Quan trắc neo bằng Loadcell
14/05/2021
376 views

I – Giới thiệu

  
Cảm biến lực Loadcell được ưu tiên sử dụng trong các dự án neo để theo dõi sự làm việc của neo. Thiết kế kỹ thuật càng phức tạp thì việc lắp đặt càng phải tỷ mỉ và chính xác.
Những lưu ý chính trong lắp đặt Loadcell cho neo:
+ Loại kết cấu neo
+ Tải trọng neo tính toán
+ Đầu neo: kích thước đầu neo
+ Neo: kích thước mấu neo và cáp

II – Loại kết cấu neo

1. Kết cấu bê tông
  • Lực nén sẽ tác dụng lên kết cấu bê tông cả trước và sau khi đổ bê tông. Căng cáp dự ứng lực trước tại nhà máy hoặc trực tiếp tại công trình.
  • Lưu ý:
Loadcell được sử dụng để kiểm soát lực căng của các bó cáp tại nhà máy bê tông đúc sẵn. Trong trường hợp này sự khác biệt giữa đường kính trong và đường kính ngoài thường rất nhỏ nên có chỏm tròn mỏng.
Đảm bảo kích thước của Loadcell vừa với khối neo. Kiểm định loadcell thường xuyên cứ mỗi 6 tháng một lần hoặc hơn khi sử dụng trong nhà máy bê tông đúc sẵn.
 
2. Neo đất
  • Sức căng neo được dùng để giữ ổn định cho đất.
  • Lưu ý:
Cần ưu tiên tìm hiểu về:
Loại neo sử dụng: neo dạng thanh hay neo cáp, vị trí ở trên hay ở dưới mực nước ngầm, chủ động hay bị động.
Chọn loại loadcell có kích thước và chức năng phù hợp với loại neo sử dụng. Bảo vệ đầu neo là bắt buộc với tuổi thọ sử dụng trên 2 năm. Việc thu thập dữ liệu tự động từ xa sẽ giúp ích rất nhiều với những vị trí xa và khó di chuyển.
 
3. Thanh chống
  • Tải trọng trong thanh chống được quan trắc sử dụng Loadcell, đo tổng tải trọng trên toàn bộ mặt cắt thanh chống.
  • Lưu ý:
Việc đặt Loadcell trong thanh chống có thể khác nhau tùy điều kiện.
Kết quả đo từ Loadcell được sử dụng kết hợp với kết quả đo của cảm biến đo ứng suất.

III – Các loại Loadcell

  • Những yếu tố cần cân nhắc:
+ Thời gian quan trắc
+ Độ chính xác yêu cầu
+ Phương thức đo yêu cầu
+ Độ bền / chắc chắn
 
1. Hydraulic Loadcell
Có chi phí thấp nhưng độ chính xác không cao do bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ. Chúng thường được sử dụng trong các dự án quan trắc dài hạn. Chúng có thể được nâng cấp lên đo tự động bằng Datalogger bằng cách gắn thêm cảm biến đo áp lực loại dây rung (VW) hoặc analog. Từ đó việc đo lưu dữ liệu trở nên dễ dàng và nhanh chóng.
Tín hiệu đầu ra tiêu chuẩn cho  Hydraulic Loadcell là:  áp kế đo áp suất
 
2. Strain gauge Loadcell
Thường được yêu cầu sử dụng trong các dự án quan trắc động. Vì chúng cho dữ liệu đầu ra liên tục và không bị nhiễu. Strain gauge Loadcell rất chính xác trong quan trắc ngắn hạn nhưng dễ bị sai lệch khi quan trắc dài hạn. Độ lệch có thể xuất phát từ keo gắn cảm biến hoặc xuống dòng điện của các cảm biến và các linh kiện điện tử. Chúng sẽ trở nên dễ dàng và tiết kiệm khi thu thập dữ liệu tự động không dây bằng các bộ Datalogger.
Tín hiệu đầu ra từ các Strain gauge Loadcell là: mV/V, Ω cho thermistor
 
3. Vibrating Wire (VW) Loadcell
Có chi phí rất phải chăng mà lại rất chắc chắn và bền bỉ phù hợp cho các dự án quan trắc địa kỹ thuật. Phải nói rằng, VW Loadcell chắc chắn là lựa chọn hàng đầu với các dự án yêu cầu tải trọng 1000 KN hoặc lớn hơn. Chúng rất ổn định và có độ chính xác tương đương với Strain gauge Loadcell nên rất phù hợp cho các dự án quan trắc lâu dài. Vì mỗi Loadcell tùy loại có thể được trang bị từ 3 hay 6 cảm biến nên rất dễ dàng phát hiện ra cảm biến có bị tác dụng tải trọng lệch tâm hay không. Nhưng Vibrating Wire không thể dùng trong quan trắc động.
Tín hiệu đầu ra của Vibrating Wire (VW) Loadcell là: Hz / Digits, Ω cho thermistor

*  Cấu tạo neo
 
  
 
* Neo là hệ lắp đặt có khả năng truyền tải trọng kéo tác dụng lên cấu kiện chịu tải hoặc vào đất.

IV - Tải trọng neo dự kiến

Nội dung

Những yếu tố cần cân nhắc

Giải pháp khả thi

Kích thước

Việc lựa chọn đường kính cho Loadcell là thực sự cần thiết trước khi thực hiện đơn đặt hàng

 

Thông tin quan trọng để quyết định kích thước của Loadcell là đường kính ngoài OD của bu lông hay cáp neo được đo để tính toán tải trọng dự kiến ở chi tiết neo.

Mỗi nhà sản xuất khác nhau sẽ có kích thước khác nhau với cùng một tải trọng.

Nếu đường kính của bu lông hoặc cáp neo là x, thì khuyến nghị đường kính trong nhỏ nhất của Loadcell là IDmin = x + 5mm.

Tải trọng Loadcell

Điều quan trọng là cần biết tải trọng tối đa tại phần tử neo

Khuyến cáo chọn Loadcell có tải trọng làm việc trong khoảng 50% - 80% tải trọng hiệu chuẩn của Loadcell

Trong trường hợp phát hiện tỷ lệ tải trọng hiệu chuẩn so với tải trọng thiết kế quá 100%, thì nên chọn Loadcell có khoảng đo lớn hơn

Số đọc ban đầu

Ngoài số đọc ban đầu được thể hiện trên giấy hiệu chuẩn, cần xác định thêm số liệu ban đầu tại công trường trước và sau khi lắp đặt để làm cơ sở tính toán

Số đọc ban đầu không tải tại công trường là giá trị tham chiếu cho các số đo sau này để xác định tải trọng tương ứng. Cần xác định cả giá trị tải trọng và nhiệt độ

Tiến hành lấy số liệu ban đầu không tải ngay sau khi lắp đặt trong điều kiện không có sự thay đổi lớn về môi trường và nhiệt độ.

Thử tải

Thí nghiệm kiểm tra – để xác định khả năng chịu tải tối đa của neo

Kiểm tra phù hợp – xác định các thông số neo thiết kế đáp ứng được trong các điều kiện địa hình cụ thể

Nghiệm thu – xác định các neo đúng theo các thông số nhất định

Trong suốt quá trình thử tải, cần gia tải một cách từ từ. Vận tốc gia tải là yếu tố quan trọng cần kiểm soát trong quá trình căng và kéo xác định các tác động tới neo.

Quá trình được thực hiện tuân thủ theo quy trình thí nghiệm  đã được phê duyệt

Công thức tính toán tuyến tính hay chuyển đổi đa thức

Tùy thuộc vào tín hiệu đầu ra của Loadcell giá trị sẽ được tính toán sử dụng công thức tuyến tính hay chuyển đổi đa thức

Phụ thuộc vào điều kiện môi trường có thể ảnh hưởng tới số đọc của Loadcell, số đọc ban đầu luôn luôn được dùng để xác định làm giá trị tham chiếu,, bao gồm cả tải trọng (Hz, digits, mV/V) và nhiệt độ

Số đọc hiển thị trực tiếp đơn vị trên máy đo là giá trị trung bình của các số đọc của các cảm biến Vibrating Wire hay Strain gauges trong Loadcell

Tại khoảng đo tải trọng  thấp nhất nhất 1%-10% FS, một vào Loadcell dạng neo ít chính xác hơn so với cùng một Loadcell đó trong khoảng giữa của range đo.

Khi bắt đầu dự án mới, sẽ là tốt nhất khi cùng sủ dụng cả công thức tính toán tuyến tính và chuyển đổi đa thức để so sánh giá trị thu được nếu có thể.

Tấm phân bố lực

Để đam bảo dàn đều lực theo bề mặt của Loadcell

Tải không đồng đều hoặc tấm phân bố lực biến dạng sẽ ảnh hưởng tới số đo của Loadcell

Với tải trọng lên đến 4500KN, nên chọn  tấm phân bố lực có chiều dày  1’’1/2 – 2’’. Tùy thuộc vào loại Loadcell mà cần dùng từ 1 đến 2 tấm phân bố lực.

Số đọc tương quan giữa Kích thủy lực và Loadcell

Neo dùng kích thủy lực để gia tải. Số liệu thể hiện trên kích thủy lực sẽ dùng để so sánh với số liệu đo được của Loadcell

Đường kính ngoài của kích thủy lực và Loadcell nên chọn bằng nhau

ØKích < Øloadcell –> Giá trị tải cao hơn

ØKích > Øloadcell –> Giá trị tải thấp hơn

ØKích = Øloadcell –> Giá trị tải thực

Cần có đầu đủ tài liệu chi tiết  về kích thước và các thông số kỹ thuật của kích

Trước khi đưa vào sử dụng cả kích và Loadcell cần được kiểm định ít nhất 6 tháng trước ngày tiến hành thí nghiệm

Tải lệch tâm

 

Tải lệch tâm sẽ ảnh hưởng tới số đọc của  Loadcell khi tại một vị trí nhất định trên Loadcell sẽ chịu tải trọng cao hơn các vị trí khác

Khác phục việc này bằng cách Loadcell sẽ được bố trí nhiều cảm biến dàn đều nhau và tính trung bình giá trị của tất cả các cảm biến để có số đo chính xác nhất, sử dụng thêm tấm phân bố lực để dàn đều lực trên bề mặt Loadcell


1. Lắp đặt Loadcell vào Neo
 

 
 
 
2. Dữ liệu bất thường
 
Nội dung Những yếu tố cân nhắc Giải pháp khả thi
Dữ liệu không đồng bộ
Dữ liệu của kích và Loadcell không được lấy cùng một mốc thời gian. Cáp được căng bởi kích, đặt nêm tại chỗ và khóa tải trọng lại.
Tải trọng gia tải bởi kích sẽ giảm dần trong suốt quá trình giữ tải. Trong vài trường hợp gia tải quá nhanh thì cần thời gian điều chỉnh để toàn bộ tải trọng được phân bố đều dạo theo cấu kiện neo. Tiến hành gia tải thử so sánh số đọc của kích và Loadcell để xác định sự mất lực trong quá trình truyền tải như thế nào.
Kích thước kích khác với kích thước Loadcell
Dẫn đến số liệu không chính xác do ảnh hưởng của lệch tâm tải gây ra hiện tượng uốn.
Gây ra uốn cong của tâm phân bố lực làm cho số liệu đo được có thể thấp hơn hoặc cao hơn tùy thuộc vào tỷ lệ kích thước của kích và Loadcell Cần lưạ chọn đầu kích và Loadcell có kích thước phù hợp.
Sử dụng tấm phân bố lực dày để dàn đều lực càng nhiều càng tốt trên Loadcell – Tải trọng phân tán đồng nhất UDL
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Sự thay đổi của nhiệt độ môi trường sẽ ảnh hưởng tói số đọc của Loadcell
Ảnh hưởng của nhiệt rất phức tạp để xác định bởi không nhưng nhiệt độ ảnh hưởng tới Loadcell mà còn ảnh hưởng tới các kết cấu xung quanh như: gạch, bê tông, thép .vv. Ghi lại đồng thời nhiệt độ Loadcell và nhiệt độ môi trường xung quanh cho tới khi không có sự thay đổi nào khác diễn ra nữa
Hoặc có thể tiến hành đo thu số liệu vào cùng một thời gian giống nhau trong ngày, có thể là sáng sớm ngay khi mặt trời mọc
 


                                                                    Loadcell lệch tâm trong neo
 

                                                                                                                                                Loadcell đúng tâm trong neo
 
 
Nội dung Những yếu tố cân nhắc Giải pháp khả thi
Số liệu Loadcell không ổn định Dữ liệu có ổn không với các thiết bị đo khác nhau? Nếu số liệu vẫn ổn thì nên kiểm tra lại pin của thiết bị đo
Tải trọng tác dụng có vượt quá khoảng đo của Loadcell hay không? Kiểm tra lại khoảng đo của Loadcell là phù hợp
Có các nguồn điện nào xung quanh không như máy phát hay động cơ? Loại bỏ các nguồn điện xung quanh ngay
Có sự thay đổi lớn nào về nhiệt độ không? Xem lại mục “ Ảnh hưởng của nhiệt độ’’
VW Loadcell: số liệu không ổn định Đã sử dụng đúng tần số quét chưa? Kiểm tra lại tần số quét của máy đo thủ công/tự động
Strain gauge Loadcell: số liệu không ổn định Kiểm tra xem có thiết bị điện nào gần đó không? Kiểm tra tính cách điện của Loadcell và dây tín hiệu: phải  >500 MΩ
Hydraulic Loadcell: số liệu không ổn định Áp kế
Áp kế có bị hỏng không?
Kiểm tra thời gian tải về 0 khi không có tải.
Kiểm tra rò rỉ trên Loadcell
Dây rung VW
Đã dùng đúng tần số quyét chưa
Kiểm tra lại tần số quét của máy đo thủ công/tự động
 

V – ỨNG DỤNG CỦA LOADCELL DẠNG NEO


                Kích đơn tao cáp trong neo đất đa tao cáp
                                                                                                                                             Kích nhiều tao cáp trong neo đất
 
                                                                     
                                                                            
Lắp đặt Loadcell trong cáp neo
 
                                                                          Lắp đặt Loadcell trong neo dạng thanh
 
 
 *Tag: Loadcell (Cảm biến lực), Hydraulic Jack (Kích thủy lực), Anchor (Neo), Strain gauge (Cảm biến đo ứng suất), Tilt Meter (Cảm biến đo nghiêng), Quan trắc neo, Neo đất, Neo đá, Thanh Chống, Geosense UK.
Bình luận facebook