Bài giảng Thí nghiệm và thiết bị đo trong kỹ thuật dân dụng

1


2




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.

3




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 nghi
Thí nghiệệmm



Gi
Giảả thi
 thiếết t

Ph
Phươ
ương pháp 
ng pháp 
tính toán
tính toán

Thí nghi
Thí nghiệệm 
m 
kikiểểm tra
m tra
(ki
(kiểểm đ
m định)
ịnh)

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
4




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)
5




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.
6




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

7



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...

8




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... 
9




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…
10




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…
11


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.

12


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 

13




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. 

14




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 
15




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

x

y

z

xy

yz

zx

Giới hạn ở trường hợp TTƯS phẳng (bài toán 
phẳng).
σ x +σ y σ x −σ y

σ u =  Ứng su
+ ất trên m
cos
2αắ−t nghiêng
τ xy sin 2α
ặt c


2

2

σ x −σ y
τ uv =

sin 2α + τ xy cos 2α
2
16




Ứng suất chính và phương chính

σ max
min

2

σx +σ y
=
2

tgα max = −

σ x −σ y � 2
�
�
�+ τ xy
� 2 �
τxy

σ max − σy

=−

τxy
σx − σmin

17




1.3.2. Trạng thái biến dạng tại một điểm

εx ,ε y ,ε z , γ xy , γ yz , γ zx
Mối liên hệ giữa biến dạng và chuyển vị

u
v
w
u v
w v
w u
ε x = ;ε y = ; ε z =
; γ xy =
+ ; γ yz =
+ ; γ zx =
+
x
y
z
y x
y

z
x
z

Biến dạng trên mặt nghiêng u và v

ε u = εx cos2 α + ε y sin2 α + γ xy sinα.cosα

 

ε v = ε y cos2 α + ε x sin2 α − γ xy sinα.cosα

(

)

(

γ uv = 2 ε y − εx sinα.cosα + γ xy cos2 α − sin2 α

)
18


1.3.3. Mối liên hệ giữa ứng suất và biến dạng

 

19

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:

20


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

21


1.3.4. 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


1.4.1. Công tác chuẩn bị:
Chuẩn bị dụng cụ máy móc cần thiết
 Chuẩn  bị  nguyên  VL  cần  thiết:  dây  điện,  mỏ  hàn, 
giấy  ráp,  đattric,  các  loại  sơn  đánh  dấu,  giấy  bút  và 
các văn phòng phẩm khác…
 Chuẩn bị cán bộ TN, cán bộ bảo vệ, người phục vụ...
 Chuẩn bị hiện trường bố trí TN: các vị trí đo, chỗ đặt 
thiết bị máy móc, phương tiện đi lại, chỗ ăn ở cho cán 
bộ thí nghiệm…


25