5.2. Sơ đồ bố trí thiết bị gia tải dầm
Dầm bêtông cốt thép chịu uốn với nhịp L= 2.7m chịu tác dụng của hai lực tập trung
SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

22


Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

cách gối 0.9m như Hình 5.1
Tiết diện dầm hình chữ nhật bxh= 15 x 25 cm như Hình 5.1
Bêtông cấp độ bền B30, Rb= 17.5 Mpa
Cốt thép dọc AII 2d12 + 3d14, thép đai AI d8a150 như Hình 5.1
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ a= 25mm như Hình 5.1
Cảm biến điện trở đo biến dạng thép đặt tại giữa nhịp. Biến trở loại chuẩn dài
10mm, 120 Ω , hệ số GF= 2.05 ±0.5% như Hình 5.1
5.3. Thiết bị thí nghiệm
Khung gia tải MAGNUS, kích thủy lực (Pmax= 200kN) Hình 5.2
Đồng hồ đo độ võng của dầm (dial micrometers)
Cảm biến điện trở đo biến dạng thép
Hệ thống thu nhận tín hiệu cảm biến (P3500 + SB10)
5.4. Trình tự thí nghiệm
Cấp tải trọng lấy bằng 1/10 giá trị của tải trọng phá hoại dầm.
Hai tải tập trung được áp đặt lên dầm bằng kích thủy lực
Trước khi thí nghiệm lấy kết quả đo cần phải gia tải thử kiểm tra với ba cấp đầu

tiên, sau đó hạ tải về không (P= 0). Đọc các số liệu ban đầu (tương ứng với P= 0) ở các
dụng cụ đo
Gia tải từng cấp khoảng 2kN tăng dần đến khoảng P= 10kN
Sau mỗi cấp tải cần giữ nguyên giá trị tải trọng từ 3-5 phút rồi tiến hành đọc số liệu
trên các dụng cụ đo. Kết quả thí nghiệm được ghi trong bảng sau:
Kết quả đo lần 1:
Tải trọng
(kN)
0
2
4
6
7.9

Số đọc chuyển vị kế (mm)
I
II
III
4.86
6.1
5.2
4.98
6.19
5.15
5.13
6.38
5.33
5.32
6.56
5.48

5.42
6.75
5.65

Số đọc máy đo biến dạng (10-6)
1
2
+2917
-0521
+2934
-0533
+2961
-0550
+2993
-0568
+3022
-0583

Kết quả đo lần 2:
Tải trọng

Số đọc chuyển vị kế (mm)

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

Số đọc máy đo biến dạng (10-6)
23


Báo cáo thí nghiệm công trình

(kN)
0
2
4
6
7.9

I
4.87
5.0
5.15
5.34
5.45

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

II
6.1
6.18
6.34
6.54
6.76

III
5.1
5.15
5.29
5.46
5.62

1
+2911
+2933
+2951
+2983
+3009

2
-0518
-0532
-0549
-0565
-0582

Xử lý kết quả thí nghiệm
Giá trị trung bình các lần đo
Tải trọng
(kN)
0
2
4
6
7.9

Số đọc chuyển vị kế (mm)
I
4.865
4.99
5.14

5.33
5.435

II
6.1
6.185
6.36
6.55
6.755

III
5.15
5.15
5.31
5.47
5.635

Số đọc máy đo biến dạng
(10-6)
1
2914
2933.5
2956
2988
3015.5

2
-519.5
-532.5
-549.5

-566.5
-582.5

Độ võng và biến dạng qua từng cấp tải
Tải trọng
(kN)
0
2
4
6
7.9

Số đọc chuyển vị kế (mm)
I
0
0.125
0.15
0.19
0.105

II
0
0.085
0.175
0.19
0.205

III
0
0

0.16
0.16
0.165

Số đọc máy đo biến dạng
(10-6)
1
0
19.5
22.5
32
27.5

2
0
-13
-17
-17
-16

5.5. Tính toán theo lý thuyết
Tiết diện dầm bêtông: bxh= 0.15x0.25m
Diện tích cốt thép chịu kéo: As= 4.62cm2
Diện tích cốt thép chịu nén: As' = 2.26cm 2
Lớp bê tông bảo vệ: a=a’= 25mm

SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

24

Báo cáo thí nghiệm công trình

GVHD: TRẦN BÁ CẢNH

Tính các thông số:

α=

Es
21× 104
=
= 6.462
Eb 32.5 × 103

Tiết diện quy đổi:
Ared = bh + α ( As + As' ) = 150 × 250 + 6.462 × (462 + 2.26) = 41946 mm 2
Moment tĩnh tiết diện quy đổi:
bh 2
150 × 2502
+ α  aAs + (h − a ' ) As'  =
+ 6.462 [ 25 × 462 + (250 − 25) × 226 ]
2
2
= 5090728.8mm 2
S red =

5090728.8
= 121.36mm
41946

y2 = h − y1 = 250 × 121.36 = 128.64mm
y1 =

Moment quán tính của bêtông đối với trục trung hòa:
2

bh3
h

Ib =
+ bh  y1 − ÷
12
2


2

150 × 2503
250 

4
Ib =
+ 150 × 250 × 121.36 −
÷ = 195809360mm
12
2


Moment quán tính của tiết diện quy đổi:
I red = I b + α As ( y1 − a ) 2 + α As' ( y2 − a ' ) 2 = 239216602.5mm 4

Mô men kháng uốn của tiết diện quy đổi:
Giả thiết ứng suất kéo do cốt thép chịu kéo A s chịu, ứng suất nén do bê tông và cốt thép
chịu nén chịu. Ứng suất trong cốt thép chịu kéo và trong vùng chịu nén được tính theo
công thức:

σs =
SVTH: TRƯƠNG TIẾN DŨNG

M . y1
M . y2
; σb =
I red
I red
25