chơng i : quy định về phòng thí nghiệm đợc công nhận 1. Những quy định chung : Theo Quyết định số 2496/QĐ-KHKT ngày 24/9/1997 của Bộ trởng 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 nớc ngoài đầu t tại Việt Nam hoạt động xây dựng giao thông trên các lĩnh vực nghiên cứu thiết kế, khảo sát thi công xây dựng và sản xuất vật liệu xây dựng đợc Bộ Giao thông vận tải ra quyết định công nhận khả năng hoạt động, cấp mã số phòng thí nghiệm ( LAS - XD ) mới có giá trị pháp lý để cung cấp các số liệu kiểm tra, phân tích thử nghiệm phục vụ công tác nghiên cứu, khảo sát, thiết kế, thi công, nghiệm thu đánh giá chất lợng vật liệu xây dựng và chất lợng công trình xây dựng. 2. Điều kiện để phòng thí nghiệm đợc công nhận và cấp m số :ã Để đợc công nhận và cấp mã số LAS - XD, phòng thí nghiệm phải đảm bảo yêu cầu về đội ngũ chuyên môn làm thí nghiệm, trang thiết bị thí nghiệm, tài liệu kỹ thuật của phòng thí nghiệm, điều kiện môi trờng, mặt bằng làm việc và các tiện nghi khác để tiến hành thí nghiệm. Các yêu cầu này phải phù hợp với việc thực hiện các phép thử, các chỉ tiêu thí nghiệm mà phòng thí nghiệm xin đăng ký công nhận và triển khai hoạt động. a. Về tổ chức : Phòng thí nghiệm phải đợc quyết định thành lập bởi cơ quan có thẩm quyền với cơ cấu tổ chức : - Ngời phụ trách phòng thí nghiệm ( trởng phòng thí nghiệm ) phải có đủ năng lực, thẩm quyền và trình độ chuyên môn nghiệp vụ để điều hành hoạt động của phòng thí nghiệm. Khi ngời phụ trách vắng mặt thì phải chỉ định ngời thay thế và phải đợc cơ quan công nhận phòng thí nghiệm chấp nhận. Chỉ có ngời phụ trách ( hoặc ngời thay thế) mới là ngời đợc uỷ quyền ký vào biên bản và phiếu kết quả thí nghiệm. - Đội ngũ chuyên môn làm công tác thí nghiệm phỉa có cơ cấu hợp lý giữa cán bộ có trình độ đại học và nhân viên thí nghiệm; giữa cán bộ và thí nghiệm viên có kinh nghiệm và mới vào nghề. Các cán bộ và thí nghiệm viên phải đợc đào tạo để có trình độ chuyên môn, nghiệp vụ phù hợp với công việc thử nghiệm đợc giao. Có đầy đủ hồ sơ về quá trình đào tạo và trình độ chuyên môn nghiệp vụ của cán bộ, nhân viên trong phòng. - Phòng thí nghiệm phải có quy định nhiệm vụ và trách nhiệm cụ thể đối với từng cán bộ, nhân viên; có những biện pháp về tổ chức và quản lý đối với cán bộ nhân viên nhằm đảm bảo chất lợng, tính khách quan trung thực trong hoạt động thí nghiệm. - Phòng thí nghiệm phải có cán bộ quản lý kỹ thuật chịu trách nhiệm về quản lý kỹ thuật thử nghiệm, cán bộ quản lý chất lợng chịu trách nhiệm về hệ thống đảm bảo chất lợng thí nghiệm và ngời đợc chỉ định thay thế khi những cán bộ này vắng mặt. Tuỳ quy mô của phòng thí nghiệm , hai chức năng quản lý này có thể là một ngời hoặc ngời phụ trách kiêm nhiệm một hay cả hai chức danh này. b. Về cơ sở vật chất : 1 - Các trang thiết bị thí nghiệm phải phù hợp với chỉ tiêu và tiêu chuẩn thí nghiệm t- ơng ứng và phải đợc kiểm định, hiệu chuẩn thờng xuyên theo quy định quản lý và sử dụng các dụng cụ đo lờng của Nhà nớc. - Phòng thí nghiệm phải có đủ các tài liệu pháp quy, tiêu chuẩn, quy trình quy phạm, sổ tay hớng dẫn, biểu mẫu phù hợp phục vụ công tác thí nghiệm. - Phòng thí nghiệm phải có quy định cần thiết về an toàn, về giữ bí mật và quyền sở hữu của khách hàng đối với các kết quả thí nghiệm. c. Về trách nhiệm và quyền hạn của phòng thí nghiệm đợc công nhận : Phòng thí nghiệm đợc công nhận có quyền sử dụng con dấu đặc trng Phòng thí nghiệm đợc công nhận theo quy định của Bộ Giao thông vận tải, Bộ Xây dựng và của Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lờng chất lợng; đợc u tiên chỉ định tham gia các hoạt động giám sát chất lợng xây dựng giao thông; đợc u tiên xem xét để uỷ quyền tham gia các hoạt động quốc tế về thử nghiệm hoặc hiệu chuẩn chuyên ngành xây dựng giao thông; đợc u tiên trong việc trang bị các phơng tiện đo lờng và thử nghiệm, cung cấp thông tin và tham gia đào tạo cán bộ trong phạm vi quyền hạn và chức năng của Bộ Giao thông vận tải; đợc thu phí thử nghiệm và hiệu chuẩn theo quy định. Phòng thí nghiệm đợc công nhận có nhiệm vụ thực hiện nghiêm chỉnh các quy định của Nhà nớc, của ngành về Phòng thí nghiệm đợc công nhận ; tiến hành các phép thử hoặc hiệu chuẩn theo yêu cầu khách hàng; chịu trách nhiệm trớc khách hàng, trớc pháp luật về kết quả thử nghiệm hoặc hiệu chuẩn do mình công bố; tham gia việc so sánh phép thử giữa các phòng thí nghiệm theo yêu cầu của cơ quan có thẩm quyền; định kỳ hàng năm báo cáo với Bộ Giao thông vận tải về tình hình hoạt động của phòng thí nghiệm và chịu thanh tra của Bộ khi cần thiết. 2 chơng ii : Nguyên lý cơ bản công tác thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình 1. Khái niệm chung 1.1. Vai trò của công tác thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình Trong nhiều lĩnh vực khác nhau của khoa học công nghệ, vai trò của thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình đã đợc khẳng định nhằm mục đích: - Giải quyết các vấn đề của công nghệ và của thực tế sản xuất đòi hỏi nh đánh giá chất lợng của vật liệu, của công trình làm cơ sở cho việc nghiệm thu, bàn giao, khai thác v.v - Giải quyết và hoàn thiện những bài toán mà các phơng pháp lý thuyết cha và không giải quyết đợc đầy đủ hoặc đang còn nằm trong ý tởng cần thăm dò. Đối tợng của công tác thí nghiệm là vật liệu và kết cấu công trình. Bằng phơng pháp cảm thụ trực tiếp, có đợc những số liệu đo đạc và trạng thái thực tế qua quá trình tiến hành khảo sát đối tợng, xử lý các số liệu có thể đa đến những kết luận mang đầy đủ tính quy luật cũng nh tính tiêu biêủ đối với các tham số khảo sát cả về chất lợng lẫn số lợng. Những quy luật và giá trị về sự phân bố ứng suất - biến dạng, trạng thái làm việc và hình thức phá hoại của đối tợng nghiên cứu, không chỉ hỗ trợ cho các quá trình thiết kế, tính toán thi công, nghiệm thu, khai thác mà còn thay thế đợc lời giải của các bài toán đặc thù, phức tạp mà việc giải quyết chúng bằng đờng lối lý thuyết mất quá nhiều công sức hoặc cha có biện pháp giải quyết. Thí nghiệm vật liệu và công trình do vậy, có thể thực hiện đợc các nhiệm vụ cơ bản sau đây trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng và cơ học công trình: a/ Xác định, đánh giá khả năng làm việc và tuổi thọ của vật liệu và kết cấu công trình Đây là nhiệm vụ thờng đợc tiến hành đối với các vật liệu xây dựng và kết cấu công trình trớc khi đa vào sử dụng và khai thác. - Khả năng làm việc thực tế của một kết cấu công trình mới đợc xây dựng xong sẽ đợc phản ánh trong công việc đánh giá chất lợng chúng qua kết quả thí nghiệm kiểm tra đ- ợc thực hiện trong quá trình xây dựng và kết quả kiểm định trực tiếp trên công trình. Kết quả này là một tài liệu quan trọng trong hồ sơ nghiệm thu bàn giao công trình. - Công tác xác định và đánh giá khả năng chịu lực cũng đợc tiến hành đối với những kết cấu công trình đã đợc khai thác quá lâu năm, hết niên hạn sử dụng và chất lợng đã bị giảm yếu, đối với các kết cấu công trình có yêu cầu sửa chữa cải tạo, cũng nh các công trình khi đa vào khai thác với tải trọng sử dụng lớn hơn hay không phù hợp vơí nhiệm vụ thiết kế xây dựng ban đầu. - Đặc biệt quan trọng và không thể thiếu đợc công việc xác định, đánh giá trạng thái làm việc và khả năng chịu lực còn lại của các kết cấu công trình bị những sự cố tác động nh: thiên tai (gió bão, động đất ), chiến tranh tàn phá, hoả hoạn và sai sót trong quá trình thi công gây nên những khuyết tật kỹ thuật tồn tại trong kết cấu công trình. Mục đích của công việc kiểm định khả năng chịu lực của kết cấu công trình có sự cố về chất lợng là phát hiện và đánh giá mức độ h hỏng và độ bền vững theo thời gian của chúng để từ đó có thể nêu đợc những nhận xét khẳng định khả năng tồn tại, huỷ bỏ từng bộ phận của kết cấu hay toàn bộ công trình; đồng thời để nghiên cứu thiết kế tìm các biện pháp gia cờng, sửa chữa và phục hồi công trình. 3 b/ Nghiên cứu đề xuất và nghiên cứu ứng dụng các hình thức kết cấu mới, kết cấu đặc biệt vào việc thiết kế xây dựng công trình Một trong những biện pháp để tiến hành tìm kiếm một loại kết cấu mới, phù hợp là dùng phơng pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm, vì nó cho phép xác định nhanh đợc một hình thức kết cấu phù hợp, có ngay đợc những số liệu cần thiết và tin cậy về tham số phục vụ trực tiếp cho việc thiết kế và tính toán công trình. Kết quả trong những trờng hợp chọn một dạng kết cấu có sẵn lý thuyết tính toán, nhng khi đa vào ứng dụng cho một công trình cụ thể, tuỳ thuộc vào tầm quan trọng của công trình và mức độ chặt chẽ của phơng pháp tính, cũng cần phải triển khai thực nghiệm từng phần hay toàn bộ kết cấu để kiểm chứng sự đúng đắn của phơng pháp tính toán lý thuyết và tính khả thi của công trình. c/ Nghiên cứu và phát hiện các vật liệu mới, đánh giá chất lợng các loại vật liệu xây dựng đang sử dụng và tái sử dụng, các loại vật liệu địa phơng Qúa trình nghiên cứu để hình thành một loại vật liệu mới thực chất là một quá trình tiến hành thực nghiệm. Một vật liệu đợc công nhận để đa vào sử dụng trong xây dựng công trình cần phải có đầy đủ các chỉ tiêu đặc trng về cờng độ, biến dạng, khối lợng riêng; độ ổn định của các tính năng chuyên dùng nh nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh và các tính chất hoá - lý khác. Việc xác định số lợng và chất lợng của những đặc trng đó chỉ có đ- ợc qua quá trình tiến hành thực nghiệm. d/ Nghiên cứu phát minh những vấn đề mới trong khoa học kỹ thuật chuyên ngành, trong cơ học vật rắn biến dạng, cơ học công trình mà nghiên cứu lý thuyết hoàn toàn cha đợc giải quyết hoặc cha giải quyết đầy đủ tận gốc hoặc đòi hỏi phải có kết quả nghiên cứu thực nghiệm để làm cơ sở cho việc đánh giá sự phù hợp của các giả thiết đa ra và xác nhận sự đúng đắn của kết quả nhận đợc từ nghiên cứu lý thuyết. 1.2. ý nghĩa của trạng thái ứng suất - biến dạng Công tác thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình ngoài việc xác định một số chỉ tiêu cơ lý thì vấn đề chủ yếu là khảo sát sự biến động của trạng thái ứng suất - biến dạng của chúng. Trên cơ sở trạng thái ứng suất - biến dạng nhận đợc mới có thể xác định giá trị và tính chất làm việc của vật liệu trong công trình. Kết quả nhận đợc từ quá trình khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng của vật liệu trong công trình cho phép giải quyết những vấn đề cơ bản sau: - Gía trị và hình ảnh phân bố nội lực trên kết cấu công trình, từ đó có thể bố trí vật liệu và cấu tạo kết cấu thích hợp. - Đánh giá đợc khả năng và mức độ làm việc thực tế của vật liệu và công trình, cho phép rút ra đợc những tiêu chuẩn phục vụ cho việc kiểm tra độ bền, độ cứng và độ ổn định của công trình. - Dự đoán đợc đời sông và tuổi thọ của công trình khi trong quá trình thực nghiệm có tiến hành khảo sát và đo đạc sự biến động và tốc độ phát triển của ứng suất - biến dạng cũng nh sự hình thành và phát triển của khuyết tật ( các h hỏng và nứt nẻ ) xuất hiện trong quá trình làm việc của công trình. Trạng thái ứng suất - biến dạng có đợc trong quá trình thực nghiệm không chỉ phản ánh khả năng làm việc thực tế của công trình, mà trong nhiều trờng hợp còn là chuẩn mực cho việc đánh giá sự đúng đắn của lý thuyết tính toán, thiết kế công trình. Chẳng hạn, khi giải quyết bài toán về cờng độ và biến dạng cho một kết cấu công trình, quá trình tính toán dựa trên cơ sở các đặc trng của vật liệu làm việc trong miền đàn hồi; nhng trong thực té khi phần lớn các kết cấu của công trình làm việc trong phạm vi 4 đàn hồi của vật liệu thì có không ít các bộ phận khác của công trình sẽ tồn tại những vùng trong đó vật liệu làm việc ngoài miền biến dạng đàn hồi hoặc làm việc ở trạng thái dẻo, trạng thái phá huỷ vật liệu mà những trạng thái làm việc đó luôn luôn là nguồn gốc của sự giảm tuổi thọ hoặc gây phá hoại kết cấu công trình. Mức độ chính xác và tin cậy của phép đo lờng trạng thái ứng suất - biến dạng thờng chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố, trong đó có: a/ Kích thớc và số lợng mẫu thử: Khi khảo sát trên những mẫu thử có kích thớc bằng thực hoặc là kết cấu nguyên hình thì kết quả trạng thái ứng suất - biến dạng nhận đợc là kết quả trực tiếp và thực, không cần qua quá trình tính toán chuyển đổi trung gian, nhng số liệu đo đối với một tham số của bài toán thờng bị hạn chế do số lợng đối tợng thí nghiệm không nhiều (thờng chỉ có một hoặc hai). Ngợc lại, khi khảo sát bài toán trên những mẫu thử là mô hình tơng tự thì kết quả trạng thái ứng suất - biến dạng của mẫu thử thực chỉ nhận đợc sau một quá trình tính toán chuyển đổi tơng tự qua các hệ số tỉ lệ của các tham số đo; vì thế, nếu có một sai số nhỏ trong quá trình đo sẽ dẫn đến sự lệch lạc của kết quả, song vì số thí nghiệm tiến hành trên mô hình tơng tự thờng là nhiều cho nên sau khi tổng hợp số liệu của nhiều mô hình thí nghiệm, vẫn có đợc các kết quả tin cậy. Với thí nghiệm vật liệu, kích thớc và số lợng mẫu thử phải tuân theo các quy định của tiêu chuẩn thử nghiệm. b/ Hình dạng và cấu tạo liên kết các phần tử của mẫu thử Việc xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của các mẫu thử có hình dạng đơn giản thờng đợc tiến hành không mẫu khó khăn vì ở đây ứng suất - biến dạng thờng phân bố tơng đối đồng đều trong kết cấu, trị số của chúng cũng không lớn, thờng chỉ giao động trong miền biến dạng đàn hồi của vật liệu. Vì vậy phơng pháp và số đo trong những trờng hợp này thờng không dẫn đến sai số đáng kể cho kết quả nghiên cứu. Đối với những trờng hợp kết cấu có hình dạng phức tạp hoặc ghép từ nhiều phần tử với nhau thì việc khảo sát và xác định trạng thái ứng suất - biến dạng sẽ gặp nhiều khó khăn vì ở đây sự phân bố ứng suất - biến dạng thờng thay đổi lớn, trị số đo của hai điểm hoặc hai vùng lân cận có thể khác nhau rất nhiều (ở điểm này có thể vật liệu đang làm việc trong giai đoạn đàn hồi, nhng ở điểm bên cạnh đã xuất hiện biến dạng dẻo. c/ Cấu tạo vật liệu của mẫu thử Mẫu thử dù ở dạng nguyên hình hoặc ở dạng mô hình đều đợc cấu tạo từ những vật liệu thực có các đặc trng khác nhau và thông thờng các đặc trừng đó đợc thể hiện qua mối quan hệ thực nghiệm giã ứng suất và biến dạng khi vật liệu chịu kéo hoặc chịu nén một trục. Trong thực tế sản xuất, tồn tại nhiều loại vật liệu có mối quan hệ giữa ứng suất - biến dạng khác nhau: Tuyến tính; Hoàn toàn phi tuyến; Không đồng nhất trong suốt quá trình chịu tải; Tuyến tính ở giai đoạn vật liệu chịu tải còn thấp nhng khi qua một giá trị đặc trng xác định tuỳ thuộc bản chât của vật liệu thì lại không còn tuyến tính nữa. Việc xác định chính xác mối quan hệ này của vật liệu giữ một vai trò quan trọng trong quá trình khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng của đối tợng nghiên cứu. d/ Công nghệ chế tạo mẫu thử: Các kết cấu công trình trong sản suất cũng nh các mẫu thử dùng để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm đợc thiết kế và chế tạo theo nhiều biện pháp công nghệ khác nhau. 5 Dù bằng biện pháp chế tạo nào thì cuối cùng trong đối tợng nghiên cứu đều tồn tại một trạng thái ứng suất ban đầu hoặc ứng suất trớc. Việc xác định giá trị và quy luật phân bố của chúng để loại trừ trong quá trình khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng của đối tợng thờng rất khó thực hiện. e/ Tính chất tác dụng của tải trọng ngoài Giá trị và tính chất phân bố ứng suất - biến dạng trong mẫu thử thờng chịu ảnh hởng trực tiếp của đại lợng và quy luật tác động của tải trọng ngoài. Kết quả đo lờng các tham số khảo sát một đối tợng chịu tải trọng tác dụng tĩnh sẽ nhận đợc khá dễ dàng, đảm bảo đợc độ chính xác và rõ ràng vì ở trờng hợp này các dụng cụ và phơng pháp đo thờng không quá phức tạp, đặc biệt là việc đo lờng đợc tiến hành trong điều kiện yên tĩnh, số đo không phụ thuộc vào thời gian. Nhng khi đối tợng chịu tải trọng ngoài tác dụng động nh lực xung, lực rung động thì công việc đo lờng trở nên phức tạp, vì ở đây quá trình đo thực hiện trong môi trờng dao động và số đo của các tham số khảo sát phục thuộc vào yếu tố thời gian. Điều này có thể làm ảnh hởng mức độ chính xác của các phép đo và các số liệu thu nhận đợc. g/ Môi trờng tiến hành thí nghiệm Trong kỹ thuật đo lờng các đại lợng, để đảm bảo độ chính xác các phép đo thờng phải đợc thực hiện trong những môi trờng xác định hoặc môi trờng chuẩn về nhiệt độ, độ ẩm và các tác nhân ăn mòn khác theo quy định của các tiêu chuẩn tơng ứng. Trong phép đo giá trị biến dạng tơng đối của vật liệu và kết cấu công trình cũng vậy, ảnh hởng của môi tr- ờng xung quanh đặc biệt là nhiệt độ và độ ẩm thờng làm cho số đo bị nhiễu loạn. Khi thực hiện phép đo, nếu nhiệt độ của môi trờng thay đổi sẽ làm cho vật liệu bị biến dạng theo và ngay bản thân thiết bị đo cũng bị co giãn làm sai lệch giá trị số đo. 1.3. Biến dạng của kết cấu công trình và phép đo biến dạng tơng đối Cho đến nay, vấn đề đo trực tiếp giá trị của tham số ứng suất trong vật liệu và kết cấu công trình vẫn cha đợc giải quyết. Bởi vậy, khi cần khảo sát trạng thái ứng suất của một đối tợng cụ thể đều phải thông qua các số đo của tham số biến dạng tơng đối. Điều này đợc thực hiện khá dễ dàng khi khảo sát các vật liệu đàn hồi tuyến tính hoặc các đối tợng làm việc trong giai đoạn biến dạng đàn hồi vì ở đây quy luật biến động của ứng suất và biến dạng là hoàn toàn đồng nhất, các đại lợng này luôn luôn tỉ lệ với nhau qua các hằng số đặc trng tính đàn hồi của vật liệu; đó là trị số môđun đàn hồi của vật liệu khi đối tợng chịu trạng thái ứng suất một trục, hệ số Poisson trong trờng hợp đối tợng làm việc ở trạng thái ứng suất phẳng. Vì vậy, sự khảo sát sự biến động của ứng suất - biến dạng của đối tợng ở giai đoạn đàn hồi hoàn toàn có thể tiến hành trên quy luật biến đổi cuả trạng thái biến dạng nhận đợc. Tuy nhiên, khi khảo sát các vật liệu và kết cấu công trình có quan hệ giữa ứng suất và biến dạng không tuân thủ định luật Hooke hoặc trạng thái biến dạng ngoài giới hạn đàn hồi, thì quá trình khảo sát sự biến động của trạng thái ứng suất biến dạng chỉ tiến hành qua trạng thái biến dạng nh ở trờng hợp vật liệu đàn hồi tuyến tính là cha đầy đủ mà còn phải khảo sát quy luật phân bố của ứng suất, bởi vì quan hệ giữa ứng suất và biến dạng không còn là tuyến tính. Đối với trờng hợp này, để có thể nhận đợc giá trị ứng suất của đối tợng khảo sát trên cơ sở của các số đo biến dạng, cần thiết phải dựa vào biểu đồ quan hệ thực nghiệm giữa ứng suất - biến dạng khi kéo hoặc nén phá hoại mẫu vật liệu. Quá trình thực hiện các phép đo biến dạng tơng đối cần phải tiến hành với số lợng dụng cụ đo tối thiểu và thời gian đo ngắn nhất; nhng trên thực tế cần phải căn cứ vào điều kiện và hoàn cảnh cụ thể để lựa chọn cho phù hợp. 6 a/ Đo biến dạng trong điềukiện công trình chịu các loại tải trọng có tính chất khác nhau Tuỳ theo tính chất tác dụng của tải trọng cũng nh các tác nhân khác bên ngoài, trong đối tợng khảo sát thờng xảy ra hai trạng thái làm việc sau: + Trạng thái tĩnh hoặc phát triển dần đều Điều này xảy ra khi có tác dụng của tải trọng tĩnh, nhiệt độ hoặc các yếu tố cơ học khác. Kết quả là xác định đợc các giá trị và quy luật phân bố của biến dạng. Khi thí nghiệm đối với các kết cấu công trình thực hoặc có kích thớc bằng thực, th- ờng phải dùng phơng pháp đo ở một số điểm rời rạc, nhng tại một vùng khảo sát nào đó thì số lợng điểm đo phải đủ lớn và phân bố đủ mau để có thể xác định đợc giá trị và tính chất phân bố biến dạng. Vấn đề phức tạp ở đây là làm thế nào qua quá trình đo và đọc số đo với số lợng lớn mà ngăn ngừa đợc khả năng phân bố lại biến dạng trong đối tợng khảo sát hoặc đại lợng biến dạng nhận đợc tại các điểm đo không tơng ứng cùng một trị số ngoại lực vì giữ lực trong thời gian dài. Để khắc phục một phần ảnh hởng đó, cần chọn phơng pháp và thiết bị đo nhanh, ổn định. + Trạng thái động hoặc biến thiên nhanh: Điều này xảy ra trong các đối tợng nghiên cứu khi chịu tác dụng của tải trọng động, tải trọng di chuyển, va chạm, nổ Đo biến dạng trong tr ờng hợp này thờng rất phức tạp vì giá trị của nó thay đổi nhanh theo thời gian; đặc biệt trờng hợp đối tợng chịu tác dụng của tải trọng va chạm, ngoài việc ứng suất thay đổi rất nhanh theo thời gian (trong khoảng khắc <10 -4 s) còn có cả tập trung ứng suất quanh vùng gần điểm tác dụng lực. Trong thực tế để đo nhanh giá trị biến dạng thay đổi theo thời gian thờng dùng phơng pháp tenzo cảm biến điện trở với số lợng điểm đo có thể thực hiện đợc trên mỗi máy đo hiện nay chỉ đợc từ 5 - 20 điểm. Để quan sát đợc quá trình dao động của đối tợng thờng phải dùng các thiết bị tự ghi đồng thời nh Testograph, băng từ tính, máy vi tính Các thiết bị tự ghi đó thờng có thể nhận đợc các biến dạng động trong dải tần số (10-5000)Hz. b/ Đo biến dạng trong điều kiện vật liệu làm việc ở các trạng thái khác nhau Quá trình làm việc của vật liệu từ giai đoạn đàn hồi sang giai đoạn dẻo thờng rất ngắn; trong nhiều trờng hợp quá độ này chỉ là một điểm hay một giá trị giả định nào đó (chẳng hạn 0,2%) trên biểu đồ đặc trng của vật liệu. Trong những trờng hợp này giá trị tơng đối của biến dạng dẻo còn rất nhỏ (thờng chỉ khoảng từ 2000.10 -6 đối với thép; từ 3000.10 -6 đến 8000.10 -6 đối với hợp kim nhôm); nhng vợt khỏi giai đoạn quá độ này thì giá trị của biến dạng dẻo tăng rất nhanh. Điều kiện biến dạng đàn hồi trong những kết cấu có hình dáng đơn giản thờng đợc đặc trng bởi sự phân bố đều đặn các giá trị biến dạng và mối tơng quan giữa các thành phần biến dạng đối với các trờng hợp biến dạng phẳng hoặc biến dạng khối hầu nh không thay đổi. Trong trờng hợp này, phần lớn các loại vật liệu đều tuân theo định luật Hoocke không những về mặt đính tính mà cả về mặt định lợng và phơng pháp đo biến dạng ở đây có thể dùng các loại tenzomet đơn giản. Tuy nhiên trong thực tế phần lớn các kết cấu công trình xây dựng có cấu tạo hình dạng phức tạp, do đó quan hệ giữa biến dạng theo các phơng sẽ rất phức tạp và điều đó làm thay đổi rất nhanh sự phân bố ứng suất trong các vùng khảo sát. Khi đó, vật liệu tại những vùng này sẽ chuyển rất nhanh sang làm việc ở giai đoạn đàn - dẻo hay dẻo. Việc đo đạc biến dạng khi vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi thờng chịu ảnh hởng do sự xuất hiện thành phần biến dạng theo phơng ngang lớn và sự biến dạng không đồng đều trong phạm vi chuẩn đo. Lợng biến dạng tơng đối ngoài đàn hồi trong vật liệu xây dựng có thể đạt đến giá trị (10.000 - 100.000).10 -6 , có trờng hợp còn lớn hơn. Trong những trờng hợp này, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng vô cùng phức tạp; vì thế kết quả đo 7 biến dạng trong điều kiện vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi thờng khó đảm bảo đợc chính xác. Để khắc phục phần nào các yếu tố ảnh hởng nêu trên, khi đo biến dạng tại những vùng có gradien biến dạng lớn hoặc những vùng phát triển biến dạng dẻo cần sử dụng ph- ơng pháp đo bằng các tenzo cảm biến điện trở với chiều dài chuẩn đo càng nhỏ càng tốt, thông thờng từ 1 đến 5mm; đặc biệt trong những vùng có tập trung ứng suất cao thì chỉ nên dùng chuẩn đo nhỏ hơn 1mm, vì nhiệm vụ chính của việc đo đạc trong những vùng này là phải nắm bắt đợc trị số biến dạng lớn nhất tồn tại trong đó nhằm mục đích xác định chính xác hệ số tập trung ứng suất. Ngoài ra, khi khảo sát trạng thái ứng suất biến dạng cục bộ còn xó thể sử dụng những phơng pháp chuyên dùng khác để đo giá trị và hình ảnh phân bố tổng thể của biến dạng nh phơng pháp quang đàn hồi, phơng pháp sơn phủ dòn. c/ Đo biến dạng trong điều kiện đối tợng làm việc với các trạng thái ứng suất khác nhau Qua thực tế khảo sát các đối tợng cho thấy: tuỳ thuộc vào hình dạng cấu tạo cũng nh tính chất của tải trọng ngoài tác dụng, trong đối tợng sẽ tồn tại một trong những trạng thái nội lực sau: - Trạng thái ứng suất theo một trục và phân bố đều đặn dọc trên suốt chiều dài của phần tử nh trong kết cấu thanh, kết cấu chịu lực dọc đúng trục ; đối với trờng hợp này, trong kết cấu chỉ tồn tại thành phần ứng suất dọc trục thành, việc đo đạc biến dạng hoàn toàn đơn giản, chỉ cần dùng một hoặc hai dụng cụ đo biến dạng nh các tenzomet cơ học lắp trên một tiết diện ngang của thành là đủ để có các thông tin và số liệu chính xác phục vụ cho việc khảo sát đối tợng. - Trạng thái ứng suất hai trục, các đặc trng biến dạng của vật liệu ở trạng thái này đã đợc nghiên cứu bằng lý thuyết rất đầy đủ. Khi trạng thái ứng suất phẳng, nói chung tại một điểm trong vật thể tồn tại ba ẩn số, đó là giá trị của hai ứng suất chính và góc hợp giữa hớng ứng suất chính với một trục nào đó nằm trong mặt phẳng của ứng suất chính. Để xác định ba ẩn số này cần tiến hành tại điểm đó của vật thể không ít hơn ba phép đo giá trị biến dạng (tốt nhất là bốn phép đo, trong đó có một phép đo dùng để kiểm tra mức độ chính xác). với những yêu cầu đó, phơng pháp u việt nhất vẫn là dùng các tenzomet điện trở, vì có khả năng dán nhiều phần tử cảm biến điện trở chồng lên nhau tại một điểm để đo biến dạng theo nhiều phơng khác nhau. - Trạng thái ứng suất ba trục, việc đo đạc biến dạng trở nên vô cùng khó khăn và cho đến nay các phơng pháp đo vẫn cha thông dụng. 2. Thiết bị và phơng pháp đo ứng suất - biến dạng 2.1. Chức năng và yêu cầu đối với thiết bị đo Trạng thái làm việc của các đối tợng thí nghiệm trong thực tế đợc đặc trng bởi sự biến động của các tham số. Các tham số đó cần đợc làm sáng tỏ bằng những số liệu đo hoặc những đồ thị ghi nhận đợc trực tiếp hay gián tiếp từ các thiết bị đo lờng tơng ứng. Với mỗi tham số khảo sát sẽ có những phơng pháp và thiết bị đo phù hợp, thoả mãn đợc các yêu cầu về độ nhạy cảm và độ chính xác. Các thiết bị và dụng cụ đo dùng trong công tác thí nghiệm vật liệu và kết cấu công trình, tuỳ thuộc vào tính chất và mục đích làm việc, đợc tập hợp thành năm nhóm cơ bản sau : 1. Đo lực và áp suất: thông dụng là các loại lực kết lò xo, lực kế cảm biến hoặc các loại đồng hồ đo áp lực chất lỏng , chất khí 2. Đo độ dịch chuyển (chuyển vị): thờng dùng các thớc đo độ dài nh thớc cặp, panme, đồng hồ đo chuyển vị, đồng hồ đo độ võng, các đầu đo dịch chuyển cảm biến . 8 3. Đo độ dãn dài, biến dạng tơng đối của các thớ vật liệu: phổ biến là các loại tenzomet cơ học, quan học, điện cảm, điện trở 4. Đo xoay, biến dạng góc 5. Đo trợt và biến dạng trợt tơng đối giữa các thớ vật liệu, các phần tử kết cấu ghép. Trong các nhóm thiết bị đo nói trên, ngoài nhóm thiết bị đo lực và áp suất nhằm xác định giá trị của tải trọng tác dụng khi tiến hành thí nghiệm; còn các nhóm khác đều phục vụ cho mục đích chủ yếu trong vấn đề nghiên cứu công trình là xác định trạng thái ứng suất - biến dạng. Trong mỗi nhóm thiết bị có thể có nhiều chủng loại đợc thiết kế và chế tạo theo những cơ sở vật lý và sơ đồ cấu tạo khác nhau, có mức độ chính xác khác nhau. Trong kỹ thuật đo, cần căn cứ vào các đặc trng của đối tợng nghiên cứu, tính chất của tham số tiến hành khảo sát và yêu cầu về độ chính xác của số đo để chọn những thiết bị đo thích ứng Trong thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình, để nhận đợc những kết quả đo ứng suất - biến dạng có độ tin cậy cao, cần chọn đợc một phơng pháp đo đúng, những thiết bị đo phù hợp, có độ chính xác cao. Khi chọn lựa, cần căn cứ vào các đặc trng của từng đối tợng khảo sát cụ thể và căn cứ vào các tiêu chuẩn phù hợp để tiến hành thí nghiệm. 2.2. Các thiết bị và phơng pháp đo ứng suất - biến dạng theo cách đo điểm rời rạc Thiết bị và phơng pháp đo điểm rời rạc đợc dùng rất phổ biến khi khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng của vật liệu hay kết cấu công trình; đặc biệt khi cần quan sát giá trị biến dạng của những điểm đặc trng. Những thiết bị và phơng pháp đo theo cách đo điểm rời rạc đợc hình thành và cấu tạo theo những nguyên lý khác nhau. Chẳng hạn, tenzomet cơ học đợc cấu tạo theo nguyên lý khuyếch đại đòn bẩy hoặc hệ chuyền bánh răng khía; tenzomet quang học đợc thực hiện theo nguyên lý khuyếch đại tín hiệu bằng tia sáng; tenzomet âm học lại xuất phát từ nguyên lý rung động của sợi dây căng Tuy nhiên, dù đợc cấu tạo theo nguyên lý nào, khi dùng để khảo sát trạng thái biến dạng trên kết cấu công trình cần thoả mãn các yêu cầu sau: - Cấu tạo đơn giản, số chi tiết dùng trong thiết bị ít nhất, kích thớc gọn và trọng lợng nhẹ. - Tháo và lắp nhanh, dễ dàng, đảm bảo đợc ổn định và an toàn trong suốt quá trình thí nghiệm. - Độ nhạy cảm và độ chính xác cao, luôn có thể đáp ứng đợc yêu cầu đúng đắn của số đo. - Có khả năng đo các giá trị nằm trong khoảng đo rộng mà độ chính xác của số đọc và kết quả đo không bị ảnh hởng. - Chiều dài chuẩn đo thay đổi đợc liên tục - Giá trị của đại lợng cần đo đợc chỉ thị trực tiếp ngay trên thiết bị, không đòi hỏi phải qua tính toán chuyển đổi. - Nhạy cảm với các ảnh hởng của môi trờng bé 2.2.1. Đồng hồ đo các chuyển vị lớn và phơng pháp đo độ võng của kết cấu công trình a/ Nguyên lý cấu tạo và chuyển động (h.2.1) 9 Hình 2.1. Cấu tạo đồng hồ đo chuyển vị lớn a/ Cấu tạo hệ chuyển động b/ Cấu tạo mặt đồng hồ đo Đồng hồ đo chuyển vị lớn kiểu đĩa quay đợc cấu tạo gồm ròng rọc (1) dùng để tiếp nhận sự dịch chuyển hoặc độ võng của kết cấu nhờ một sợi dây thép nhỏ (6) vòng qua nó. Dây (6) là một sợi dây thép nhỏ có đờng kính thiết kế 0,25 ữ0,40mm; một đầu dây tự do dùng để buộc vào điểm đo chuyển vị trên kết cấu và đầu dới dây treo vào một qủa nặng có trọng lợng từ 1 đến 3kG. Cấu tạo chuyển động này sẽ biến chuyển vị thẳng trên kết cấu thành chuyển vị quay trên ròng rọc của đồng hồ đo. Đĩa quay (2) đợc gắn cùng trục với ròng rọc (1). Trên thành chu vi đĩa quay (2) đợc chia 100 khoảng đều nhau, giá trị mỗi khoảng chia tơng ứng với 1mm chuyển vị thực tế. Đĩa quay (2) sẽ truyền chuyển động quay của ròng rọc (1) qua trục răng khía (3) bằng hệ chuyền răng khía có tỉ số chuyền động 1/10; tức là khi ròng rọc (1) hoặc đĩa (2) quay một vòng thì trục (3) sẽ quay 10 vòng. Trục quay (3) đợc đặt thẳng góc với thành đĩa (2) và đầu mút của nó đợc gắn vào kim (4). Kim (4) quay trên mặt đồng hồ (5) có chia 100 vạch; giá trị mỗi vạch chia tơng ứng với 0,1mm. b/ Phơng pháp lắp đặt đồng hồ đo Hình 2.2. Sơ đồ đo độ võng a/ Khi đo tại điểm cố định nằm ngoài kết cấu ; b/ Khi đo tại điểm chuyển vị trên kết cấu 10 [...]... chuẩn cần phải tiến hành từ 70 đến 100 thí nghiệm Vì vậy, để xây dựng một biểu đồ chuẩn cho súng bi hay súng bật nẩy thì cần phải tiến hành thử từ 700 đến 1000 thí nghiệm phá hoại mẫu + Nhiệm vụ thứ hai và cũng là nhiệm vụ chủ chốt của phơng pháp thí nghiệm không phá hoại vật liệu là phát hiện các khuyết tật tồn tại bên trong môi trờng vật liệu do quá trình chế tạo, do ảnh hởng của các tác động khác... trình thiết kế, chế tạo thi công và khai thác sử dụng công trình Để có khả năng thấu hiểu sự làm việc của công trình, trớc tiên phải tiến hành xác định và đánh giá chất lợng của vật liệu 28 Hiện nay trong kỹ thuật xây dựng, việc khảo sát và xác định các đặc trng cơ bản của vật liệu bằng thí nghiệm thờng đợc thực hiện theo hai phơng pháp cơ bản là phơng pháp phá hoại mẫu và phơng pháp thí nghiệm không phá... thái làm việc thực tế của vật liệu trong mẫu là rất phức tạp trong các khâu: phơng pháp thí nghiệm, kỹ thuật đo và biện pháp xử lý kết quả Chẳng hạn, khi thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm kéo phá hoại mẫu thử để xác định quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu sẽ xảy ra ba trờng hợp sau: a/ Biểu đồ xây dựng trên quan hệ = f() chịu kéo với giá trị tính toán về ứng suất và biến dạng tơng... suất và biến dạng t ơng đối nhận đợc trong quá trình thí nghiệm phá hoại mẫu cho phép xây dựng một đờng cong biểu diễn quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu khảo sát và đợc gọi là biểu đồ đặc trng của vật liệu, bởi vì qua đồ thị này có thể xác định đợc các đặc trng cơ - lý của vật liệu khảo sát Biểu đồ vật liệu ( - ) nhận đợc qua quá trình thí nghiệm phá hoại mẫu thử thờng là biểu diễn quan... thí nghiệm không phá hoại 3.2 Phơng pháp phá hoại mẫu Vật liệu khảo sát đã có sẵn hoặc lấy ra từ công trình đợc chế tạo thành các mẫu thử Hình dạng và kích thớc của mẫu thử đợc xác định tuỳ theo: - Cấu tạo vật liệu - Mục đích thí nghiệm - Các quy định trong tiêu chuẩn Các mẫu vật liệu đợc đa vào máy thí nghiệm tơng ứng với trạng thái làm việc của vật liệu (kéo, nén, uốn, xoắn), cho chịu tác dụng của lực... chuẩn đo ban đầu Lo của mẫu thử = P/Fo và = l/Lo Xây dựng biểu đồ ( - ) theo phơng pháp này thờng rất đơn giản cho việc thí nghiệm, nhng thực ra cha phải là biểu đồ phản ánh đúng đắn sự làm việc của vật liệu (đờng a trên hình 2.18) b/ Biểu đồ ( - ) xây dựng với giá trị tính toán ứng suất xuất phát từ tiết diện bị thu hẹp của mẫu thử Thực ra trong quá trình chịu kéo, tiết diện của mẫu sẽ không còn giữ... nhanh tại vùng xuất hiện eo chảy Nếu xây dựng quan hệ ( - ) với ứng suất = P/Feo và biến dạng tơng đối =leo/Leo thì sẽ nhận đợc đờng c trên hình 2.1 Đờng biểu diễn này thể hiện đúng đắn mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu khảo sát Qua quá trình nghiên cứu các vật liệu xây dựng cho thấy, biểu đồ đặc trng vật liệu ( - ) nhận đợc bằng phơng pháp thí nghiệm phá hoại mẫu sẽ chịu ảnh hởng... lớn; nhng đối với các vật liệu có cấu tạo tinh thể, có độ đồng nhất cao thì có thể dùng loại có chiều dài chuẩn đo càng nhỏ càng thích hợp 5 Đo biến dạng của các loại vật liệu có trị số môđun biến dạng thấp và nhỏ hơn 10.000kG/cm2 nhất thiết phải dùng các tenzo cảm biến có số dây ít và dây mảnh 3 Các phơng pháp chủ yếu trong thí nghiệm vật liệu và thí nghiệm công trình 3.1 Đặt vấn đề Yếu tố ảnh hởng... thiết bị thăm dò khuyết tật này đợc nghiên cứu và chế tạo theo nhiều cơ sở vật lý khác nhau nh kỹ thuật vô tuyến điện tử, kỹ thuật điện từ, âm thanh, từ trờng và các tia vật lý phóng xạ Hiện nay trong sản suất, khi khảo sát các đặc trng cơ - lý của vật liệu xây dựng thờng đợc tiến hành đồng thời cùng một lúc cả hai phơng pháp thí nghiệm phá hoại và thí nghiệm không phá hoại vật liệu Kết quả nhận đợc từ... chuyển đổi chuẩn của vật liệu Phơng pháp thí nghiệm không phá hoại có u điển là trong quá trình nghiên cứu vật liệu không bị h hỏng và không đòi hỏi phải giải phóng vật liệu khỏi trạng thái làm việc thực tế Ngoài ra, một số các phơng pháp thí nghiệm không phá hoại còn có khả năng đánh giá chất lợng và phát hiện các khuyết tật nằm sâu bên trong vật liệu và kết cấu công trình Vì vậy các phơng pháp khảo sát . việc trên bề mặt kết cấu qua hai gối dao; gối dao cố định (2) và gối dao di độg (30. Gối dao (3) là cánh tay đòn ngắn của đòn bẩy (4). Chuyển động của gối dao (3) đợc chuyền đến đầu mút đòn (4). giữa hai dao tiếp xúc của thi t bị đo. Mốc đo là các mảnh kim loại không rỉ, hình tròn đờng kính 8-10mm, chính giữa tâm có vết lõm hình chóp nón, đây là điểm tiễp xúc của các dao trên thi t bị. đầu t tại Việt Nam hoạt động xây dựng giao thông trên các lĩnh vực nghiên cứu thi t kế, khảo sát thi công xây dựng và sản xuất vật liệu xây dựng đợc Bộ Giao thông vận tải ra quyết định công