Báo cáo khoa học: VỀ VIỆC ÁP DỤNG LÝ THUYẾT TƯƠNG TỰ TRONG XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CẦU

Tóm tắt: Bài báo trình bày một cách nhìn tổng thể về việc xây dựng các loại mô hình thí nghiệm thu nhỏ phục vụ cho thiết kế, nghiên cứu công trình giao thông. Các vấn đề cơ bản về lý thuyết tương tự, chọn vật liệu làm mô hình và cách bố trí điểm đo làm thí nghiệm sẽ lần lượt được đề cập. Cuối cùng là một số ví dụ và cách xử lý kết quả.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học: "VỀ VIỆC ÁP DỤNG LÝ THUYẾT TƯƠNG TỰ TRONG XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CẦU" VỀ VIỆC ÁP DỤNG LÝ THUYẾT TƯƠNG TỰ TRONG XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CẦU TS. BÙI TIẾN THÀNH Bộ môn Cầu - Hầm Khoa Công Trình Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo trình bày một cách nhìn tổng thể về việc xây dựng các loại mô hình thí nghiệm thu nhỏ phục vụ cho thiết kế, nghiên cứu công trình giao thông. Các vấn đề cơ bản về lý thuyết tương tự, chọn vật liệu làm mô hình và cách bố trí điểm đo làm thí nghiệm sẽ lần lượt được đề cập. Cuối cùng là một số ví dụ và cách xử lý kết quả. Summary: A perspective on physical modelling of engineering structures is presented in this paper, including classification of the various types of physical models and some comments on the general role of these categories of models in design, research, education, and concept development. Basic information on the laws of similitude, various materials for model fabrication, instrumentation, etc., is likewise discussed. I. MỞ ĐẦU Việc các kỹ sư sử dụng mô hình thu nhỏ có từ cách đây hàng nghìn năm. Thế nhưng việc làm mô hình đàn hồi chỉ mang tính chất mô tả trình tự quá trình thi công của công trình trong quá trình lập phương án mà chưa tiên đoán được được các ứng xử biến dạng và cường độ của CT 2 kết cấu thực. Ở khía cạnh này nó chỉ có tác dụng như mô hình kiến trúc chứ không phải là các mô hình kết cấu mà ngày nay ta được biết đến. Gần đây cùng với sự phát triển của của các thiết bị thí nghiệm và thiết bị đo đạc, cho phép phân tích chính xác được ứng suất, biến dạng, các đặc trưng dao động của mô hình, từ đó giúp cho người kỹ sư, nhà nghiên cứu có thể tiên đoán được sự làm việc thật của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng. Có thể kể đến một vài thiết bị là: chụp ảnh với các chất nhạy quang trong các mô hình có hình học phức tạp, các sensor bằng sợi cáp quang để đo ứng suất, LVDT, thiết bị thu thập và phân tích số liệu từ nhiều kênh,… II. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÔ HÌNH KẾT CẤU Định nghĩa Mô hình là kết cấu hay một cấu kiện của công trình thật được thu nhỏ theo một tỷ lệ nhất định để mô tả hóa thí nghiệm, phục vụ cho mục đích thiết kế, nghiên cứu. Mô hình được mô phỏng về mặt kết cấu, vật liệu, liên kết,… một cách hoàn toàn đồng dạng hoặc gần giống với công trình thật, dựa trên các phân tích của lý thuyết tương tự. Lý thuyết này cũng được dùng đế phân tích kết quả đo được sau khi thí nghiệm trên mô hình. Phân loại Mô hình kết cấu được phân chia thành sáu loại chính phụ thuộc vào mục đích sử dụng của mô hình. 1. Mô hình đàn hồi: loại mô hình này hoàn toàn giống với kết cấu thật nhưng được làm bằng vật liệu đàn hồi, đồng nhất (homogeneous, elastic material). Loại vật liệu làm mô hình không nhất thiết là vật liệu dự định thiết kế cho kết cấu thật. Khi thí nghiệm mô hình này phải giới hạn tải trọng tác dụng trong miền đàn hồi và tất nhiên là nó không được dùng để đánh giá về vết nứt, tính dẻo và các ứng sử sau đàn hồi khác. Vật liệu cho loại mô hình này thường là chất dẻo (Plexiglas, Lucite, Perspex), nhựa PVC, gỗ nhẹ. Trong nhiều trường hợp để tăng tính minh họa, chẳng hạn như phóng đại độ võng của kết cấu, ta có thể dùng các loại nhựa dẻo, cao su,... 2. Mô hình gián tiếp: loại mô hình này là trường hợp đặc biệt của mô hình đàn hồi để vẽ đường ảnh hưởng nội lực, phản lực gối. Mô hình này không nhất thiết phải trùng hợp với kết cấu thật mà mặt cắt, liên kết phụ có thể được thay đổi nhưng độ cứng EJ (hay EF) phải được giữ đúng tỷ lệ. Hiện nay mô hình này ít được sử dụng do ta có thể mô hình hóa trên máy tính sử dụng các phần mềm phần tử hữu hạn tính kết cấu để vẽ đuờng Hình 1. Mô hình cầu treo dưới tác dụng của tải trọng động ảnh hưởng và cho kết quả tin cậy. (ISMES, Bergamo, Italia) CT 2 3. Mô hình trực tiếp: mô hình trực tiếp phải có giống kết cầu thật về hình dáng và tải trọng. Biến dạng, ứng suất và độ võng đo được ở các tổ hợp tải trọng khác nhau thường cũng tỷ lệ với kết cấu thực. Như thế mô hình đàn hồi cũng là một loại mô hình trực tiếp (hình 1). 4. Mô hình cường độ: loại mô hình này để thí nghiệm xác định tải trọng giới hạn mà kết cấu có thể chịu được nên nó còn được gọi là mô hình phá hoại. Vật liệu làm mô hình này phải giống kết cấu thật. Ví dụ lập mô hình cường độ cho một kết cấu cầu bê tông cốt thép thì vật liệu phải là bê tông. Tuy nhiên việc chọn cốt liệu cho bê tông và loại cốt thép có kích thước phù hợp để làm mô hình là một lựa chọn khó khăn vì nó sẽ rất nhạy cảm với số liệu thí nghiệm. 5. Mô hình xét ảnh hưởng tác động gió và mô hình động: các mô hình này để xác định những đặc trưng của kết cấu thật liên quan đến gió như hệ số cản gió, các đặc trưng dao động do gió, đặc trưng khí động học. Mô hình này có thể thí nghiệm trong hầm gió hoặc được đặt lên các bàn rung tạo dao động. Các loại cầu dây, cầu qua vịnh, eo biển hay cầu nằm trong khu vực có cấp động đất lớn thường phải làm mô hình này để thí nghiệm. 6. Mô hình mô tả và nghiên cứu: các loại mô hình này thường có tính tượng trưng hoặc mô hình một bộ phận nào đó phục vụ thuần túy cho công tác giảng dạy và n ...