Giáo trình đào tạo thí nghiệm Chuyên ngành xây dựng giao thông

Chia sẻ: Nguyen Van Thieu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:208

Thêm vào BST

Báo xấu

154
lượt xem 60
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Theo Quyết định số 2496/QĐ-KHKT ngày 24/9/1997 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải ban hành quy định về việc công nhận phòng thí nghiệm chuyên ngành xây dựng giao thông thì Bộ Giao thông vận tải trực tiếp tiến hành việc tổ chức kiểm tra, đánh giá và ra quyết định công nhận khả năng hoạt động theo thoả thuận của Bộ Xây dựng. Cũng theo bản quy định này thì các phòng thí nghiệm chuyên ngành thuộc các tổ chức, cá nhân, bao gồm cả tổ chức ca nhân nước ngoài đầu tư tại Việt Nam...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình đào tạo thí nghiệm Chuyên ngành xây dựng giao thông

ch¬ng i : quy ®Þnh vÒ phßng thÝ nghiÖm ®îc c«ng nhËn 1. Nh÷ng quy ®Þnh chung : Theo QuyÕt ®Þnh sè 2496/Q§-KHKT ngµy 24/9/1997 cña Bé trëng Bé Giao th«ng vËn t¶i ban hµnh quy ®Þnh vÒ viÖc c«ng nhËn phßng thÝ nghiÖm chuyªn ngµnh x©y dùng giao th«ng th× Bé Giao th«ng vËn t¶i trùc tiÕp tiÕn hµnh viÖc tæ chøc kiÓm tra, ®¸nh gi¸ vµ ra quyÕt ®Þnh c«ng nhËn kh¶ n¨ng ho¹t ®éng theo tho¶ thuËn cña Bé X©y dùng. Còng theo b¶n quy ®Þnh nµy th× c¸c phßng thÝ nghiÖm chuyªn ngµnh thuéc c¸c tæ chøc, c¸ nh©n, bao gåm c¶ tæ chøc ca nh©n níc ngoµi ®Çu t t¹i ViÖt Nam ho¹t ®éng x©y dùng giao th«ng trªn c¸c lÜnh vùc nghiªn cøu thiÕt kÕ, kh¶o s¸t thi c«ng x©y dùng vµ s¶n xuÊt vËt liÖu x©y dùng ®îc Bé Giao th«ng vËn t¶i ra quyÕt ®Þnh c«ng nhËn kh¶ n¨ng ho¹t ®éng, cÊp m· sè phßng thÝ nghiÖm ( LAS - XD ) míi cã gi¸ trÞ ph¸p lý ®Ó cung cÊp c¸c sè liÖu kiÓm tra, ph©n tÝch thö nghiÖm phôc vô c«ng t¸c nghiªn cøu, kh¶o s¸t, thiÕt kÕ, thi c«ng, nghiÖm thu ®¸nh gi¸ chÊt lîng vËt liÖu x©y dùng vµ chÊt lîng c«ng tr×nh x©y dùng. 2. §iÒu kiÖn ®Ó phßng thÝ nghiÖm ®îc c«ng nhËn vµ cÊp m· sè : §Ó ®îc c«ng nhËn vµ cÊp m· sè LAS - XD, phßng thÝ nghiÖm ph¶i ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ ®éi ngò chuyªn m«n lµm thÝ nghiÖm, trang thiÕt bÞ thÝ nghiÖm, tµi liÖu kü thuËt cña phßng thÝ nghiÖm, ®iÒu kiÖn m«i trêng, mÆt b»ng lµm viÖc vµ c¸c tiÖn nghi kh¸c ®Ó tiÕn hµnh thÝ nghiÖm. C¸c yªu cÇu nµy ph¶i phï hîp víi viÖc thùc hiÖn c¸c phÐp thö, c¸c chØ tiªu thÝ nghiÖm mµ phßng thÝ nghiÖm xin ®¨ng ký c«ng nhËn vµ triÓn khai ho¹t ®éng. a. VÒ tæ chøc : Phßng thÝ nghiÖm ph¶i ®îc quyÕt ®Þnh thµnh lËp bëi c¬ quan cã thÈm quyÒn víi c¬ cÊu tæ chøc : - Ngêi phô tr¸ch phßng thÝ nghiÖm ( trëng phßng thÝ nghiÖm ) ph¶i cã ®ñ n¨ng lùc, thÈm quyÒn vµ tr×nh ®é chuyªn m«n nghiÖp vô ®Ó ®iÒu hµnh ho¹t ®éng cña phßng thÝ nghiÖm. Khi ngêi phô tr¸ch v¾ng mÆt th× ph¶i chØ ®Þnh ngêi thay thÕ vµ ph¶i ®îc c¬ quan c«ng nhËn phßng thÝ nghiÖm chÊp nhËn. ChØ cã ngêi phô tr¸ch ( hoÆc ngêi thay thÕ) míi lµ ngêi ®îc uû quyÒn ký vµo biªn b¶n vµ phiÕu kÕt qu¶ thÝ nghiÖm. - §éi ngò chuyªn m«n lµm c«ng t¸c thÝ nghiÖm phØa cã c¬ cÊu hîp lý gi÷a c¸n bé cã tr×nh ®é ®¹i häc vµ nh©n viªn thÝ nghiÖm; gi÷a c¸n bé vµ thÝ nghiÖm viªn cã kinh nghiÖm vµ míi vµo nghÒ. C¸c c¸n bé vµ thÝ nghiÖm viªn ph¶i ®îc ®µo t¹o ®Ó cã tr×nh ®é chuyªn m«n, nghiÖp vô phï hîp víi c«ng viÖc thö nghiÖm ®îc giao. Cã ®Çy ®ñ hå s¬ vÒ qu¸ tr×nh ®µo t¹o vµ tr×nh ®é chuyªn m«n nghiÖp vô cña c¸n bé, nh©n viªn trong phßng. - Phßng thÝ nghiÖm ph¶i cã quy ®Þnh nhiÖm vô vµ tr¸ch nhiÖm cô thÓ ®èi víi tõng c¸n bé, nh©n viªn; cã nh÷ng biÖn ph¸p vÒ tæ chøc vµ qu¶n lý ®èi víi c¸n bé nh©n viªn nh»m ®¶m b¶o chÊt lîng, tÝnh kh¸ch quan trung thùc trong ho¹t ®éng thÝ nghiÖm. 1
- Phßng thÝ nghiÖm ph¶i cã c¸n bé qu¶n lý kü thuËt chÞu tr¸ch nhiÖm vÒ qu¶n lý kü thuËt thö nghiÖm, c¸n bé qu¶n lý chÊt lîng chÞu tr¸ch nhiÖm vÒ hÖ thèng ®¶m b¶o chÊt lîng thÝ nghiÖm vµ ngêi ®îc chØ ®Þnh thay thÕ khi nh÷ng c¸n bé nµy v¾ng mÆt. Tuú quy m« cña phßng thÝ nghiÖm , hai chøc n¨ng qu¶n lý nµy cã thÓ lµ mét ngêi hoÆc ngêi phô tr¸ch kiªm nhiÖm mét hay c¶ hai chøc danh nµy. b. VÒ c¬ së vËt chÊt : - C¸c trang thiÕt bÞ thÝ nghiÖm ph¶i phï hîp víi chØ tiªu vµ tiªu chuÈn thÝ nghiÖm t¬ng øng vµ ph¶i ®îc kiÓm ®Þnh, hiÖu chuÈn thêng xuyªn theo quy ®Þnh qu¶n lý vµ sö dông c¸c dông cô ®o lêng cña Nhµ níc. - Phßng thÝ nghiÖm ph¶i cã ®ñ c¸c tµi liÖu ph¸p quy, tiªu chuÈn, quy tr×nh quy ph¹m, sæ tay híng dÉn, biÓu mÉu phï hîp phôc vô c«ng t¸c thÝ nghiÖm. - Phßng thÝ nghiÖm ph¶i cã quy ®Þnh cÇn thiÕt vÒ an toµn, vÒ gi÷ bÝ mËt vµ quyÒn së h÷u cña kh¸ch hµng ®èi víi c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm. c. VÒ tr¸ch nhiÖm vµ quyÒn h¹n cña phßng thÝ nghiÖm ®îc c«ng nhËn : Phßng thÝ nghiÖm ®îc c«ng nhËn cã quyÒn sö dông con dÊu ®Æc trng “ Phßng thÝ nghiÖm ®îc c«ng nhËn “ theo quy ®Þnh cña Bé Giao th«ng vËn t¶i, Bé X©y dùng vµ cña Tæng côc Tiªu chuÈn §o lêng chÊt lîng; ®îc u tiªn chØ ®Þnh tham gia c¸c ho¹t ®éng gi¸m s¸t chÊt lîng x©y dùng giao th«ng; ®îc u tiªn xem xÐt ®Ó uû quyÒn tham gia c¸c ho¹t ®éng quèc tÕ vÒ thö nghiÖm hoÆc hiÖu chuÈn chuyªn ngµnh x©y dùng giao th«ng; ®îc u tiªn trong viÖc trang bÞ c¸c ph¬ng tiÖn ®o lêng vµ thö nghiÖm, cung cÊp th«ng tin vµ tham gia ®µo t¹o c¸n bé trong ph¹m vi quyÒn h¹n vµ chøc n¨ng cña Bé Giao th«ng vËn t¶i; ®îc thu phÝ thö nghiÖm vµ hiÖu chuÈn theo quy ®Þnh. Phßng thÝ nghiÖm ®îc c«ng nhËn cã nhiÖm vô thùc hiÖn nghiªm chØnh c¸c quy ®Þnh cña Nhµ níc, cña ngµnh vÒ “ Phßng thÝ nghiÖm ®îc c«ng nhËn “ ; tiÕn hµnh c¸c phÐp thö hoÆc hiÖu chuÈn theo yªu cÇu kh¸ch hµng; chÞu tr¸ch nhiÖm tríc kh¸ch hµng, tríc ph¸p luËt vÒ kÕt qu¶ thö nghiÖm hoÆc hiÖu chuÈn do m×nh c«ng bè; tham gia viÖc so s¸nh phÐp thö gi÷a c¸c phßng thÝ nghiÖm theo yªu cÇu cña c¬ quan cã thÈm quyÒn; ®Þnh kú hµng n¨m b¸o c¸o víi Bé Giao th«ng vËn t¶i vÒ t×nh h×nh ho¹t ®éng cña phßng thÝ nghiÖm vµ chÞu thanh tra cña Bé khi cÇn thiÕt. 2
ch¬ng ii : Nguyªn lý c¬ b¶n c«ng t¸c thÝ nghiÖm vËt liÖu vµ thÝ nghiÖm c«ng tr×nh 1. Kh¸i niÖm chung 1.1. Vai trß cña c«ng t¸c thÝ nghiÖm vËt liÖu vµ thÝ nghiÖm c«ng tr×nh Trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau cña khoa häc c«ng nghÖ, vai trß cña thÝ nghiÖm vËt liÖu vµ thÝ nghiÖm c«ng tr×nh ®· ®îc kh¼ng ®Þnh nh»m môc ®Ých: - Gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò cña c«ng nghÖ vµ cña thùc tÕ s¶n xuÊt ®ßi hái nh ®¸nh gi¸ chÊt lîng cña vËt liÖu, cña c«ng tr×nh lµm c¬ së cho viÖc nghiÖm thu, bµn giao, khai th¸c v.v - Gi¶i quyÕt vµ hoµn thiÖn nh÷ng bµi to¸n mµ c¸c ph¬ng ph¸p lý thuyÕt cha vµ kh«ng gi¶i quyÕt ®îc ®Çy ®ñ hoÆc ®ang cßn n»m trong ý tëng cÇn th¨m dß. §èi tîng cña c«ng t¸c thÝ nghiÖm lµ vËt liÖu vµ kÕt cÊu c«ng tr×nh. B»ng ph¬ng ph¸p c¶m thô trùc tiÕp, cã ®îc nh÷ng sè liÖu ®o ®¹c vµ tr¹ng th¸i thùc tÕ qua qu¸ tr×nh tiÕn hµnh kh¶o s¸t ®èi tîng, xö lý c¸c sè liÖu cã thÓ ®a ®Õn nh÷ng kÕt luËn mang ®Çy ®ñ tÝnh quy luËt còng nh tÝnh tiªu biªñ ®èi víi c¸c tham sè kh¶o s¸t c¶ vÒ chÊt lîng lÉn sè lîng. Nh÷ng quy luËt vµ gi¸ trÞ vÒ sù ph©n bè øng suÊt - biÕn d¹ng, tr¹ng th¸i lµm viÖc vµ h×nh thøc ph¸ ho¹i cña ®èi tîng nghiªn cøu, kh«ng chØ hç trî cho c¸c qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, tÝnh to¸n thi c«ng, nghiÖm thu, khai th¸c mµ cßn thay thÕ ® îc lêi gi¶i cña c¸c bµi to¸n ®Æc thï, phøc t¹p mµ viÖc gi¶i quyÕt chóng b»ng ® êng lèi lý thuyÕt mÊt qu¸ nhiÒu c«ng søc hoÆc cha cã biÖn ph¸p gi¶i quyÕt. ThÝ nghiÖm vËt liÖu vµ c«ng tr×nh do vËy, cã thÓ thùc hiÖn ®îc c¸c nhiÖm vô c¬ b¶n sau ®©y trong lÜnh vùc kü thuËt x©y dùng vµ c¬ häc c«ng tr×nh: a/ X¸c ®Þnh, ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng lµm viÖc vµ tuæi thä cña vËt liÖu vµ kÕt cÊu c«ng tr×nh §©y lµ nhiÖm vô thêng ®îc tiÕn hµnh ®èi víi c¸c vËt liÖu x©y dùng vµ kÕt cÊu c«ng tr×nh tríc khi ®a vµo sö dông vµ khai th¸c. - Kh¶ n¨ng lµm viÖc thùc tÕ cña mét kÕt cÊu c«ng tr×nh míi ®îc x©y dùng xong sÏ ®îc ph¶n ¸nh trong c«ng viÖc ®¸nh gi¸ chÊt lîng chóng qua kÕt qu¶ thÝ nghiÖm kiÓm tra ®îc thùc hiÖn trong qu¸ tr×nh x©y dùng vµ kÕt qu¶ kiÓm ®Þnh 3
trùc tiÕp trªn c«ng tr×nh. KÕt qu¶ nµy lµ mét tµi liÖu quan träng trong hå s¬ nghiÖm thu bµn giao c«ng tr×nh. - C«ng t¸c x¸c ®Þnh vµ ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng chÞu lùc còng ®îc tiÕn hµnh ®èi víi nh÷ng kÕt cÊu c«ng tr×nh ®· ®îc khai th¸c qu¸ l©u n¨m, hÕt niªn h¹n sö dông vµ chÊt lîng ®· bÞ gi¶m yÕu, ®èi víi c¸c kÕt cÊu c«ng tr×nh cã yªu cÇu söa ch÷a c¶i t¹o, còng nh c¸c c«ng tr×nh khi ®a vµo khai th¸c víi t¶i träng sö dông lín h¬n hay kh«ng phï hîp v¬Ý nhiÖm vô thiÕt kÕ x©y dùng ban ®Çu. - §Æc biÖt quan träng vµ kh«ng thÓ thiÕu ®îc c«ng viÖc x¸c ®Þnh, ®¸nh gi¸ tr¹ng th¸i lµm viÖc vµ kh¶ n¨ng chÞu lùc cßn l¹i cña c¸c kÕt cÊu c«ng tr×nh bÞ nh÷ng sù cè t¸c ®éng nh: thiªn tai (giã b·o, ®éng ®Êt ...), chiÕn tranh tµn ph¸, ho¶ ho¹n vµ sai sãt trong qu¸ tr×nh thi c«ng g©y nªn nh÷ng khuyÕt tËt kü thuËt tån t¹i trong kÕt cÊu c«ng tr×nh. Môc ®Ých cña c«ng viÖc kiÓm ®Þnh kh¶ n¨ng chÞu lùc cña kÕt cÊu c«ng tr×nh cã sù cè vÒ chÊt lîng lµ ph¸t hiÖn vµ ®¸nh gi¸ møc ®é h háng vµ ®é bÒn v÷ng theo thêi gian cña chóng ®Ó tõ ®ã cã thÓ nªu ®îc nh÷ng nhËn xÐt kh¼ng ®Þnh kh¶ n¨ng tån t¹i, huû bá tõng bé phËn cña kÕt cÊu hay toµn bé c«ng tr×nh; ®ång thêi ®Ó nghiªn cøu thiÕt kÕ t×m c¸c biÖn ph¸p gia cêng, söa ch÷a vµ phôc håi c«ng tr×nh. b/ Nghiªn cøu ®Ò xuÊt vµ nghiªn cøu øng dông c¸c h×nh thøc kÕt cÊu míi, kÕt cÊu ®Æc biÖt vµo viÖc thiÕt kÕ x©y dùng c«ng tr×nh Mét trong nh÷ng biÖn ph¸p ®Ó tiÕn hµnh t×m kiÕm mét lo¹i kÕt cÊu míi, phï hîp lµ dïng ph¬ng ph¸p nghiªn cøu b»ng thùc nghiÖm, v× nã cho phÐp x¸c ®Þnh nhanh ®îc mét h×nh thøc kÕt cÊu phï hîp, cã ngay ®îc nh÷ng sè liÖu cÇn thiÕt vµ tin cËy vÒ tham sè phôc vô trùc tiÕp cho viÖc thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n c«ng tr×nh. KÕt qu¶ trong nh÷ng trêng hîp chän mét d¹ng kÕt cÊu cã s½n lý thuyÕt tÝnh to¸n, nhng khi ®a vµo øng dông cho mét c«ng tr×nh cô thÓ, tuú thuéc vµo tÇm quan träng cña c«ng tr×nh vµ møc ®é chÆt chÏ cña ph¬ng ph¸p tÝnh, còng cÇn ph¶i triÓn khai thùc nghiÖm tõng phÇn hay toµn bé kÕt cÊu ®Ó kiÓm chøng sù ®óng ®¾n cña ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n lý thuyÕt vµ tÝnh kh¶ thi cña c«ng tr×nh. c/ Nghiªn cøu vµ ph¸t hiÖn c¸c vËt liÖu míi, ®¸nh gi¸ chÊt lîng c¸c lo¹i vËt liÖu x©y dùng ®ang sö dông vµ t¸i sö dông, c¸c lo¹i vËt liÖu ®Þa ph¬ng Qóa tr×nh nghiªn cøu ®Ó h×nh thµnh mét lo¹i vËt liÖu míi thùc chÊt lµ mét qu¸ tr×nh tiÕn hµnh thùc nghiÖm. Mét vËt liÖu ®îc c«ng nhËn ®Ó ®a vµo sö dông trong x©y dùng c«ng tr×nh cÇn ph¶i cã ®Çy ®ñ c¸c chØ tiªu ®Æc trng vÒ cêng ®é, biÕn d¹ng, khèi lîng riªng; ®é æn ®Þnh cña c¸c tÝnh n¨ng chuyªn dïng nh nhiÖt ®é, ®é Èm, ©m thanh … vµ c¸c tÝnh chÊt ho¸ - lý kh¸c. ViÖc x¸c ®Þnh sè lîng vµ chÊt lîng cña nh÷ng ®Æc trng ®ã chØ cã ®îc qua qu¸ tr×nh tiÕn hµnh thùc nghiÖm. d/ Nghiªn cøu ph¸t minh nh÷ng vÊn ®Ò míi trong khoa häc kü thuËt chuyªn ngµnh, trong c¬ häc vËt r¾n biÕn d¹ng, c¬ häc c«ng tr×nh... mµ nghiªn cøu lý thuyÕt hoµn toµn cha ®îc gi¶i quyÕt hoÆc cha gi¶i quyÕt ®Çy ®ñ tËn gèc hoÆc ®ßi hái ph¶i cã kÕt qu¶ nghiªn cøu thùc nghiÖm ®Ó lµm c¬ së cho viÖc ®¸nh gi¸ sù phï hîp cña c¸c gi¶ thiÕt ®a ra vµ x¸c nhËn sù ®óng ®¾n cña kÕt qu¶ nhËn ®îc tõ nghiªn cøu lý thuyÕt. 4
1.2. ý nghÜa cña tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng C«ng t¸c thÝ nghiÖm vËt liÖu vµ thÝ nghiÖm c«ng tr×nh ngoµi viÖc x¸c ®Þnh mét sè chØ tiªu c¬ lý th× vÊn ®Ò chñ yÕu lµ kh¶o s¸t sù biÕn ®éng cña tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng cña chóng. Trªn c¬ së tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng nhËn ®îc míi cã thÓ x¸c ®Þnh gi¸ trÞ vµ tÝnh chÊt lµm viÖc cña vËt liÖu trong c«ng tr×nh. KÕt qu¶ nhËn ®îc tõ qu¸ tr×nh kh¶o s¸t tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng cña vËt liÖu trong c«ng tr×nh cho phÐp gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò c¬ b¶n sau: - GÝa trÞ vµ h×nh ¶nh ph©n bè néi lùc trªn kÕt cÊu c«ng tr×nh, tõ ®ã cã thÓ bè trÝ vËt liÖu vµ cÊu t¹o kÕt cÊu thÝch hîp. - §¸nh gi¸ ®îc kh¶ n¨ng vµ møc ®é lµm viÖc thùc tÕ cña vËt liÖu vµ c«ng tr×nh, cho phÐp rót ra ®îc nh÷ng tiªu chuÈn phôc vô cho viÖc kiÓm tra ®é bÒn, ®é cøng vµ ®é æn ®Þnh cña c«ng tr×nh. - Dù ®o¸n ®îc ®êi s«ng vµ tuæi thä cña c«ng tr×nh khi trong qu¸ tr×nh thùc nghiÖm cã tiÕn hµnh kh¶o s¸t vµ ®o ®¹c sù biÕn ®éng vµ tèc ®é ph¸t triÓn cña øng suÊt - biÕn d¹ng còng nh sù h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn cña khuyÕt tËt ( c¸c h háng vµ nøt nÎ ) xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña c«ng tr×nh. Tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng cã ®îc trong qu¸ tr×nh thùc nghiÖm kh«ng chØ ph¶n ¸nh kh¶ n¨ng lµm viÖc thùc tÕ cña c«ng tr×nh, mµ trong nhiÒu tr - êng hîp cßn lµ chuÈn mùc cho viÖc ®¸nh gi¸ sù ®óng ®¾n cña lý thuyÕt tÝnh to¸n, thiÕt kÕ c«ng tr×nh. Ch¼ng h¹n, khi gi¶i quyÕt bµi to¸n vÒ cêng ®é vµ biÕn d¹ng cho mét kÕt cÊu c«ng tr×nh, qu¸ tr×nh tÝnh to¸n dùa trªn c¬ së c¸c ®Æc trng cña vËt liÖu lµm viÖc trong miÒn ®µn håi; nhng trong thùc tÐ khi phÇn lín c¸c kÕt cÊu cña c«ng tr×nh lµm viÖc trong ph¹m vi ®µn håi cña vËt liÖu th× cã kh«ng Ýt c¸c bé phËn kh¸c cña c«ng tr×nh sÏ tån t¹i nh÷ng vïng trong ®ã vËt liÖu lµm viÖc ngoµi miÒn biÕn d¹ng ®µn håi hoÆc lµm viÖc ë tr¹ng th¸i dÎo, tr¹ng th¸i ph¸ huû vËt liÖu... mµ nh÷ng tr¹ng th¸i lµm viÖc ®ã lu«n lu«n lµ nguån gèc cña sù gi¶m tuæi thä hoÆc g©y ph¸ ho¹i kÕt cÊu c«ng tr×nh. Møc ®é chÝnh x¸c vµ tin cËy cña phÐp ®o lêng tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng thêng chÞu ¶nh hëng cña nhiÒu yÕu tè, trong ®ã cã: a/ KÝch thíc vµ sè lîng mÉu thö: Khi kh¶o s¸t trªn nh÷ng mÉu thö cã kÝch thíc b»ng thùc hoÆc lµ kÕt cÊu nguyªn h×nh th× kÕt qu¶ tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng nhËn ®îc lµ kÕt qu¶ trùc tiÕp vµ thùc, kh«ng cÇn qua qu¸ tr×nh tÝnh to¸n chuyÓn ®æi trung gian, nhng sè liÖu ®o ®èi víi mét tham sè cña bµi to¸n thêng bÞ h¹n chÕ do sè lîng ®èi tîng thÝ nghiÖm kh«ng nhiÒu (thêng chØ cã mét hoÆc hai). Ngîc l¹i, khi kh¶o s¸t bµi to¸n trªn nh÷ng mÉu thö lµ m« h×nh t¬ng tù th× kÕt qu¶ tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng cña mÉu thö thùc chØ nhËn ®îc sau mét qu¸ tr×nh tÝnh to¸n chuyÓn ®æi t¬ng tù qua c¸c hÖ sè tØ lÖ cña c¸c tham sè ®o; v× thÕ, nÕu cã mét sai sè nhá trong qu¸ tr×nh ®o sÏ dÉn ®Õn sù lÖch l¹c cña kÕt qu¶, song v× sè thÝ nghiÖm tiÕn hµnh trªn m« h×nh t¬ng tù thêng lµ nhiÒu cho nªn sau khi tæng hîp sè liÖu cña nhiÒu m« h×nh thÝ nghiÖm, vÉn cã ®îc c¸c kÕt qu¶ tin cËy. Víi thÝ nghiÖm vËt liÖu, kÝch thíc vµ sè lîng mÉu thö ph¶i tu©n theo c¸c quy ®Þnh cña tiªu chuÈn thö nghiÖm. 5
b/ H×nh d¹ng vµ cÊu t¹o liªn kÕt c¸c phÇn tö cña mÉu thö ViÖc x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng cña c¸c mÉu thö cã h×nh d¹ng ®¬n gi¶n thêng ®îc tiÕn hµnh kh«ng mÉu khã kh¨n v× ë ®©y øng suÊt - biÕn d¹ng thêng ph©n bè t¬ng ®èi ®ång ®Òu trong kÕt cÊu, trÞ sè cña chóng còng kh«ng lín, thêng chØ giao ®éng trong miÒn biÕn d¹ng ®µn håi cña vËt liÖu. V× vËy ph¬ng ph¸p vµ sè ®o trong nh÷ng trêng hîp nµy thêng kh«ng dÉn ®Õn sai sè ®¸ng kÓ cho kÕt qu¶ nghiªn cøu. §èi víi nh÷ng trêng hîp kÕt cÊu cã h×nh d¹ng phøc t¹p hoÆc ghÐp tõ nhiÒu phÇn tö víi nhau th× viÖc kh¶o s¸t vµ x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng sÏ gÆp nhiÒu khã kh¨n v× ë ®©y sù ph©n bè øng suÊt - biÕn d¹ng thêng thay ®æi lín, trÞ sè ®o cña hai ®iÓm hoÆc hai vïng l©n cËn cã thÓ kh¸c nhau rÊt nhiÒu (ë ®iÓm nµy cã thÓ vËt liÖu ®ang lµm viÖc trong giai ®o¹n ®µn håi, nhng ë ®iÓm bªn c¹nh ®· xuÊt hiÖn biÕn d¹ng dÎo. c/ CÊu t¹o vËt liÖu cña mÉu thö MÉu thö dï ë d¹ng nguyªn h×nh hoÆc ë d¹ng m« h×nh ®Òu ®îc cÊu t¹o tõ nh÷ng vËt liÖu thùc cã c¸c ®Æc trng kh¸c nhau vµ th«ng thêng c¸c ®Æc trõng ®ã ®îc thÓ hiÖn qua mèi quan hÖ thùc nghiÖm gi· øng suÊt vµ biÕn d¹ng khi vËt liÖu chÞu kÐo hoÆc chÞu nÐn mét trôc. Trong thùc tÕ s¶n xuÊt, tån t¹i nhiÒu lo¹i vËt liÖu cã mèi quan hÖ gi÷a øng suÊt - biÕn d¹ng kh¸c nhau: TuyÕn tÝnh; Hoµn toµn phi tuyÕn; Kh«ng ®ång nhÊt trong suèt qu¸ tr×nh chÞu t¶i; TuyÕn tÝnh ë giai ®o¹n vËt liÖu chÞu t¶i cßn thÊp nhng khi qua mét gi¸ trÞ ®Æc trng x¸c ®Þnh tuú thuéc b¶n ch©t cña vËt liÖu th× l¹i kh«ng cßn tuyÕn tÝnh n÷a. ViÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c mèi quan hÖ nµy cña vËt liÖu gi÷ mét vai trß quan träng trong qu¸ tr×nh kh¶o s¸t tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng cña ®èi tîng nghiªn cøu. d/ C«ng nghÖ chÕ t¹o mÉu thö: C¸c kÕt cÊu c«ng tr×nh trong s¶n suÊt còng nh c¸c mÉu thö dïng ®Ó tiÕn hµnh nghiªn cøu thùc nghiÖm ®îc thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o theo nhiÒu biÖn ph¸p c«ng nghÖ kh¸c nhau. Dï b»ng biÖn ph¸p chÕ t¹o nµo th× cuèi cïng trong ®èi tîng nghiªn cøu ®Òu tån t¹i mét tr¹ng th¸i øng suÊt ban ®Çu hoÆc øng suÊt tríc. ViÖc x¸c ®Þnh gi¸ trÞ vµ quy luËt ph©n bè cña chóng ®Ó lo¹i trõ trong qu¸ tr×nh kh¶o s¸t tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng cña ®èi tîng thêng rÊt khã thùc hiÖn. e/ TÝnh chÊt t¸c dông cña t¶i träng ngoµi Gi¸ trÞ vµ tÝnh chÊt ph©n bè øng suÊt - biÕn d¹ng trong mÉu thö thêng chÞu ¶nh hëng trùc tiÕp cña ®¹i lîng vµ quy luËt t¸c ®éng cña t¶i träng ngoµi. KÕt qu¶ ®o lêng c¸c tham sè kh¶o s¸t mét ®èi tîng chÞu t¶i träng t¸c dông tÜnh sÏ nhËn ®îc kh¸ dÔ dµng, ®¶m b¶o ®îc ®é chÝnh x¸c vµ râ rµng v× ë trêng hîp nµy c¸c dông cô vµ ph¬ng ph¸p ®o thêng kh«ng qu¸ phøc t¹p, ®Æc biÖt lµ viÖc ®o l- êng ®îc tiÕn hµnh trong ®iÒu kiÖn yªn tÜnh, sè ®o kh«ng phô thuéc vµo thêi gian. Nhng khi ®èi tîng chÞu t¶i träng ngoµi t¸c dông ®éng nh lùc xung, lùc rung ®éng th× c«ng viÖc ®o lêng trë nªn phøc t¹p, v× ë ®©y qu¸ tr×nh ®o thùc hiÖn 6
trong m«i trêng dao ®éng vµ sè ®o cña c¸c tham sè kh¶o s¸t phôc thuéc vµo yÕu tè thêi gian. §iÒu nµy cã thÓ lµm ¶nh hëng møc ®é chÝnh x¸c cña c¸c phÐp ®o vµ c¸c sè liÖu thu nhËn ®îc. g/ M«i trêng tiÕn hµnh thÝ nghiÖm Trong kü thuËt ®o lêng c¸c ®¹i lîng, ®Ó ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c c¸c phÐp ®o thêng ph¶i ®îc thùc hiÖn trong nh÷ng m«i trêng x¸c ®Þnh hoÆc m«i trêng chuÈn vÒ nhiÖt ®é, ®é Èm vµ c¸c t¸c nh©n ¨n mßn kh¸c theo quy ®Þnh cña c¸c tiªu chuÈn t¬ng øng. Trong phÐp ®o gi¸ trÞ biÕn d¹ng t¬ng ®èi cña vËt liÖu vµ kÕt cÊu c«ng tr×nh còng vËy, ¶nh hëng cña m«i trêng xung quanh ®Æc biÖt lµ nhiÖt ®é vµ ®é Èm thêng lµm cho sè ®o bÞ nhiÔu lo¹n. Khi thùc hiÖn phÐp ®o, nÕu nhiÖt ®é cña m«i trêng thay ®æi sÏ lµm cho vËt liÖu bÞ biÕn d¹ng theo vµ ngay b¶n th©n thiÕt bÞ ®o còng bÞ co gi·n lµm sai lÖch gi¸ trÞ sè ®o. 1.3. BiÕn d¹ng cña kÕt cÊu c«ng tr×nh vµ phÐp ®o biÕn d¹ng t¬ng ®èi Cho ®Õn nay, vÊn ®Ò ®o trùc tiÕp gi¸ trÞ cña tham sè øng suÊt trong vËt liÖu vµ kÕt cÊu c«ng tr×nh vÉn cha ®îc gi¶i quyÕt. Bëi vËy, khi cÇn kh¶o s¸t tr¹ng th¸i øng suÊt cña mét ®èi tîng cô thÓ ®Òu ph¶i th«ng qua c¸c sè ®o cña tham sè biÕn d¹ng t¬ng ®èi. §iÒu nµy ®îc thùc hiÖn kh¸ dÔ dµng khi kh¶o s¸t c¸c vËt liÖu ®µn håi tuyÕn tÝnh hoÆc c¸c ®èi tîng lµm viÖc trong giai ®o¹n biÕn d¹ng ®µn håi v× ë ®©y quy luËt biÕn ®éng cña øng suÊt vµ biÕn d¹ng lµ hoµn toµn ®ång nhÊt, c¸c ®¹i lîng nµy lu«n lu«n tØ lÖ víi nhau qua c¸c h»ng sè ®Æc trng tÝnh ®µn håi cña vËt liÖu; ®ã lµ trÞ sè m«®un ®µn håi cña vËt liÖu khi ®èi t îng chÞu tr¹ng th¸i øng suÊt mét trôc, hÖ sè Poisson trong trêng hîp ®èi tîng lµm viÖc ë tr¹ng th¸i øng suÊt ph¼ng. V× vËy, sù kh¶o s¸t sù biÕn ®éng cña øng suÊt - biÕn d¹ng cña ®èi tîng ë giai ®o¹n ®µn håi hoµn toµn cã thÓ tiÕn hµnh trªn quy luËt biÕn ®æi cu¶ tr¹ng th¸i biÕn d¹ng nhËn ®îc. Tuy nhiªn, khi kh¶o s¸t c¸c vËt liÖu vµ kÕt cÊu c«ng tr×nh cã quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng kh«ng tu©n thñ ®Þnh luËt Hooke hoÆc tr¹ng th¸i biÕn d¹ng ngoµi giíi h¹n ®µn håi, th× qu¸ tr×nh kh¶o s¸t sù biÕn ®éng cña tr¹ng th¸i øng suÊt biÕn d¹ng chØ tiÕn hµnh qua tr¹ng th¸i biÕn d¹ng nh ë trêng hîp vËt liÖu ®µn håi tuyÕn tÝnh lµ cha ®Çy ®ñ mµ cßn ph¶i kh¶o s¸t quy luËt ph©n bè cña øng suÊt, bëi v× quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng kh«ng cßn lµ tuyÕn tÝnh. §èi víi trêng hîp nµy, ®Ó cã thÓ nhËn ®îc gi¸ trÞ øng suÊt cña ®èi tîng kh¶o s¸t trªn c¬ së cña c¸c sè ®o biÕn d¹ng, cÇn thiÕt ph¶i dùa vµo biÓu ®å quan hÖ thùc nghiÖm gi÷a øng suÊt - biÕn d¹ng khi kÐo hoÆc nÐn ph¸ ho¹i mÉu vËt liÖu. Qu¸ tr×nh thùc hiÖn c¸c phÐp ®o biÕn d¹ng t¬ng ®èi cÇn ph¶i tiÕn hµnh víi sè lîng dông cô ®o tèi thiÓu vµ thêi gian ®o ng¾n nhÊt; nhng trªn thùc tÕ cÇn ph¶i c¨n cø vµo ®iÒu kiÖn vµ hoµn c¶nh cô thÓ ®Ó lùa chän cho phï hîp. a/ §o biÕn d¹ng trong ®iÒukiÖn c«ng tr×nh chÞu c¸c lo¹i t¶i träng cã tÝnh chÊt kh¸c nhau Tuú theo tÝnh chÊt t¸c dông cña t¶i träng còng nh c¸c t¸c nh©n kh¸c bªn ngoµi, trong ®èi tîng kh¶o s¸t thêng x¶y ra hai tr¹ng th¸i lµm viÖc sau: + Tr¹ng th¸i tÜnh hoÆc ph¸t triÓn dÇn ®Òu 7
§iÒu nµy x¶y ra khi cã t¸c dông cña t¶i träng tÜnh, nhiÖt ®é hoÆc c¸c yÕu tè c¬ häc kh¸c. KÕt qu¶ lµ x¸c ®Þnh ®îc c¸c gi¸ trÞ vµ quy luËt ph©n bè cña biÕn d¹ng. Khi thÝ nghiÖm ®èi víi c¸c kÕt cÊu c«ng tr×nh thùc hoÆc cã kÝch thíc b»ng thùc, thêng ph¶i dïng ph¬ng ph¸p ®o ë mét sè ®iÓm rêi r¹c, nhng t¹i mét vïng kh¶o s¸t nµo ®ã th× sè lîng ®iÓm ®o ph¶i ®ñ lín vµ ph©n bè ®ñ mau ®Ó cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc gi¸ trÞ vµ tÝnh chÊt ph©n bè biÕn d¹ng. VÊn ®Ò phøc t¹p ë ®©y lµ lµm thÕ nµo qua qu¸ tr×nh ®o vµ ®äc sè ®o víi sè lîng lín mµ ng¨n ngõa ®îc kh¶ n¨ng ph©n bè l¹i biÕn d¹ng trong ®èi tîng kh¶o s¸t hoÆc ®¹i lîng biÕn d¹ng nhËn ®îc t¹i c¸c ®iÓm ®o kh«ng t¬ng øng cïng mét trÞ sè ngo¹i lùc v× gi÷ lùc trong thêi gian dµi. §Ó kh¾c phôc mét phÇn ¶nh hëng ®ã, cÇn chän ph¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ ®o nhanh, æn ®Þnh. + Tr¹ng th¸i ®éng hoÆc biÕn thiªn nhanh: §iÒu nµy x¶y ra trong c¸c ®èi tîng nghiªn cøu khi chÞu t¸c dông cña t¶i träng ®éng, t¶i träng di chuyÓn, va ch¹m, næ … §o biÕn d¹ng trong trêng hîp nµy thêng rÊt phøc t¹p v× gi¸ trÞ cña nã thay ®æi nhanh theo thêi gian; ®Æc biÖt tr - êng hîp ®èi tîng chÞu t¸c dông cña t¶i träng va ch¹m, ngoµi viÖc øng suÊt thay ®æi rÊt nhanh theo thêi gian (trong kho¶ng kh¾c
biÕn d¹ng kh«ng ®ång ®Òu trong ph¹m vi chuÈn ®o. Lîng biÕn d¹ng t¬ng ®èi ngoµi ®µn håi trong vËt liÖu x©y dùng cã thÓ ®¹t ®Õn gi¸ trÞ (10.000 - 100.000).10-6, cã trêng hîp cßn lín h¬n. Trong nh÷ng trêng hîp nµy, mèi quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng v« cïng phøc t¹p; v× thÕ kÕt qu¶ ®o biÕn d¹ng trong ®iÒu kiÖn vËt liÖu lµm viÖc ngoµi giíi h¹n ®µn håi thêng khã ®¶m b¶o ®îc chÝnh x¸c. §Ó kh¾c phôc phÇn nµo c¸c yÕu tè ¶nh hëng nªu trªn, khi ®o biÕn d¹ng t¹i nh÷ng vïng cã gradien biÕn d¹ng lín hoÆc nh÷ng vïng ph¸t triÓn biÕn d¹ng dÎo cÇn sö dông ph¬ng ph¸p ®o b»ng c¸c tenzo c¶m biÕn ®iÖn trë víi chiÒu dµi chuÈn ®o cµng nhá cµng tèt, th«ng thêng tõ 1 ®Õn 5mm; ®Æc biÖt trong nh÷ng vïng cã tËp trung øng suÊt cao th× chØ nªn dïng chuÈn ®o nhá h¬n 1mm, v× nhiÖm vô chÝnh cña viÖc ®o ®¹c trong nh÷ng vïng nµy lµ ph¶i n¾m b¾t ®îc trÞ sè biÕn d¹ng lín nhÊt tån t¹i trong ®ã nh»m môc ®Ých x¸c ®Þnh chÝnh x¸c hÖ sè tËp trung øng suÊt. Ngoµi ra, khi kh¶o s¸t tr¹ng th¸i øng suÊt biÕn d¹ng côc bé cßn xã thÓ sö dông nh÷ng ph¬ng ph¸p chuyªn dïng kh¸c ®Ó ®o gi¸ trÞ vµ h×nh ¶nh ph©n bè tæng thÓ cña biÕn d¹ng nh ph¬ng ph¸p quang ®µn håi, ph¬ng ph¸p s¬n phñ dßn. c/ §o biÕn d¹ng trong ®iÒu kiÖn ®èi tîng lµm viÖc víi c¸c tr¹ng th¸i øng suÊt kh¸c nhau Qua thùc tÕ kh¶o s¸t c¸c ®èi tîng cho thÊy: tuú thuéc vµo h×nh d¹ng cÊu t¹o còng nh tÝnh chÊt cña t¶i träng ngoµi t¸c dông, trong ®èi tîng sÏ tån t¹i mét trong nh÷ng tr¹ng th¸i néi lùc sau: - Tr¹ng th¸i øng suÊt theo mét trôc vµ ph©n bè ®Òu ®Æn däc trªn suèt chiÒu dµi cña phÇn tö nh trong kÕt cÊu thanh, kÕt cÊu chÞu lùc däc ®óng trôc ...; ®èi víi trêng hîp nµy, trong kÕt cÊu chØ tån t¹i thµnh phÇn øng suÊt däc trôc thµnh, viÖc ®o ®¹c biÕn d¹ng hoµn toµn ®¬n gi¶n, chØ cÇn dïng mét hoÆc hai dông cô ®o biÕn d¹ng nh c¸c tenzomet c¬ häc l¾p trªn mét tiÕt diÖn ngang cña thµnh lµ ®ñ ®Ó cã c¸c th«ng tin vµ sè liÖu chÝnh x¸c phôc vô cho viÖc kh¶o s¸t ®èi tîng. - Tr¹ng th¸i øng suÊt hai trôc, c¸c ®Æc trng biÕn d¹ng cña vËt liÖu ë tr¹ng th¸i nµy ®· ®îc nghiªn cøu b»ng lý thuyÕt rÊt ®Çy ®ñ. Khi tr¹ng th¸i øng suÊt ph¼ng, nãi chung t¹i mét ®iÓm trong vËt thÓ tån t¹i ba Èn sè, ®ã lµ gi¸ trÞ cña hai øng suÊt chÝnh vµ gãc hîp gi÷a híng øng suÊt chÝnh víi mét trôc nµo ®ã n»m trong mÆt ph¼ng cña øng suÊt chÝnh. §Ó x¸c ®Þnh ba Èn sè nµy cÇn tiÕn hµnh t¹i ®iÓm ®ã cña vËt thÓ kh«ng Ýt h¬n ba phÐp ®o gi¸ trÞ biÕn d¹ng (tèt nhÊt lµ bèn phÐp ®o, trong ®ã cã mét phÐp ®o dïng ®Ó kiÓm tra møc ®é chÝnh x¸c). víi nh÷ng yªu cÇu ®ã, ph¬ng ph¸p u viÖt nhÊt vÉn lµ dïng c¸c tenzomet ®iÖn trë, v× cã kh¶ n¨ng d¸n nhiÒu phÇn tö c¶m biÕn ®iÖn trë chång lªn nhau t¹i mét ®iÓm ®Ó ®o biÕn d¹ng theo nhiÒu ph¬ng kh¸c nhau. - Tr¹ng th¸i øng suÊt ba trôc, viÖc ®o ®¹c biÕn d¹ng trë nªn v« cïng khã kh¨n vµ cho ®Õn nay c¸c ph¬ng ph¸p ®o vÉn cha th«ng dông. 2. ThiÕt bÞ vµ ph¬ng ph¸p ®o øng suÊt - biÕn d¹ng 2.1. Chøc n¨ng vµ yªu cÇu ®èi víi thiÕt bÞ ®o Tr¹ng th¸i lµm viÖc cña c¸c ®èi tîng thÝ nghiÖm trong thùc tÕ ®îc ®Æc trng bëi sù biÕn ®éng cña c¸c tham sè. C¸c tham sè ®ã cÇn ®îc lµm s¸ng tá b»ng nh÷ng sè liÖu ®o hoÆc nh÷ng ®å thÞ ghi nhËn ®îc trùc tiÕp hay gi¸n tiÕp tõ c¸c 9
thiÕt bÞ ®o lêng t¬ng øng. Víi mçi tham sè kh¶o s¸t sÏ cã nh÷ng ph¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ ®o phï hîp, tho¶ m·n ®îc c¸c yªu cÇu vÒ ®é nh¹y c¶m vµ ®é chÝnh x¸c. C¸c thiÕt bÞ vµ dông cô ®o dïng trong c«ng t¸c thÝ nghiÖm vËt liÖu vµ kÕt cÊu c«ng tr×nh, tuú thuéc vµo tÝnh chÊt vµ môc ®Ých lµm viÖc, ®îc tËp hîp thµnh n¨m nhãm c¬ b¶n sau : 1. §o lùc vµ ¸p suÊt: th«ng dông lµ c¸c lo¹i lùc kÕt lß xo, lùc kÕ c¶m biÕn hoÆc c¸c lo¹i ®ång hå ®o ¸p lùc chÊt láng , chÊt khÝ... 2. §o ®é dÞch chuyÓn (chuyÓn vÞ): thêng dïng c¸c thíc ®o ®é dµi nh thíc cÆp, panme, ®ång hå ®o chuyÓn vÞ, ®ång hå ®o ®é vâng, c¸c ®Çu ®o dÞch chuyÓn c¶m biÕn…. 3. §o ®é d·n dµi, biÕn d¹ng t¬ng ®èi cña c¸c thí vËt liÖu: phæ biÕn lµ c¸c lo¹i tenzomet c¬ häc, quan häc, ®iÖn c¶m, ®iÖn trë... 4. §o xoay, biÕn d¹ng gãc 5. §o trît vµ biÕn d¹ng trît t¬ng ®èi gi÷a c¸c thí vËt liÖu, c¸c phÇn tö kÕt cÊu ghÐp. Trong c¸c nhãm thiÕt bÞ ®o nãi trªn, ngoµi nhãm thiÕt bÞ ®o lùc vµ ¸p suÊt nh»m x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña t¶i träng t¸c dông khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm; cßn c¸c nhãm kh¸c ®Òu phôc vô cho môc ®Ých chñ yÕu trong vÊn ®Ò nghiªn cøu c«ng tr×nh lµ x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng. Trong mçi nhãm thiÕt bÞ cã thÓ cã nhiÒu chñng lo¹i ®îc thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o theo nh÷ng c¬ së vËt lý vµ s¬ ®å cÊu t¹o kh¸c nhau, cã møc ®é chÝnh x¸c kh¸c nhau. Trong kü thuËt ®o, cÇn c¨n cø vµo c¸c ®Æc trng cña ®èi tîng nghiªn cøu, tÝnh chÊt cña tham sè tiÕn hµnh kh¶o s¸t vµ yªu cÇu vÒ ®é chÝnh x¸c cña sè ®o ®Ó chän nh÷ng thiÕt bÞ ®o thÝch øng Trong thÝ nghiÖm vËt liÖu vµ thÝ nghiÖm c«ng tr×nh, ®Ó nhËn ®îc nh÷ng kÕt qu¶ ®o øng suÊt - biÕn d¹ng cã ®é tin cËy cao, cÇn chän ®îc mét ph¬ng ph¸p ®o ®óng, nh÷ng thiÕt bÞ ®o phï hîp, cã ®é chÝnh x¸c cao. Khi chän lùa, cÇn c¨n cø vµo c¸c ®Æc trng cña tõng ®èi tîng kh¶o s¸t cô thÓ vµ c¨n cø vµo c¸c tiªu chuÈn phï hîp ®Ó tiÕn hµnh thÝ nghiÖm. 2.2. C¸c thiÕt bÞ vµ ph¬ng ph¸p ®o øng suÊt - biÕn d¹ng theo c¸ch ®o ®iÓm rêi r¹c ThiÕt bÞ vµ ph¬ng ph¸p ®o ®iÓm rêi r¹c ®îc dïng rÊt phæ biÕn khi kh¶o s¸t tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng cña vËt liÖu hay kÕt cÊu c«ng tr×nh; ®Æc biÖt khi cÇn quan s¸t gi¸ trÞ biÕn d¹ng cña nh÷ng ®iÓm ®Æc trng. Nh÷ng thiÕt bÞ vµ ph¬ng ph¸p ®o theo c¸ch ®o ®iÓm rêi r¹c ®îc h×nh thµnh vµ cÊu t¹o theo nh÷ng nguyªn lý kh¸c nhau. Ch¼ng h¹n, tenzomet c¬ häc ®- îc cÊu t¹o theo nguyªn lý khuyÕch ®¹i ®ßn bÈy hoÆc hÖ chuyÒn b¸nh r¨ng khÝa; tenzomet quang häc ®îc thùc hiÖn theo nguyªn lý khuyÕch ®¹i tÝn hiÖu b»ng tia s¸ng; tenzomet ©m häc l¹i xuÊt ph¸t tõ nguyªn lý rung ®éng cña sîi d©y c¨ng... Tuy nhiªn, dï ®îc cÊu t¹o theo nguyªn lý nµo, khi dïng ®Ó kh¶o s¸t tr¹ng th¸i biÕn d¹ng trªn kÕt cÊu c«ng tr×nh cÇn tho¶ m·n c¸c yªu cÇu sau: - CÊu t¹o ®¬n gi¶n, sè chi tiÕt dïng trong thiÕt bÞ Ýt nhÊt, kÝch thíc gän vµ träng lîng nhÑ. - Th¸o vµ l¾p nhanh, dÔ dµng, ®¶m b¶o ®îc æn ®Þnh vµ an toµn trong suèt qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm. 10
- §é nh¹y c¶m vµ ®é chÝnh x¸c cao, lu«n cã thÓ ®¸p øng ®îc yªu cÇu ®óng ®¾n cña sè ®o. - Cã kh¶ n¨ng ®o c¸c gi¸ trÞ n»m trong kho¶ng ®o réng mµ ®é chÝnh x¸c cña sè ®äc vµ kÕt qu¶ ®o kh«ng bÞ ¶nh hëng. - ChiÒu dµi chuÈn ®o thay ®æi ®îc liªn tôc - Gi¸ trÞ cña ®¹i lîng cÇn ®o ®îc chØ thÞ trùc tiÕp ngay trªn thiÕt bÞ, kh«ng ®ßi hái ph¶i qua tÝnh to¸n chuyÓn ®æi. - Nh¹y c¶m víi c¸c ¶nh hëng cña m«i trêng bÐ ... 2.2.1. §ång hå ®o c¸c chuyÓn vÞ lín vµ ph¬ng ph¸p ®o ®é vâng cña kÕt cÊu c«ng tr×nh a/ Nguyªn lý cÊu t¹o vµ chuyÓn ®éng (h.2.1) H×nh 2.1. CÊu t¹o ®ång hå ®o chuyÓn vÞ lín a/ CÊu t¹o hÖ chuyÓn ®éng b/ CÊu t¹o mÆt ®ång hå ®o §ång hå ®o chuyÓn vÞ lín kiÓu ®Üa quay ®îc cÊu t¹o gåm rßng räc (1) dïng ®Ó tiÕp nhËn sù dÞch chuyÓn hoÆc ®é vâng cña kÕt cÊu nhê mét sîi d©y thÐp nhá (6) vßng qua nã. D©y (6) lµ mét sîi d©y thÐp nhá cã ®êng kÝnh thiÕt kÕ 0,25 ÷ 0,40mm; mét ®Çu d©y tù do dïng ®Ó buéc vµo ®iÓm ®o chuyÓn vÞ trªn kÕt cÊu vµ ®Çu díi d©y treo vµo mét qña nÆng cã träng lîng tõ 1 ®Õn 3kG. CÊu t¹o chuyÓn ®éng nµy sÏ biÕn chuyÓn vÞ th¼ng trªn kÕt cÊu thµnh chuyÓn vÞ quay trªn rßng räc cña ®ång hå ®o. §Üa quay (2) ®îc g¾n cïng trôc víi rßng räc (1). Trªn thµnh chu vi ®Üa quay (2) ®îc chia 100 kho¶ng ®Òu nhau, gi¸ trÞ mçi kho¶ng chia t¬ng øng víi 1mm chuyÓn vÞ thùc tÕ. §Üa quay (2) sÏ truyÒn chuyÓn ®éng quay cña rßng räc (1) qua trôc r¨ng khÝa (3) b»ng hÖ chuyÒn r¨ng khÝa cã tØ sè chuyÒn ®éng 1/10; tøc lµ khi rßng räc (1) hoÆc ®Üa (2) quay mét vßng th× trôc (3) sÏ quay 10 vßng. Trôc quay (3) ®îc ®Æt th¼ng gãc víi thµnh ®Üa (2) vµ ®Çu mót cña nã ®îc g¾n vµo kim (4). Kim (4) quay trªn mÆt ®ång hå (5) cã chia 100 v¹ch; gi¸ trÞ mçi v¹ch chia t¬ng øng víi 0,1mm. b/ Ph¬ng ph¸p l¾p ®Æt ®ång hå ®o 11
H×nh 2.2. S¬ ®å ®o ®é vâng a/ Khi ®o t¹i ®iÓm cè ®Þnh n»m ngoµi kÕt cÊu ; b/ Khi ®o t¹i ®iÓm chuyÓn vÞ trªn kÕt cÊu Trªn thùc tÕ, khi ®o chuyÓn vÞ hay ®é vâng cña kÕt cÊu c«ng tr×nh thêng dïng hai c¸ch l¾p ®Æt ®ång hå ®o: C¸ch 1(h. 2.2a): ®ång hå ®Æt t¹i mét vÞ trÝ cè ®Þnh n»m trªn ph¬ng chuyÓn vÞ cña kÕt cÊu. §Çu tù do cña d©y däi (6) buéc chÆt vµo ®iÓm chuyÓn vÞ trªn kÕt cÊu, sau ®ã vßng d©y qua rßng räc (1) vµ ®îc kÐo c¨ng nhê qu¶ däi (7). C¸ch ®o nµy ®îc dïng khi ®o chuyÓn vÞ cña nh÷ng kÕt cÊu lín ®Æt ë vÞ trÝ rÊt cao so víi mÆt b»ng ho¹t ®éng nh ®o ®é vâng cña kÕt cÊu m¸i, ®o sù dao ®éng ®Çu ®Ønh c¸c th¸p, trô ... C¸ch 2 (h. 2.2b): ®ång hå ®Æt t¹i ®iÓm ®o chuyÓn vÞ trªn kÕt cÊu. §Çu tù do cña d©y däi (6) g¾n vµo mét ®iÓm cè ®Þnh ngoµi kÕt cÊu, sau ®ã vßng qua rßng räc (1) cña ®ång hå ®o vµ ®îc kÐo c¨ng nhê qu¶ däi (7). C¸ch ®o nµy ®îc dïng cho nh÷ng kÕt cÊu cã nhÞp lín, mÆt b»ng ho¹t ®éng ë ngay trªn kÕt cÊu nh ®o ®é vâng cña c¸c nhÞp cÇu. c/ C¸c ®Æc trng c¬ b¶n: - §ång hå ®o chuyÓn vÞ kiÓu ®Üa quay kh«ng h¹n chÕ kho¶ng ®o, cho nªn cã thÓ ®o ®é vâng cña kÕt cÊu nhÞp lín, ®é lón cña cäc mãng ... - Gi¸ trÞ cña v¹ch ®o trªn mÆt ®ång hå lµ 0,1mm - Cã ®é nh¹y c¶m vµ ®é chÝnh x¸c cao 2.2.2. §ång hå ®o chuyÓn vÞ bÐ vµ ph¬ng ph¸p ®o biÕn d¹ng t¬ng ®èi a/ Nguyªn lý cÊu t¹o vµ chuyÓn ®éng (h. 2.3) 12
Thanh chuyÓn ®éng (1) xuyªn qua trôc ®ång hå, trªn mét phÇn thanh cã khÝa r¨ng ca; nh÷ng r¨ng khÝa ®ã khíp vµo víi b¸nh r¨ng khÝa nhá (2). Bé cÊu t¹o nµy nh»m môc ®Ých biÕn c¸c chuyÓn vÞ th¼ng cña thanh chuyÒn ®éng (1) thµnh c¸c chuyÓn vÞ xoay trªn b¸nh r¨ng khÝa (2). Cïng quay trªn mét trôc víi b¸nh r¨ng nhá (2) cã b¸nh r¨ng lín (3); b¸nh r¨ng lín nµy dïng ®Ó chuyÒn vµ khuyÕch ®¹i chuyÓn vÞ xoay cña b¸nh r¨ng (2) ®Õn trôc r¨ng khÝa (4) n»m ë chÝnh gi÷a ®ång hå; trªn ®Çu trôc (4) mang kim chØ thÞ dµi (5) quay trªn mÆt ®ång hå chia ®é cã 100 v¹ch, gi¸ trÞ mçi v¹ch chia t¬ng øng víi 0,01mm hoÆc 0,001mm (cßn gäi lµ b¸ch ph©n kÕ hay thiªn ph©n kÕ). Theo tr×nh tù chuyÓn ®éng, trôc r¨ng khÝa (4) quay kÐo ch¹y b¸nh r¨ng (6) vµ lµm quay kim ng¾n (7) g¾n trªn ®Çu trôc cña nã. Kim ng¾n ch¹y trªn mét vßng chia ®é gåm 10 v¹ch vµ gi¸ trÞ mçi v¹ch t¬ng øng víi 1mm chuyÓn vÞ th¼ng. Ngoµi ra trong ®ång hå cßn cã c¸c lß xo ®Ó ® a c¸c bé phËn chuyÓn ®éng cña ®ång hå vÒ vÞ trÝ ban ®Çu khi phÐp ®o kÕt thóc. H×nh 2.3. CÊu t¹o ®ång hå ®o chuyÓn vÞ bÐ a/ H×nh d¹ng ®ång hå ®o b/ CÊu t¹o hÖ thèng chuyÓn ®éng b/ C¸c ®Æc trng c¬ b¶n Tuú theo yªu cÇu vÒ møc ®é chÝnh x¸c cña ®ång hå ®o, cã thÓ chÕ t¹o c¸c b¸nh r¨ng khÝa theo nh÷ng tØ sè chuyÒn ®éng kh¸c nhau ®Ó cho mçi v¹ch ®o trªn ®ång hå cã c¸c gi¸ trÞ t¬ng øng. Víi mét hÖ thèng b¸nh r¨ng khÝa chuyÒn ®éng x¸c ®Þnh sÏ cho ®ång hå ®o chuyÓn vÞ mét cÊp chÝnh x¸c. HiÖn nay, nh÷ng ®ång hå ®o th«ng dông cã c¸c gi¸ trÞ v¹ch ®o lµ 0,01 ; 0,02 ; 0,001 vµ 0,002mm Kho¶ng chuyÓn vÞ lín nhÊt ®o ®îc cña ®ång hå thêng bÞ khèng chÕ bëi gi¸ trÞ cña v¹ch ®o. Cô thÓ: - Víi lo¹i ®ång hå 0,01 vµ 0,02 cã kho¶ng ®o tõ 10 ®Õn 50mm - Víi lo¹i ®ång hå 0,001 vµ 0,002 cã kho¶ng ®o tõ 5 ®Õn 10mm c/ Ph¬ng ph¸p l¾p ®ång hå ®o Trªn h×nh 2.4 giíi thiÖu bé gi¸ l¾p ®ång hå ®o chuyÓn vÞ bÐ. Gi¸ gåm mét ®Õ nÆng (1), trªn ®ã cã trôc ®øng (3) cã thÓ dÞch chuyÓn vÞ trÝ däc ®Õ; trªn trôc ®øng cã bé khíp quay (5) mang thanh (4). Nhê khíp quay (5) nªn thanh (4) cã thÓ quay quanh trôc cña nã vµ xoay quanh trôc (3), ®ång thêi cã thÓ dÞch 13
chuyÓn lªn xuèng vµ qua l¹i. §Çu thanh (4) ®îc nèi víi ®ång hå ®o (6) b»ng thanh (7) cã khíp ë hai ®Çu. Víi cÊu t¹o bé g¸ nh trªn cho phÐp cã thÓ l¾p ®Æt ®ång hå ®o theo mäi ph¬ng cÇn thiÕt ®Ó ®o chuyÓn vÞ cña mét ®iÓm bÊt kú trªn ®èi t- îng kh¶o s¸t. H×nh 2.4. Gi¸ l¾p ®ång hå ®Þnh híng d/ C¸c øng dông ®Ó ®o biÕn d¹ng t¬ng ®èi cña vËt liÖu d.1. §o biÕn d¹ng t¬ng ®èi trong nh÷ng kÕt cÊu cã kÝch thíc lín, cã cÊu t¹o vËt liÖu kh«ng ®ång nhÊt, cã gi¸ trÞ biÕn d¹ng lín, cã trêng ph©n bè kh«ng biÕn d¹ng ®Òu ®Æn. Khi kh¶o s¸t tr¹ng th¸i lµm viÖc cña c¸c kÕt cÊu bª t«ng, c¸c khèi x©y g¹ch ®¸.., thêng dïng ph¬ng ph¸p ®o biÕn d¹ng t¬ng ®èi b»ng ®ång hå ®o chuyÓn vÞ th¼ng víi bé chi tiÕt cÊu t¹o kÐo dµi chuÈn ®o (h. 2.5). T¹i vïng cÇn ®o biÕn d¹ng trªn kÕt cÊu, x¸c ®Þnh mét kho¶ng dµi AB cã kÝch thíc L = 100 - 1000mm (chuÈn ®o), trªn 2 ®iÓm A vµ B ch«n hai chi tiÕt b»ng kim lo¹i lµm hai gèi cè ®Þnh. §ång hå ®o chuyÓn vÞ ®îc l¾p trªn gèi A. Dïng mét thanh kim lo¹i th¼ng, nhÑ vµ cøng, cã chiÒu dµi t¬n øng víi kho¶ng AB, chèng mét ®Çu vµo mót thanh chuyÓn ®éng cña ®ång hå ®o cßn ®Çu kia vµo gèi tùa B. Khi kÕt cÊu biÕn d¹ng, vËt liÖu bÞ co gi·n theo, ®ång hå ®o sÏ chØ thÞ gi¸ trÞ ®é co hoÆc gi·n dµi ∆ l cña phÇn vËt liÖu trong kho¶ng ®o L. Tõ ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh trÞ sè biÕn d¹ng t¬ng ®èi cña vïng kh¶o s¸t. X¸c ®Þnh biÕn d¹ng t¬ng ®èi trong c¸c kÕt cÊu cã trêng ph©n bè cøng øng suÊt ®Òu ®Æn b»ng c¸c ®ång hå chuyÓn vÞ víi biÖn ph¸p kÐo dµi chuÈn ®o sÏ cho kÕt qu¶ ®o víi ®é chÝnh x¸c cao. Qu¶ vËy, khi dïng lo¹i ®ång hå chuyÓn vÞ cã ®é chÝnh x¸c 0,001mm víi chuÈn ®o kÐo dµi ®Õn 100mm, th× mét v¹ch ®o trªn ®ång hå sÏ chØ mét gi¸ trÞ biÕn d¹ng t¬ng ®èi 1.10-5; nÕu dïng lo¹i ®ång hå cã ®é chÝnh x¸c thÊp h¬n lµ 0,01mm, nhng kÐo dµi chuÈn ®o ®Õn 1000mm th× trªn ®ång hå còng sÏ nhËn ®îc gi¸ trÞ cña mçi v¹ch ®o t¬ng øng víi lîng biÕn d¹ng t¬ng ®èi lµ 1.10-5 14
H×nh 2.5. BiÖn ph¸p ®o biÕn d¹ng t¬ng ®èi b»ng ®ång hå ®o chuyÓn vÞ bÐ a/ CÊu t¹o c¬ häc b/ H×nh d¹ng tæng thÓ d.2. §o biÕn d¹ng trong nh÷ng b¶n máng, thÐp h×nh, thÐp thanh cã ®êng kÝnh nhá, c¸c lo¹i d©y kim lo¹i, d©y c¸p ... cã thÓ dïng thiÕt bÞ ®o biÕn d¹ng b»ng c¸ch ghÐp mét cÆp ®ång hå chuyÓn bÞ trªn bé gi¸ kÐo dµi chuÈn ®o. Tiªu biÓu cho lo¹i nµy lµ thiÕt bÞ tenzomet MK-3 (h.2.6) H×nh 2.6. CÊu t¹o dông cô ®o biÕn d¹ng ®ång thêi trªn hai thí vËt liÖu ®èi xøng. ThiÕt bÞ ®îc cÊu t¹o thµnh mét bé kÑp, hai m¸ kÑp lµ hai phÇn tö ®o biÕn d¹ng kiÓu ®ång hå chuyÓn vÞ cã chuÈn ®o thay ®æi ®îc tõ 3 ®Õn 120mm. Mçi phÇn tö ®o trªn m¸ kÑp gåm: th©n g¸ (1), trªn th©n cã g¾n hai lìi dao: mét lìi cè ®Þnh (2) vµ mét lìi di ®éng (3). Lìi dao di ®éng cã hai phÇn ®èi xøng quanh quanh t©m quay O. §Çu tù do cña lìi dao di ®éng (3) tùa vµo mót thanh chuyÒn ®éng (5) cña ®ång hå ®o chuyÓn vÞ (4). Khi kÕt cÊu kh¶o s¸t bÞ biÕn d¹ng, kÐo lìi dao (3) xoay mét lîng b»ng ®é co hoÆc gi·n dµi ∆ l cña phÇn vËt liÖu n»m trong chuÈn ®o L. V× dao (3) xoay quanh ®iÓm O, nªn ®Çu tù do cña dao sÏ quay mét lîng t¬ng øng vµ ®îcthanh chuyÒn ®éng (5) tiÕp nhËn chØ thÞ lªn ®ång hå chuyÓn vÞ (4). §ång hå chuyÓn vÞ ®îc dïng trong dông cô MK-3 lµ lo¹i cã ®é chÝnh x¸c 0,01mm. Tõ trÞ sè chØ thÞ trªn ®ång hå x¸c ®Þnh ®îc gi¸ trÞ biÕn d¹ng dµi t¬ng ®èi cña vËt liÖu t¹i vïng ®o cña kÕt cÊu. Bé thiÕt bÞ gåm hai phÇn tö ®èi xøng, nªn cïng mét lóc sÏ cho hai gi¸ trÞ biÕn d¹ng trªn hai thí vËt liÖu ®èi xøng cña ®èi tîng kh¶o s¸t. hai sè ®o nµy cïng dÊu nÕu hai thí vËt liÖu ®èi xøng trªn ®èi tîng ®o cïng chÞu kÐo hoÆc chÞu nÐn vµ cïng mét trÞ sè biÕn d¹ng nh nhau nÕu trêng ph©n bè øng suÊt t¹i vïng ®o ®Òu ®Æn. §iÒu nµy thêng gÆp trong c¸c ®èi tîng chÞu kÐo hoÆc chÞu nÐn ®óng t©m. ngîc l¹i, hai sè ®o nhËn ®îc sÏ kh¸c dÊu nhau trong trêng hîp c¸c ®èi t- îng kh¶o s¸t lµm viÖc chÞu uèn. d.3. §o biÕn d¹ng trªn c¸c ®èi tîng chÞu nhiÖt ®é hoÆc biÕn d¹ng thay ®æi chËm r¶i theo thêi gian, biÕn d¹ng tõ biÕn ..., thêng dïng lo¹i thiÕt bÞ kh«ng l¾p cè ®Þnh t¹i chç ®o gäi lµ comparator. ThiÕt bÞ nµy chØ l¾p vµo lóc cÇn lÊy sè 15
liÖu ®o, sau ®ã ®îc gi¶i phãng ®Ó thiÕt bÞ kh«ng bÞ ¶nh hëng nhiÖt ®é cña m«i trêng còng nh kh«ng khai th¸c thiÕt bÞ trong mét thêi gian qu¸ dµi. Lo¹i thiÕt bÞ ®o biÕn d¹ng kiÓu kh«ng l¾p cè ®Þnh ®îc thiÕt kÕ theo nguyªn t¾c dïng ®ång hå ®o chuyÓn vÞ g¾n vµo bé gi¸ kÐo dµi chuÈn ®o vµ ®îc chÕ t¹o theo c¸c s¬ ®å sau: - S¬ ®å ®¬n gi¶n: ThiÕt bÞ cÊu t¹o theo s¬ ®å ®¬n gi¶n tr×nh bµy trªn h×nh 2.7. Lo¹i thiÕt bÞ nµy ®îc chÕ t¹o gièng hÕt nh mét phÇn tö ®o trong mét m¸ cña tenzomet kÑp nhng ë ®©y ®èi tîng ®o cã thÓ cã biÕn d¹ng nhá nªn chiÒu dµi chuÈn ®o thêng ®îc kÐo dµi tõ 250 ®Õn 500mm vµ ®ång hå ®o chuyÓn vÞ cã ®é nh¹y 0,001mm. H×nh 2.7. Comparator cÊu t¹o theo s¬ ®å ®¬n gi¶n H×nh 2.8. Comparator cÊu t¹o theo s¬ ®å phøc t¹p - S¬ ®å phøc t¹p: §©y lµ lo¹i thiÕt bÞ chuyªn dïng cã ®é chÝnh x¸c cao, ®Ó ®o biÕn d¹ng t¬ng ®èi diÔn biÕn trong thêi gian dµi trong kÕt cÊu bª t«ng vµ bª t«ng cèt thÐp. CÊu t¹o cña comparator gåm èng vá (1) ®îc khoan nhiÒu lç trªn thµnh èng ®Ó lµm gi¶m träng lîng cña thiÕt bÞ vµ c©n b»ng nhiÖt thanh. Trong èng ®Æt thanh (2), hai ®Çu thanh liªn kÕt víi hai lß xo l¸ (3) vµ (4) cã chuyÓn vÞ däc trôc nhá. ThiÕt bÞ tiÕp xóc víi bÒ mÆt cña kÕt cÊu ®o qua hai dao gèi h×nh c«n: dao (5) ®îc g¾n cè ®Þnh trªn èng vá vµ dao (6) g¾n trªn thanh (2) vµ ch×a ra ngoµi vá m¸y qua lç khoÐt A. Trªn thanh (2) cã ®Ýnh thanh c«ngxon (7) còng ch×a ra khái m¸y qua lç khoÐt B. Trªn thµnh èng vá thiÕt bÞ g¾n cè ®Þnh mét ®ång hå ®o chuyÓn vÞ (8) víi ®é nh¹y 0,001mm vµ ®Ó cho mót cña thanh chuyÓn ®éng cña ®ång hå ®o tiÕp xóc víi thanh c«ngxon (7). Ngoµi ra trªn thiÕt bÞ cßn cã hai tay cÇm (9) liªn kÕt vµo hai ®Çu vá m¸y (h.2.8) Comparator chÕ t¹o theo s¬ ®å phøc t¹p nµy thêng cã hai lo¹i víi hai chiÒu dµi chuÈn ®o kh¸c nhau lµ 250 vµ 500mm; víi lo¹i cã chuÈn ®o L=250mm cho gi¸ trÞ mçi v¹ch ®o trªn ®ång hå lµ 4.10 - 6 vµ víi lo¹i L=500mm lµ 2.10-6. 16
- C¸ch ®o víi comparator. Khi ®o biÕn d¹ng t¬ng ®èi trªn kÕt cÊu c«ng tr×nh b»ng thiÕt bÞ nµy cÇn tiÕn hµnh nh÷ng bíc c«ng viÖc sau: + Víi c¸c chiÒu dµi chuÈn ®o x¸c ®Þnh trªn dÇm hiÖu chØnh gäi lµ “chiÒu dµi chuÈn” vµ trªn kÕt cÊu “chiÒu dµi ®o”, tiÕn hµnh d¸n tõng cÆp mèc ®o biÕn d¹ng cã kho¶ng c¸ch t¬ng øng gi÷a hai dao tiÕp xóc cña thiÕt bÞ ®o. Mèc ®o lµ c¸c m¶nh kim lo¹i kh«ng rØ, h×nh trßn ®êng kÝnh 8-10mm, chÝnh gi÷a t©m cã vÕt lâm h×nh chãp nãn, ®©y lµ ®iÓm tiÔp xóc cña c¸c dao trªn thiÕt bÞ víi bÒ mÆt kÕt cÊu ®o (h.2.7). - Dïng comparator ®Ó ®o kho¶ng c¸ch gi÷a hai mèc trªn dÇm hiÖu chØnh sÏ ®îc kÝch thíc “chiÒu dµi chuÈn” L1; - Sau ®ã, còng thiÕt bÞ ®ã tiÕn hµnh ®o kho¶ng c¸ch gi÷a hai mèc trªn kÕt cÊu sÏ ®îc kÝch thíc “chiÒu dµi ®o” L2. NÕu kho¶ng c¸ch c¸c mèc d¸n trªn dÇm hiÖu chØnh vµ trªn kÕt cÊu b»ng nhau th× L1=L2, nhng nÕu kh¸c nhau th× ta cã ®é lÖch ∆ L1=L2-L1 ; - Khi kÕt cÊu chÞu t¸c dông cña t¶i träng, vËt liÖu bÞ biÕn d¹ng; tiÕn hµnh phÐp ®o kho¶ng c¸ch gi÷a hai mèc trªn kÕt cÊu sau khi biÕn d¹ng sÏ nhËn ®îc gi¸ trÞ chiÒu dµi ®o míi L’2 ; so s¸nh chiÒu dµi ®o L’2 víi chiÒu dµi chuÈn L1 ta cã ®é gi·n quy íc ∆ L2=L’2-L1; HiÖu sè gi÷a ∆ L2 vµ ∆ L1 sÏ cho ®é co gi·n cña vËt liÖu trªn kÕt cÊu do t¶i träng t¸c dông g©y ra: ∆ L = ∆ L2- ∆ L1 (2.1) Tõ ®ã cho thÊy, ®o biÕn d¹ng b»ng comparator kh«ng cÇn thiÕt ph¶i x¸c ®Þnh chiÒu dµi chuÈn vµ chiÒu dµi ®o cña kÕt cÊu. ChØ cÇn x¸c ®Þnh hiÖu sè chiÒu dµi ®o trªn kÕt cÊu víi chiÒu dµi chuÈn ban ®Çu tríc lóc gia t¶i (∆ L1) vµ sau lóc gia t¶i (∆ L2) sÏ x¸c ®Þnh ®îc ®é gi·n dµi ∆ L cña vËt liÖu trong vïng kh¶o s¸t. §Ó lo¹i trõ ¶nh hëng nhiÖt ®é cña m«i trêng ®Õn kÕt qu¶ ®o, phÐp ®o c¸c chiÒu dµi chuÈn vµ chiÒu dµi ®o cÇn tiÕn hµnh trong mét chÕ ®é nh nhau. 2.2.3. Tenzomet c¬ häc Tenzomet c¬ häc lµ lo¹i dông cô ®o biÕn d¹ng tõng ®iÓm rêi r¹c ®îc dïng phæ biÕn khi kh¶o s¸t tr¹ng th¸i biÕn d¹ng tÜnh cña kÕt cÊu c«ng tr×nh; v× chóng cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, ®é chÝnh x¸c cao vµ æn ®Þnh trong qu¸ tr×nh ®o. Trong ®ã, ®Æc trng nhÊt lµ lo¹i tenzomet ®ßn bÈy. a/ Nguyªn lý cÊu t¹o vµ chuyÓn ®éng cña tenzomet ®ßn bÈy Tenzomet lµ mét hÖ thèng c¸c ®ßn bÈy c¬ häc ®îc l¾p ghÐp trªn mät th©n ®øng (1) nh»m môc ®Ých khuÕch ®¹i nhiÒu lÇn lîng ®o. Tenzomet ®ßn lµm viÖc trªn bÒ mÆt kÕt cÊu qua hai gèi dao; gèi dao cè ®Þnh (2) vµ gèi dao di ®ég (30. Gèi dao (3) lµ c¸nh tay ®ßn ng¾n cña ®ßn bÈy (4). ChuyÓn ®éng cña gèi dao (3) ®îc chuyÒn ®Õn ®Çu mót ®ßn (4) vµ dÞch chuyÓn nµy sÏ chuyÒn ®Õn kim chØ thÞ (6) qua thanh chuyÒn (5). Kim (6) xoay quanh ®iÓm cè ®Þnh O trªn th©n ®øng; ®Çu mót kim ch¹y trªn mÆt chia ®é (7) g¾n trªn thªn cña dông cô ®o (h. 2.9) 17
H×nh 2.9. CÊu t¹o tenzomet ®ßn bÈy a/ H×nh d¹ng tæng thÓ; b/ S¬ ®å hÖ chuyÓn ®éng vµ khuÕch ®¹i Díi t¸c dông cña t¶i träng, c¸c thí vËt liÖu cña kÕt cÊu cã chiÒu dµi b»ng chuÈn ®o L cña tenzomet bÞ co gi·n mét ®o¹n ∆ L vµ kÐo ®Ønh dao di ®éng (3) chuyÓn dÞch theo; ®o¹n co gi·n ∆ L nµy ®îc phãng ®¹i lÇn thø nhÊt thµnh ∆ t¹i ®Çu mót cña ®ßn bÈy (4). §é phãng ®¹i phô thuéc tØ lÖ cÊu t¹o gi÷a chiÒu cao m cña gèi dao di ®éng (3) víi chiÒu dµi n cña ®ßn bÈy (4). Ta cã: n ∆ = ∆L m (2.2) §o¹n dÞch chuyÓn ∆ ®îc chuyÒn ®Õn ®iÓm C trªn kim (6) nhê thanh (5). Lóc nµy ®o¹n ∆ l¹i ®îc phãng ®¹i mét lÇn n÷a trªn ®Çu mót kim (6). HÖ sè khuÕch ®¹i lÇn thø hai b»ng tØ sè gi÷a chiÒu dµi S cña kim (6) vµ kho¶ng c¸ch r tõ ®iÓm C trªn kim ®Õn t©m quay O S n S ∆N = ∆ = ∆L r mr (2.3) §Æt K lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña tenzomet, ta cã: n S K= mr (2.4) HÖ sè K phô thuéc vµo kÝch thíc cÊu t¹o cña hÖ thèng ®ßn bÈy c¬ häc cña tenzomet vµ th«ng thêng b»ng 1000-1200. B¶ng chia ®é (7) trªn dông cô cã 50 v¹ch, gi¸ trÞ mçi v¹ch ®o t¬ng øng víi ®é gian 1micron. Temzomet ®ßn cã cÊu t¹o chuÈn ®o cè ®Þnh 20mm; khi cÇn thay ®æi chuÈn ®o, l¾p thªm bé phËn kÐo dµi chuÈn ®o ®Õn 100 vµ 200mm b/ C¸c ®Æc trng c¬ b¶n vµ u nhîc ®iÓm - Sai sè ®äc lín nhÊt ± 2,5.10-6 - HÖ sè khuÖch ®¹i: K=1000 18
- Gi¸ trÞ mét v¹ch ®o trªn dông cô: 1.10-3 Tenzomet ®ßn bÈy cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, träng lîng kh«ng lín, ®é chÝnh x¸c cao. Tuy nhiªn, xÐt tõ cÊu t¹o cßn tån t¹i nh÷ng nhîc ®iÓm nh: - VËt liÖu ®ßn, c¸c chi tiÕt dÔ háng - Liªn kÕt c¸c bé phËn chuyÓn ®éng lµ liªn kÕt b¶n lÒ kh«ng hoµn toµn, dÔ bÞ xéc xÖch khi th¸o l¾p; - Kh«ng ®o ®îc biÕn d¹ng ®éng - Kh«ng sö dông ®îc ngoµi trêi ma n¾ng 2.2.4. Tenzomet quang häc Tenzomet quang lµ lo¹i dung cô ®o biÕn d¹ng t¬ng ®èi cña vËt liÖu dùa trªn nguyªn t¾c khuÕch ®¹i tÝn hiÖu b»ng hÖ thèng quang häc. C¸c dông cô ®o nµy rÊt dÔ d¹ng ®¹t ®îc ®é nh¹y c¶m cao khi ®o biÕn d¹ng tÜnh. Lo¹i dông cô ®o biÕn d¹ng nµy cã hÖ thèng kÝnh quang häc lµ c¸c tenzomet ph¶n chiÕu g¬ng ph¼ng. a/ S¬ ®å cÊu t¹o vµ chuyÓn ®éng cña tenzomet ph¶n chiÕu g¬ng ph¼ng Tenzomet gåm èng vá (1), trªn thµnh èng, ë ®Êy cã mét gèi dao cè ®Þnh (2). Trong èng vá ®Æt mät vËt kÝnh (3) cã tiªu cù f; t¹i tiªu ®iÓm cña vËt kÝnh ®Æt mät tÊm kÝnh mê (6); trªn ®ã cã c¸c v¹ch chia ®é vµ ®Ó räi s¸ng c¸c v¹ch chia nµy cÇn cã l¨ng kÝnh (7). Vá èng ®îc tùa lªn gèi dao di ®éng (5); cã chiÒu cao lµ m. mét g¬ng ph¼ng (4) ®îc g¾n chÆt vµ cïng xoay víi gèi dao di ®éng (5). Ngoµi ra, ®Çu trªn cña èng vá (1) cßn ®îc lång vµo mét èng kh¸c, trong ®ã mang thÞ kÝnh (8); thÞ kÝnh dïng ®Ó ®äc ®é lÖch cña ¶nh v¹ch chia n»m trªn mµn ¶nh kÝnh mê (6). H×nh 2.10. Tenzomet quang häc a, b / CÊu t¹o Tenzomet quang häc c/ B¶ng chØ thÞ sè ®o trong Tenzomet Víi hÖ thèng kÝnh quang häc nayg, ¸nh s¸ng bªn ngoµi sÏ qua l¨ng kÝnh (7) räi s¸ng c¸c v¹ch chia ®é (vËt) trªn tÊm kÝnh mê (6), råi chuyÒn qua vËt kÝnh (3) vµ ®Õn g¬ng ph¼ng (4); tia s¸ng ®Õn g¬ng ®îc ph¶n chiÕu trë l¹i ®Ó t¹o ¶nh cña c¸c v¹ch chia lªn kÝnh mê (6). ¶nh cña c¸c v¹ch chia bÞ lÖch mét kho¶ng X do g- ¬ng ph¼ng bÞ quay nghiªng. G¬ng quay do ®Ønh gèi dao di ®éng (5) dÞch 19
chuyÓn khi vËt liÖu trªn kÕt cÊu kh¶o s¸t bÞ biÕn d¹ng. §äc gi¸ trÞ ®é lÖch X cña v¹ch chia trªn kÝnh mê nhê mét v¹ch mèc cè ®Þnh trªn thÞ kÝnh (h.2.10c). Khi ®o ®îc gi¸ trÞ cña X, cã thÓ tÝnh ®îc gãc xoay ϕ cña g¬ng (hay cña gèi di ®éng). Ta cã: (2.5) X = ftg 2ϕ = 2 fϕ Do ®ã: X ϕ= 2f (2.6) MÆt kh¸c, gèi dao di ®éng còng xoay mét gãc ϕ = ∆L / m Cuèi cïng ta cã: (2.7) 2 f .∆l X = m Gäi K lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña tenzomet: 2f K= m (2.8) Trong ®ã: f: tiªu cù cña vËt kÝnh m: chiÒu cao cña gèi dao di ®éng ∆ L: ®é gi·n dµi cña vËt liÖu b/ C¸c ®Æc trng c¬ b¶n - ChiÒu cao toµn bé cña tenzomet: 145mm; - KÝch thíc chuÈn ®o: L = 10 ÷ 20mm - Sè v¹ch chia trªn thang ®o: 160 v¹ch víi v¹ch 0 ë chÝnh gi÷a; - Kho¶ng c¸ch cña v¹ch chia: 1,25mm biÓu thÞ mét lîng biÕn d¹ng vËt liÖu lµ 1micron. - HÖ sè khuÕch ®¹i: K = 1250. 2.2.5. Tenzomet d©y rung: Dông cô ®o biÕn d¹ng kiÓu d©y rung dùa trªn c¬ së quan hÖ gi÷a tÇn sè dao ®éng riªng cña sîi d©y víi lùc kÐo c¨ng trong d©y. TÇn sè dao ®éng riªng f cña sîi d©y c¨ng phô thuéc vµo chiÒu dµi l cña d©y, ®é chÆt p cña vËt liÖu lµm d©y, øng suÊt c¨ng σ trong d©y ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: l σ f = 2l p (2.9) Khi d©y ®îc c¨ng vµ gi÷ chÆt trªn bÒ mÆt cña kÕt cÊu th× khi kÕt cÊu bÞ biÕn d¹ng do t¶i träng ngoµi t¸c dông, d©y sÏ bÞ kÐo c¨ng thªm vµ do ®ã tÇn sè dao ®éng ngang cña d©y còng thay ®æi theo. Dùa vµo sù thay ®æi tÇn sè dao 20