Mơ hình thí nghiệm dầm Tensairity

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CẤU KIỆN CHỊU UỐN

3.1 Mơ hình thí nghiệm dầm Tensairity

3.1.1 Các thành phần cơ bản

Dầm Tensairity được tạo nên từ ba thành phần chính: thanh thép hộp chịu nén, dây cáp chịu kéo và ống thổi phồng làm nền đàn hồi.

❖ Thanh nén bằng thép hộp

Thanh thép chịu nén được sử dụng trong thí nghiệm này là thép hộp Hịa Phát có kích thước b h  = 30 60 1 (  mm mm mm  )có khối lượng riêng 1.375 kg/m.

Hình 3.1. Thép hộp ❖ Dây cáp chịu kéo

Dây cáp được sử dụng trong thí nghiệm này có đường kính 1mm, được cung cấp bởi công ty Perfect Connection với cường độ chịu kéo Rs=1000MPa.

❖ Ống màng mỏng thổi phồng

Trong nghiên cứu này, ống màng mỏng thổi phồng có chiều dài giống nhau L =

3m và bán kính lần lượt là R = 12.5cm và 15cm được chế tạo.

Trong hai nghiên cứu trước đây của tác giả Võ Ngọc Quang về việc đo biến dạng ống thổi phồng và Lê Văn Quang về việc đo chuyển vị dầm Tensairity, ống màng mỏng thổi phồng được chế tạo với phương của các sợi vải (phương trực giao của vật liệu) được định hướng dọc theo trục của ống 0

0

 = . Trong nghiên cứu này, phương trực giao của màng mỏng không nhất thiết phải được định hướng dọc theo trục ống mà có thể được định hướng bất kỳ. Theo kết quả phân tích từ chương 2, góc định hướng

42

trong phạm vi lân cận 450 sẽ cho độ cứng dầm Tensairity lớn nhất. Tuy nhiên, do hạn chế về việc chế tạo nên trong nghiên cứu này, góc định hướng sẽ được giới hạn

trong 3 góc 0 0 0

0 ;15 ;30

 = .

Để đảm bảo tính chính xác trong khâu chế tạo, các mẫu vật này được đặt hàng chế tạo bởi công ty TNHH Nguyện Như, thành phố Hồ Chí Minh. Các ống màng mỏng được sử dụng trong thí nghiệm này được cấu tạo từ vải kỹ thuật Ferrari F502. Các thông số kỹ thuật của loại vải này được cung cấp bởi nhà phân phối, xem Bảng 3.1.

Bảng 3.1. Tính chất cơ lý của vải Ferrari F502

Chỉ tiêu kỹ thuật Sợi dọc Sợi ngang

Sợi vải Polyester 550 Dtex Polyester 550 Dtex

Cách dệt vải 10 sợi / 1cm 10 sợi / 1cm

Cường độ chịu kéo 140 daN / 5cm 150 daN / 5cm

Cường độ chịu xé 10 daN / 5cm 12 daN / 5cm

Mô đun đàn hồi E 305 kN/m 294 kN/m

3.1.2 Liên kết trong dầm Tensairity

Thanh nén được đo và cắt sao cho có chiều dài lớn hơn chiều dài ống thổi phồng một đoạn 60cm. Đoạn dôi ra này sẽ được kê lên các gối tựa để tạo thành mơ hình dầm đơn giản.

a) Xác định vị trí cắt thép b) Cắt thép

Hình 3.2. Đo và cắt thép hộp

Trên thanh nén này, ta hàn các con ren tại vị trí giữa dầm, và cách 30cm ở mỗi đầu dầm. Các con ren ở vị trí giữa dầm sẽ có nhiệm vụ dẫn hướng cho dây cáp, và các con ren ở phía đầu dầm sẽ có nhiệm vụ neo cáp.

43

a) Định vị ren b) Hàn ren vào thanh nén

Hình 3.3. Định vị và hàn ren

Để neo cáp, ta dùng các “cẳng chó” để xiết, khơng cho dây cáp tuột tại các vị trí đầu dầm. Do có thể dễ dàng nới lỏng cũng như xiết chặt cẳng chó nên hồn tồn có thể điều chỉnh chiều dài đoạn cáp để dây cáp có thể ơm sát ống thổi phồng.

Thanh nén đặt lên trên dầm thổi phồng và được liên kết chặt chẽ bởi các dây cáp nối xoắn ốc từ đầu này đến đầu kia của ống. Có 4 đoạn dây khác nhau được lắp đặt và liên kết theo hình xoắn ốc lên dầm:

- Hai đoạn dây có được bắt đầu từ đầu này của dầm, kéo xoắn ốc qua vị trí giữa dầm rồi được neo vào đầu kia của dầm.

- Hai đoạn dây còn lại được kéo xoắn ốc qua vị trí 1/4 dầm, tiếp tục đi qua ren tại vị trí 1/2 dầm, lại được kéo xoắn ốc qua vị trí 3/4 dầm rồi cuối cùng được neo ở đầu kia.

Hình 3.4. Cố định dây cáp vào ren

Trong nghiên cứu này, có hai phương pháp kéo và neo cáp được thực hiện:

1. Phương pháp 1: Ống thổi phồng được lắp hờ vào thanh nén thơng qua hệ thống dây cáp. Sau đó bơm phồng ống đến một áp suất nhất định nào đó mới tiến hành rút

44

cáp để liên kết dầm và neo lại. Theo phương pháp này, trước khi chịu uốn, nội lực trong dây cáp có thể được xem như bỏ qua.

2. Phương pháp 2: Ống thổi phồng được lắp vào thanh nén thông qua hệ thống dây cáp. Ngay tại trạng thái ống được thổi phồng sơ bộ (chỉ tạo ra dạng trụ tròn của ống, áp suất thổi phồng rất bé, có thể bỏ qua), dây cáp đã được rút và neo lại sao cho ống thổi phồng được liên kết chặt chẽ với thanh nén. Sau khi ống được thổi phồng đến áp suất làm việc, dây cáp sẽ bị kéo căng và tạo ra ứng suất nén trước trong thanh nén. Khi cấu tạo dầm theo phương pháp này, ngay cả lúc chưa chịu tải trọng, dây cáp đã có lực kéo trước, thanh nén đã bị nén trước. Và thậm chí dầm sẽ bị vồng ngược lên trên như ứng xử của dầm bê tông cốt thép ứng lực trước.

Sau khi được chế tạo, dầm Tensairity sẽ được đặt lên các gối. Thực chất các ống thổi phồng chỉ có chiều dài 3m, tuy nhiên sau khi được thổi phồng thì hai đầu bị phình ra, khoảng cách giữa hai đầu mút lên đến 3.2m. Do đó, các gối tựa trong thí nghiệm này được đặt cách nhau 3.2m, nhịp tính tốn của dầm cũng sẽ là 3.2m.

Tải trọng được sử dụng trong thí nghiệm này cũng chính là các tải trọng được sử dụng trong thí nghiệm đo chuyển vị của dầm thép hộp. Khối lượng mỗi cục tải là

15

m= kg. Các tải trọng này được chất đều lên dầm theo chiều dài, tạo thành tải trọng phân bố đều có cường độ q=180kg/ 3.2m). Áp suất thổi phồng được tăng theo 5 cấp:

10 − 50kPa.

a) Trạng thái dầm Tensairity lúc chưa thổi phồng

b) Trạng thái dầm Tensairity lúc đã thổi phồng Hình 3.5. Dầm Tensairity phương pháp neo trước

45 ❖ Các dụng cụ đo

➢ Bơm khí và đo áp suất trong ống

Dầm dùng để thí nghiệm có dạng ống kín, khơng rị rỉ nên áp suất trong ống luôn được giữ ở mức ổn định. Khi thổi phồng ống, cần phải cung cấp một lượng khí nén cần thiết cho ống nên cần phải có một van khí phù hợp. Trong nghiên cứu này, để phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam, tác giả đã dùng van xe máy cho dầm hơi. Thiết bị bơm hơi là máy nén khí Sunny Compressor 2. 5Hp thường được sử dụng để bơm xe máy và ô tô. Ống bơm được kết nối với đầu bơm có gắn đồng hồ đo áp suất mã hiệu Flexbimec 7301 để sơ bộ kiểm soát áp suất trong ống.

a) Máy nén khí Sunny Compressor b) Đồng hồ đo áp suất Flexbimec 7301 Hình 3.6. Thiết bị bơm khí

Sau khi sơ bộ kiểm sốt được áp suất vào ống, áp suất khí trong ống được kiểm tra chính xác hơn bằng cảm biến đo áp suất Tire Gauge 4 in 1.

46 ➢ Indicator đo chuyển vị

Để đo chuyển vị, chúng tôi sử dụng thiết bị đo chuyển vị bằng phương pháp vật lý. Thiết bị này có cho phép xác định chuyển vị của dầm với độ chính xác lên đến

0.01mm

 .

Hình 3.8. Indicator dùng để đo chuyển vị