TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: CAO HỌC NGÀNH ĐÀO TẠO: CƠNG TRÌNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH MƠN :NC THỰC NGHIỆM CT ĐÁP ÁN: SỐ 21 _***_ Thời gian làm bài: 120 phút Hình thức: Thi viết dùng tài liệu tham khảo BỘ MÔN THỦY CÔNG-SBKC Ging viờn Trng B mụn phần : Mô hình Thuỷ lực ( Thời gian làm 60 phút ) Câu I : Trình bày hiểu biết anh, (chị ) mô hình thuỷ lực nghiên cứu dòng chảy không mặt thoáng? ỏp ỏn v thang im (2,5) - Những nơi có d.c khơng mặt thống Tiêu chuẩn tương tự chọn cho nghiên cứu Re tỷ lệ mơ hình thường chọn Khái niệm tượng khí hóa khí thực Các hướng nghiên cứu thực nghiệm tượng khí hóa khí thực 0,5 đ 0,5 đ 0,5 đ 0,5 đ 0,5 đ CâuI1: HÃy thiết lập phơng trình chung ( có sử dụng phơng pháp Buckingham ) để thit lp mi quan hệ chiều cao song leo Hsl bờ biển định phụ thuộc vào chiều cao sóng H, độ dốc mái bờ m, mực nước bãi trước mái h, gia tốc trọng trường g chu ký sóng τ Đáp án thang điểm(2,5đ) - Xác định n=6 viết Hsl = f ( m; H ; h;τ , g ) ) 0,50 đ - Chọn r=2 viết f(Π1, Π2,Π3 ,Π4) = - Tính Πj : Mỗi Πj tính 0,25 đ 0,50 đ 4x 0,25= ,0 đ - Viết phương trình cuối Hsl/H = f ( m; H / gτ 2; h / H ) ) ĐÁP ÁN MƠN THỰC NGHIỆM CƠNG TRÌNH (KẾT CẤU) – Đề 21 0,50 đ Câu (3 điểm) Tải trọng phân bố tĩnh (1,5 điểm) a Vật liệu rời (0,25 điểm) Các vật liệu xây dựng rời xi măng, cát, đá, sỏi… thường dùng làm tải trọng thí nghiệm tĩnh kết cấu cơng trình; đặc biệt tiến hành thử tải trọng kết cấu trường Các loại vật liệu này, làm tải thí nghiệm cần phải cân đong xác; đóng gói thành bao nặng tối đa khơng 50 kg Những bao vật liệu chất tải phải xếp thành trụ riêng lẻ (cách 5-10cm) bề mặt đối tượng thí nghiệm b Vật liệu viên khối (0,25 điểm) Các viên khối vật liệu dùng làm tải trọng thí nghiệm thương viên gạch nung, gạch bê tông,… chúng cần xếp thành trụ riêng lẻ (3-5cm) bề mặt chịu tải kết cấu Dùng vật liệu xây dựng để làm tải trọng phân bố, có hạn chế như: - Tải trọng tác dụng lên đối tượng không thời điểm; - Mất nhiều công sức thời gian để cân đong, đóng gói vật liệu chất dỡ tải tiến hành thí nghiệm; - Hạn chế khả quan sát đo đạc trạng thái ứng suất – biến dạng bề mặt đặt tải tiến hành thí nghiệm; - Xuất ma sát bề mặt tiếp xúc kết cấu tải trọng, làm ngăn cản phần biến dạng kết cấu bề mặt tiếp xúc đó; - Khơng đảm bảo an tồn trường hợp kết cấu thí nghiệm bị phá hoại c Gia tải nước (0,5 điểm) Tải trọng nước dạng tải trọng hoàn hảo, cần đặt tải trọng phân bố có cường độ lớn lên kết cấu thí nghiệm Những ưu điểm phương pháp gia tải trọng nước: - Có khả xác định xác giá trị tải trọng phân bố độ cao cột nước; đảm bảo phân bố tải trọng; Tác dụng tải trọng nước không đảm bảo phân bố xác bề mặt chịu tải kết cấu gồ ghề không nằm ngang kết cấu có biến dạng lớn Ngồi ra, nước cịn tải trọng thơng thường để thí nghiệm kết cấu chứa chất lỏng như: bể nước, đường ống… d Tải trọng phân bố qua hệ dầm truyền tĩnh định (0,5 điểm) Khi thí nghiệm khảo sát kết cấu có mặt chịu tải lớn sàn, mái BTCT toàn khối, kết cấu vỏ mỏng… Với biện pháp chất dỡ tải trọng VLXD hồn tồn khơng thể đáp ứng yêu cầu nghiên cứu; nghiên cứu thực nghiệm cho phép tạo tải trọng phân bố cách tập hợp hệ thống lực tập trung có cường độ nhau, với mật độ cao (thưòng từ 16-25 điểm/m2), xếp theo quy luật bề mặt chịu tải kết cấu Biện pháp để tạo lực phân bố dựa sở hệ thống phân lực dầm truyền tải tĩnh định Tác dụng tải trọng theo phương pháp khắc phục nhược điểm q trình gây tải đưa đến, là: - Có thể quan sát bề mặt kết cấu chịu tác dụng trực tiếp tải trọng - Khơng có tượng ngăn cản biến dạng lớp vật liệu bên kết cấu xuất lực ma sát bề mặt tiếp xúc tải trọng kết cấu; - Tăng, dỡ tải trọng nhanh chóng đồng tồn điểm tải Tải trọng tập trung (1,5 điểm) Tải trọng thí nghiệm tác dụng theo hình thức tập trung thường đặt vào mắt, nút liên kết vào phần từ kết cấu Loại tải trọng dùng nhiều nghiên cứu kết cấu hệ dầm, cột, dàn kèo… a Gây tải trọng biện pháp treo vật nặng (0,5 điểm) Dùng trọng lượng vật liệu để làm tải trọng tập trung lên kết cấu thực theo hai nguyên tắc sau: - Treo trực tiếp vật nặng lên kết cấu để làm tải trọng tập trung phương pháp đơn giản lại cồng kềnh Ưu điểm biện pháp so với biện pháp khác trị số cuả tải trọng không thay đổi kết cấu khảo sát bị biến dạng - Đặt tải qua hệ thống địn bẩy khuếch đại Khi thí nghiệm kết cấu riêng lẻ cần có giá trị tải trọng tác dụng lớn, thường dùng hình thức gây tải trọng tập trung qua đòn bẩy khuếch đại b Gây tải trọng thiết bị căng kéo (0,5 điểm) Tạo tải trọng lên kết cấu thí nghiệm thiết bị căng kéo áp dụng trường hợp: - Thí nghiệm tiến hành địa bàn chật hẹp; - Khơng có điều kiện triển khai biện pháp treo tải vật nặng; - Đòi hỏi phải điều chỉnh nhẹ nhàng giá trị tải trọng tác dụng; - Phương pháp tác dụng tải trọng lên cơng trình Gây tải trọng hệ thiết bị căng kéo thường không đảm bảo giá trị tải trọng không đổi theo thời gian, đặc biệt trường hợp cần giữ tải kết cấu làm việc giai đoạn phát triển biến dạng dẻo Ngoài ra, giá trị tải trọng thay đổi ảnh hưởng biến động nhiệt độ môi trường đến hệ thiết bị gây tải chiều dài dây cáp c Gây tải trọng kích thuỷ lực (0,5 điểm) Gia tải kích thuỷ lực biện pháp thuận tiện làm thí nghiệm kết cấu cơng trình chịu tải trọng tĩnh, có ưu điểm sau: - Chiếm diện tích biện pháp khác; - Thiết lập điều chỉnh tải trọng dễ dàng; - Có khả đặt tải theo hướng Câu (2 điểm) Ứng suất pháp, ứng suất tiếp mặt cắt vng góc với trục dầm tương ứng σx τxy Áp dụng định luật Hooke với trạng thái ứng suất phẳng: εx = σ x − µσ y E ( ) Vì theo đầu bài, ứng suất pháp mặt cắt song song với trục dầm σy = nên σ x = Eε x = 20000 ×4, 44 ×10 −5 = 0,888kN / cm Mặt khác εm = ( σ − µσn ) E m (0,5 điểm) hay σ m − µσ n = Eε m σ m − 0, 2σ n = 20000 ×(−5,73 ×10 −5 ) = −1,146 (1) Từ tính chất bất biến thứ ứng suất σm + σn = σ x + σ y = 0,888 (2) Từ (1) (2) suy σm = -0,807 kN/cm (0,5 điểm) σm suy từ công thức tính ứng suất mặt cắt nghiêng: σm = σ x +σ y σx - σ y cos 2α - τ xy sin 2α 0,888 + 0,888 - - ,807 = + cosτ2 ×30 sin0 2 τ xy = 1,7kN / cm + xy ×300 (0,25 điểm) Ứng suất xác định từ công thức 2 σx +σy σx −σy  0,888 +  0,888 −  2 σ = σ max = ±  + τ xy = ±  ÷ + 1,7 ÷ 2 (0,5 điểm)     σ max = 2, 2kN / cm σ = −1,76kN / cm Phương ứng suất lớn xác định từ công thức tgα1 = tgαmax = − τ xy σmax − σ y =− 1, = −0, 7727 2, − (0,25 điểm) αmax = −37 42' TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: CAO HỌC NGÀNH ĐÀO TẠO: CƠNG TRÌNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH MƠN :NC THỰC NGHIỆM CT BỘ MÔN THỦY CÔNG-SBKC ĐÁP ÁN: SỐ 22 Giảng viên _***_ Thời gian làm bài: 120 phút Hình thức: Thi viết dùng tài liệu tham khảo phÇn : Mô hình Thuỷ lực ( Thời gian làm 60 ) - Trưởng Bộ mơn C©uI: Chän tû lƯ mô hình đập tràn lu lợng qua tràn Qt = 558m3/s; ®Ëp cao Pt = 15,5m; BỊ réng tràn Bt = 300 m; hệ số lu lợng m=0,42 Mô hình đặt máng kính rộng 0,5 m, cao 1,2m ; lu lợng lớn máy bơm cấp nớc cho mô hình 50(l/s) ỏp ỏn thang điểm(2,5đ) - Nêu yêu cầu chung chọn λl 0,25đ - Xác định λl1 theo kích thước máng thí nghiệm λl1 =15 0,75đ - Xác định λl theo khả cấp nước máy bơm: λl = 9,5 0,75đ - So sánh thấy λl1 > λl nên lấy λl = λl1 0,5đ - Kết lun chn l =15 0,25 Câu II: Phân biệt tơng tự học theo tiêu chuẩn Froud tiêu chuẩn Raynold ? Cho vÝ dơ minh ho¹? Đáp án thang điểm - Sự giống - Sự khác nhau: + lực tác dụng chủ yếu, chất vấn đề - 0,25 đ 0,50đ + Khác biểu thức 0,25 đ + Khác biểu thức chuyển đổi (tối thiểu phải nêu 3) 0,50đ Ví dụ minh họa (có tính tốn): 1,00đ ĐÁP ÁN MƠN THỰC NGHIỆM CƠNG TRÌNH (KẾT CẤU) – ĐỀ 22 Câu (3 điểm) Tải trọng thực (1 điểm) Tải trọng thực gồm hai loại : • Gây rung động vị trí cố định máy móc khí xưởng máy; • Vừa gây rung động vừa chuyển dời vị trí phương tiện vận tải ôtô, tàu, phương tiện nội nhà xưởng (cần trục, cầu thang máy, ) Khi đối tượng khảo sát tồn nguồn chấn động, việc dùng trực tiếp để làm tải trọng thí nghiệm thực dễ dàng Trường hợp đối tượng tồn đồng thời nhiều nguồn gây chấn động, q trình thí nghiệm trở nên phức tạp; nhiệm vụ tiến hành thí nghiệm phải tổ hợp nguồn chấn động để gây trạng thái làm việc nguy hiểm đối tượng khảo sát Q trình thí nghiệm phải thực theo trình tự từ đơn giản đến phức tạp từ chế độ làm việc nhẹ đến chế độ làm việc nặng dần Nếu nguồn gây rung động máy móc, thiết bị lắp đặt vị trí cố định cơng trình việc dùng trực tiếp thiết bị làm tải trọng thí nghiệm thực Trong q trình thí nghiệm cần khảo sát trạng thái làm việc khác máy móc, thiết bị khởi động, dừng tắt, mức cơng suất khác (vịng quay, tải trọng ) để xác định tham số động gây bất lợi nhất, nguy hiểm Nếu nguồn chấn động di chuyển, ngồi trường hợp thí nghiệm nguồn chấn động chỗ (tàu xe nổ máy chỗ, cần trục nâng hạ tải trọng …), cịn cần phải tìm ảnh hưởng đến trạng thái cơng trình tốc độ di chuyển nguồn chấn động phát triển lớn xuất lực hãm chuyển động Tải trọng thí nghiệm chuyên dùng (2 điểm) Khi nghiên cứu thực nghiệm kết cấu cơng trình, việc dùng tải trọng thực để làm thí nghiệm thường bị hạn chế, khơng đáp ứng yêu cầu nghiên cứu cường độ tải trọng khống chế tần số dao động Vì thế, cần phải tạo nguồn tải trọng rung động chuyên dùng có đặc trưng kỹ thuật phù hợp với tiêu thiết kế cơng trình a Tải trọng xung kích (va chạm) (1 điểm) Va chạm đơn gây dao động tự kết cấu cơng trình Để xác định tham số động (tần số cường độ) dao động cưỡng khơng địi hỏi phải đo xác đại lượng nguồn va chạm, mà cần đảm bảo tạo lực va chạm đủ để ghi dao động tự kết cấu - Va chạm đứng (0,5 điểm) Cho rơi vật nặng có trọng lượng Q đặt độ cao h =2,0 - 2,5m tùy thuộc vào kết cấu trọng lượng vật nặng Tại vị trí điểm rơi vật nặng kết cấu, rải đệm cát dày khoảng 10 20cm để bảo vệ bề mặt kết cấu thí nghiệm để ngăn chặn nhát va chạm thứ cấp Với biện pháp gây tải trọng đây, biểu đồ dao động ghi cho phép xác định chu kỳ dao động tự cơng trình vật nặng, : T = 2π Sơ đồ tạo va chạm đứng mqd + m k Sơ đồ búa tạo va chạm ngang Chu kỳ dao động tự To kết cấu xác định từ kết đo thực nghiệm : T0 = T mqd mqd + m T - chu kỳ dao động riêng kết cấu vật nặng; mqd - khối lượng quy đổi vị trí va chạm; m - khối lượng vật rơi; k – khối lượng vật nặng làm kết cấu dịch chuyển cm Va chạm đứng cịn tạo biện pháp thả rơi vật nặng Q từ kết cấu thí nghiệm tạo nên xung lực chuyền qua sợi cáp treo làm cho kết cấu dao động - Va chạm ngang (0,5 điểm) Để tạo va chạm ngang vào phần tử kết cấu, người ta thường dùng gỗ trịn có kích thước phụ thuộc kết cấu thực nghiệm (thường có đường kính từ 20 - 25 cm, chiều dài từ 250 - 300 cm) treo ngang hai dây Kéo gỗ buông dây cho gỗ chuyển dịch tự do, va vào kết cấu thí nghiệm theo phương ngang Sau nhát va chạm đầu tiên, cần phải giữ sợi dây để giữ búa không cho xảy nhát va chạm thứ cấp Có thể tạo va chạm ngang cách treo vật nặng sợi dây có rịng rọc chuyển hướng nối với cấu mở tự động có xung lực kéo xác định b Tải trọng rung động (1 điểm) Để tạo nguồn tải trọng cưỡng tác dụng lên kết cấu cơng trình đối tượng khảo sát, thường dùng máy rung động chuyên dùng Máy tạo rung thiết kế chế tạo theo nguyên lý quay nặng đặt lệch tâm - Máy rung với nặng đặt lệch tâm Máy rung ly tâm không định hướng (một lệch tâm) Khi quay nặng có khối lượng m với vận tốc quay ω sinh lực ly tâm P = meω2 với e - khoảng cách từ khối lượng m đến tâm quay O Khi giữ nguyên tốc độ quay ω cường độ lực ly tâm khơng thay đổi, phương tác dụng lực liên tục thay đổi Các thành phần lực nằm ngang Px thẳng đứng Py tác dụng vào kết cấu thí nghiệm thay đổi theo quy luật điều hòa : Px= meω 2cosωt; Py= meω2sinωt; đây, ωt - góc đặc trưng cho vị trí khối lượng m thời điểm khảo sát Loại tải trọng thường gặp thực tế sản xuất (đầm dùi, đầm mặt để rung lắc bê tông tạo độ chặt) động lực có dạng dao động điều hịa xuất hai phương có lợi Nhưng thành phần dao động thứ hai khơng cần thiết, chí cịn gây hại (thiết bị rung cọc móng, rung hạ giếng chìm, rung ván khn v.v ), thí nghiệm động, yêu cầu gây tải phương để khảo sát thông số động, người ta ghép đồng hai lệch tâm để triệt tiêu thành phần không mong muốn Đó thiết bị rung gồm nặng lệch tâm - Máy rung với hai nặng lệch tâm Trên hai trục song song O1 O2 quay ngược chiều vận tốc quay ω, có hai nặng (1) (2) khối lượng m nằm hai vị trí đối thời điểm có khoảng lệch e đến hai trục O1 O2 Khi cho trục quay, xuất hai lực ly tâm P1 P2 nhau, hình chiếu chúng lên trục x ngược chiều nhau, ta có Px(t)=0, cịn tổng hình chiếu lên trục y Py(t) thay đổi theo quy luật Py(t) = 2m eω2 sint Từ quy luật làm việc thiết bị chấn động hai khối, người ta cịn chế tạo thiết bị rung có cơng suất lớn với bốn tám nặng, dùng để gây dao động cưỡng công trình lớn kết cấu nhịp cầu Máy rung ly tâm định hướng (hai lệch tâm) Khi xác định đặc trưng động kết cấu cơng trình, thiết bị gây chấn động cần phải có phạm vi thay đổi số vịng quay rộng Vì thế, phận động lực thiết bị chấn động thường phải dùng động điện có dịng khơng đổi với chuyển tốc độ để thay đổi số vịng quay thiết bị từ 15 đến 20 lần Câu (2 điểm) Ứng suất pháp, ứng suất tiếp mặt cắt vng góc với trục dầm tương ứng σ x τxy Áp dụng định luật Hooke với trạng thái ứng suất phẳng: ε y = ( σ y − µσ x ) E bốn lệch Máy rung ly tâm có Vì theo đầu bài, ứng suấtTrpháp mặt song song vớisintrục dầm σy = nên ường htrên ợp tạ o lựcắt c rung động hình Trường hợp tạo mômen rung σx = − Eε y µ =− 21000 ×( −1,78 ×10 −5 ) = 2, 2kN / cm (0,5 điểm) 0,17 Mặt khác εm = ( σ − µσn ) E m hay σ m − µσ n = Eε m σ m − 0,17σ n = 21000 ×( −1,3 ×10 −5 ) = −0, 27 Từ tính chất bất biến thứ ứng suất σm + σn = σ x + σ y = 2, Từ (1) (2) suy σm = 0,09 kN/cm2 σm suy từ cơng thức tính ứng suất mặt cắt nghiêng: σm = σ x +σ y + (1) (2) (0,5 điểm) σx - σ y cos 2α - τ xy sin 2α 2 ,2 + ,2 - 0,09 = + cosτ2 ×45 sin0 - xy ×450 2 τ xy = 1,01kN / cm (0,25 điểm) Ứng suất xác định từ cơng thức 2 σ +σ y σ −σy  2, +  2, −  2 σ = σ max = x ±  x + τ = ± xy  ÷ + 1,01 ÷ 2     (0,5 điểm) σ max = 2,59kN / cm σ = −0,39kN / cm Phương ứng suất lớn xác định từ cơng thức tgα1 = tgαmax = − τ xy σmax − σ y =− 1, 01 = −0,39 2,59 − (0,25 điểm) αmax = −21 18' TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: CAO HỌC NGÀNH ĐÀO TẠO: CƠNG TRÌNH MƠN :NC THỰC NGHIỆM CT ĐÁP ÁN: SỐ 23 _***_ Thời gian làm bài: 120 phút Hình thức: Thi viết dùng tài liệu tham khảo TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CÔNG TRÌNH BỘ MƠN THỦY CƠNG-SBKC Giảng viên Trưởng Bộ mơn phần : Mô hình Thuỷ lực ( Thời gian làm 60 phút ) Câu I: Mô hình lòng dẫn mềm đợc sử dụng vào nghiên cứu nào? Cho ví dụ? Các điều kiện đảm bảo tơng tự? ỏp án thang điểm(2,5đ) - Những nghiên cứu có sử dụng mơ hình lịng dẫn mền - Cho ví dụ (có thể nghiên cứu xói, bồi, biến hình lịng dẫn, vận chuyển bùn cát ) 0,25đ 0,5đ - 0,25đ 0,5đ 0,5đ 0,5đ Tuân theo điều kiện lòng dẫn cứng Điều kiện tương tự bắt đầu bùn cát chuyển động Điều kiện tương tự khối lượng bùn cát chuyển động Điều kiện bổ sung nghiên cu xúi cc b Câu II: Gọi Vo*là lu tốc động lực dòng chảy ứng với bắt đầu chuyển động hạt đáy lòng dẫn (tạo nên hố xói) Hạt không dính đáy có khối lợng riêng c , đờng kính hạt dc Nớc lòng dẫn có khối lợng riêng , hệ số nhớt động lùc µ , gia tèc träng trêng g H·y thiÕt lập phơng trình chung ( có sử dụng phơng pháp Bukingham) để xác lập mối quan hệ Vo* với đại lợng khác ỏp ỏn v thang im(2,5) - Xác định n=6 viết Vo* = f( ρc , dc , ρ, µ , g ) 0,50 đ -Chọn r=3 (Vo*, dc, ρ) viết f(Π1, Π2,Π3 ) = - Tính Πj : Mỗi Πj tính 0,25 đ 0,75 đ 3x 0,25= - Viết phương trình cuối f( ρc/ ρ; Vo*2/g dc ; ρVo* dc / µ) =0 ĐÁP ÁN MƠN THỰC NGHIỆM CƠNG TRÌNH (KẾT CẤU) – ĐỀ 23 Câu (3 điểm) DỤNG CỤ ĐO CHUYỂN VỊ (1,5 điểm) 1.1 Đo chuyển vị theo nguyên lý học: (0,75 điểm) Ưu điểm: xác, dễ sử dụng Nhược điểm chính: đo chuyển vị tĩnh 1.1.1 Võng kế (đồng hồ đo chuyển vị lớn) Các đặc trưng 0,75đ 0,50 đ - Đồng hồ đo chuyển vị kiểu võng kế khơng hạn chế khoảng đo, đo độ võng kết cấu nhịp lớn, độ lún cọc móng, … - Dây thép có đường kính 0,2 ÷ 0,3mm - Quả nặng có trọng lượng m = ÷ 3kg - Giá trị vạch mặt đồng hồ: δ1 = 1/Kv = 0,1mm - Có độ nhạy độ xác cao 1.1.2 Chuyển vị kế (indicator) học (đồng hồ đo chuyển vị bé) Các đặc trưng - Hiện đồng hồ đo thơng dụng có giá trị vạch đo 0,01; 0,02; 0,001, 0,002 mm - Khoảng chuyển vị lớn đo đồng hồ thường bị khống chế giá trị vạch đo Cụ thể: - Với loại đồng hồ 0,01 0,02 có khoảng đo từ 10 đến 50 mm - Với loại đồng hồ 0,001 0,002 có khoảng đo từ đến 10 mm 1.2 Đo chuyển vị theo nguyên lý điện (0,75 điểm) 1.2.1 Chuyển vị kế điện Để khắc phục phần nhược điểm loại chuyển vị kế kiểu học, người ta lắp vào bên loại chuyển vị kế cầu đo nên độ khuếch đại cao nhiều có qn tính nhỏ dùng để đo chuyển vị động với tần số không lớn Loại chuyển vị kế vừa có chức chuyển vị kế loại học lại vừa có chức loại chuyển vị kế động (ưu điểm) 1.2.2 Chuyển vị kế điện tử (Digital indicator) - Thiết bị có độ nhạy cao, đạt đến 0,01µm Khoảng đo thường nhỏ ± 25mm DỤNG CỤ ĐO BIẾN DẠNG (1,5 điểm) 2.1 Đo biến dạng theo nguyên lý học (0,75 điểm) 2.1.1 Tenxơmét học Tenxơmét học loại dụng cụ đo biến dạng điểm rời rạc dùng phổ biến khảo sát trạng thái biến dạng tĩnh kết cấu cơng trình, chúng có cấu tạo đơn giản, độ xác cao ổn định q trình đo Trong đó, đặc trưng loại tenxơmét đòn Các đặc trưng ưu nhược điểm - Sai số đọc lớn ± 2,5.10 −6 - Giá trị vạch đo: δ1 = 1/K = 0,001 mm = µm Tenxơmét địn bẩy có cấu tạo đơn giản, trọng lượng khơng lớn, độ xác cao Tuy nhiên xét từ cấu tạo tồn nhược điểm như: + Vật liệu dòn, chi tiết dễ hỏng + Liên kết phận chuyển động liên kết lề khơng hồn tồn, dễ bị xộc xệch tháo lắp + Không đo biến dạng động + Khơng sử dụng ngồi trời mưa nắng 2.1.2 Comparator Comparator dụng cụ đo biến dạng sử dụng indicator lắp giá chuyên dụng chế tạo sẵn với chuẩn có hệ số nở nhiệt nhỏ, độ bền cao (thường thép Inva) để khử ảnh hưởng môi trường Với cách đo trên, cần comparator ta đo biến dạng nhiều vị trí khác cơng trình, đo biến dạng mẫu nhiều lần nhiều thời điểm khác (đo biến dạng theo thời gian) Ngoài ra, với dụng cụ này, kết đo không phụ thuộc vào kĩ thuật gá lắp dụng cụ Do mở rộng chuẩn đo nên độ nhậy tăng Tuy nhiên dụng cụ có qn tính lớn nên đo biến dạng tĩnh 2.2 Đo biến dạng theo nguyên lý điện – Tenxơmét điện trở (0,75 điểm) 2.2.1 Đặc điểm Đây phương pháp đo biến dạng dài dùng phổ biến Phương pháp có nhiều ưu điểm mà phương pháp khác khơng thể có Những ưu điểm phương pháp là: - Có độ xác cao - Chỉ cần máy đo đo biến dạng nhiều vị trí cơng trình - Có thể đo biến dạng theo nhiều phương khác điểm xác định giá trị, phương ứng suất - Có thể đo biến dạng gây tải trọng tĩnh, tải trọng động tải trọng xung - Có thể đo biến dạng khoảng cách xa vị trí đặt máy đo, vị trí kín khơng thể quan sát được, ví dụ đo biến dạng điểm lịng cấu kiện bêtơng, kết cấu chìm ngập nước, điểm lịng cơng trình đất - Có thể sử dụng điện trở để chế tạo thành đầu chuyển đổi để đo nhiều đại lượng học khác Tuy nhiên phương pháp đo chịu ảnh hưởng nhiều mơi trường ngồi nhiệt độ, độ ẩm, từ trường, nên cần có biện pháp kĩ thuật xử lí thích hợp cho kết tin cậy Bộ thiết bị đo gồm phận chính: Máy đo đầu đo Máy đo gọi máy đo biến dạng, cịn đầu đo thơng dụng cảm biến điện trở 2.2.2 Cảm biến điện trở - Strain gauge Cấu tạo cảm biến điện trở gồm lớp vỏ giấy cách điện polyester, dây điện trở dán chặt vào lớp vỏ hàn vào dây dẫn điện Chiều dài  gọi chuẩn đo (base) Điện trở điện trở thường có giá trị 120Ω, 350Ω, 600Ω đến 1000Ω 2.2.3 Máy đo biến dạng Sơ đồ nguyên lý máy đo Thông thường máy đo biến dạng gồm phận hình vẽ Bộ thị đồng hồ thị (indicator), hình (display), máy in (printer), máy ghi (recorder), máy sóng (oscillograph) Analyzer Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý máy đo biến dạng 1- Cầu Wheatstone 2- Bộ khuyếch đại 3- Bộ ch ỉ th ị Bộ khuyếch đại (amplifier) khuyếch đại tĩnh đo đại lượng tĩnh, khuyếch đại động đo đại lượng động Bộ khuyếch đại động khác khuyếch đại tĩnh chủ yếu có thêm chuyển mạch điện tử (công tắc điện tử) Câu (2 điểm) Ứng suất pháp, ứng suất tiếp mặt cắt vng góc với trục dầm tương ứng σx τxy Áp dụng định luật Hooke với trạng thái ứng suất phẳng: εx = σ x − µσ y E ( ) Vì theo đầu bài, ứng suất pháp mặt cắt song song với trục dầm σy = nên σ x = Eε x = 19000 ×(−10, 27 ×10 −5 ) = −1, 95kN / cm (0,5 điểm) Mặt khác εm = ( σ − µσn ) E m hay σ m − µσ n = Eε m σ m − 0,18σ n = 19000 ×( −11,36 ×10 −5 ) = 2,16 (1) Từ tính chất bất biến thứ ứng suất σm + σn = σ x + σ y = −1,95 (2) Từ (1) (2) suy σm = 1,53 kN/cm2 (0,5 điểm) σm suy từ cơng thức tính ứng suất mặt cắt nghiêng: σm = σ x +σ y + σx - σy cos 2α - τ xy sin 2α 2 - 1,95 + - 1,95 - 1,53 = + cosτ2 ×45 sin0 2 τ xy =- ,5kN / cm xy ×450 (0,25 điểm) Ứng suất xác định từ công thức 2 σ +σy σ −σ y  −1,95 +  −1,95 −  2 σ = σ max = x ±  x + τ = ± xy  ÷ + (−2,5) ÷ 2 (0,5 điểm)     σ max = 0,73kN / cm σ = −4,63kN / cm Phương ứng suất lớn xác định từ cơng thức tgα1 = tgαmax = − αmax = 73 43' τ xy σmax − σ y =− ( −2,5) = 3, 425 0, 73 − (0,25 điểm) ... Tải trọng thí nghiệm chuyên dùng (2 điểm) Khi nghiên cứu thực nghiệm kết cấu công trình, việc dùng tải trọng thực để làm thí nghiệm thường bị hạn chế, không đáp ứng yêu cầu nghiên cứu cường độ... cấu vỏ mỏng… Với biện pháp chất dỡ tải trọng VLXD hồn tồn khơng thể đáp ứng yêu cầu nghiên cứu; nghiên cứu thực nghiệm cho phép tạo tải trọng phân bố cách tập hợp hệ thống lực tập trung có cường... đợc sử dụng vào nghiên cứu nào? Cho ví dụ? Các điều kiện đảm bảo tơng tự? ỏp ỏn v thang điểm(2,5đ) - Những nghiên cứu có sử dụng mơ hình lịng dẫn mền - Cho ví dụ (có thể nghiên cứu xói, bồi, biến