BÀI THÍ NGHIỆM SỐ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH DÀN THÉP Trong công trình dân dụng công nghiệp, dạng kết cấu hệ chịu lực sử dụng phổ biến Một kết cấu thường gặp dàn thép cấu tạo thép hình Trong thí nghiệm này, khảo sát làm việc mô hình dàn đơn giản có hai cánh song song 4.1 Mục đích thí nghiệm Nghiên cứu quy luật phân bố nội lực giới hạn đàn hồi mô hình dàn thép chịu tác dụng tải trọng tĩnh tập trung mắt dàn Xác định giá trị chuyển vị mắt dàn biểu đồ độ võng tổng thể dàn tương ứng với cấp tải trọng tác dụng Làm quen với phương pháp thí nghiệm kết cấu hệ thanh, biết cách sử dụng thiết bị đo để xác định giá trị biến dạng, ứng suất chuyển vị phương pháp thực nghiệm 4.2 Yêu cầu thí nghiệm Đo biến dạng ε số đại diện dàn Từ tính ứng suất σ lực dọc dàn Xác định độ võng Δ số vị trí dàn So sánh kết đo thực nghiệm tính toán lý thuyết 4.3 Cấu tạo kích thước dàn thép chịu tải trọng tĩnh Hình 4.1 Mô hình dàn thép Dàn thép hình thang năm nhịp, nhịp cao 0.5m, bước nhịp 1m Các cánh thép 2L40x40x4 có F= 6.16 cm2, Jx= 9.16 cm4, E= 21.107 N/cm2 Các bụng thép 2L40x40x3 có F= 4.7 cm2, Jx= 7.1 cm4, E= 21.107 N/cm2 4.4 Thiết bị thí nghiệm 1/20 Thiết bị gia tải: + Kích thủy lực 20T (đường kính piston Dpiston= 5.59cm) Hình 4.2 + Hai quang treo đòn gia tải Hình 4.2 Thiết bị đo biến dạng: + Các cảm biến đo biến dạng thép (strain gage) Hình 4.3 + Thiết bị ghi tín hiệu P3500 chuyển kênh SB10 Hình 4.3 Thiết bị đo độ võng: ±0.01mm (dialmicrometer) đồng hồ đo chuyển vị bé, độ xác Hình 4.4 Hình 4.2 Hệ thống thí nghiệm mô hình dàn Hình 4.3 Thiết bị ghi tín hiệu P3500, chuyển kênh SB10 Strain gage Hình 4.4 Đồng hồ đo chuyển vị bé dialmicrometer 4.5 Sơ đồ thí nghiệm vị trí đo độ võng, biến dạng Hình 4.5 Sơ đồ thí nghiệm Có vị trí đo chuyển vị I, II, III, IV Có vị trí đo biến dạng 1, 2, 3, 4, Diện tích dàn: F1=F3=F4=F5= 6.16cm2; F2= 4.7cm2 4.6 Quy trình thí nghiệm Kiểm tra lại dàn thép, vị trí thiết bị đo biến dạng, chuyển vị Dự tính cấp gia tải ∆P (kG/cm2) kích thủy lực : Diện tích Piston : Fpiston = = π 5,592 πD = 24,530(cm ) Từ ta suy lực tác dụng lên dầm thông qua hai quang treo đòn gia tải: P = AFpiston (kG) Ở đây, A= trị số đọc kích thủy lực (kG/cm2) Gia tải theo cấp tải: – 10 – 20 – 30 – 40 (daN/m2) Đầu tiên tiến hành gia tải thử với tải trọng cấp thứ quan sát làm việc dụng cụ đo toàn mô hình thí nghiệm Nếu phát cố cần điều chỉnh lại Nếu chúng làm việc bình thường hạ tải không Đọc số liệu ban đầu (tương ứng với P=0) dụng cụ đo Tiến hành tác dụng tải trọng theo cấp Sau bơm kích thủy lực đạt trị số lực cần thiết phải dùng lại 5-7 phút ghi số liệu dụng cụ đo Sau đọc số liệu dụng cụ đo ứng với cấp tải trọng cuối tiến hành hạ tải không Quá trình giảm tải phải thực từ từ, cấp ngược với trình tăng tải ghi số liệu tương ứng để có nhận xét trình làm việc thuận nghịch Kết thí nghiệm ghi bảng sau: Kết đo lần 1: Số đọc chuyển vị kế (mm) Số đọc máy đo µε Áp lực (daN/cm2) biến dạng () I II III IV 13 10 34 -1924 -1243 -2481 -1469 -2163 10 12.85 10.2 1.24 33.76 -1914 -1242 -2471 -1485 -2178 20 12.56 10.59 1.72 33.30 -1893 -1240 -2446 -1511 -2208 30 12.27 10.99 2.21 33.10 -1870 -1238 -2420 -1538 -2242 40 11.97 11.42 2.71 32.70 -1846 -1234 -2394 -1566 -2279 Kết đo lần 2: Số đọc chuyển vị kế (mm) Số đọc máy đo µε Áp lực (daN/cm2) biến dạng () I II III IV 12.60 10.2 1.1 33.99 -1925 -1243 -2482 -1464 -2161 10 12.35 10.60 1.34 33.73 -1914 -1241 -2472 -1481 -2179 20 12.10 11.1 2.31 33.27 -1893 -1239 -2447 -1509 -2210 30 11.85 11.35 2.81 32.80 -1871 -1236 -2421 -1539 -2243 40 11.97 11.42 2.71 32.35 -1849 -1233 -2395 -1568 -2283 Giá trị trung bình các lần đo: Chuyển vị (mm) Biến dạng () µε Áp lực (daN/cm2) I II III IV 12.495 10 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) Chuyển vị (mm) µε Áp lực (daN/cm2) Biến dạng () I II III IV 0 0 0 0 0 10 0.155 0.205 0.255 0.25 10.5 10.5 16.5 16.5 20 0.455 0.6 0.735 0.71 31.5 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: Pmd =0.5 AFpiston với A nhẫn giá trị lần lượt là: 0, 10, 20, 30, 40 σi = N i Tính ứng suất: Ở Ni= lực dọc Fi dàn xác định phần mềm tính kết cấu SAP 2000 Xác định biến dạng theo định luật ε = σ i Hooke: i E Chuyển vị vị trí chọn xác định phần mềm tính kết cấu SAP 2000 Kết tính toán ghi bảng sau Áp lực (daN/ cm2) Lực tác dụng Pmd (kN) Chuyển vị (mm) Lực dọc N (kN) I II III IV 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) 5 0 0 0 0 323,4 2069,8 -7377 -7377 9,86 1,54 9,86 -35,13 -35,13 327,6 3662,3 13341 13341 17,44 1,56 17,44 -63,53 -63,53 0 10 1,227 2069, 3662, 30 40 2,454 ε Ứng suất σ(kN/m ) 20 Biến dạng (10-6) 3,681 5254, 329,7 5254,9 19305 19305 25,02 1,57 25,02 -91,93 -91,93 4,908 6688, 331,9 6688,3 24670 24670 31,85 1,58 31,85 -117,5 -117,5 4.8 So sánh kết lý thuyết thực nghiệm Kết so sánh lý thuyết thực nghiệm thể hai đồ thị biểu mối quan hệ P – ε (Lực tác dụng biến dạng) P – Δ (Lực tác dụng chuyển vị) Trong đồ thị có đường thể kết theo thực nghiệm đường thể kết theo lý thuyết Hình 4.6; Hình 4.7 Độ sai lệch lý thuyết thực nghiệm xác định sau: + Độ sai lệch biến dạng tại vị trí 1: S BD = ε TN − ε LT 100 = −58 ε LT S BD = ε TN − ε LT 100 = −81 ε LT S BD = ε TN − ε LT 100 = −63 ε LT % + Độ sai lệch biến dạng tại vị trí 2: % + Độ sai lệch biến dạng tại vị trí 3: dạng tại vị trí 4: % + Độ sai lệch biến S BD = ε TN − ε LT 100 = 16 ε LT S BD = ε TN − ε LT 100 = ε LT % + Độ sai lệch biến dạng tại vị trí 5: chuyển vị tại điểm I: SCV = ∆TN − ∆ LT 100 = 72 ∆ LT % + Độ sai lệch chuyển vị tại điểm II: SCV = ∆TN − ∆ LT 100 = 63 ∆ LT % + Độ sai lệch chuyển vị tại điểm III: SCV = ∆TN − ∆ LT 100 = 56 ∆ LT % + Độ sai lệch chuyển vị tại điểm IV: SCV = ∆TN − ∆ LT 100 = 41 ∆ LT % % + Độ sai lệch Hình 4.6 Biểu đồ quan hệ P – ε Hình 4.7 Biểu đồ quan hệ P – Δ 4.9 Nhận xét kết thí nghiệm Theo lý thuyết vật liệu làm việc miền đàn hồi, biến dạng tăng tuyến tính Đường biến dạng lý thuyết thực tế có có dạng gần tương tự vị trí 4, Còn vị trí theo lý thuyết dàn gần không biến dạng thực tế biến dạng dàn lớn nhiều Theo lý thuyết vật liệu làm việc miền đàn hồi, độ võng tăng tuyến tính Biểu đồ lý thuyết thực tế có dạng giá trị gần giống nhau, ngoại trừ vị trí IV có khác biệt tương đối nhiều • Nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch: Sai số thiết bị thí nghiệm: phận kích lực, tiết diện dàn không xác, đo biến dạng phải lấy giá trị ban đầu khác để làm trung gian… Dụng cụ thí nghiệm, kết cấu dàn thép sử dụng làm thí nghiệm nhiều lần nên không đảm bảo xác ban đầu Sai số trình đọc kết dụng cụ đo, kim đo không chạm hoàn toàn vào kết cấu, người thí nghiệm chạm vào kết cấu làm ảnh hưởng kết đo,… BÀI THÍ NGHIỆM SỐ THÍ NGHIỆM DẦM BÊTÔNG CỐT THÉP CHỊU UỐN Dầm chịu uốn loại kết cấu thường gặp công trình xây dựng Qua thí nghiệm này, sinh viên quan sát làm việc vùng bê tông kết cấu dầm, biến dạng, hình thành vết nứt, khớp dẻo ổn định tiến tới phá hoại 5.1 Mục đích thí nghiệm Nghiên cứu ứng xử dầm BTCT theo trạng thái giới hạn II + Quan hệ tải trọng – độ võng ( P – Δ) dầm BTCT So sánh kết tính toán lý thuyết số liệu đô đạc thực tế + Đo biến dạng dầm BTCT, so sánh kết đo với lý thuyết 5.2 Sơ đồ thí nghiệm 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 hai lực tập trung cách gối 0.9m Hình 5.1 Tiết diện dầm hình chữ nhật bxh= 15 x 25 cm Hình 5.1 Bêtông cấp độ bền B30, Rb= 17.5 Mpa Cốt thép dọc AII 2d12 + 3d14, thép đai AI d8a150 Hình 5.1 Chiều dày lớp bê tông bảo vệ a= 25mm Hình 5.1 Ω thép đặt nhịp Cảm biến điện trở đo biến dạng ±0.5% Biến trở loại chuẩn dài 10mm, 120, hệ số GF= 2.05 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 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 1/10 giá trị tải trọng phá hoại dầm Hai tải tập trung áp đặt lên dầm kích thủy lực Trước thí nghiệm lấy kết đo cần phải gia tải thử kiểm tra với ba cấp đầu tiên, sau hạ tải không (P= 0) Đọc số liệu ban đầu (tương ứng với P= 0) dụng cụ đo Gia tải cấp khoảng 2kN tăng dần đến khoảng P= 10kN Sau cấp tải cần giữ nguyên giá trị tải trọng từ 3-5 phút tiến hành đọc số liệu dụng cụ đo Kết thí nghiệm ghi bảng sau: Kết đo lần 1: Tải trọng (kN) 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) +2917 -0521 +2934 -0533 +2961 -0550 +2993 -0568 +3022 -0583 Kết đo lần 2: Số đọc máy đo biến dạng (10-6) +2911 -0518 +2933 -0532 +2951 -0549 +2983 -0565 +3009 -0582 Tải trọng Số đọc chuyển vị kế (mm) I II III (kN) 4.87 6.1 5.1 5.0 6.18 5.15 5.15 6.34 5.29 5.34 6.54 5.46 7.9 5.45 6.76 5.62 Xử lý kết thí nghiệm Giá trị trung bình lần đo Số đọc chuyển vị kế (mm) II III Số đọc máy đo biến dạng (106) Tải trọng (kN) I 4.865 4.99 6.1 6.185 5.15 5.15 2914 2933.5 -519.5 -532.5 5.14 5.33 6.36 6.55 5.31 5.47 2956 2988 -549.5 -566.5 7.9 5.435 6.755 5.635 3015.5 -582.5 III 0 0.16 0.16 0.165 19.5 22.5 32 27.5 -13 -17 -17 -16 Độ võng biến dạng qua cấp tải Tải trọng (kN) I 0.125 0.15 0.19 0.105 7.9 II 0.085 0.175 0.19 0.205 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 Lớp bê tông bảo vệ: a=a = 25mm ’ Tính thông số: Tiết diện quy đổi: α= Es 21× 104 = = 6.462 Eb 32.5 × 103 Ared = bh + α ( As + As' ) = 150 × 250 + 6.462 × (462 + 2.26) = 41946 mm Moment tĩnh tiết diện quy đổi: bh 150 × 2502 ' ' S red = + α  aAs + (h − a ) As  = + 6.462 [ 25 × 462 + (250 − 25) × 226 ] 2 = 5090728.8mm 5090728.8 = 121.36mm 41946 y2 = h − y1 = 250 × 121.36 = 128.64mm Moment quán tính bêtông trục trung hòa: y1 = bh3 h  Ib = + bh  y1 − ÷ 12  2   150 × 250 250 Ib = + 150 × 250 × 121.36 − ÷ = 195809360mm 12   Moment quán tính tiết diện quy đổi: I red = I b + α As ( y1 − a ) + α As' ( y2 − a ' )2 = 239216602.5mm Mô men kháng uốn tiết diện quy đổi: Giả thiết ứng suất kéo cốt thép chịu kéo A s chịu, ứng suất nén bê tông cốt thép chịu nén chịu Ứng suất cốt thép chịu kéo vùng chịu nén tính theo công thức: σs = M y1 M y2 ; σb = I red I red Biến dạng tính theo công thức σs σ ; εb = b Es Eb Sử dụng phần mềm Sap2000 để xác định nội lực chuyển vị dầm qua cấp tải kết thể bảng sau: εs = Tải trọng Chuyển vị (mm) (kN) I II III 0 0 0.117 0.131 0.117 0.234 0.263 0.234 0.315 0.394 0.315 7.9 0.462 0.519 0.462 Kết tính toán ứng suất biến dạng Moment (kN.m) 0.9 1.8 2.7 3.6 0.9 1.8 2.7 3.6 Ứng suất (kN/m2) Biến dạng (10-6) 2 0 0 456.59 483.98 21.74 14.89 913.18 967.96 43.48 29.78 1369.77 1451.94 65.23 44.67 7.9 1826.36 1935.92 86.97 59.57 Kết so sánh lý thuyết thực nghiệm thể hai đồ thị biểu Tải trọng (kN) mối quan hệ P – ε ( Lực tác dụng biến dạng) P – Δ (Lực tác dụng chuyển vị) Trong đồ thị có đường thể kết theo thực nghiệm đường thể kết theo lý thuyết Độ sai lệch lý thuyết thực nghiệm xác định sau: ε TN − ε LT 100 dạng: ε LT ∆ − ∆ LT = TN 100 ∆ LT vị: S BD = SCV 5.5 Vẽ biểu đồ so sánh lý thuyết thực tế 5.5.1 Biểu đồ P – Δ + Độ sai lệch biến + Độ sai lệch chuyển Nhận xét Dạng biểu đồ chuyển vị thực tế có dạng tuyến tính, phù hợp với tính toán lý thuyết Tại cấp tải, giá trị chuyển vị tính toán lý thuyết lớn giá trị chuyển vị thực tế, điều thực tế có làm việc chung bê tông cốt thép 5.5.2 Biểu đồ P – ε Nhận xét: Đối với vị trí 1, biến dạng lý thuyết thực tế có dạng tuyến tính giá trị chênh lệch lớn Nguyên nhân tính toán lý thuyết, giả thiết ứng suất kéo cốt thép chịu kéo chịu thực tế bê tông tham gia chịu phần Tại vị trí 2, đồ thị biến dạng lý thuyết thực tế có tương đồng hình dạng giá trị tính toán lý thuyết kê đến làm việc chung bê tông cốt thép chịu nén [...]... vào kết cấu làm ảnh hưởng kết quả đo,… 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... lệch: Sai số của thiết bị thí nghiệm: bộ phận kích lực, tiết diện 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 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... 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... 1935.92 86.97 59.57 Kết quả so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm sẽ được thể hiện trong hai đồ thị biểu hiện Tải trọng (kN) 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 Độ sai lệch giữa lý thuyết và thực nghiệm được xác định như sau: ε TN − ε LT 100 dạng:...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... 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... -0518 +2933 -0532 +2951 -0549 +2983 -0565 +3009 -0582 Tải trọng Số đọc chuyển vị kế (mm) I II III (kN) 0 4.87 6.1 5.1 2 5.0 6.18 5.15 4 5.15 6.34 5.29 6 5.34 6.54 5.46 7.9 5.45 6.76 5.62 Xử lý kết quả thí nghiệm Giá trị trung bình các lần đo Số đọc chuyển vị kế (mm) II III Số đọc máy đo biến dạng (106) 1 2 Tải trọng (kN) I 0 2 4.865 4.99 6.1 6.185 5.15 5.15 2914 2933.5 -519.5 -532.5 4 6 5.14 5.33 6.36... 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 = M y1 M y2 ; σb = I red I red Biến dạng được tính theo công thức σs σ ; εb = b Es Eb Sử dụng phần mềm Sap2000 để xác định nội lực và chuyển vị của dầm qua từng cấp tải kết quả được thể hiện trong bảng sau: εs = Tải trọng... 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 cách gối 0.9m như Hình 5.1