Thí nghiệm công trình chịu tải trọng tác dụng động.pdf

CHỈÅNG 6 THÊ NGHIÃÛM CÄNG TRÇNH
CHËU TI TRNG TẠC DỦNG ÂÄÜNG
1. Khại niãûm chung
Ngy nay, viãûc tênh toạn nh v cäng trçnh khäng thãø khäng xẹt âãún cạc tạc dủng
ca âäüng lỉûc. Âäüng lỉûc xút hiãûn trãn kãút cáúu cäng trçnh do nhiãưu tạc nhán khạc nhau,
nhỉ :
 Mạy mọc thiãút bë làõp âàût trãn cäng trçnh cng nhỉ cạc gii phạp cäng nghãû
trong dáy chuưn sn xút lm viãûc theo cạc ngun l rung âäüng, va chảm
hồûc näø;
 Cạc phỉång tiãûn chuøn âäüng v lm viãûc trãn cäng trçnh nhỉ: tu xe, cáưu trủc,
thang mạy, v cạc mạy mọc thiãút bë sn xút,...
 Cạc nh hỉåíng do sỉû tạc âäüng v thay âäøi ca mäi trỉåìng thiãn nhiãn xung
quanh nhỉ : nhiãût âäü, giọ
bo, âäüng âáút, sọng biãøn,...
Nhỉỵng tạc âäüng âọ cng âạng kãø âäúi våïi kãút cáúu cäng trçnh cọ tênh nhảy cm cao
khi cọ nhỉỵng tạc nhán cháún âäüng bãn ngoi. Âọ l cạc kãút cáúu nhẻ, kãút cáúu dáy (mại
che, mại dáy, cáưu cạp, cáưu dáy vàng...), cạc cäng trçnh cao nhỉ thạp trủ, cäüt âiãûn, äúng
khọi,...
Trong thỉûc tãú, cạc úu täú âọ s tảo nãn nhỉỵng tạc âäüng biãún âäøi theo thåìi gian lãn
KCCT dỉåïi nhỉỵng dảng ti trng rung âäüng khạc nhau.
1.1 Cạc dảng ti trng rung âäüng.
Ti trng rung âäüng tạc dủng lãn KCCT thỉåìng cọ cạc dảng cå bn sau:
1. Ti trng thay âäøi theo chu k - loải ti trng tạc dủ
ng theo nhëp âiãûu
khäng âäøi hồûc thay âäøi tải mäüt vë trê trãn cäng trçnh, biãn âäü v táưn säú biãún thiãn
theo mäüt quy lût xạc âënh. Mäüt trong nhỉỵng dảng cå bn ca loải ny l ti trng
âiãưu ha, biãn âäü,ì táưn säú biãún âäøi theo quy lût hçnh sin.
2. Ti trng rung âäüng khäng quy lût - loải ti trng phủ thüc cạc âàûc
trỉng ca nhỉỵng quạ trçnh ngáùu nhiãn tạc dủng vo cäng trçnh.
3. Ti trng xung kêch - loải ti trng tạc dủng trong khonh khàõc tỉïc thåìi lãn
mäüt vë trê trãn âäúi tỉåüng sau nhỉỵng thåìi gian ngàõt qung âãưu hồûc khäng âãưu.

Tạc dủng ca nhỉỵng ti trng âọ s gáy ra hiãûn tỉåüng dao âäüng trong cạc pháưn tỉí
kã
út cáúu hay trong cäng trçnh.
1.2 Sỉû lm viãûc ca kãút cáúu dỉåïi tạc dủng âäüng

1
Theo caùc õỷc trổng, hióỷn tổồỹng dao õọỹng cuớa KCCT seợ xuỏỳt hióỷn theo mọỹt trong
caùc daỷng sau :
1. Dao õọỹng baớn thỏn (tổỷ do) - khi KC chởu taùc õọỹng xung kờch nhổ va chaỷm,
nọứ hay chuyóứn vở cổồợng bổùc ban õỏửu; rọửi sau õoù õổồỹc giaới phoùng khoới nhổợng taùc õọỹng
khaùc bón ngoaỡi thỗ trong KC xuỏỳt hióỷn hióỷn tổồỹng dao õọỹng baớn thỏn. Dao õọỹng naỡy
coù tỏửn sọỳ xaùc õởnh vaỡ phuỷ thuọỹc caùc õỷc trổng cuớa KCCT. Chuyóứn õọỹng cuớa dao õọỹng
naỡy coù thóứ ghi laỷi õóứ coù õổồỹc bióứu õọử dao õọỹng baớn thỏn cuớa õọỳi tổồỹng khaớo saùt (h.
6.1a): bióứu õọử dao õọỹng tổỷ do coù daỷng từt dỏửn. Trón cồ sồớ caùc bióứu õọử dao õọỹng coù thóứ
xaùc õởnh caùc tham sọỳ
thổỷc nghióỷm :
Giaù trở caùc bión õọỹ từt dỏửn cuớa dao õọỹng : A, a
1
, a
2
,..., a
n
;
Chu kyỡ dao õọỹng T (s);
Tỏửn sọỳ dao õọỹng f =1/T(Hz);
Thồỡi gian từt dao õọỹng T
n
.
Nguyón nhỏn từt dỏửn cuớa dao õọỹng laỡ do sổùc khaùng trong cuớa vỏỷt lióỷu, sổùc khaùng
cuớa lión kóỳt, gọỳi tổỷa hoỷc caùc yóỳu tọỳ khaùc tọửn taỷi trong cọng trỗnh

2. Dao õọỹng cổồợng bổùc laỡ dao õọỹng xaớy ra trong õọỳi tổồỹng khi coù taùc duỷng
thổồỡng xuyón mọỹt hoỷc nhióửu yóỳu tọỳ õọỹng lổỷc. Tuỡy thuọỹc vaỡo traỷng thaùi cuớa õọỳi tổồỹng
khaớo saùt vaỡ tờnh chỏỳt cuớa caùc yóỳu tọỳ õọỹng lổỷc taùc duỷng, trón õọỳi tổồỹng seợ xuỏỳt hióỷn
mọỹt trong nhổợng trổồỡng hồỹp dao õọỹng sau :
Dao õọỹng theo chu kyỡ - dao õọỹng õổồỹc lỷp laỷi qua mọỹt thồỡi gian xaùc õởnh.
Tham sọỳ cồ baớn cuớa dao õọỹng theo chu kyỡ laỡ
o Chu kyỡ dao õọỹng T;
o Tỏửn sọỳ dao õọỹng f vaỡ tỏửn sọỳ voỡng (laỡ sọỳ voỡng dao õọỹng trong khoaớng
thồỡi gian 2 s).

2
Dao õọỹng õióửu hoỡa (h. 6.2a) laỡ dao õọỹng theo chu kyỡ thổồỡng gỷp nhỏỳt trong
thổỷc tóỳ saớn xuỏỳt. Chuyóứn vở z phuỷ thuọỹc thồỡi gian t, õổồỹc xaùc õởnh bũng bióứu thổùc :
z = a sin (t+)
a - bión õọỹ dao õọỹng; pha ban õỏửu (khi t=0).
t+ pha dao õọỹng, xaùc õởnh theo vở trờ cuớa õióứm dao õọỹng taỷi thồỡi õióứm t;
Khi dao õọỹng õióửu hoỡa, tọỳc õọỹ vaỡ gia tọỳc cuớa õióứm dao õọỹng cuợng bióỳn thión õióửu
hoỡa.
Moỹi quaù trỗnh dao õọỹng theo chu kyỡ (h. 6.2b) õóửu coù thóứ laỡ tọứ hồỹp nhổợng dao õọỹng
õióửu hoỡa coù tỏửn sọỳ vaỡ bión õọỹ õổồỹc choỹn tổồng ổùng.


Dao õọỹng khọng theo chu kyỡ - theo quan õióứm nghión cổùu bióỳn daỷng õọỹng, caùc
dao õọỹng khọng theo chu kyỡ thổồỡng gỷp trong thổỷc tóỳ laỡ :
o Dao õọỹng từt dỏửn (h.6.1);
o Dao õọỹng phaùt trióứn, thổồỡng xaớy ra trong thồỡi gian khồới õọỹng mọỹt quaù
trỗnh õọỹng (h. 6.2c);
o Dao õọỹng coù caùc õỷc trổng thay õọứi khọng theo quy luỏỷt nhỏỳt õởnh (h.
6.2d).
Trong thổỷc tóỳ, dao õọỹng cổồợng bổùc thổồỡng coù tỏửn sọỳ bióỳn thión theo thồỡi gian, cho

nón khi tỏửn sọỳ cổồợng bổùc tióỳn gỏửn õóỳn tỏửn sọỳ dao õọỹng baớn thỏn cuớa cọng trỗnh thỗ
bión õọỹ cổồợng bổùc phaùt trióứn lồùn dỏửn vaỡ seợ xuỏỳt hióỷn hióỷn tổồỹng cọỹng hổồớng khi hai

3
táưn säú dao âäüng âọ bàòng nhau, biãn âäü cỉåỵng bỉïc âảt âãún giạ trë cỉûc âải v cọ thãø dáùn
âãún phạ hoải cäng trçnh.
Khi cng tạc dủng hai ngưn dao âäüng theo chu k lãn âäúi tỉåüng nghiãn cỉïu cọ
cạc chu k dao âäüng T
1
v T
2
gáưn bàòng nhau thç dao âäüng ca cäng trçnh nháûn âỉåüc
s cọ biãn âäü thay âäøi dáưn tỉì nh âãún låïn, räưi lải gim dáưn xúng nh; quạ trçnh ny
s xy ra liãn tủc trong sút thåìi gian täưn tải cạc lỉûc cỉåỵng bỉïc trãn cäng trçnh. Hiãûn
tỉåüng dao âäüng ny gi l hiãûn tỉåüng dao âäüng “biãn” (h. 6.2e). Khong thåìi gian dao
âäüng giỉỵa hai thåìi âiãøm cọ giạ trë biãn âäü cỉûc âải hồûc cỉûc tiãøu gi l chu k “biãn”
v âỉåüc xạc âënh theo biãøu thỉïc :

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
=
T
T
T
2

1
11
2

2. Nhiãûm vủ ca thê nghiãûm ti trng âäüng:
2.1. Cạc nhiãûm vủ cå bn
Theo quan âiãøm kho sạt cạc chè tiãu âäüng lỉûc hc âäúi våïi KCCT, khi tiãún hnh
thỉí ti âäüng trãn cạc âäúi tỉåüng phi nhàòm gii quút nhỉỵng nhiãûm vủ cå bn sau :
1) Xạc âënh trảng thại ỈS-BD trong âäúi tỉåüng .
2) Xạc âënh táưn säú dao âäüng bn thán ca pháưn tỉí KC hay CT âãø chn cäng sút
v tênh nàng ca trang thiãút bë mạy mọc âàût trãn CT, trạnh xy ra cäüng hỉåíng;
3) Xạc âënh thåìi gian tàõt dáưn ca dao âäüng riãng ca KC v tênh toạn hãû säú dao
âäüng;
4) Xạc âënh hãû säú âäüng khi ti trng di chuøn âãø phủc vủ cho bi toạn kiãøm tra
cäng trçnh;
5) Xạc âënh biãn âäü v táưn säú dao âäüng ca âäúi tỉåüng nhàòm mủc âêch trạnh nhỉỵng
dao âäüng gáy tạc hải âãún tám sinh l ca sinh váût hoảt âäüng trãn cäng trçnh, âãún cạc
u cáưu k thût ca cäng nghãû sn xút v cháút lỉåüng sn pháøm;
6) Nghiãn cỉïu sỉû lm viãûc thỉûc tãú ca kãút cáúu chëu tạc dủng ca ti trng âäüng våïi
mủc âêch nghiãn cỉïu khoa hc.
2.2. Thê nghiãûm CT v pháưn tỉí KC trỉåïc lục âỉa vo khai thạc sỉí dủng.
Thỉåìng l KC lm viãûc dỉåïi chãú âäü ti trng rung âäüng thỉåìng xun nhỉ : dáưm
cáưu, KC trong cäng trçnh cäng cäüng v cäng nghiãûp,... Nhàòm mủc âêch kiãøm tra trảng
thại lm viãûc trong nhỉỵng âiãưu kiãû
n giäúng hồûc gáưn giäúng thỉûc tãú, xạc âënh cạc tham
säú âäüng nhỉ táưn säú dao âäüng bn thán ca nhỉỵng pháưn tỉí kãút cáúu âãø cọ thãø âạnh giạ

4
vãư âäü cỉïng ca nọ; kho sạt hçnh dảng dao âäüng ca cäng trçnh âãø cọ thãø gii thêch sỉû
khạc nhau giỉỵa så âäư tênh l thuút våïi kãút qu nghiãn cỉïu thỉûc nghiãûm..v..v.

2.3. Thê nghiãûm cạc KC v CT âang khai thạc sỉí dủng.
Bàòng nhỉỵng kãút qu nháûn âỉåüc khi thỉí nghiãûm cạc CT v KC âang åí trong tçnh
trảng khai thạc chëu tạc dủng ti trng trng phủc cho phẹp phạn âoạn vãư quạ trçnh
thay âäøi trảng thại ca chụng theo thåìi gian. Våïi mủc âêch ny, cạc thê nghiãûm âäüng
cọ thãø âỉåüc thỉûc hiãûn :
♦ Theo sỉû hoảch âënh trỉåïc ca âiãưu kiãûn k thût âäúi våïi quạ trçnh khai thạc sỉí
dủng cäng trçnh;
♦ Sau lu
ïc sỉía chỉỵa, gia cỉåìng;
♦ Khi täưn tải nhỉỵng nghi ngåì vãư kh nàng chëu lỉûc cng nhỉ âäü cỉïng ca cäng
trçnh (do han gè hay ho hoản...)
Thỉí ti trng âäüng âäúi våïi cạc cäng trçnh âang khai thạc cn cọ nhỉỵng nhiãûm vủ
khạc nhỉ khi cáưn phi âàût cạc mạy mọc v thiãút bë måïi lãn cäng trçnh.
2.4. Thê nghiãûm cạc kãút cáúu chãú tảo hng loảt.
3. Cạc biãûn phạp tảo ti trng âäüng lãn cäng trçnh.
Mäüt trong nhỉỵng úu täú cå bn âãø cọ thãø tiãún hnh âụng âàõn cạc thê nghiãûm âäüng
l chn âỉåüc biãûn phạp tảo ngưn cháún âäüng, xạc âënh vë trê âàût ti, cỉåìng âäü ca ti
trng ph håüp u cáư
u ca nghiãn cỉïu, âiãưu kiãûn v mäi trỉåìng kho sạt
3.1. Ti trng thỉûc. Ti trng thỉûc gäưm hai loải :
♦ Gáy rung âäüng tải mäüt vë trê cäú âënh nhỉ cạc mạy mọc cå khê trong cạc xỉåíng
mạy;
♦ Vỉìa gáy rung âäüng vỉìa chuøn dåìi vë trê nhỉ cạc phỉång tiãûn váûn ti ätä, tu,..)
v cạc phỉång tiãûn trong näüi bäü nh xỉåíng (cáưn trủc, cáưu thang mạy,...)
Khi trãn âäúi tỉåüng kho sạt chè täưn tải mäüt ngưn cháún âäüng, thç viãûc dng trỉûc
tiãúp chênh nọ âãø lm ti trng thê nghiãûm s thỉûc hiãûn âỉåüc khạ dãù dng. Trỉåìng håüp
trãn âäúi tỉåüng täưn tải âäưng thåìi nhiãưu ngưn gáy cháún âäüng, thç quạ trçnh thê nghiãû
m
tråí nãn phỉïc tảp; vç åí âáy nhiãûm vủ tiãún hnh thê nghiãûm l phi täø håüp âỉåüc cạc
ngưn cháún âäüng âãø gáy trảng thại lm viãûc nguy hiãøm trong âäúi tỉåüng kho sạt. Quạ

trçnh thê nghiãûm åí âáy phi thỉûc hiãûn theo trçnh tỉû tỉì âån gin âãún phỉïc tảp v tỉì chãú
âäü lm viãûc nhẻ âãún chãú âäü lm viãûc nàûng dáưn.
Nãúu cạc ngưn cháún âäüng l di chuøn, thç ngoi nhỉỵng trỉåìng håüp thê nghiãûm nhỉ
âäúi våïi ngưn cháún âäüng tải chäù, cn cáưn phi tçm sỉû nh hỉåíng âãún trảng thại cäng

5
trỗnh khi tọỳc õọỹ di chuyóứn cuớa caùc nguọửn chỏỳn õọỹng phaùt trióứn lồùn vaỡ khi xuỏỳt hióỷn lổỷc
haợm caùc chuyóứn õọỹng.
3.2. Taới troỹng thờ nghióỷm chuyón duỡng.
Khi nghión cổùu thổỷc nghióỷm caùc kóỳt cỏỳu cọng trỗnh, vióỷc duỡng taới troỹng thổỷc õóứ laỡm
thờ nghióỷm thổồỡng bở haỷn chóỳ, khọng õaùp ổùng õổồỹc caùc yóu cỏửu nghión cổùu vóử cổồỡng
õọỹ taới trong cuợng nhổ sổỷ khọỳng chóỳ cuớa tỏửn sọỳ dao õọỹng. Vỗ thóỳ, cỏửn phaới taỷo caùc
nguọửn taới troỹng rung õọỹng chuyón duỡng coù caùc õỷc trổng kyợ thuỏỷt phuỡ hồỹp vồùi caùc chố
tióu thióỳt kóỳ cọng trỗnh.
1. Taới troỹng xung kờch (va chaỷm)
Va chaỷm õồn seợ gỏy dao õọỹng baớn thỏn cuớa kóỳt cỏỳ
u cọng trỗnh. óứ xaùc õởnh caùc
tham soù õọỹng (tỏửn sọỳ vaỡ cổồỡng õọỹ) cuớa dao õọỹng cổồợng bổùc naỡy khọng õoỡi hoới phaới
õo chờnh xaùc caùc õaỷi lổồỹng cuớa nguọửn va chaỷm, maỡ chố cỏửn õaớm baớo taỷo õổồỹc lổỷc va
chaỷm õuớ õóứ ghi õổồỹc dao õọỹng baớn thỏn cuớa kóỳt cỏỳu .
a. Va chaỷm õổùng.

Cho rồi mọỹt vỏỷt nỷng coù troỹng lổồỹng Q tổồng õổồng khoaớng 0,01% troỹng lổồỹng cuớa
õọỳi tổồỹng khaớo saùt, õỷt ồớ õọỹ cao h =2,0 - 2,5m. Taỷi vở trờ õióứm rồi cuớa vỏỷt nỷng trón
kóỳt cỏỳu, raới mọỹt õóỷm caùt daỡy khoaớng 10 - 20cm õóứ baớo vóỷ bóử mỷt cuớa kóỳt cỏỳu thờ
nghióỷm vaỡ õóứ ngn chỷn caùc nhaùt va chaỷm thổù cỏỳp.
Vồùi bióỷn phaùp gỏy taới troỹng trón õỏy, bióứu õọử dao õọỹng ghi õổồỹc seợ cho pheùp xaùc
õởnh chu kyỡ dao õọỹng baớn thỏn cuớa caớ cọng trỗnh vaỡ vỏỷt nỷng, bũng :

k

mm
T
qd
+
=

2

Chu kyỡ dao õọỹng baớn thỏn T
o
cuớa kóỳt cỏỳu õổồỹc xaùc õởnh tổỡ kóỳt quaớ õo thổỷc nghióỷm
seợ laỡ :
mm
m
TT
qd
qd
+
=
0


6
T - chu k dao âäüng riãng ca kãút cáúu v váût nàûng;
m
qd
- khäúi lỉåüng quy âäøi tải vë trê va chảm;
m - khäúi lỉåüng ca váût råi;
k - giạ trë ca váût nàûng lm kãút cáúu chuøn vë 1 cm.
Va chảm âỉïng cn cọ thãø tảo âỉåüc bàòng biãûn phạp th råi váût nàûng Q tỉì kãút cáúu thê

nghiãûm tảo nãn mäüt xung lỉûc chuưn qua såüi cạp treo v lm cho kãút cáúu dao âäüng.
b. Va chảm ngang.
Âãø tảo va chảm ngang vo pháưn tỉí kãút cáúu thỉåìng dng mäüt thanh gäù trn, âỉåìng
kênh tỉì 20 - 25 cm, chiãưu di tỉì 250 - 300 cm âỉåüc treo ngang bàòng trãn hai dáy (h.
6.4). Kẹo thanh gäù ra räưi bng dáy cho thanh gäù chuøn dëch tỉû do, va vo kãút cáúu
thê nghiãûm theo phỉång ngang. Sau nhạt va chảm âáưu tiãn, cáưn phi giỉỵ såüi dáy âãø
giỉỵ bụa khäng cho x
y ra cạc nhạt va chảm thỉï cáúp.
Cọ thãø tảo va chảm ngang bàòng cạch treo mäüt váût nàûng trãn såüi dáy cọ rng rc
chuøn hỉåïng näúi våïi mäüt cå cáúu måí tỉû âäüng khi cọ xung lỉûc kẹo xạc âënh.
2. Ti trng rung âäüng.
Âãø tảo ngưn ti trng cỉåỵng bỉïc tạc dủng lãn kãút cáúu cäng trçnh hồûc âäúi tỉåüng
kho sạt, thỉåìng dng mạy rung âäüng chun dng. Mạy tảo rung âỉåüc thiãút kãú v
chãú tảo theo ngun l quay cạc qu nàûng âàût lãûch.
a. Mạy rung våïi mäüt qu nàûng âàût lãûch tám.
Khi quay qu nàûng cọ khäúi lỉåüng m våïi váûn täúc quay ω s sinh ra lỉû
c ly tám :
P = m e ω
2

e - khong cạch tỉì khäúi lỉåüng m âãún tám quay O (h. 6.5)
Khi giỉỵ ngun âỉåüc täúc âäü quay ω thç cỉåìng âäü ca lỉûc ly tám khäng thay âäøi,
nhỉng phỉång tạc dủng ca lỉûc liãn tủc thay âäøi. Cạc thnh pháưn lỉûc nàòm ngang P
x
v
thàóng âỉïng P
y
s tạc dủng vo kãút cáúu thê nghiãûm v thay âäøi theo quy lût âiãưu ha :
P
x

= m e ω
2
cosωt; P
y
= m e ω
2
sinωt;
Åí âáy, ωt - gọc âàûc trỉng cho vë trê ca khäúi lỉåüng m tải thåìi âiãøm kho sạt.
Loải ti trng ny ráút thỉåìng gàûp trong thỉûc tãú sn xút. Nhỉng våïi quan âiãøm khi
nghiãn cỉïu bi toạn âäüng l nhàòm mủc âêch xạc âënh cạc âàûc trỉng âäüng ca kãút cáúu
cäng trçnh; nãúu dng thiãút bë mäüt qu nàng lãûch tám âãø tảo dao âäüng, s gáy nhiãưu
khọ khàn, vç cng mäüt lục cäng trçnh s chëu âäưng thåìi 2 lỉûc cỉåỵng bỉïc theo 2
phỉång thàóng gọc våïi nhau. Âãø khàõc phủc, â chãú tảo thiãút bë rung gäưm 2 qu nàûng
lãûch tám.

7