THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT BỊ ĐO TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG

THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT BỊ ĐO
TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG

1


THỰC NGHIỆM KẾT CẤU

2


CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

3


1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG



Thí nghiệm công trình là một lĩnh vực của nghiên cứu
thực nghiệm nhằm xác định và đánh giá khả năng làm
việc thực tế của vật liệu và kết cấu công trình xây dựng
để kiểm tra so sánh với kết quả tính toán (lí thuyết).



Thí nghiệm công trình bao gồm các thí nghiệm, thử
nghiệm được thực hiện trên các mẫu thử vật liệu, cấu

kiện và kết cấu công trình tuân theo một qui trình được
xác lập bởi các mục tiêu của đề tài nghiên cứu, hay của
các tiêu chuẩn, qui phạm hiện hành.
4


1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN
DỤNG



Thí nghiệm công trình là lĩnh vực nghiên cứu giải các bài
toán phân tích trạng thái ứng suất biến dạng của các kết
cấu bằng thực nghiệm



Ý nghĩa của thí nghiệm trong kỹ thuật dân dụng

Thí nghiệm



Giả thiết

Phương pháp
tính toán

Thí nghiệm
kiểm tra

(kiểm định)

Các bài toán thực tế đôi khi rất phức tạp: hình dạng kết
cấu, điều kiện biên, điều kiện đầu, tính chất của vật liệu
5


1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG



Dùng phương pháp giải tích để tìm ra kết quả dưới
dạng một biểu thức giải tích đôi khi rất khó khăn, thậm
chí có trường hợp không thể thực hiện được



Trên cơ sở hàng loạt những kết quả thí nghiệm, ta sử
dụng công cụ toán học (xác suất thống kê) có thể tìm ra
những công thức tính toán công trình dưới dạng những
biểu thức thuận lợi cho tính toán thiết kế (đường hồi
qui)
6


1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG



Trong giai đoạn đầu thiết kế có thể dùng thực nghiệm tiến

hành thực hiện nhiều phương án, từ đó chọn được phương
án tối ưu



Trong quá trình nghiên cứu, thiết kế các công trình xây
dựng, đặc biệt khi nghiên cứu, áp dụng các loại vật liệu
mới, kết cấu mới, những công trình đặc biệt, cần thiết tiến
hành các nghiên cứu thực nghiệm để kiểm tra các kết quả
tính toán, so sánh, đánh giá sự làm việc thực tế của vật
liệu và kết cấu công trình so với các giả thiết đã đặt ra.
7


1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG



Đối với các công trình đã và đang khai các sử dụng, khi có
nhu cầu cần sửa chữa, cải tạo hay nâng cấp, bước đầu tiên
cần thực hiện chính là tiến hành thực nghiệm và kiểm định
công trình.



Kiểm định công trình xây dựng là hoạt động khảo sát, kiểm
tra, đo đạc, thử nghiệm, định lượng một hay nhiều tính chất
của vật liệu, sản phẩm hoặc kết cấu công trình. Trên cơ sở
đó, căn cứ vào mục tiêu kiểm định, tiến hành phân tích, so
sánh, tổng hợp, đánh giá và rút ra những kết luận về công

trình theo quy định của thiết kế và tiêu chuẩn xây dựng hiện
hành được áp dụng
8


1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA THÍ NGHIỆM TRONG KỸ THUẬT DÂN DỤNG



Để phân tích, đánh giá và so sánh khả năng làm việc
của vật liệu và kết cấu công trình, công tác thực nghiệm
và kiểm định không thể tách rời khỏi kiến thức của các
ngành khoa học liên quan như Sức bền vật liệu, Cơ học
kết cấu, Vật liệu xây dựng, Kết cấu bê tông cốt thép và
gạch đá, Kết cấu thép - gỗ, Công nghệ và kỹ thuật thi
công v.v...

9


1.2. PHÂN LOẠI THÍ NGHIỆM



Chia thí nghiệm thành 2 loại: thí nghiệm vật liệu và thí
nghiệm công trình



Thí nghiệm vật liệu là những thí nghiệm chủ yếu nhằm

mục đích xác định các đặc trưng cơ lý của vật liệu, khả
năng chịu lực và các dạng phá hỏng của vật liệu trong các
trạng thái ứng suất khác nhau, ví dụ thí nghiệm kéo, nén,
uốn, xoắn...



Thí nghiệm công trình là những thí nghiệm nhằm mục đích
kiểm tra các kết quả tính toán, kiểm tra khả năng làm việc
của công trình hay các chi tiết máy, kiểm định công trình
và chẩn đoán hư hỏng...
10


1.2. PHÂN LOẠI THÍ NGHIỆM



Thí nghiệm vật liệu có thể được tiến hành trên các mẫu
thí nghiệm chế tạo từ các vật liệu thực của công trình
(thí nghiệm phá hoại) hoặc thí nghiệm ngay trên các
cấu kiện của công trình thực (thí nghiệm không phá
hoại). Các mẫu thí nghiệm được chế tạo theo những
quy định của nhà nước.



TN phá hoại:
TN kéo nén mẫu thép, gang nhằm xđ RK, RN
TN kéo nén mẫu bê tông nhằm xđ cường độ

TN các mẫu đất nhằm xđ thành phần hạt, dung trọng,
độ ẩm, độ chặt, độ dẻo, hệ số thấm…
11


1.2. PHÂN LOẠI THÍ NGHIỆM



TN không phá hoại: thường được thực hiện ngay trên
công trình thực, có thể sử dụng các thiết bị:
- Súng bắn nảy: xđ cường độ bê tông
- Máy siêu âm: xđ cường độ bê tông, các khuyết tật
trong các kết cấu bê tông, trong cọc khoan nhồi, bề dày
các cấu kiện, xác định các cốt thép trong kết cấu
BTCT…
- Máy đo độ chặt của đất dùng phóng xạ
- Búa tạo sóng: xđ cường độ của bê tông, môđun đàn
hồi…
12


1.2. PHÂN LOẠI THÍ NGHIỆM

Nhận xét:
 PP TN phá hoại thường cho kết quả tin cậy hơn. Kết
quả phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật thực nghiệm: độ
chính xác của thiết bị, tuân theo các quy trình TN
(kích thước mẫu, tốc độ gia tải…)
 Nếu đáp ứng được các y/c về chuẩn (calibration), pp

TN không phá hoại cũng có thể cho kết quả tin cậy
 Tùy vào loại vật liệu (VL cứng, VL mềm), người làm
TN cần lựa chọn pp thích hợp để thu được kết quả
mong muốn.
13


1.2. PHÂN LOẠI THÍ NGHIỆM

Thí nghiệm công trình: tiến hành ngay trên các cấu kiện của
công trình thực (thí nghiệm mô hình 1:1) hoặc trên các mô
hình tương tự


Tỉ lệ về kích thước, đặc trưng cơ lý của vật liệu, tỉ lệ về tải
trọng tác dụng lên mô hình, các điều kiện biên, các điều kiện
ban đầu ... phải được qui định theo định luật tương tự.



Mục đích:
◦ Kiểm tra KQ tính toán lý thuyết
◦ Kiểm tra khả năng làm việc của công trình
◦ Xác định tình trạng thực của k/c và chẩn đoán hư hỏng của công trình
14


1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG



Một trong những vấn đề cơ bản của việc nghiên cứu
bằng thực nghiệm là việc đo biến dạng và chuyển vị
của mẫu thí nghiệm



Để xác định ứng suất trong công trình hoặc trong mô
hình thường thông qua việc đo biến dạng, rồi trên cơ sở
của định luật Hooke mà tìm ra ứng suất.

15




Các pt cơ bản của lý thuyết đàn hồi – mối liên hệ giữa
các đại lượng cơ học
Ngoại lực

Chuyển vị

PT cân bằng
Navier

PT hình học
Cauchy

Nội lực
(ứng suất)



PT vật lý (Định
luật Hooke)

Biến dạng

Trong các TN công trình thường phải xác định 2 đại
lượng cơ bản: ứng suất và chuyển vị
16


1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG



1.3.1. Trạng thái ứng suất của vật thể tại một điểm

x , y ,z , xy , yz , zx
Giới hạn ở trường hợp TTƯS phẳng (bài toán phẳng).
 Ứng suất trên mặt cắt nghiêng


 x  y  x  y
u 

cos 2   xy sin 2
2
2
 x  y

 uv 
sin 2   xy cos 2
2
17




Ứng suất chính và phương chính
2

 max
min

x  y
 x  y � 2
�

��
�  xy
2
� 2 �

tg max  

xy
max   y



xy
x   min

18




1.3.2. Trạng thái biến dạng tại một điểm

x , y , z ,  xy ,  yz ,  zx
Mối liên hệ giữa biến dạng và chuyển vị
�
u
�
v
�
w
�
u �
v
�
w �
v
�
w �
u
x  ; y  ; z 
;  xy 
 ;  yz 

 ; zx 

�
x
�
y
�
z
�
y �
x
�
y �
z
�
x �
z

Biến dạng trên mặt nghiêng u và v

 u   x cos2    y sin2    xy sin.cos
 v   y cos2    x sin2    xy sin.cos







 uv  2  y  x sin.cos   xy cos2   sin2 


19


1.3.3. Mối liên hệ giữa ứng suất và biến dạng

20


1.3.4. Xác định ứng suất chính khi biết phương chính
- Dùng hoa điện trở vuông góc. Các tấm điện trở được
dán vuông góc với nhau và dán theo các phương chính
(phương 1 và phương 2). Các biến dạng đo được này
chính là các biến dạng chính. Từ các biến dạng chính,
nhờ định luật Hooke ta xác định được các ứng suất
chính max, min:

21


1.3.5. Xác định ứng suất chính khi chưa biết phương
chính

22


1.3.4. Xác định ứng suất chính khi chưa biết phương
chính

23


1.3.4. Xác định ứng suất chính khi chưa biết phương
chính

24


1.3.4. Xác định ứng suất chính khi chưa biết phương
chính

25