luận án tiến sĩ quan trắc và đánh giá kết cấu cầu sử dụng hệ cảm biến cáp quang

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.79 MB, 215 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>Bị GIO DC V O TắO </b>

<b>TR¯âNG Đ¾I HàC GIAO THƠNG V¾N TÀI </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>TR¯âNG Đ¾I HàC GIAO THƠNG V¾N TÀI ---o0o--- </b>

<b>HÀ NÞI – 2024 </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>LâI CAM ĐOAN </b>

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cāu khoa học đác lÁp cÿa riêng tôi. Các sá liệu sử dụng phân tích trong ln án có ngn gác rõ ràng, đã công bá theo đúng quy đánh. Các kÁt quÁ nghiên cāu trong luÁn án do tôi tự tìm hiáu, phân tích mát cách trung thực. Việc tham khÁo các ngn tài liệu đã đ°ợc thực hiện trích d¿n và ghi ngußn tài liệu tham khÁo đúng quy đánh.

<i>Hà Nội, ngày 02 tháng 04 năm 2024 </i>

<b>Tác giÁ </b>

<b>Mai Đąc Anh </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

1. Má đÅu ... 1

2. Mục tiêu nghiên cāu ... 2

3. Ph°¢ng pháp nghiên cāu ... 3

4. Đái t°ợng và ph¿m vi nghiên cāu ... 3

5. Ý ngh*a khoa học và thực tiễn ... 3

6. Nái dung cÿa luÁn án ... 3

<b>CH¯¡NG 1: TèNG QUAN VÀ GIÁM SÁT SĄC KHOắ CễNG TRèNH Sỵ DNG H CM BI¾N VÀ CÀM BI¾N QUANG. ... 5 </b>

<b>1.1. Téng quan vÁ há thång theo dõi sąc kho¿ cơng trình cÅu. ... 5 </b>

<b>1.2. Téng quan vÁ các nghiên cąu giám sát sąc kho¿ cơng trình cÅu. ... 14 </b>

<b>1.3. Téng quan vÁ giám sát sąc kho¿ cơng trình sÿ dāng há cÁm bi¿n và cÁm bi¿n quang. ... 19 </b>

2.2.1. CÁm biÁn quang giÁn đ¢n ... 32

2.2.2. CÁm biÁn quang đßng nhÃt ... 34

2.2.3. CÁm biÁn quang biÁn thiên theo chißu dài [72] ... 35

2.2.4. CÁm biÁn quang l°ới ghép nghiêng [73] ... 40

<b>2.3. Đ¿c tr°ng c¢ hác căa cÁm bi¿n quang... 43 </b>

2.3.1. KhÁ năng phÁn x¿ cÿa sợi quang học ... 43

2.3.2. Đặc tr°ng cÿa băng thông. ... 47

2.3.3. Đặc điám đá trễ nhóm và sự phân tán ... 48

2.3.4. Ành h°áng nhiệt đá ... 52

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>2.4. Các đ¿c tr°ng c¢ bÁn căa cÁm bi¿n quang FBG ... 57 </b>

2.4.1. C°ßng đá ... 57

2.4.2. Mơ đun đàn hßi và đá cāng ... 57

<b>2.5. So sánh cÁm bi¿n FBG vái mßt så cÁm bi¿n truyÁn thång ... 58 </b>

3.1.2. CÅu dây văng ... 73

3.2.1. Thí nghiệm trên cÅu dàn thép ... 78

3.2.2. Thí nghiệm trên cÅu dây văng ... 81

3.3.1. Đái với cÅu dàn thép ... 84

3.3.2. Đái với cÅu dây văng ... 95

<b>CH¯¡NG 4: GIÁM SÁT SC KHõE KắT CU Sỵ DĀNG THU¾T TỐN TäI ¯U ĐÀ XT KắT HỵP D LIU THU ỵC T CM BIắN QUANG 105 4.1. Xây dựng mơ hình så ... 105 </b>

4.1.1. Mơ hình phÅn tử hữu h¿n CÅu giàn thép ... 105

4.1.2. Mơ hình phÅn tử hữu h¿n CÅu dây văng ... 113

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

KÁt luÁn: ... 153

KiÁn nghá: ... 154

<b>DANH MĀC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG Bä CĂA LU¾N ÁN ... 155 </b>

PhÅn 1: Mơ hình cÅu dàn thép thí nghiệm (Matlab). ... 165

PhÅn 2: Mơ hình cÅu dây văng thí nghiệm (Ansys APDL). ... 174

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>DANH MĀC HÌNH VÀ </b>

Hình 1-1: Hệ tháng cÁm biÁn đ°ợc l¿p đặt trên CÅu Tsing Ma phục vụ cho việc giám

sát sāc khße ... 7

Hình 1-2: CÅu Akashi Kaiyo (NhÁt BÁn) ... 9

Hình 1-3: Hệ tháng quan tr¿c cÿa cÅu Akashi Kaikyo (NhÁt BÁn) ... 10

Hình 1-4: CÅu Tatara (NhÁt BÁn) ... 10

Hình 1-5: Hệ tháng quan tr¿c cÿa cÅu Tatara (NhÁt BÁn) ... 11

Hình 1-6: CÅu Tsingma 3 Hong Kong ... 11

Hình 1-7: Hệ tháng quan tr¿c cÿa cÅu Tsingma (Hong Kơng) ... 12

Hình 1-8: CÅu Rßng - Thành phá Nng ... 12

Hỡnh 1-9: Cu Cn ThÂ 3 Tònh CÅn Th¢ ... 13

Hình 1-10: Hệ quan tr¿c cÅu CÅn Th¢ ... 14

Hình 1-11: CÅu Bính 3 Thành phá HÁi Phũng ... 14

Hỡnh 1-12: SÂ ò cỏc vỏ trớ cm biÁn FBG đá giám sát biÁn d¿ng cÿa cÅu ... 22

Hình 2-1: Mát bāc x¿ đ°ợc phÁn x¿ bái cÃu trúc m¿ng cÿa mát tinh thá và s¿ gây nhiễu nÁu tuân theo đánh luÁt Bragg ... 27

Hình 2-2: Hình d¿ng sóng phÁn x¿ Bragg đián hình với các tham sá cÿa nó đ°ợc xác đánh ... 29

Hình 2-3: Cách tử Bragg tháng nhÃt với chß sá biên đá và chu kỳ đißu chÁ khơng đái .. 33

Hình 2-4: Phá phÁn x¿ đián hình cÿa trung tâm cách tử Bragg á b°ớc sóng 1550 nm nh° mỏt hm ca bc súng ... 35

Hỡnh 2-5: SÂ ò ca CFBG v phÂng phỏp ròi rc húa. (a) Phỏc thÁo FBG đ°ợc đa tÅn sá tun tính; (b) rßi r¿c t°¢ng āng CFBG thành MFBG tháng nhÃt. .... 36

Hình 2-6: Mơ phßng phá CFBG bÁng mơ hình dựa trên CMT. Biáu đß cho thÃy quang phá có đá dài Ā khác nhau nÁm trong khoÁng từ 20 mm đÁn 50 mm và hệ sá tác đá chia đa tÅn �㔉 bÁng 132 nm/mm; các tham sá cách tử khác là ĀĄÿĀĀ = 10 2 6, ĄÿĀĀ = 1,5, ỵ(0) = 1520 , = 0,4 và b°ớc rßi r¿c là Āā = 0,2 ăă. ... 39Hình 2-7: Mơ phßng sự biÁn đái cÿa phá CFBG với mơ hình CMT, tiÁp xúc với các

kiáu nhiệt đá khác nhau. (a) Các biÁn đái nhiệt đá áp dụng cho CFBG dài

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

50 mm với tác đá chia đa tÅn 1 nm/mm; (b) Phá phÁn x¿ CFBG thu đ°ợc cho từng cÃu hình nhiệt đá. Mßi biÁn đái đ°ợc hián thá cùng màu trong hai

biáu đß. ... 40

Hình 2-8. SÂ ò cu trỳc ca TFBG l chu k cách tử và �㔉 biáu thá góc nghiêng. ... 41

Hình 2-9. Minh họa cÿa vect¢ sóng cho sự ghép cặp hình thái trong TFBG. ... 41

Hình 2-10. Phá trun cÿa TFBG cú gúc nghiờng nhò hÂn hÂn 5 ỏ. ... 42

Hình 2-11: Cách tử Bragg sợi đßng nhÃt [74] ... 43

Hình 2-12: Đáp āng phá phÁn x¿ và trun d¿n đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá c°ßng đá cách tử khác nhau đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74]. ... 45

Hình 2-13: Đáp āng phá phÁn x¿ và thßi gian trễ so với b°ớc sóng đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá khác nhau cÿa c°ßng đá cách tử đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme[74] ... 46

Hình 2-14: Tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt với chißu dài cách tử (Āā) á các giá trá ξ khác nhau [76]. ... 48

Hình 2-15: Ành h°áng cÿa chiÁt suÃt trung bình (·n) đÁn tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt đÁn chißu dài cách tử (Āā) đái với (a) ξ = 2,41 / m và (b) ξ = 61 / m [76]. ... 49

Hình 2-16: Ành h°áng cÿa chiÁt st trung bình (·n) đÁn tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt đÁn chißu dài cách tử (Lg) dựa trên các giá trá tái °u cÿa (a) ξ = 2,41/m và (b) ξ = 61/m [76]. ... 50

Hình 2-17: Ành h°áng cÿa sự biÁn thiên nhiệt đá (T) đÁn tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt đÁn chißu dài cách tử (Lg) (a) ξ = 2,41/m và (b) ξ = 61/m [76]. ... 50

Hình 2-18: Phá phÁn x¿ và truyßn d¿n so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá đá bßn cách tử khác nhau đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74]. ... 52

Hình 2-19: Phá phÁn x¿ và thßi gian trễ so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá c°ßng đá cách tử khác nhau đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74]. ... 54Hình 2-20: Phá phÁn x¿ và đá trễ thßi gian so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử

Bragg đßng nhÃt vi iòu ch chò sỏ n = 1 ì 10 2 4 cho các giá trá khác

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

nhau cÿa chißu dài cách tử (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme

[74]. ... 55

Hình 2-21: Phá phÁn x¿ và đá trễ thßi gian so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với đißu chÁ chß sá Δn = 5 × 10 2 4 cho các giá trá khác nhau cÿa chißu dài cách tử (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74]. ... 56

Hình 3-1: Mơ hình cÅu giàn thép trong phịng thí nghiệm ... 62

Hình 3-2: BÁn v¿ chi tiÁt kÁt cÃu nháp ... 63

Hình 3-3: Liên kÁt t¿i nút giàn ... 63

Hình 3-4: Gái cÅu ... 64

Hình 3-5: Cáp quang ... 65

Hình 3-6: Bá kẹp cáp quang ... 65

Hình 3-7: Thơng sá kích th°ớc bá kẹp cáp (mm) ... 65

Hình 3-8: Bá dị tín hiệu quang FAZT-I4G ... 67

Hình 3-9: Giao diện phÅn mßm Femtosense ... 68

Hình 3-10: Giao diện phÅn mßm MACEC ... 69

Hình 3-11: ĐÅu đo nhÁn d¿ng dao đáng ... 70

Hình 3-12: Cáp trun tín hiệu ... 70

Hình 3-13: Bá thu tín hiệu ... 71

Hình 3-14: Mơ-đun thu tín hiệu ... 71

Hình 3-15: SÂ ò bỏ trớ o c ... 72

Hỡnh 3-16: Mơ hình cÅu dây văng trong phịng thí nghiệm ... 73

Hình 3-17: Neo dây cáp đ°ợc hàn cá đánh trên bÁn mặt cÅu ... 74

Hình 3-18: Hệ tháng đißu chßnh lực căng dây văng t¿i đßnh tháp ... 74

Hình 3-19: QuÁ nặng đ°ợc treo d°ới các neo cáp t¿i bÁn d°ới cÿa kÁt cÃu nháp ... 75

Hình 3-20: Bá trí đÅu đo gia tác t¿i các vá trí theo s¢ đß đo ... 77

Hình 3-21: Theo dõi dữ liệu đo theo thßi gian bÁng phÅn mßm LabView 2014 ... 78

Hình 3-22: Bá trí đo đ¿c ... 78

Hình 3-23: L¿p đặt cÁm biÁn quang trên các thanh m¿ th°ợng và m¿ h¿ ... 79

Hình 3-24: (a) Vá trí cÁm biÁn quang t¿i nút giàn (b) t¿o kích thích dao đáng ... 79

Hình 3-25: Giao diện phÅn mßm Fentosense trong q trình đo... 80

Hình 3-26: Mát sá điám đo trong phịng thí nghiệm ... 81

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Hình 3-33: Biáu đß dữ liệu biÁn d¿ng theo mißn tÅn sá ... 84

Hình 3-34: Biáu đß dữ liệu biÁn d¿ng theo mißn thßi gian ... 90

Hình 3-35: Biáu đß dữ liệu biÁn d¿ng theo mißn tÅn sá ... 90

Hình 3-36: Đo đ¿c dữ liệu từ cÁm biÁn quang cÅu dây văng ... 96

Hình 3-37: Biáu đß đo dữ liệu từ cÁm biÁn quang ... 96

Hình 3-38: Biáu đß án đánh ... 97

Hình 3-39: Biáu đß đo dữ liệu từ cÁm biÁn gia tác ... 99

Hình 3-40: Dữ liệu đo trên mißn thßi gian tr°ớc và sau khi áp dụng biÁn đái Fourier ... 99

Hình 4-1:Các kích th°ớc c¢ bÁn cÿa mơ hình ... 105

Hình 4-2: PhÅn tử 8beam9 trong Matlab ... 106

Hình 4-3: Mơ hình PTHH ... 107

Hình 4-4. Mơ hình mặt cÅu trên thực tÁ ... 107

Hình 4-5: PhÅn tử BEAM188 trong ANSYS ... 113

Hình 4-6: PhÅn tử LINK180 trong ANSYS ... 114

Hình 4-7: PhÅn tử SHELL181 trong ANSYS ... 114

Hình 4-8: Mơ hình PTHH cÅu dây văng trong phịng thí nghiệm ... 115

Hình 4-9:Phân bá cÿa các giá trá c và p trong q trình tính tốn ... 123

Hình 4-10: KÁt q hái tụ sau khi cÁp nhÁt mơ hình ... 131

Hình 4-11: Kách bÁn h° h¿i D1-1 ... 137

Hình 4-12: Kách bÁn h° h¿i D1-2 ... 138

Hình 4-13: Kách bÁn h° h¿i D2-1 ... 138

Hình 4-14: Kách bÁn h° h¿i D2-2 ... 138

Hình 4-15: Biáu đß hái tụ cÿa các tht tốn (D1-1) ... 139

Hình 4-16: Biáu đß hái tụ cÿa các tht tốn (D1-2) ... 140

Hình 4-17: Biáu đß hái tụ cÿa các tht tốn (D2-1) ... 141

Hình 4-18: Biáu đß hái tụ cÿa các tht tốn (D2-2) ... 142

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Hình 4-19: Các tr°ßng hợp h° hßng trên mơ hình cÅu dây văng ... 145

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>DANH MĀC BÀNG BIÂU </b>

BÁng 2-1 ¯u điám cÿa công nghệ cÁm biÁn FBG so với các hệ tháng trun tháng[77]. 58

BÁng 3-1: Thơng sá kỹ tht cÿa cÁm biÁn quang ... 66

BÁng 3-2: Thông sá kỹ thuÁt cÿa bá dị tín hiệu quang ... 67

BÁng 3-3: Các thụng sỏ cm bin ... 69

Bng 3-4: Cỏc sÂ ò bá trí điám đo dao đáng ... 76

BÁng 3-5: BÁng táng hợp dao đáng thu đ°ợc bÁng cÁm biÁn FBG ... 85

BÁng 3-6: BÁng táng hợp dao đáng thu đ°ợc bÁng cÁm biÁn gia tác ... 90

BÁng 3-7: So sánh kÁt quÁ thu đ°ợc cÿa cÁm biÁn FBG và cÁm biÁn gia tác cho mơ hình cÅu giàn thép... 94

BÁng 3-8: BÁng táng hợp hình thái dao đáng thu đ°ợc bÁng cÁm biÁn FBG ... 98

BÁng 3-9: Đặc tr°ng đáng cÿa 05 hình thái dao đáng đÅu tiên cÿa cÅu dây văng ... 101

BÁng 3-10: BÁng so sánh kÁt quÁ thu đ°ợc từ cÁm biÁn FBG và cÁm biÁn gia tác ... 102

BÁng 4-1: Đặc tr°ng vÁt liệu cÿa các bá phÁn kÁt cÃu mơ hình PTHH ... 106

BÁng 4-2: Đặc tr°ng đáng cÿa 04 hình thái dao đáng đÅu tiên cÿa mơ hình PTHH ... 108

BÁng 4-3: BÁng so sánh kÁt q giữa mơ hình đo bÁng thiÁt bá cÁm biÁn FBG, cÁm biÁn gia tác và mơ hình PTHH ... 111

BÁng 4-4: Đặc tr°ng vÁt liệu cÿa các bá phÁn kÁt cÃu mơ hình PTHH ... 115

BÁng 4-5: Đặc tr°ng đáng cÿa 05 hình thái dao đáng đÅu tiên cÿa mơ hình PTHH ... 116

BÁng 4-6: BÁng so sánh kÁt q giữa mơ hình đo bÁng thiÁt bá cÁm biÁn FBG, cÁm biÁn gia tác và mơ hình PTHH ... 117

BÁng 4-7: Các đặc tr°ng vÁt liệu đ°ợc chọn làm tham sá cÁp nhÁt ... 130

BÁng 4-8: Thông sá chung ... 131

BÁng 4-9: KÁt quÁ so sánh giữa tÅn sá đo đ°ợc và kÁt quÁ cÁp nhÁt ... 133

BÁng 4-10: KÁt quÁ đá cāng cÿa kÁt cÃu sau khi cÁp nhÁt ... 133

BÁng 4-11: Các đặc tr°ng vÁt liệu đ°ợc chọn làm tham sá cÁp nhÁt ... 135

BÁng 4-12: Thông sá chung ... 135

BÁng 4-13: KÁt quÁ so sánh giữa tÅn sá đo đ°ợc và kÁt quÁ cÁp nhÁt ... 136

BÁng 4-14: KÁt quÁ đá cāng cÿa kÁt cÃu sau khi cÁp nhÁt. ... 136

BÁng 4-15: KÁt quÁ sau khi chy chÂng trỡnh xỏc ỏnh h hòng (D1-1) ... 139

BÁng 4-16: KÁt q sau khi ch¿y ch°¢ng trình xác đánh h° hßng (D1-2) ... 140

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

BÁng 4-17: KÁt q sau khi ch¿y ch°¢ng trình xác đánh h° hßng (D2-1) ... 141

BÁng 4-18: KÁt quÁ sau khi chy chÂng trỡnh xỏc ỏnh h hòng (D2-2) ... 142

BÁng 4-19: Khái l°ợng(kg) t°¢ng āng với 06 vá trí trong từng tr°ßng hợp ... 143

BÁng 4-20: TÅn sá thu c tÂng ng vi mòi tròng hp h hòng s dụng cÁm biÁn quang FBG ... 146

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>DANH MĀC CHĀ VI¾T TÀT </b>

TiÁng Việt

Nghiên cāu sinh NCS

ThuÁt toán đàn kiÁn AC (Ant Colony)

Ph°¢ng pháp phÅn tử hữu h¿n Finite Element Method - FEM BÁc tự do Degree of freedom - DOFs

Các h° hßng Damage-Sensitive Features 3 DSF Chuyán đái nhanh Fourier Fast Fourier Transform 3 FFT

Phân rã giá trá kỳ dá Singular value decomposition (SVD) CÁm biÁn quang học Fiber Bragg Grating - FBG

ThuÁt toán tái °u bÅy đàn Particle Swarm Optimization - PSO Tht tốn di trun Genetic Algorithm - GA

ThuÁt toán bÅy Sáp Salp Swarm Algorithm - SSA cơng nghệ phân tích mißn thßi gian

quang học Brillouin phân tán

Brillouin Optical Time-Domain Analysis - BOTDA

băng thơng tái đa nửa chißu ráng tồn chißu ráng

Full-Width Half-Maximum - FWHM

Lý thuyÁt chÁ đá kÁt hợp Coupled-Mode Theory - CMT Sợi quang polyme Polymer Optical Fiber - POF Sợi quang silica Silica Optical Fiber - SOF

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Điát phát sáng hßng ngo¿i Light Emitting Diode - LED ph°¢ng pháp nhÁn d¿ng khơng gian

con ng¿u nhiên

(Stochastic Subspace Identification 3 SSI)

CÁm biÁn quang l°ới ghép nghiêng Tilted Fiber Bragg Gratings - TFBG CÁm biÁn quang biÁn thiên nhißu chißu Chirped Fiber Bragg Grating - CFBG

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

(ă) Sá h¿ng thā hai là h sỏ quang nhit.

(ỵ / ỵ). Biỏu thá sự phụ thuác nhiệt đá cÿa chiÁt suÃt.

<i>�㗥L</i> Āng suÃt tác đụng lên sợi.

<i>�㗥L/L </i> BiÁn d¿ng t°¢ng đái. ā<small>�㕧</small> BiÁn d¿ng dọc cÿa cách tử.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

ā<small>Ą</small> Máy đo sóng cÿa bāc x¿ tán x¿.

Ą<small>0</small> Chß sá khúc x¿ trung bình. Δ<small>Ą</small> Biên đá cÿa nhiễu cÿa chß

sá khúc x¿ (th°ßng là 10<small>25</small>

đÁn 10<small>23</small>).

ă KhoÁng cách dọc theo trục dọc cÿa sợi quang.

�㕅(Ă, Ā) Hệ sá phÁn x¿ là hàm cÿa chißu dài cách tử Ă.

Ω là, là,. Hệ sá ghép.

Δā = ā 2 ÿ/Ā) Vect¢ sóng tách sóng. ā = 2ÿĄ<small>0</small> HÁng sá trun. ā<sub>Ćąýăÿ</sub> Cơng st.

ā TÅn sá chn hóa cÿa sợi.

Ą<sub>āą </sub>và Ą<sub>āĂ </sub> Các chß sá lõi.

<i>N</i> Sá mặt phẳng cách tử. āĀ<small>ą</small> Hệ sá khụng cú Ân vỏ xỏc

ỏnh còng ỏ cỏch t. �㔎<small>ÿ</small> Chāa sự phụ thuác b°ớc

sóng cho mßi lớp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

ĀĄ<small>ăĄĄ</small> Biên đá đißu chÁ chiÁt suÃt. (Ą<sub>ăĄĄ</sub>, Ā<sub>ĄăĄĄ</sub>, ā) Các tham sá đißu chÁ chiÁt

(ā = Ā<small>ą</small>/�㗬).

Ą<sub>Ć</sub> Pha cÿa hệ sá phÁn x¿ biên đá phāc Ā.

Ā<small>Ć</small> Sự tán s¿c cÿa ánh sáng phÁn x¿.

�㔏<small>Ć</small>, Tác đá thay đái cÿa đá trễ. ÿ<sub>ą</sub> Giá trá ban đÅu đ°ợc tìm

thÃy á nhiệt đá chn (ÿ<small>ą</small>). Ā Thơng sá hình d¿ng vÁt nāt

không thā nguyên đ°ợc giÁ đánh là không đái đái với mát d¿ng khuyÁt tÁt nhÃt

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

đánh.

�㔎<sub>�㗼</sub> Āng suÃt tác dụng. �㗼 Chißu sâu vÁt nāt.

ā<sub>ÿ</sub> và ÿ<sub>ÿ</sub> Mơđun đàn hßi.

ÿ<sub>Ā</sub> VÁt liệu đang đ°ợc thử nghiệm.

Ā<sub>Ă</sub> Hệ sá gim ca trng sỏ. <sub></sub> v <sub>ỵ</sub> Biỏu thá giá trá tái thiáu và

tái đa cÿa trọng sỏ.

<sub>ỵ</sub> Vector h sỏ bin ỏi trong virus hin ti.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<small>ỵ</small> Vector h sá biÁn đái trong dân sá cÿa virus.

Ā Ma trÁn ă × ă trực giao (orthogonal).

Ā Vector suy biÁn trái (left singular vector).

�㕃 Ma trn òng chộo ì, với các phÅn tử trên đ°ßng chéo gọi là giá trá suy biÁn (singular values). �㕽 Mát ma trÁn Ā × Ā trực

giao

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<b>Mä ĐÄU </b>

Trong quá trình vÁn hành, các cơng trình có thá bá h° hßng, giÁm hiệu quÁ khai thác và giÁm tuái thọ do các tác đáng nh° ăn mòn, quá tÁi, yÁu tá mơi tr°ßng, thiên tai, và các tác đáng do con ng°ßi .... Theo dõi sāc khße kÁt cÃu (Structural Health Monitoring - SHM) là mát công cụ quan trọng đá đÁm bÁo rÁng kÁt cÃu ho¿t đáng hiệu q trong vịng đßi thiÁt kÁ và có thá kéo dài ti thọ v°ợt ra ngồi ti thọ thiÁt kÁ. Có nhißu kỹ tht đá xác đánh h° hßng nh°ng phá biÁn nhÃt là kỹ thuÁt dựa trên mơ hình vÁt lý sử dụng mơ hình tốn học kÁt hợp với các ch°¢ng trình máy tính ỏ nhn dng h hòng. Theo phÂng phỏp ny, mụ hình phÅn tử hữu h¿n đ°ợc dùng đá so sánh với phép đo thử từ đó đánh giá vß sāc khße cơng trình.

Các thÁp kỷ tr°ớc đây trên thÁ giới cũng nh° á Việt nam, kiám tra trực quan là ph°¢ng pháp phá biÁn nhÃt đ°ợc sử dụng đá phát hiện h° hßng cÿa kÁt cÃu. Tuy nhiên, kích th°ớc và đá phāc t¿p cÿa các kÁt cÃu ngày nay đang tăng lờn, iòu ny lm gim hiu qu ca phÂng phỏp kiám tra trực quan. Ngồi ra, theo dõi sāc khße kÁt cÃu bÁng ph°¢ng pháp trực quan gây tán kém và mÃt thßi gian, đặc biệt là khi việc tháo dỡ kÁt cÃu (c¿t, xẻ kÁt cÃu...) là b¿t buác đá có thá truy cÁp vào khu vực cÅn kiám tra. Những tác đáng này làm thay đái đặc tr°ng vÁt lý và có thá làm giÁm khÁ năng cháu lực cÿa kÁt cÃu. Kỹ thuÁt kiám tra trực quan cũng khơng có khÁ năng đá xác đánh h° hßng nÁm sâu trong kÁt cÃu.

Bên c¿nh ph°¢ng pháp kiám tra trực quan, ph°¢ng pháp dựa trên đặc tr°ng vß t*nh học (āng suÃt, biÁn d¿ng) cũng đ°ợc áp dụng chÿ yÁu á Việt nam hiện nay đá theo dừi sc khòe cỏc cụng trỡnh. Tuy nhiờn, phÂng phỏp này khơng phát hiện đ°ợc các h° hßng trong kÁt cÃu mát cách trực tiÁp và v¿n cÅn đÁn các ph°¢ng pháp phá hÿy nh° c°a, c¿t đá thu đ°ợc cỏc tham sỏ h hòng. PhÂng phỏp ny cng cú nh°ợc điám đó là phÁi t¿m dừng khai thác cơng trình khi tiÁn hành thí nghiệm, đißu này gây những khó khăn cho các cơng trình trên tun giao thơng quan trong với mÁt đá giao thông qua l¿i lớn, hoặc các cÅu nÁm trong thành phá.

Đá kh¿c phục những nh°ợc điám cÿa ph°¢ng pháp kiám tra trực quan, cũng nh° ph°¢ng pháp kiám tra t*nh, các kỹ thuÁt phát hiện h° hßng trong kÁt cÃu khơng phá

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

hÿy sử dụng các cÁm biÁn đá thu thÁp các đặc tr°ng cÿa kÁt cÃu (biÁn d¿ng, tÅn sá dao đáng riêng, hình d¿ng dao đáng...) đã đ°ợc phát trián. Cùng với lách sử phát trián có nhißu lo¿i cÁm biÁn (nh° cÁm biÁn đo dao đáng, chuyỏn vỏ,...) ó ra òi nhm thỳc ầy hiu qu cÿa việc quan tr¿c, đo dao đáng kÁt cÃu. Cùng với sự tiÁn bá cÿa khoa học công nghệ, các cÁm biÁn tiên tiÁn đã và đang đ°ợc āng dụng ngày càng m¿nh m¿ trên thÁ giới nhÁm giÁi quyÁt nhißu vÃn đß phāc t¿p, với đá chính xác cao, thßi gian đáp āng nhanh khi thực hiện quan tr¿c, đánh giá sāc khße cơng trình cÅu.

Trong l*nh vực giao thơng hiện nay đang có sự quan tâm lớn trong việc sử dụng các cÁm biÁn quang đá theo dõi liên tục khÁ năng cháu lực cÿa kÁt cÃu lớn nh° cÅu. Tr°ßng hợp sá l°ợng điám đo lớn, khó có thá l¿p đặt đ°ợc hệ tháng dây d¿n, thì với mát bá cÁm biÁn quang, có thỏ phỏt hin nhanh hÂn cỏc vn ò vò kt cÃu so với các cÁm biÁn hiện t¿i. CÁm biÁn quang có thá sử dụng trong mơi tr°ßng kh¿c nghiệt và trong các khu vực thiÁu ngn điện gÅn đó. Nu mỏt si quang Ân c t dc theo chiòu dài cÿa mát cây cÅu, các thay đái kÁt cÃu t¿i bÃt kỳ điám cÁm biÁn dọc theo sợi quang s¿ gây ra những thay đái có thá phát hiện trong ngußn sáng di chuyán trong sợi. Trên thÁ giới đã có nhißu nghiên cāu và āng dụng vß sử dụng sợi quang đá đánh giá theo dõi h° hßng kÁt cÃu, đặc biệt là các cơng trình đ°ßng s¿t, đ°ßng bá. Việc sử dụng bá cÁm biÁn sợi quang có thá phát hiện chính xác sự ăn mịn hoặc nāt tr°ớc khi kÁt cÃu bá h° hßng, việc này đßng ngh*a với việc có thá ngăn ngừa tr°ớc khi kÁt cÃu xÁy ra các vÃn đß nghiêm trọng.

Mặc dù cÁm biÁn quang có những °u điám v°ợt trái, tuy nhiên t¿i Việt Nam l¿i có rÃt ít các nghiên cāu liên quan đÁn việc āng dụng cÁm biÁn quang vào giám sát sāc khoẻ công trình. Chính vì những °u điám v°ợt trái cÿa cÁm biÁn quang, trong nái

<b>dung nghiên cāu cÿa mình, nghiên cāu sinh tÁp trung đi sâu nghiên cāu: <quan trÁc </b>

<b>và đánh giá k¿t cÃu cÅu sÿ dāng há cÁm bi¿n cáp quang= làm chÿ đß nghiên cāu </b>

trong luÁn án cÿa mình.

- Xây dựng hệ tháng quan tr¿c kÁt cÃu bÁng cÁm biÁn quang FBG

- Đánh giá hiệu quÁ và đá tin cÁy cÿa hệ tháng cÁm biÁn quang trong việc thu thÁp đặc tr°ng đáng cÿa kÁt cÃu

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

- Nghiên cāu bài tốn chÇn đốn h° hßng cÿa kÁt cÃu cơng trình cÅu dựa vào các dữ liệu đáng thu đ°ợc từ các cÁm biÁn.

- Đß xt tht tốn đá cÁp nht mụ hỡnh v chần oỏn h hòng trong kt cÃu.

- Ph°¢ng pháp táng hợp phân tích lý thuyÁt; - Ph°¢ng pháp sá;

- Ph°¢ng pháp phân tích sá kÁt hợp với thực nghiệm.

- Hệ tháng cÁm biÁn quang FBG đá giám sát kÁt cÃu cÅu giàn và cÅu dây văng - Đặc tr°ng đáng học cÿa kÁt cÃu cơng trình cÅu giàn và cÅu dây văng;

- Mơ hình sá hóa kÁt cÃu cÅu giàn và cÅu dây văng; - Các ph°¢ng pháp xử lý sá liệu.

- Các lo¿i cÁm biÁn đá thu thÁp dữ liệu giám sỏt sc khòe cụng trỡnh. - Chần oỏn vá trí và h° hßng cÿa kÁt cÃu.

- Sử dụng các lo¿i cÁm biÁn tiên tiÁn đá thu thÁp dữ liệu giám sát sāc khße cơng trình.

- Đß xt tht tốn tái °u mới lai giữa tht tốn tái °u và ph°¢ng pháp giÁm kích th°ớc ma trÁn (H5N1-SVD) đá cÁp nhÁt mơ hình, chÇn đốn h hòng trong kt cu.

- To cÂ sỏ d liu cụng trỡnh nh mỏt dng hò sÂ l°u trữ giúp giám sát sāc khoẻ cơng trình.

- KÁt quÁ cÿa luÁn án có thá sử dụng làm tài liệu tham khÁo hữu ích cho l*nh vực giám sát sāc khoẻ cơng trình.

Ngồi phÅn má đÅu, kÁt luÁn và kiÁn nghá, luÁn án bao gßm những nái dung nh° sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<i>Ch°¡ng 1 - Tổng quan về giám sát sức khoẻ công trình sử dụng hệ cÁm biến và cÁm biến quang. </i>

ChÂng 1 gii thiu tỏng quan vò giỏm sỏt sc khße cơng trình cũng nh° mát sá hệ tháng giám sát sāc khße cơng trình á Việt Nam cũng nh° trên thÁ giới. Ngồi ra, ch°¢ng này cũng giới thiệu táng quan vß giám sát sāc khoẻ cơng trình sử dụng hệ cÁm biÁn và cÁm biÁn quang.

<i>Ch°¡ng 2 - Lý thuyết tính tốn và các đặc tr°ng c¡ lý của cÁm biến FBG </i>

Ch°¢ng 2 giới thiệu và đi sâu vào việc nghiên cāu vß cÁm biÁn quang Fiber Bragg Grating (FBG), mát công nghệ cÁm biÁn tiên tiÁn đ°ợc sử dụng ráng rãi trong nhißu l*nh vực nh° giao thơng, dÅu khí, viễn thơng, y t v mụi tròng. u tiờn, khỏi nim cÂ bÁn và vß cÁm biÁn FBG đ°ợc giới thiệu. TiÁp theo, các cách phân lo¿i cÁm biÁn FBG đ°ợc đß cÁp. Mặc dù có nhißu lo¿i cÁm biÁn quang FBG khỏc nhau, chỳng òu da trờn cựng mỏt cÂ sỏ lý thuyt vò hiu ng Bragg. ChÂng ny cng ó tho lun vò cỏc c trng cÂ hc v cÂ lý cÿa cÁm biÁn FBG. Với khÁ năng cháu lực cao, đá bßn mßi tát, và khÁ năng cháng ăn mòn, cÁm biÁn FBG là lựa chọn lý t°áng trong nhißu āng dụng cÅn đá chính xác cao và đá tin cÁy. Trong khi đó, các đặc tr°ng c¢ lý cÿa cÁm biÁn FBG, bao gßm đá nh¿y với ánh sáng, đá nh¿y với nhiệt đá, và khÁ năng phÁn āng với áp suÃt, cũng đ°ợc giới thiệu.

<i>Ch°¡ng 3 – Nghiên cứu ứng dụng cÁm biến FBG để theo dõi đặc tr°ng động học của kết cấu </i>

Ch°¢ng 3 trình bày các mơ hình thí nghiệm sử dụng phÂng phỏp o truyòn thỏng cng nh đo bÁng cÁm biÁn FBG. Đá có sự so sánh, các kÁt quÁ thu đ°ợc từ cÁm biÁn quang cũng đ°ợc so sánh với cÁm biÁn gia tác thơng th°ßng.

<i>Ch°¡ng 4 - Giám sát sức khỏe kết cấu sử dụng thuật toán tối °u đề xuất kết hợp dữ liệu thu đ°ợc từ cÁm biến quang </i>

Ch°¢ng 4 tÁp trung vào xây dựng mơ hình sá và đß xt các tht tốn đá xác đánh h° hßng và cÁp nhÁt mơ hình. Nái dung cÿa ch°¢ng tÁp trung vào mơ hình phÅn tử hữu h¿n và tht tốn đß xuÃt: H5N1, và H5N1-SVD. Với sự kÁt hợp giữa xây dựng mơ hình sá và các tht tốn đß xut, ChÂng 4 ỏp dng thut toỏn ò xut ỏ cÁp nhÁt mơ hình và xác đánh h° hßng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<b>CH¯¡NG 1: TèNG QUAN VÀ GIÁM SÁT SC KHOắ CễNG TRèNH Sỵ DNG H CM BIắN V CÀM BI¾N QUANG. </b>

Các kÁt cÃu, bao gßm cÁ cÅu, tịa nhà, đÁp, đ°ßng áng, máy bay, tàu bián và nhißu cơng trình khác, là những hệ tháng kỹ thuÁt phāc t¿p đÁm bÁo sự phát trián kinh tÁ và công nghiệp cÿa xã hái. Đá thiÁt kÁ các cơng trình an tồn cho việc sử dụng cơng cáng, các tiêu chn xây dựng và ph°¢ng pháp thiÁt kÁ đã đ°ợc t¿o ra. Đá thiÁt kÁ các cơng trình an tồn và bßn vững h¢n, các kỹ s°, nhà khoa học đang tích cực theo đuái các công nghệ cÁm biÁn mới và các ph°¢ng pháp phân tích có thá đ°ợc sử dụng đá nhanh chóng xác đánh sự hßng hóc kÁt cÃu trong mát hệ tháng kÁt cÃu đ°ợc trang bá cÁm biÁn đó là giám sát sāc khße kÁt cÃu, mơ hình mới này cung cÃp mát ph°¢ng pháp tự đáng đá theo dõi sāc khße cÿa mát kÁt cÃu bÁng cách kÁt hợp các tht tốn phát hiện hßng hóc với hệ tháng giám sát cÃu trúc.

Mặc dù ban đÅu khi thiÁt kÁ, các kÁt cÃu cơng trình cÅu đã đ°ợc tính tốn đá đÁm bÁo các tr¿ng thái vß c°ßng đá cũng nh° tr¿ng thái sử dụng, tuy nhiên, các kÁt cÃu th°ßng phÁi cháu những tình hng tÁi trọng q māc và đißu kiện mơi tr°ßng kh¿c nghiệt khơng đ°ợc dự đốn trong q trình thiÁt kÁ, d¿n đÁn sự suy thối kÁt cÃu dài h¿n. Ví dụ, các sự kiện đáng đÃt gÅn đây, bao gßm đáng đÃt Loma Prieta (1989), Northridge (1994), Kobe (1995) và Chi-Chi (1999), đã cho thÃy s d bỏ tỏn thÂng v hòng húc ca kt cÃu trong các thÁm họa tự nhiên. Ngoài ra, trong kÁt cÃu sự xng cÃp cịn do nhißu ngun nhân khác nhau nh° Ánh h°áng cÿa các yÁu tá môi tr°ßng nh° ăn mịn thép, cacbon hóa bê tơng cũng nh° sự lão hóa cÿa vÁt liệu. Do đó, sāc khße kÁt cÃu s¿ bá Ánh h°áng bái các yÁu tá vÁn hành và mơi tr°ßng, bao gßm đißu kiện ti bỡnh thòng, mụi tròng hin ti v tÂng lai cng nh cỏc nguy cÂ d kin trong suỏt thòi gian tßn t¿i. Mát u tá nữa có thá d¿n đÁn h° hßng trong kÁt cÃu cơng trình là các cơng trình cịn có các hình thái dao đáng riêng, gây ra rung đáng khuÁch đ¿i khi tÅn sá dao đáng riêng cÿa kÁt cÃu trùng khớp với tÅn sá cÿa ph°¢ng tiện di chuyán (cáng h°áng c¢ học) s¿ làm cho kÁt cÃu cơng trình bá h° hßng. Việc h° hßng các cơng trình giao thơng khơng chß làm Ánh h°áng đÁn kinh tÁ mà còn gây mÃt an ton cho ngòi v phÂng tin tham gia giao thụng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Vì vÁy, những năm gÅn đây, các hệ tháng đánh giá sāc khße kÁt cÃu cơng trình (Structural Health Monitoring - SHM) đã đ°ợc trián khai ráng rãi và nhÁn đ°ợc nhißu sự quan tâm cÿa các nhà nghiên cāu trong l*nh vực xây dựng cơng trình trên thÁ giới. Nhiệm vụ cÿa hệ tháng đánh giá sāc khße cơng trình là quan tr¿c đá phát hiện sớm những h° hßng dựa trên các dữ liệu đo đ¿c và phân tích đánh giá māc đá nghiêm trọng cÿa những h° hßng này tr°ớc khi đ°a ra các qut đánh sửa chữa. SHM có tißm năng to lớn, có thá mang l¿i những lợi ích kinh tÁ và an tồn khai thác cho các cơng trình, đặc biệt là các cơng trình giao thơng trọng điám nh° cÅu v°ợt nháp lớn,.... Hệ tháng giám sát cÃu trúc cũng có thá đ°ợc tìm thÃy trong nhißu cÃu trúc thơng th°ßng bao gßm máy bay, tàu bián và cÃu trúc dân sự. Ví dụ, mát sá tiêu chn thiÁt kÁ tịa nhà u cÅu các cơng trình nÁm trong khu vực có ho¿t đáng đáng đÃt m¿nh phÁi có hệ tháng giám sát cÃu trúc đ°ợc cài đặt [1]. Hệ tháng giám sát cháu trách nhiệm chính cho việc thu thÁp dữ liệu đo đ¿c từ các cÁm biÁn đ°ợc cài đặt trong cÃu trúc và l°u trữ dữ liệu đo đ¿c trong mát kho dữ liệu trung tâm. Đá đÁm bÁo dữ liệu đo đ¿c đ°ợc thu thÁp mát cách đáng tin cÁy, hệ tháng giám sát cÃu trúc sử dụng dây trun thơng trục lọc cho việc trun thơng giữa các cÁm biÁn và kho dữ liệu. Hiện nay, các quác gia đang chi rÃt m¿nh cho các hệ thơng cÁm biÁn dây trun thơng trục lọc cung cÃp mát kÁt nái trun thơng rÃt đáng tin cÁy. Ví dụ, hệ tháng giám sát cÃu trúc đ°ợc cài đặt trong các tòa nhà cao tÅng đã đ°ợc báo cáo trong tài liệu là có chi phí hÂn 5000 ụ la M (USD) cho mòi kờnh cm biÁn [2]. Chi phí cÿa hệ tháng giám sát có thá tăng nhanh h¢n mát cách khơng tun tính. Ví dụ, chi phí cài đặt cÁm biÁn trên cây cÅu treo Tsing Ma á Hßng Kơng đ°ợc °ớc tính đã v°ợt q 8 triệu đơ la Mỹ[3]. Hình 1-1 thá hiện hệ tháng giám sát sāc khße kÁt cÃu đ°ợc l¿p đặt trên cÅu treo dây võng Tsing Ma (Hßng Kơng), với táng sá 283 cÁm biÁn gßm nhißu nhóm cÁm biÁn khác nhau: thiÁt bá đo gió, cÁm biÁn đo gia tác, cÁm biÁn nhiệt đá, cÁm biÁn đo chuyán vá đáng, hệ tháng đánh vá toàn cÅu (GPS), cÁm biÁn đo chuyán vá, tr¿m cân đáng, … phục vụ thu thÁp thơng tin mơi tr°ßng, tÁi trọng giao thông, đặc điám và đặc tr°ng đáng cÿa cÅu. Dữ liệu từ các cÁm biÁn s¿ đ°ợc xử lý và l°u trữ đá giám sát sāc khße kÁt cÃu lâu dài, đ°a ra các cÁnh báo trong tr°ßng hợp xÁy ra các bÃt th°ßng trong các cơng trình cÅu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

<i>Hình 1-1: Hệ thống cÁm biến đ°ợc lắp đặt trên Cầu Tsing Ma phục vụ cho việc giám sát sức khỏe </i>

Cùng với việc kiám tra cÅu theo kÁ ho¿ch thì đái với các cơng trình cÅu lớn, việc theo dõi liên tục tr¿ng thái công trình là cÅn thiÁt. Mát trong các biện pháp mang l¿i nhißu trián vọng đá đánh giá q trình làm việc và khai thác cÿa các cơng trình cÅu là l¿p đặt trên mát sá cÃu kiện hoặc bá phÁn kÁt cÃu cÅu các thiÁt bá quan tr¿c, các cÁm biÁn chuyán vá hay các cÁm biÁn đo l°ßng liên tục các đ¿i l°ợng vÁt lý cÿa cơng trình, từ các tr¿ng thái biÁn d¿ng đÁn các tr¿ng thái āng suÃt trong các thành phÅn kÁt cÅu cÿa cÅu. Hệ tháng SHM b¿t đÅu đ°ợc đ°a vào āng dụng và phát trián trên thÁ giới trong những năm gÅn đây.

Cơng tác theo dõi giữ vai trị quan trọng trong q trình xây dựng, thi cơng và khai thác, nó cho phép kiám chāng các giÁ thiÁt đặt ra khi thiÁt kÁ và có thá tác đáng đÁn giá thành thi cơng cÿa cơng trình. Vì vÁy việc trián khai và áp dụng các ph°¢ng pháp hiện đ¿i, các kỹ tht tiên tiÁn đá quan tr¿c cơng trình cÅu phục vụ cho thi công, nghiên cāu và quÁn lý khai thác cơng trình hiệu q và an tồn là hÁt sāc cÅn thiÁt và cÃp bách.

Mát hệ tháng theo dõi và quan tr¿c kÁt cÃu cÅu th°ßng bao gòm cỏc thnh phn:

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b>ã CÁm bi¿n: Các cÁm biÁn đ°ợc cài đặt trên các điám quan trọng cÿa cÅu </b>

đá thu thÁp dữ liệu vß tình tr¿ng cÅu, bao gßm đá rung, nhiệt đá, ỏ ầm, ỏp

<b>sut, v nhiòu yu tỏ khỏc. </b>

<b>ã Há thång truyÁn dā liáu: Dữ liệu thu thÁp từ các cÁm biÁn đ°ợc truyßn </b>

đÁn mát hệ tháng xử lý dữ liệu. Việc trun dữ liệu có thá thực hiện thơng qua dây cáp, sóng vơ tun, hoặc cỏc phÂng phỏp truyòn thụng khụng

<b>ã Há thång xÿ lý dā liáu: Mát khi dữ liệu đ°ợc thu thÁp, nó s¿ đ°ợc xử lý </b>

và phân tích. Đißu này th°ßng bao gßm việc lo¿i bß nhiễu, chuần hoỏ d liu, v ỏp dng cỏc phÂng phỏp phân tích đá nhÁn biÁt các xu h°ớng,

<b>ã Giao diỏn ng°ãi dùng: Hệ tháng theo dõi sāc khoẻ cÅu cũng cÅn cung </b>

cÃp mát giao diện ng°ßi dùng đá ng°ßi quÁn lý có thá dễ dàng hiáu và sử dụng thơng tin. Giao diện này th°ßng cung cÃp mát bāc tranh táng quan vß tình tr¿ng cÅu, cũng nh° các cụng c ỏ xem chi tit hÂn vò d liu c

<b>ã Hỏ thồng cnh bỏo: Trong tròng hợp phát hiện ra vÃn đß nghiêm trọng </b>

hoặc tißm Çn, hệ tháng s¿ tự đáng phát ra cÁnh báo đá ngăn chặn các tai n¿n có thá xÁy ra

Những lợi ích rõ ràng, quan trọng nhÃt cÿa quan tr¿c kÁt cÃu cÅu nh° sau:

- Việc quan tr¿c s¿ làm giÁm các rÿi ro vß các nguyên nhõn khụng lòng trc giỳp cho CÂ quan qun lý cÅu có các qut đánh káp thßi dựa trên sá liệu thực tÁ làm việc cÿa cơng trình cÅu.

- Công tác quan tr¿c giúp việc phát hiện káp thßi các khiÁm khuvÁt vß mặt kÁt cÃu và tăng đá an tồn cho cơng trình cÅu: kÁt cÃu cÅu có thá có các khiÁm khut mà khơng thá phát hiện bÁng cách kiám tra bÁng trực quan hoặc kiám tra trên mơ hình.

- Việc quan tr¿c đÁm bÁo chÃt l°ợng lâu dài: BÁng việc cung cÃp sá liệu liên tục vß sự làm việc cÿa cơng trình cÅu, cơng tác quan tr¿c góp phÅn đánh giá chÃt l°ợng thi công, vÁn hành, công tác duy tu bÁo d°ỡng và do dó có thá lo¿i bß các chi phí Çn cho cơng việc khơng đ¿t chÃt l°ợng. RÃt nhißu cơng trình có khiÁm khut hoặc điám u vß kÁt cÃu đ°ợc t¿o ra ngay trong quá trình thi cơng, nh°ng các khiÁm khut này chß

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

có thá nhìn thÃy đ°ợc sau mát vài năm. Lúc này chi phí sửa chừa s¿ trá nên rÃt lớn và đã nÁm ngoài trách nhiệm bÁo hành cÿa nhà thÅu.

- Cơng tác quan tr¿c giúp ích cho công tác quÁn lý duy tu kÁt cÃu cÅu: dữ liệu quan tr¿c có thá giúp cho việc thực hiện công tác "bÁo d°ỡng theo nhu cÅu". Các ho¿t đáng vÁn hành, duy tu bÁo d°ỡng, sửa chữa hoặc thay thÁ các bá phÁn cÿa kÁt cÃu s¿ đ°ợc tái °u hóa dựa trên các sá liệu tin cÁy phÁn ánh tình tr¿ng làm việc thực cÿa kÁt cÃu.

- Ngoài ra hệ tháng quan tr¿c s¿ cung cÃp các thông tin tham khÁo rÃt bá ích trong cơng tác thực hiện các dự án có quy mụ tÂng t trong lÂng lai: thụng tin vò sự làm việc thực tÁ cÿa cơng trình cÅu s¿ giúp cho các Nhà thiÁt kÁ và đ¢n vá QuÁn lý thc hin cỏc ò ỏn thit k r hÂn, an ton hÂn v bòn vng hÂn vi ỏ tin cÁy và tính năng làm việc đ°ợc nâng cao.

Chính vì tÅm quan trọng cÿa hệ tháng giám sát sāc khße kÁt cÃu. Hiện nay nhißu cơng trình cÅu trên thÁ giới đang áp dụng các hệ tháng SHM đá giám sát sāc khße cơng trình cÅu. D°ới đây là mát sá ví dụ đián hình, các cơng trình cÅu trên thÁ giới áp dụng hệ tháng SHM.

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Hệ tháng quan tr¿c cÿa cÅu Akashi Kaiyo (Hình 1-3) bao gßm 75 cÁm biÁn (đo đáa chÃn, đo gió, gia tác, vÁn tác, chuyán vá, nhiệt đá, ...).

<i>Hình 1-3: Hệ thống quan trắc của cầu Akashi Kaikyo (Nhật BÁn) </i>

CÅu Tatara (Hình 1-4), nái đÁo Ikuchi và Oumishima cÿa NhÁt, là cơng trình cÅu dây văng dài nhÃt thÁ giới t¿i thßi điám hồn thành (tháng 4 năm 1999) với nháp chính dài 890m và táng chißu dài là 1,480m.

<i>Hình 1-4: Cầu Tatara (Nhật BÁn) </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

T°¢ng tự nh° cÅu Akashi Kaikyo, cÅu Tatara đ°ợc l¿p đặt rÃt nhißu cÁm biÁn cho công tác giám quan tr¿c nh° thá hiện á Hình 1-5

<i>Hình 1-5: Hệ thống quan trắc của cầu Tatara (Nhật BÁn) </i>

CÅu Tsing Ma (Hình 1-6), khánh thành ngày 27/04/1997, là cơng trình cÅu treo có nháp lớn thā bÁy thÁ giới (1.377m), đ°ợc thiÁt kÁ cho cÁ giao thơng đ°ßng s¿t l¿n đ°ßng bá.

<i>Hình 1-6: Cầu Tsingma – Hong Kong </i>

Hệ tháng cÁm biÁn sử dụng cho quan tr¿c cÅu Tsingma (Hình ) gßm: máy đo gia tác, máy đo biÁn d¿ng, phong kÁ, cÁm biÁn nhiệt, hệ tháng cân đáng. Hệ tháng này tiÁn hành đo nhiệt đá mặt đ°ßng nhựa, biÁn d¿ng trong các phÅn tử cho tới tác đá gió,

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

đá võng và bÃt kỳ những chuyán đáng nào cÿa hệ mặt cÅu và tháp. Với h¢n 350 cÁm biÁn, các āng xử cÿa cÅu đ°ợc ghi nhÁn trong liên tục trong ngày, cũng nh° cung cÃp các thơng tin cÅn thiÁt giúp theo dõi chính xác các đißu kiện làm việc cÿa cÅu.

<i>Hình 1-7: Hệ thống quan trắc của cầu Tsingma (Hong Kông) </i>

NhÁm đáp āng nhu cÅu thực tiễn cÿa công tác duy tu, bÁo d°ỡng cÅu, nhÃt là cÅu nháp lớn t¿i Việt Nam, hệ tháng quan tr¿c cÅu cũng đã từng b°ớc đ°ợc áp dụng t¿i Việt Nam, đặc biệt sau khi Bá GVTV ban hành Thông t° 52/2013/TT-BGTVT quy đánh vß qn lý, khai thác và bÁo trì cơng trình đ°ßng bá, trong đó u cÅu các cơng trình cÅu có nháp dài h¢n 150m hoặc trụ cÅu cao h¢n 50m phÁi đ°ợc l¿p đặt hệ tháng quan tr¿c.

T¿i Việt Nam, hệ tháng quan tr¿c đ°ợc thiÁt kÁ và l¿p đặt á nhißu cơng trình cÅu lớn nh°: CÅu NhÁt Tân, cÅu Nguyễn Văn Trßi 3 TrÅn Thá Lý, CÅu CÅn Th¢, CÅu Cao Lãnh, CÅu NhÁt Lệ 2, CÅu dây văng 3 Nút giao thông Ngã Ba HuÁ…

<i>Hình 1-8: Cầu Rồng - Thành phố Đà Nẵng </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

CÅu Rßng - cơng trình biáu t°ợng cÿa thành phá Đà Nẵng, nái lißn khu vực trung tâm thành phá t¿i vá trí giao c¿t giữa đ¿i lá Nguyễn Văn Linh và đ°ßng B¿ch ĐÁng với đ¿i lá Võ Văn Kiệt, phía bên kia bß đông sông Hàn.

Hệ tháng thiÁt bá và kÁt nái bao gßm các thành phÅn sau: CÁm biÁn (sensors); cáp trun tín hiệu từ tÃt cÁ các cÁm biÁn này vß thiÁt bá thu dữ liệu; thiÁt bá điện tử, vi xử lý, bá nhớ, bá xử lý hình Ánh, bá l°u trữ, hệ đißu hành, màn hình, đá tích hợp và chun đái tín hiệu trên đ°ßng trun;

CÅu CÅn Th¢ (Hình 1-9) là cÅu dây văng b¿c qua sơng Hu, nỏi TP. Cn ThÂ v tònh V*nh Long. Cu đ°ợc khái cơng xây dựng vào tháng 9/2004 và hồn thành vào tháng 4/2010.

T¿i thßi điám hồn thành, đây là cÅu hai mặt phẳng dây văng có nháp chính dài nhÃt khu vực Đông Nam Á (550m). Trụ tháp cÅu hình chữ Y ng°ợc cao 134.7m tính từ mặt cÅu. Móng trụ tháp đ°ợc đặt trên hệ cọc khoan nhßi đ°ßng kính 2.5m, dài 94m. KÁt cÃu mặt cÅu chính gßm đo¿n giữa dài 210m là kÁt cÃu dÅm háp thép ghép nái với hai đo¿n cÅu còn l¿i là kÁt cÃu dÅm háp bê tông āng suÃt tr°ớc.

Hai năm sau khi khánh thành, mát hệ quan tr¿c (Hình 1-10) đã đ°ợc l¿p đặt cho cÅu CÅn ThÂ, tuy nhiờn h ny chò mi minh ha kh năng cÿa các thiÁt bá cÁm biÁn và nhÁn diện các dữ liệu đo bÃt th°ßng, ch°a thÁt sự cung cÃp thông tin trợ giúp đánh giá tr¿ng thái kÁt cÃu cÅu từ các dữ liệu quan tr¿c.

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Năm 2017, trong khuôn khá Dự án xây dựng hệ tháng c¢ sá dữ liệu quan tr¿c cÅu dây văng á Việt Nam, hệ quan tr¿c cũ cÿa cÅu đã đ°ợc tiÁn hành hiệu chuÇn l¿i và bá sung cÁm biÁn mới, sau đó đßng bá trun d¿n - xử lý dữ liệu.

CÅu Bính (Hình 1-11) b¿c qua sơng CÃm á Thành phá HÁi Phịng. CÅu Bính có chißu dài 1.280 m, ráng 22,5 m, cho bán làn xe c¢ giới và hai làn xe thơ s¢, chißu cao thơng thun 25 m cho phép tàu 3.000 tÃn qua l¿i.

<i>Hình 1-11: Cầu Bính – Thành phố HÁi Phịng </i>

Vào tháng 7/2010, cÅu bá h° hßng nghiêm trọng do bá tàu vÁn tÁi va vào. Sau đó, cÅu đã đ°ợc sửa chữa đá phục hßi khÁ năng cháu tÁi. Năm 2013, cÅu đ°ợc l¿p đặt hệ tháng quan tr¿c, thiÁt kÁ bái cơng ty VITEC, sau đó là công ty Chodai, đá theo dõi dao đáng cÿa cÅu.

Trong những thÁp kỷ gÅn đây, cÁp nhÁt mơ hình đá theo dõi sāc khße kÁt cÃu dựa trên đặc tr°ng dao đáng ngày càng đ°ợc sử dụng phỏ bin hÂn. Nhiòu ng dng thnh cụng ca theo dừi sc khòe kt cu da trờn phÂng phỏp khụng phá hÿy đã đ°ợc báo

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

cáo trong các tài liệu. Perera và cáng sự [4] sử dụng mát sá thuÁt toán di truyßn (Genetic Algorithm 3 GA) đa biÁn dựa trên sự tái °u Pareto và các hàm táng hợp đá xác đánh h° hßng trong các kÁt cÃu. Nghiên cāu thÁo luÁn vß việc áp dụng các thuÁt toỏn di truyòn trong cỏc phÂng phỏp xỏc ỏnh thit h¿i cho các kÁt cÃu khác nhau, chẳng h¿n nh° dÅm, vịm và kÁt cÃu l°ới. Theo đó, tác giÁ so sánh hiệu st cÿa tht tốn di trun với các tht tốn tái °u hóa khác, chẳng h¿n nh° tht tốn mơ phßng ÿ và trình tái °u hóa kiÁn s° tử, trong việc phát hiện h° hßng cÃu trúc. KÁt quÁ chāng minh rÁng các thuÁt toán di truyßn, đặc biệt là khi kÁt hợp với các kỹ tht tái °u hóa khác, thá hiện tính m¿nh m¿, hiệu quÁ và đá chính xác trong việc xác đánh vá trí và māc đá thiệt h¿i trong các hệ tháng cÃu trúc đa d¿ng. Chou và cáng sự [5] đã xác đánh vá trí và māc đá cÿa h° hßng trong các kÁt cÃu bÁng cách giÁi quyÁt vÃn đß nghách đÁo sử dụng tht tốn GA. Các phép đo t*nh cÿa chuyán vá đ°ợc áp dụng đá xác đánh sự thay đái cÿa các tính chÃt nh° diện tích mặt c¿t ngang và mơ đun đàn hßi. Hao và cáng sự [6] đã sử dụng thuÁt toán GA đá phát hiện h° hßng trong khung và dÅm cơng xon sử dụng hàm mục tiêu bao gßm tÅn sá dao đáng riêng, hình d¿ng dao đáng và kÁt hp c hai. Kt qu chò ra rng phÂng phỏp đß xt có thá xác đánh chính xác vá trí và māc đá h° hßng cÿa kÁt cÃu xem xét, ngay cÁ khi mơ hình phân tích có xét đÁn sai sá cÿa dữ liệu đo. Goncalves và cáng sự [7] đã giới thiệu tht tốn nhóm tìm kiÁm, đây là mát ph°¢ng pháp tái °u hóa siêu dữ liệu mới đá giÁi qut vÃn đß tái °u hóa các kÁt cÃu giàn. KÁt q cÿa tht tốn đß xt đã chāng minh khÁ năng nhÁn diện h° hßng trong các kÁt cÃu. Guo và cáng sự [8] áp dụng tht tốn GA và kỹ tht táng hợp thơng tin đá xác đánh vá trí và māc đá cÿa h° hßng t¿i nhißu vá trí trong kÁt cÃu. ĐÅu tiên, h° hßng đ°ợc nhÁn d¿ng bÁng cách sử dụng hàm mục tiêu cÿa cÁ tÅn sá dao đáng riêng và hình d¿ng dao đáng. Sau đó, mát tht tốn GA tìm kiÁm vi mơ đ°ợc áp dụng đá xác đánh māc đá h° hßng. Yu và cáng sự [9] áp dụng tái °u hóa đàn kiÁn (Ant Colony 3 AC) đá xác đánh vá trí h° hßng cÿa khung 2 tÅng và kÁt cÃu khung thép 3 tÅng đ°ợc hiệu chßnh trên các phép đo. Tht tốn đß xt cung cÃp dự đốn chính xác vß cÁ vá trí và māc đá cÿa h° hßng trong các kÁt cÃu đ°ợc xem xét. Yan và cáng sự [10] đß xuÃt mát ph°¢ng pháp dựa trên sóng wavelet cÿa các phÁn āng dao đáng tự do cÿa các kÁt cÃu bá h hòng. PhÂng phỏp ny khụng chò nhn dng c các h° hßng đang xÁy ra trong kÁt cÃu mà cịn xác đánh chính xác vá trí và māc đá h° hßng. Mát tịa nhà 5 tÅng và 20 tÅng đã đ°ợc sử dụng đá chāng minh tính hiệu quÁ ca phÂng phỏp

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

ò xut. Sim và cáng sự [11] sử dụng cÁ các phép đo toàn cục và cục bá thay thÁ các phép đo gia tác đá cÁi thiện đá chính xác cÿa các phÂng phỏp giỏm sỏt sc khòe kt cu. Seyedpo [12] đã kÁt hợp mát chß sá dựa trên năng l°ợng biÁn d¿ng với PSO đá xác đánh vá trí và māc đá cÿa nhißu tr°ßng hợp h° hßng khác nhau. Trong giai đo¿n đÅu tiên, tht tốn đß xt đ°ợc sử dụng đá xác đánh chính xác vá trí h° hßng cÿa kÁt cÃu. Trong giai đo¿n thā hai, māc đá cÿa h° hßng thực tÁ đ°ợc xác đánh bÁng cách áp dụng PSO dựa trên kÁt quÁ cÿa giai đo¿n đÅu tiên. KÁt q cho thÃy tht tốn đß xt có thá cung cÃp mát cơng cụ đáng tin cÁy đá phát hiện h° hßng kÁt cÃu. Sandesh và cáng sự [13] đã sử dụng thuÁt toán tái °u hóa kÁt hợp giữa GA và PSO đá xác đánh h° hßng trong mát tÃm mßng. Nguyên lý năng l°ợng biÁn d¿ng t°¢ng đ°¢ng đ°ợc chọn là hàm mục tiêu đá giÁm thiáu sự khác biệt giữa gia tác đo đ°ợc và dự đoán theo lý thuyÁt. Ashebo và cáng sự [14] kÁt hợp các phép đo hiện tr°ßng với mơ hình phÅn tử hữu h¿n đá xem xét Ánh h°áng cÿa đá lệch cÿa dÅm chính đái với sự phân bá tÁi trọng cÿa ph°¢ng tiện theo h°ớng ngang trên cÅu. Zhong và cáng sự [15] đã xác đánh các tham sá kÁt cÃu không ch¿c ch¿n cÿa cÅu dây văng dài sử dụng mơ hình cÁp nhÁt kÁt hợp với lý thuyÁt xác suÃt. Arangio và cáng sự [16] đã sử dụng m¿ng l°ới n¢ ron Bayes đá xác đánh h° hßng trong cÅu dây văng quy mô lớn dựa trên các đặc tr°ng đáng học kÁt cÃu. Kuok và cáng sự [17] đã áp dụng xác suÃt Bayes đá xác đánh các phÁn āng kÁt cÃu cÿa cÅu Ting Kau, đây là cây cÅu dây văng quy mô lớn á Hàn Quác. Cheng và cáng sự [18] đã phân tích các đặc tr°ng đáng học cÿa cÅu đ°ßng s¿t bÁng cách sử dụng các lò xo giÁm chÃn.Trong những thÁp kỷ gÅn đây, cÁp nhÁt mơ hình đá theo dõi sāc khße kÁt cÃu dựa trên đặc tr°ng dao đáng ngày càng đ°ợc sử dng phỏ bin hÂn. Nhiòu ng dng thnh cụng ca theo dừi sc khòe kt cu da trờn phÂng phỏp không phá hÿy đã đ°ợc báo cáo trong các tài liệu.

à Việt Nam, các nghiên cāu vß l*nh vực giám sát sāc khße kÁt cÃu đÅu tiên tÁp trung vào phát hiện các vÁt nāt tßn t¿i trong kÁt cÃu, sau đó các nghiên cāu tiÁp tục đi vào phân tích sự phát trián cÿa các vÁt nāt. Các nghiên cāu vß phát hiện h° hßng trong kÁt cÃu đ°ợc thực hiện với nhißu lo¿i kÁt cÃu nh° cÅu đ°ßng, các lo¿i nßn móng và các giàn khoan. Nguyễn TiÁn Minh [19] đß xuÃt ph°¢ng pháp xác đánh sự thay đái cÿa các tham sá trong kÁt cÃu cÅu nh° mơ đun đàn hßi cÿa bê tông bÁng cách so sánh kÁt cÃu á tr¿ng thái ch°a h° hßng và tr¿ng thái h° hßng. Tuy nhiên trong nghiên cāu này ch°a đß cÁp đÁn khÁ năng phát hiện khu vực cũng nh° māc đá h° hßng cÿa kÁt cÃu. Bùi

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

Đāc Chính [20]3[23] sử dụng biÁn đái Hilbert-Huang đá chần oỏn h hòng ca kt cu phn di ca cơng trình cÅu. KÁt q chāng minh rÁng biÁn đái Hilbert-Huang có thá phân biệt đ°ợc các āng xử dao đáng khác nhau cÿa các trụ cÅu, ngồi ra cịn có thá xác đánh đ°ợc sự giÁm vß đá cāng cÿa các trụ, trong khi đó các ph°¢ng pháp biÁn đái cũ nh° Fast Fourier Transform (FFT), và Wavelet Transform (WT) chß cho thÃy có sự thay đái nhß vß biên đá dao đáng cÿa các trụ cÅu, nh°ng không thá đ°a ra đ°ợc māc đá cÿa sự thay đái biên đá này. Ngồi ra các ph°¢ng pháp chun đái nh° FFT và WT còn cháu Ánh h°áng khá nhißu cÿa hiện t°ợng nhiễu. Ngơ Trọng Đāc và cáng sự [24] áp dụng phân tích các dao đáng riêng đá xác đánh các vÁt nāt trong các dÅm sử dụng vÁt liệu có c¢ tính biÁn thiên. Trong nghiên cāu này, Ánh h°áng cÿa nhiễu cũng đ°ợc xem xét. Kt qu chò ra rng, phÂng phỏp ò xut cú thá phát hiện đ°ợc vá trí cÿa vÁt nāt. Khiem v cỏng s [25] ò xut phÂng phỏp phõn tớch tÅn sá riêng cÿa kÁt cÃu dÅm với mát sá vÁt nāt ng¿u nhiên dựa trên ph°¢ng pháp ma trÁn chun giao và mơ hình lị xo quay cÿa các vt nt. PhÂng phỏp ò xut cú thỏ xỏc ỏnh chính xác khu vực h° hßng và giÁm thßi gian tính tốn so với các ph°¢ng pháp khác. Ph¿m Xuân Khang [26]3[28] đß xuÃt tht tốn đá xác đánh các h° hßng trong kÁt cÃu dựa vào các đặc tr°ng đáng học (so sánh dao đáng riêng cÿa kÁt cÃu á các tr¿ng thái đo khác nhau). Nghiên cāu đß xuÃt đ°ợc áp dụng cho cơng trình cÅu thực tÁ và đem l¿i những kÁt quÁ phù hợp với thực tÁ. Tác giÁ cũng áp dụng ph°¢ng pháp đáng dựa vào sự thay đái cÿa d¿ng dao đáng riêng đá đß xt trình tự chần oỏn h hòng trong kt cu nhỏp gin Ân. Nguyễn Việt Khoa [29]3[34] đã áp dụng các ph°¢ng pháp giám sát sāc khße khơng phá hÿy dựa vào đặc tr°ng đáng học cÿa kÁt cÃu đá chÇn đốn các h° hßng trong kÁt cÃu. à Việt Nam, các nghiên cāu vß l*nh vực giám sát sāc khße kÁt cÃu đÅu tiên tÁp trung vào phát hiện các vÁt nāt tßn t¿i trong kÁt cÃu, sau đó các nghiên cāu tiÁp tục đi vào phân tích sự phát trián cÿa các vÁt nāt. Các nghiên cāu vß phát hiện h° hßng trong kÁt cÃu đ°ợc thực hiện với nhißu lo¿i kÁt cÃu nh° cÅu đ°ßng, các lo¿i nßn móng và các giàn khoan. Lê Cao Thanh cùng cáng sự [35] ò xut mỏt phÂng phỏp gòm hai bc ỏ chần đốn vá trí và māc đá nghiêm trọng cÿa h° hßng cho các kÁt cÃu tÃm. Trong b°ớc thā nhÃt, chß sá năng l°ợng biÁn d¿ng mơ-đun đ°ợc sử dụng đá xác đánh vá trí h° hßng dựa trên sự thay đái năng l°ợng biÁn d¿ng giữa tr¿ng thái tr°ớc và sau khi h° hßng xuÃt hiện. Trong b°ớc thā hai, tht tốn di trun đ°ợc áp dụng đá tái °u hóa hàm mục tiêu với biÁn là māc đá suy giÁm chißu dày cÿa các phÅn

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

tử có khÁ năng bá h° hßng. Hàm mục tiêu cũng dựa trên năng l°ợng biÁn d¿ng từ đó cho kÁt quÁ hoàn toàn khÁ quan. Tuy nhiên nghiên cāu h¿n chÁ bái phÅn tử tÃm nhß, khó có thá thực hiện trên ph¿m vi lớn. Dang Viet Hung cùng cáng sự [36] nghiên cāu đß xuÃt mát thuÁt tốn học sâu lai đá phát hiện h° hßng cơng trình, kÁt hợp M¿ng n¢ ron tích chÁp (Convolution neural network-CNN) và trí nhớ ng¿n h¿n dài (Long short term memory -LSTM). Tht tốn giÁm đ°ợc chi phí tính tốn, l°u trữ dữ liệu và xử lý đ°ợc nhißu māc đá h° hßng d°ới tác đáng cÿa nhiễu dữ liệu. Tuy nhiên nghiên cāu mới chß dừng l¿i á khung ba tÅng, bên c¿nh đó với dữ liệu phāc t¿p d°ới tác đáng cÿa nhißu lo¿i tÁi trọng cùng với kÁt cÃu lớn, phāc t¿p d¿n đÁn cÅn bá thiÁt bá thu dữ liệu đáp āng đ°ợc thu chính xác các dữ liệu với māc nhiễu nhß nhÃt. Truong Viet Hung cùng cáng sự [37] đã nghiên cāu đá °ớc tính tÁi trọng giới h¿n cÿa giàn thép phi tuyÁn đàn hßi dựa trên phân tích nâng cao. Mặc dù nghiên cāu ch°a xét đÁn nhißu tr°ßng hợp tÁi trọng nh°ng v¿n đ¿t đ°ợc kÁt quÁ đáng khích lệ, làm tißn đß đá phát trián các giám sát kÁt cÃu.

Mát sá nghiên cāu cũng đã đ°ợc tiÁn hành đá giám sát sāc khße cho các cơng trình cÅu lớn nh° cÅu Mỹ ThuÁn, cÅu Bãi Cháy, hay cÅu Kißn bÁng cách l¿p đặt các thiÁt bá theo dõi th°ßng xuyên đá theo dõi sāc khße kÁt cÃu. Tuy nhiên, những thiÁt bá ny chò cung cp cỏc thụng tin cÂ bn v cÅn đ°ợc kiám chāng cũng nh° so sánh với các mơ hình tính tốn bÁng cách áp dụng cÁp nhât mơ hình từ đó xác đánh các tham sá ch°a t°ßng minh hoặc thay đái trong q trình khai thác hay tác đáng cÿa Ánh h°áng mơi tr°ßng nh° tính chÃt vÁt liệu, đá cāng cÿa các bá phÁn, đißu kiện biên,... từ đó đánh giá đúng khÁ năng cháu lc cng nh chần oỏn cỏc h hòng xy ra nÁu có cÿa cơng trình. Nguyễn Hữu Thn và cáng sự [38] giám sát sāc khße cÅu dây văng Mỹ ThuÁn bÁng cách tiÁn hành đo thực nghiệm t¿i hiện tr°ßng. Mát mơ hình sá cũng đ°ợc xây dựng đá so sánh với kÁt quÁ từ thực nghiệm. Hàm mục tiêu so sánh bao gßm tÅn sá dao đáng riêng và hình d¿ng dao đáng. Bùi TiÁn Thành và cáng sự [39] tiÁn hành đo đ¿c thực nghiệm cÅu dây văng Mỹ ThuÁn. Tuy nhiên trong nghiên cāu này, tác giÁ tÁp trung vào lựa chọn vá trí tái °u cÿa các cÁm biÁn đá có thá thu nhÁp đ°ợc nhißu thơng tin nhÃt vß các đặc tr°ng đáng học cÿa kÁt cÃu nh° tÅn sá dao đáng riêng và hình d¿ng dao đáng. Hồng Nam [40] nghiên cāu vß hệ tháng quan tr¿c đá l¿p đặt cho cÅu CÅn ThÂ nhm thu thp cỏc d liu vò tn sỏ dao đáng riêng và hình d¿ng dao đáng. Bùi Xuân Ngó và cáng sự [41] xác đánh mát sá chß tiêu kỹ thuÁt c¢ bÁn cÿa cÅu

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

dây văng thông qua các hệ tháng quan tr¿c sāc khße kÁt cÃu theo thßi gian thực. Nguyễn Trọng Ngh*a và cáng sự [42] đo lực căng dây cáp cÿa cÅu dây văng Phỳ M da trờn phÂng phỏp ò thỏ. Lc cng cáp đ°ợc tính tốn dựa vào kÁt q đo dao đáng, bao gßm tÅn sá dao đáng riêng.

Tuy nhiờn cỏc phÂng phỏp giỏm sỏt sc khòe kt cu đã và đang thực hiện á Việt Nam chÿ yÁu phân tích hoặc xác đánh các đặc tr°ng đáng học cÿa kÁt cÃu nh° tÅn sá dao đáng riêng, hình d¿ng dao đáng...mà ch°a xác đánh đ°ợc các tham sá có thá thay đái theo thßi gian nh° các đặc tr°ng cÿa vÁt liệu (mơ đun đàn hßi...), hình d¿ng mặt c¿t, và đißu kiện biên. Những tham sá này Ánh h°áng đÁn đá cāng cũng nh° sự làm việc cÿa kÁt cÃu và cũng phÁn ánh rõ ràng nhÃt những āng xử cÿa kÁt cÃu khi xÁy ra các h° hßng. Ngồi ra, mặc dù gÅn đây, trên thÁ giới các nghiên cāu sử dụng các thuÁt toán tái °u, hay các ph°¢ng pháp học máy đã đ°ợc áp dụng rßng rãi và hiệu quÁ đá giám sát sāc khße các cơng trình. à Việt nam, các kỹ tht này v¿n cịn mới, ch°a có nhißu nghiên cāu sử dụng các tht tốn tái °u, hay các ph°¢ng pháp học máy đá giám sát sāc khße các cơng trình.

<b>quang. </b>

Trên thÁ giới ngày nay, khi mà các công trình xây dựng ngày càng trá nên phāc t¿p và hiện đ¿i, việc đÁm bÁo an toàn và hiệu quÁ cÿa chúng qua thßi gian trá thành mát yÁu tá khơng thá bß qua. Giám sát sāc khoẻ cơng trình, mát l*nh vực nghiên cāu và āng dụng kỹ thuÁt tái tân, nái bÁt lên nh° mát phÅn thiÁt yÁu trong việc duy trì và tái °u hóa đá an tồn cũng nh° ti thọ cÿa các cơng trình kiÁn trúc và c¢ sá h¿ tÅng. Mục đích chính cÿa việc giám sát sāc khoẻ cơng trình khơng chß là phát hiện sớm những tán th°¢ng hoặc suy giÁm chāc năng, mà cịn là cung cÃp dữ liệu quan trọng đá hß trợ trong việc bÁo trì và sửa chữa káp thßi, qua đó giÁm thiáu nguy c¢ tai n¿n và tái °u hóa chi phí bÁo d°ỡng.

Sự phát trián cÿa hệ tháng cÁm biÁn trong việc giám sát sāc khoẻ cơng trình đã má ra mát chân trßi mới cho ngành kỹ thuÁt dân dụng và công nghệ xây dựng. Từ những hệ tháng cÁm biÁn c¢ bÁn, ngành cơng nghiệp này đã chāng kiÁn sự tiÁn bá v°ợt bÁc với sự ra đßi cÿa các cÁm biÁn quang hiện đ¿i, mang l¿i khÁ năng giám sát chính xác và liên tục mà tr°ớc đây không thá đ¿t đ°ợc. CÁm biÁn quang, với khÁ năng

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

cung cÃp dữ liệu chính xác vß biÁn d¿ng cÃu trúc, nhiệt đá, áp st và các u tá mơi tr°ßng khác, đã trá thành công cụ không thá thiÁu trong việc theo dõi và đánh giá tình tr¿ng cÿa các cơng trình.

Lách sử cÿa hệ tháng cÁm biÁn trong giám sát cơng trình phÁn ánh mát hành trình từ những b°ớc đÅu đ¢n giÁn đÁn những đái mới cơng nghệ đát phá. Ban đÅu, các hệ tháng cÁm biÁn đ°ợc sử dụng chÿ yÁu đá phát hiện những biÁn đái c¢ bÁn nh° nhiệt đá và áp suÃt. Tuy nhiên, với sự phát trián cÿa công nghệ, đặc biệt là trong l*nh vực điện tử và quang học, hệ tháng cÁm biÁn đã trá nên tinh vi h¢n, có khÁ năng phỏt hin cỏc vn ò phc tp hÂn nh nt cÃu trúc, án đánh đáa chÃt, và thÁm chí là dÃu hiệu cÿa sự mệt mßi vÁt liệu.

Nh° đã trình bày t¿i mục 1.1, māc đá hiệu quÁ cÿa mát hệ tháng SHM phụ thuác rÃt nhißu vào việc thu thÁp các dữ liệu đo theo thßi gian thực vß tình tr¿ng sāc khße cÿa kÁt cÃu với đá chính xác cao. Những dữ liệu thu thÁp đ°ợc s¿ đ°ợc phân tích xử lý ngay hoặc chuyán đÁn trung tâm l°u trữ phân tích, từ đó đ°a ra các cÁnh báo cÅn thiÁt nÁu quan sát thÃy những hiện t°ợng bÃt th°ßng xuÃt hiện trên kÁt cÃu. Do vÁy, hệ tháng cÁm biÁn đá theo dõi tình tr¿ng kÁt cÃu đ°ợc thiÁt kÁ nhÁm t¿o thuÁn lợi cho quá trình giám sát cũng nh° cho phép các kỹ s° bÁo trì có thá xử lý hệ tháng theo dõi mát cách chính xác và hiệu quÁ nhÃt nhÁm đÁm bÁo tái đa an toàn cho kÁt cÃu. Mát hệ tháng giám sát sāc khße đián hình bao gßm mát m¿ng l°ới các cÁm biÁn cháu trách nhiệm đo các thông sá khác nhau liên quan đÁn tr¿ng thái hiện t¿i cÿa kÁt cÃu cũng nh° mơi tr°ßng xung quanh, chẳng h¿n nh° āng suÃt, sāc căng, dao đáng, đá nghiêng, đá Çm và nhiệt đá. Đißu này d¿n đÁn sự tích hợp cÿa nhißu hệ cÁm biÁn tiên tiÁn vào hệ tháng SHM nh° cÁm biÁn c¢ điện-gia tác (piezoelectric accelerometer), cÁm biÁn sử dụng bá chuyán đái dây rung (vibrating-wire transducer), cÁm biÁn đo biÁn d¿ng (strain gage), cÁm biÁn quang (fiber optic sensor), vv... Việc nghiên cāu áp dụng và tăng c°ßng hiệu năng cÿa những hệ cÁm biÁn này đã và đang nhÁn đ°ợc sự quan tâm cÿa nhißu nhà khoa học trên thÁ giới.

Lin và cáng sự [43], [44] đß xuÃt mát hệ tháng thiÁt bá giám sát sāc khße kÁt cÃu cho cÅu nháp lớn bao gßm ba cÁm biÁn gia tác đßng trục, mát bá vi xử lý, mát bá chuyán đái tín hiệu sá và l°u trữ dữ liệu đo. Hệ tháng đ°ợc áp dụng thí điám cho mát cơng trình cÅu trên thực tÁ và cho thÃy đá chính xác cao trong việc theo dõi và phát

</div>