Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 10270:2014 Phương pháp xác định độ tự chùng ứng suất khi kéo

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10270:2014

TAO CÁP DỰ ỨNG LỰC - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ TỰ CHÙNG ỨNG SUẤT KHI KÉO

Steel strand - Standard test method for stress relaxation tension

Lời nói đầu

TCVN 10270:2014 do Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải biên soạn, Bộ Giao thông vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

TAO CÁP DỰ ỨNG LỰC - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ TỰ CHÙNG ỨNG SUẤT KHI KÉO

Steel Strand - Standard Test Method for Stress Relaxation Tension

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp thử nghiệm xác định độ tự chùng ứng suất của tao cáp dự ứng lực khi kéo sử dụng cho các kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong và dự ứng lực ngoài.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

ASTM A416: 2010, Steel strand, Uncoated Seven-Wire for Prestressed Concrete (Tao thép, cáp thép 7 sợi dùng cho bê tông dự ứng lực).

ISO 7500-1: 2004, Metallic materials-Verification of static uniaxial testing machines-Part T. Tension/compression testing machines-Verification and calibration of the force measuring system (Vật liệu kim loại-Kiểm tra thiết bị thử nghiệm một trục tĩnh-Phần 1: Thiết bị thử nghiệm kéo/nén-Kiểm tra và hiệu chuẩn hệ thống đo lực).

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1  Kết cấu bê tông dự ứng lực ( Prestressed Concrete Structures)

Kết cấu bê tông cốt thép sử dụng sự kết hợp ứng lực căng rất cao của cốt thép ứng suất trước và sức chịu nén của bê tông.

3.2  Tự Chùng ứng suất (Stress Relaxation)

Hiện tượng suy giảm ứng suất theo thời gian của mẫu thử khi biến dạng của mẫu thử được giữ không đổi trong điều kiện cưỡng bức nhất định.

3.3  Tự Chùng ứng suất khi chịu kéo (Tension Stress Relaxation)

Hiện tượng chùng ứng suất của mẫu thử khi mẫu thử chịu tác dụng của lực kéo.

3.4  Lực ban đầu (Initial Load), F₀

Lực kéo tác dụng lên mẫu thử tại thời điểm bắt đầu thử nghiệm độ chùng ứng suất.

3.5  Thời điểm không (Zero Time), t₀

Thời điểm lực tác dụng lên mẫu thử đạt giá trị F₀, đây là thời điểm bắt đầu tính thời gian của thử nghiệm độ chùng ứng suất.

3.6  Ứng suất ban đầu (Initial Stress), σ₀

Ứng suất được tạo ra trong mẫu thử tại thời điểm bắt đầu thử nghiệm chùng ứng suất (thời điểm không (zero time), t₀ ).

3.7  Ứng suất còn lại (Remaining Stress), σ_t

Ứng suất tại một thời điểm nhất định trong quá trình thử nghiệm chùng ứng suất.

3.8  Ứng suất bị chùng (Relaxed Stress), σ_Δ

Là hiệu số của ứng suất ban đầu (σ₀) và ứng suất còn lại (σ_t)

3.9  Đường cong chùng ứng suất (Stress Relaxation Curve)

Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất còn lại hoặc ứng suất bị chùng và thời gian thử nghiệm.

3.10  Độ tự chùng ứng suất (Relaxation Rate), SR_t

Tỷ số giữa ứng suất bị chùng và ứng suất ban đầu, được tính bằng phần trăm ứng suất ban đầu.

4  Nguyên tắc của phương pháp

Tác dụng một lực kéo có độ lớn F₀ lên mẫu thử có chiều dài được duy trì cố định trong suốt quá trình thử. Xác định ứng suất ban đầu của mẫu thử tại thời điểm không. Sau đó định kỳ xác định độ lớn của lực tác dụng lên mẫu, từ đó xác định được ứng suất còn lại hoặc ứng suất bị chùng. Vẽ đường cong chùng ứng suất và xác định độ chùng ứng suất của mẫu thử.

Thử nghiệm được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ (20 ± 2) °C, thời gian thử nghiệm là 1000 giờ. Sơ đồ nguyên lý thử nghiệm chùng ứng suất khi chịu kéo được biểu thị tại Hình 1.

Hình 1 - Sơ đồ nguyên lý thử nghiệm độ chùng ứng suất khi kéo

Ghi chú: L_o: Chiều dài mẫu trước khi thí nghiệm

ΔL_o: Lượng gia tăng chiều dài phần làm việc của mẫu thử (L0) khi đạt lực yêu cầu.

ΔF_t: Giá trị lực bị chùng tại thời điểm t

Tao cáp dự ứng lực thường được sử dụng cho các kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực. Trong quá trình sử dụng, ứng suất kéo của tao cáp dự ứng lực bị suy giảm theo thời gian, ảnh hưởng đến khả năng làm việc của kết cấu dự ứng lực. Kết quả của thử nghiệm độ chùng ứng suất khi kéo của tao cáp là cơ sở kiểm tra đánh giá chất lượng tao cáp sử dụng trong kết cấu dự ứng lực.

5  Thiết bị, dụng cụ

5.1  Hệ thống gia tải

5.1.1  Hệ thống gia tải được bố trí theo sơ đồ Hình 2, bao gồm các bộ phận sau:

- Khung gia tải;

- Khung truyền lực;

- Thiết bị gia tải;

- Thanh truyền lực;

- Ngàm kẹp.

5.1.2  Toàn bộ hệ thống gia tải và từng bộ phận của hệ thống gia tải phải đủ cứng đề không ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm. Hệ thống gia tải phải đảm bảo biến dạng trên mẫu thử được duy trì trong phạm vi 0,000025 mm/mm.

5.1.3  Khung gia tải

- Làm bằng thép, có dạng hình hộp, kích thước (chiều dài, rộng, cao) phải đủ để lắp đặt khung truyền lực, mẫu thử, các thiết bị đo và thiết bị gia tải.

- Thiết bị gia tải được lắp ở một đầu của khung, thiết bị đo lực được lắp ở đầu đối diện. Hai bản thép ở hai đầu của khung được khoét lỗ tròn, một đầu để luồn thanh ren của thiết bị gia tải và một đầu luồn mẫu thử.

- Sau khi lắp đặt, thanh truyền lực, khung truyền lực, mẫu thử và dụng cụ đo lực phải đồng trục, độ lệch trục cho phép nằm trong giới hạn ±0,01 mm.

5.1.4  Khung truyền lực

- Làm bằng thép, có dạng hình hộp, kích thước các cạnh (chiều dài, rộng, cao) phù hợp để lắp đặt trong khung gia tải.

- Hai bản thép ở hai đầu của khung được khoét lỗ tròn, một đầu để luồn thanh ren của thiết bị gia tải và một đầu luồn mẫu thử. Khi thử nghiệm, một đầu được liên kết với thanh truyền lực, một đầu kẹp giữ mẫu thử.

5.1.5  Thiết bị gia tải

- Là thiết bị gia tải theo nguyên lý cơ học hoặc thủy lực, có tốc độ gia tải phù hợp để đạt được lực gia tải F_o lên mẫu thử trong thời gian từ 3 phút đến 6 phút.

- Thiết bị gia tải được lắp vào một đầu của khung gia tải, có một thanh ren để liên kết với khung truyền lực. Khi thử nghiệm, thiết bị gia tải tạo ra lực kéo tác dụng qua thanh ren lên khung truyền lực, thông qua khung truyền lực truyền lực kéo lên mẫu thử.

- Thiết bị gia tải phải có độ chính xác tối thiểu là cấp 1 theo ISO 7500-1:2004

5.1.6  Thanh truyền lực

- Làm bằng thép cường độ cao, mặt ngoài tiện ren.

- Khi thử nghiệm, một đầu được liên kết chặt với thiết bị gia tải. Đầu còn lại được liên kết với một đầu của khung truyền lực bằng một đai ốc cường độ cao.

5.1.7  Ngàm kẹp

- 02 bộ ngâm kẹp để giữ và cố định hai đầu của mẫu thử vào một đầu của khung gia tải và một đầu của khung truyền lực.

- Loại ngâm kẹp căn cứ theo loại và đường kính mẫu thử.

5.2  Dụng cụ đo lực

- Là loại có lỗ tròn rỗng ở tâm để luồn mẫu thử; có độ chính xác ± 0,1 kM,

- Được hiệu chuẩn định kỳ theo ISO 7500-1, có cấp chính xác tối thiểu là cấp 1.

- Khi thử nghiệm, dụng cụ đo lực được lắp vào đầu đối diện với thiết bị gia tải.

5.3  Dụng cụ đo nhiệt độ

- 01 dụng cụ đo nhiệt độ để kiểm tra nhiệt độ phòng thử nghiệm.

- Dụng cụ đo nhiệt độ là nhiệt kế thủy ngân có độ chính xác 0,5 °C, hoặc một loại dụng cụ đo nhiệt độ tự động khác có độ chính xác tương tự.

5.4  Quy định về điều kiện phòng thử nghiệm

5.4.1  Phòng thử nghiệm phải đủ rộng để lắp đặt các thiết bị, dụng cụ thử nghiệm và thực hiện các thao tác thử nghiệm.

5.4.2  Phòng thử nghiệm phải đảm bảo nhiệt độ (20 ± 2) °C trong suốt quá trình thử nghiệm.

5.4.3  Phòng thử nghiệm phải đảm bảo không có các rung động. Trong quá trình thử, không được phép có bất cứ va chạm nào tác dụng lên hệ thống thiết bị và mẫu thử.

6  Chuẩn bị

6.1  Mẫu thử là một tao cáp được cắt từ một trong các cuộn cáp dùng cho công trình.

6.2  Mẫu thử phải được lấy cách đầu cuộn cáp tối thiểu 3m để đảm bảo tính đồng nhất và đại diện cho cuộn cáp.

6.3  Chiều dài phần làm việc của mẫu thử tối thiểu bằng 60 lần đường kính danh định của mẫu thử.

6.4  Bề mặt mẫu thử phải nhẵn, không bị xước, không được có vết khía và không được có bất kỳ một biến dạng cơ học hay xử lý gì khác.

6.5  Phải lưu ý trong quá trình cắt mẫu và chuẩn bị mẫu thử trong phóng thử nghiệm để không tạo ra các ứng suất dư trong mẫu.

6.6  Khách hàng phải cung cấp các thông tin về mẫu, tối thiểu bao gồm các thông tin sau. Loại tao cáp, hình vẽ cấu tạo tao cáp, tên nhà sản xuất, số lô lấy mẫu, tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà sản xuất.

6.7  Trước khi tiến hành thử nghiệm, mẫu thử phải được lưu giữ trong điều kiện thử nghiệm ít nhất 24 giờ.

7  Quy trình thử

7.1  Xác định giá trị ực ban đầu, F₀ theo công thức (1).

Trong đó:

k là hệ số lấy bằng 0,7 hoặc 0,8 (tùy theo quy định của hồ sơ thiết kế);

F₀ là giá trị lực ban đầu, kN;

P là lực kéo đứt danh định của mẫu thử, kN.

7.2  Ổn định nhiệt độ mẫu thử và các thiết bị, dụng cụ thử nghiệm trong điều kiện phòng thử nghiệm với nhiệt độ (20 ± 2) °C trong khoảng thời gian ít nhất là 24 giờ.

7.3  Luồn mẫu thử qua lỗ tròn ở đầu khung gia tải phía không lắp đặt thiết bị gia tải, kéo đầu. mẫu thử sau đó luồn qua lỗ tròn ở đầu khung truyền lực.

7.4  Cố định một đầu của mẫu thử với khung truyền lực bằng ngàm kẹp.

7.5  Lắp thiết bị đo lực vào vị trí làm việc bằng cách cho đầu mẫu thử phía đối diện với thiết bị gia tải luồn qua lỗ tròn ở tâm của thiết bị đo lực. Đầu trong của thiết bị đo lực tiếp xúc chặt với mặt ngoài của đầu khung gia tải.

7.6  Dùng ngàm kẹp cố định đầu mẫu thử và thiết bị đo lực.

7.7  Lắp đặt thiết bị gia tải vào đầu còn lại của khung gia tải. Liên kết thanh truyền lực với khung truyền lực và thiết bị gia tải.

Sau khi lắp đặt xong, trục thiết bị gia tài, thanh truyền lực, khung truyền lực, mẫu thử, thiết bị đo lực và các ngàm kẹp phải đảm bảo đồng trục.

7.8  Gia tải cho tới khi giá trị lực tác dụng lên mẫu thử đạt giá trị 0,1 F₀, sau đó giảm tải về giá trị 0.

7.9  Gia tải cho tới khi giá trị lực tác dụng lên mẫu thử đạt F₀. Quá trình gia tải phải được thực hiện liên tục với tốc độ gia tải không đổi để mẫu thử đạt được giá trị lực F₀ trong khoảng thời gian từ 3 phút đến 6 phút.

7.10  Duy trì và ổn định lực tác dụng lên mẫu thử đạt giá trị F₀ trong khoảng 2 phút, đọc và ghi lại độ lớn của lực tác dụng lên mẫu, thời điểm này gọi là thời điểm t₀.

7.11  Tiến hành thu thập số liệu mẫu thử tại các thời điểm khác nhau tính từ thời điểm t₀: 1 phút, 2 phút, 4 phút, 6 phút, 8 phút, 10 phút, 15 phút, 30 phút, 45 phút, 1 giờ, 2 giờ, 4 giờ, 6 giờ, 8 giờ, 10 giờ, 12 giờ, 24 giờ, 48 giờ, 72 giờ, 96 giờ, 120 giờ, 144 giờ, 168 giờ, 192 giờ, 200 giờ, 216 giờ, 240 giờ, 288 giở, 336 giờ, 384 giờ, 432 giờ, 480 giờ, 528 giờ, 576 giờ, 624 giờ, 672 giờ, 720 giờ, 768 giờ, 816 giờ, 864 giờ, 912 giờ, 960 giờ, 1000 giờ.

7.12  Kiểm tra nhiệt độ: thường xuyên kiểm tra nhiệt độ trong phòng để đảm bảo nhiệt độ ổn định (20 ± 2) °C.

8  Tính toán và biểu thị kết quả

8.1  Tính toán kết quả thử nghiệm

8.1.1  Từ các giá trị lực xác định được tại 9.10 và 9.11, tính ra ứng suất còn lại hoặc ứng suất bị chùng (công thức 2).

Trong đó:

σΔ là ứng suất bị chùng, MPa;

σ₀ là ứng suất tại thời điểm to, MPa;

σ_t là ứng suất tại thời điểm t, MPa.

8.1.2  Vẽ đường cong chùng ứng suất

Từ ứng suất có được tại 10.1.1 và thời gian tương ứng xác định tại tại 9.10 và 9.11, vẽ đường cong chùng ứng suất, trong đó trục hoành biểu thị thời gian (hoặc theo hàm log của thời gian), giờ, trục tung biểu thị ứng suất còn lại hoặc ứng suất bị chùng (Phụ lục A).

8.1.3  Xác định độ chùng ứng suất

Độ chùng ứng suất tại thời điểm t được tính theo công thức (3).

Trong đó:

SR_t là độ chùng ứng suất tại thời điểm t, %;

σ₀ là ứng suất tại thời điểm t₀, MPa;

σ_t là ứng suất tại thời điểm t, MPa.

9. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo kết quả thử nghiệm bao gồm các thông tin sau (tham khảo Phụ lục A):

- Loại, nguồn gốc mẫu thử;

- Cấu tạo tao cáp dự ứng lực;

- Ngày lấy mẫu (nhận mẫu), ngày thử nghiệm;

- Nhiệt độ thử nghiệm;

- Thời gian thử nghiệm;

- Lực ban đầu (F₀);

- Lực và ứng suất tại thời điểm t₀ và các thời điểm t;

- Đường cong chùng ứng suất;

- Độ chùng ứng suất tại các thời điểm t và độ chùng ứng suất tại thời điểm kết thúc thử nghiệm;

- Người thử nghiệm;

- Phòng thử nghiệm hợp chuẩn (LAS-XD hoặc VILAS),

- Đơn vị chủ quản phòng thử nghiệm.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Biểu mẫu báo cáo kết quả thử nghiệm độ chùng ứng suất

Mục lục

1. Phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

3. Định nghĩa thuật ngữ

4. Nguyên tắc của phương pháp

5. Thiết bị, dụng cụ

6. Chuẩn bị

7. Quy trình thử

8. Tính toán và biểu thị kết quả

9. Báo cáo thử nghiệm

Phụ lục A (tham khảo): Biểu mẫu báo cáo kết quả thử nghiệm