Nghiên cứu đề xuất hệ thống quan trắc cho cầu dây văng mỹ thuận

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐIỀN THANH BÌNH

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG QUAN TRẮC CHO CẦU
DÂY VĂNG MỸ THUẬN
PROPOSED RESEARCH ON THE HEALTH MONITORING OF
MY THUAN BRIDGE

Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng
Mã số:

60580205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019


2


i
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

********

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Họ tên học viên: ĐIỀN THANH BÌNH

MSHV: 1770093

Ngày, tháng, năm sinh: 06/12/1993

Nơi sinh: Cà Mau

Chun ngành: Xây dựng Cơng Trình Giao Thơng.

Mã số: 60580205

I. TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG QUAN TRẮC CHO CẦU DÂY VĂNG MỸ
THUẬN.
II. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
1. Lựa chọn thiết bị quan trắc phù hợp với mục đích sử dụng dựa trên tính năng và thứ
tự ưu tiên.
2. Xác định vị trí phù hợp trên cầu dây văng để lắp đặt thiết bị quan trắc sao cho đạt
được hiệu quả của thiết bị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 08/03/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/01/2020
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. HỒ THU HIỀN
TP.HCM, ngày 02 tháng 01 năm 2020
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. Hồ Thu Hiền

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. Nguyễn Mạnh Tuấn

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
PGS.TS. Lê Anh Tuấn


ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên của em trong Luận văn này là lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu
Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, thầy cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng và đặc
biệt là thầy cô trong Bộ Môn Cầu Đường đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình học
tập tại trường.
Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cô Hồ Thu Hiền và thầy Nguyễn Danh
Thắng đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành tốt Luận văn tốt nghiệp trong thời hạn được
giao. Cuối cùng em xin cảm ơn đến những người thân trong gia đình và bạn bè đã động
viên, giúp đỡ để em hoàn thành luận văn này.
Mặc dù đã nỗ lực rất nhiều, nhưng do kiến thức còn hạn chế và nhiều yếu tố khách quan
khác nên Luận văn tốt nghiệp này sẽ còn nhiều hạn chế và thiếu sót. Em rất mong được
sự góp ý của các thầy cơ để em có thể bổ sung thêm thêm kinh nghiệm cho công tác thực
tiễn sau này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Học viên thực hiện luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Điền Thanh Bình


iii

TĨM TẮT

Bài nghiên cứu được thực hiện với mục đích nghiên cứu hệ thống quan trắc sức khỏe cho
cơng trình, đặc biệt là cơng trình cầu. Bằng cách đưa ra danh sách các thiết bị quan trắc
thường dùng của các cơng trình cầu ở Việt Nam và trên tồn thế giới. Cũng như tìm hiểu
về cấu tạo, chức năng hoặt động cụ thể của từng thiết bị được đề cập. Bởi vì khơng có
điều kiện tiếp cận cơ sở dữ liệu thực tế. Nên sử dụng phần mềm MIDAS để mơ hình hóa
kết cấu cầu Mỹ Thuận dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn, sau đó đối chiếu số liệu
với các điều kiện của tiêu chuẩn. Để đảm bảo rằng các số liệu mơ hình trên phần mềm
MIDAS sẽ gần giống với cơng trình thực tế nhất.
Dựa trên các bài nghiên cứu của nhiều tác giả và lý luận khách quan, đưa ra bảng danh
sách đánh giá độ ưu tiên của các thiết bị được lắp đặt trên một số cầu tiêu biểu. Từ đó đề
xuất ra 2 phương án thiết kế cho hệ thống quan trắc cầu Mỹ Thuận gồm: Phương án thiết
kế đầy đủ và phương án thiết kế rút gọn tiết kiệm. Dựa trên những dữ liệu trước đó của
bài nghiên cứu và lý luận trên cơ sở khoa học để đưa ra sự lựa chọn phương án thiết kế
rút gọn tiết kiệm là phương án phù hợp nhất cho cầu Mỹ Thuận. Dù là phương án rút gọn
nhưng vẫn đảm bảo đủ chức năng và thông tin cần thiết của một hệ thống quan trắc cầu.
Nghiên cứu này giúp việc đánh giá, lựa chọn thiết bị và vị trí lắp đặt sao cho phù hợp, để
đạt được hiệu suất tối đa, với khoản tài chính phù hợp nhất. Bên cạnh đó bài nghiên cứu
này như là một cơ sở cho những nghiên cứu chuyên sâu hơn về sau.


iv
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG QUAN

TRẮC CHO CẦU
1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC CẦU
• Khái niệm về hệ thống quan trắc cầu.
• Lý do tại sao cần hệ thống này, nhiệm vụ của hệ thống là gì?
• Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống SHM trên thế giới và tại Việt Nam.
• Mối quan hệ tương tác giữa tuổi thọ cơng trình và vấn đề kinh tế.
1.2. SỰ CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• Dựa trên tình hình thực tế của nước ta nêu ra lý do lựa chọ SHM. Dẫn chứng dựa
trên các cơng trình hiện tại.
1.3. MỤC TIÊU & PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• Nghiên cứu về các tính năng, cách thức hoạt động của các thiết bị quan trắc. Từ
đó đưa ra nhận xét về hiệu năng của thiết bị và cách bố trí trên cầu.
• Đối tượng nghiên cứu cụ thể: cầu Mỹ Thuận.
• Dựa vào kết quả nghiên cứu, đưa ra đề suất hệ thống quan trắc cho cầu Mỹ Thuận.

CHƯƠNG 2. CÁC THIẾT BỊ CỦA MỘT HỆ THỐNG QUAN
TRẮC CẦU
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
• Các cấp độ đánh giá của một hệ thống SHM được chia ra làm 5 cấp độ khác nhau
từ nhẹ đến nặng. Trong đó, một hệ thống SHM tiêu chuẩn bao gồm 4 thành phần
cấu tạo: Hệ thống thu nhận thông tin, truyền tải thông tin, lưu trữ dữ liệu và xử lý.
2.2. HỆ THỐNG THU NHẬN THÔNG TIN


v
• Liệt kê các thiết bị cảm biến cần thiết và phổ biến nhất hiện nay, được gắn cho
những cây cầu của Việt Nam và trên thế giới.
• Mơ tả cụ thể về cấu tạo, chức năng và hoạt động của từng thiết bị.
• Xem xét và so sánh các tính năng, mục đích sử dụng của các thiết bị.
•

Kiểm tra từng vị trí cụ thể giúp đưa ra các giải pháp và lựa chọn sao cho vừa đảm
bảo mục đích sử dụng, vừa tiết kiệm về vấn đề kinh tế.

2.3. HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI THƠNG TIN
• Bao gồm các phương thức truyền tải phổ biến nhất hiện nay như truyền tải qua
nguồn điện, cáp đồng, cáp quang và không dây.
2.4. HỆ THỐNG LƯU TRỮ THƠNG TIN
• Bao gồm các thiết bị lưu trữ quang học như đĩa DVD, lưu trữ từ trường như HDD,
số hóa dưới dạng thể rắn SSD và công nghệ tiên tiến hiện đại là điện toán đám
mây.

CHƯƠNG 3. MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC CẦU ĐÃ
ĐƯỢC LẮP ĐẶT TRÊN THẾ GIỚI
3.1. MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC CẦU TRÊN THẾ GIỚI
• Giới thiệu về hệ thống quan trắc của một số cầu trên thế giới như cầu Naini (Ấn
Độ), cầu Kap Shui Mun ( Hong Kong).
3.2. MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC CẦU Ở VIỆT NAM
• Các hệ thống quan trắc cầu ở Việt Nam như hệ thống quan trắc của cầu Cần Thơ
(thành phố Cần Thơ), Cầu Rạch Miễu (Bến Tre), Cầu Thuận Phước (Đà Nẵng)
và cầu Cao Lãnh (Đồng Tháp).


vi
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUAN TRẮC CHO CẦU
MỸ THUẬN
4.1. TỔNG QUAN VỀ CẦU MỸ THUẬN
• Giới thiệu sơ lược về cầu Mỹ Thuận, vị trí địa lý, tình hình kinh tế, chính trị
trước và sau khi cầu được xây.
• Chi tiết về đặc trưng kỹ thuật thiết kế của cầu Mỹ Thuận.

• Một số sự kiện gây ảnh hưởng tiêu cực trực tiếp đến tình trạng của cầu.
4.2. PHÂN TÍCH CẦU MỸ THUẬN BẰNG MIDAS CIVIL
• Tạo lập và xây dựng mơ hình dựa trên cơ sở và thiết kế đã có.
• Phân tích số lieu, so sánh với các giá trị tính tốn được như độ võng, ứng suất,
dao động…
4.3. ĐỀ SUẤT HỆ THỐNG SHM CHO CẦU MỸ THUẬN
• Với mục tiêu đề ra trước đó là nghiên cứu để đưa ra sự lụa chọn thiết bị làm sao
đảm bảo về kỹ thuật và kinh tế. Lựa chọn các thiết bị phù hợp đảm bảo tận dụng
tối đa được sức mạnh của thiết bị.
• Đưa ra đánh giá dựa trên cơ sở nghiên cứu.
• Tiến hành lựa chọn thiết bị và vị trí lắp đặt cụ thể lên từng vị trí của mơ hình. Kèm
với thơng số của một vài thiết bị có mặt trên thị trường về giá thành sản phẩm, nhà
cung cấp và tính năng hoạt động.
•

Đưa ra 2 phương án thiết kế đầy đủ và phương án tiết kiệm cho hệ thống.


vii
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN
5.1. KẾT LUẬN 2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
• Đưa ra đánh giá về 2 phương án và bảng giá tham khảo tổng hợp của từng hệ
thống. Đưa ra so sánh và nhận xét cụ thể về ưu điểm và nhực điểm từng phương
án và lựa chọn đề xuất phương án thiết kế tiết kiệm cho cầu Mỹ Thuận.
• Đưa ra đánh giá về bài nghiên cứu, các vấn đề đã làm được và còn thiếu trong bài.
Nhận xét về 2 phương án thiết kế.
5.2. ĐỀ XUẤT
• Đề xuất các hướng phát triển đề tài tiếp theo cho hệ thống quan trắc cầu, các vấn
đề cần khắc phục trong tương lai để hoàn thiện lĩnh vực về quan trắc cơng trình.

viii

SUMMARY

The study was conducted with the purpose of studying the health monitoring system for
buildings, especially bridges. By making a list of commonly used monitoring equipment
of bridge constructions in Vietnam and around the world. As wel as learn about the
specific structure and function of each device mentioned. Use MIDAS software to model
My Thuan bridge structure based on finite element method, then compare the data with
the standard conditions. To ensure that the model data on the MIDAS software will be
close to the actual work.
Based on the researches of many authors and objective reasoning, List of the priority of
the equipment installed on some typical bridges is given. Since then proposed 2 design
options for My Thuan bridge monitoring system including: Full design plan and
economical shortened design plan. Based on the previous data of the research and
theoretical basis on science to make a choice of the economical reduction design is the
most suitable plan for My Thuan Bridge. Despite the shortened plan, it still ensures the
necessary functions and information of a bridge observation system.
This study helps evaluate, choose the right equipment and installation position, to achieve
maximum performance, but with the most appropriate financing. In additional, this paper
serves as a basis for further in-depth research.


ix
CHAPTER 1. GENERAL INTRODUCTION OF BRIDGE HEALTH
MONITORING DEVICES
1.1 OVERVIEW OF BRIDGE MONITORING SYSTEM
• Concept of bridge monitoring system.
• Why is this system needed, what is its mission?

• Establishment and development history of SHM system in the world and in
Vietnam.
• The interaction relationship between project longevity and economic issues.
1.2 NECESSITY OF THE ASSIGNMENT
• Based on the actual situation of our country, stated the reasons for choosing SHM.
Cited on current works.
1.3 OBJECTIVES & SCOPE OF RESEARCH
• Research on the features and how the monitoring devices work, and give
comments on the performance of the device and the layout of the bridge.
• Specific research subjects: My Thuan bridge.
• Based on the results of the study, proposed a monitoring system for My Thuan
Bridge.

CHAPTER 2. BRIDGE HEALTH MONITORING DEVICES
2.1. GENERAL INTRODUCTION
• The rating levels of a SHM system are divided into 5 levels ranging from mild to
severe. In particular, a standard SHM system consists of 4 components:
Information acquisition, information transmission, data storage and processing
system.
2.2. INFORMATION RECEIVE SYSTEM


x
• List the most common and necessary sensors, which is currently installed for
bridges in Vietnam and around the world.
• Describe in detail the structure, function and operation of each device.
• Review and compare the features and uses of the devices.
• Examining each specific position in order to offer solutions and choices so that
they both ensure the purpose of use and economically.
2.3. INFORMATION TRANSPORTATION SYSTEM

• Including the most common transmission methods today such as power
transmission, copper cables, optical cables and wireless.
2.4. INFORMATION STORAGE SYSTEM
• Includes optical storage devices such as DVDs, magnetic storage such as HDDs,
digitized solid state SSDs, and advanced technology such as cloud computing.

CHAPTER 3. SOME CROSS-MONITORING SYSTEMS HAS
INSTALLED IN THE WORLD
3.1. SOME CROSS-BASED SYSTEMS IN THE WORLD
• Introducing the observation system of some bridges in the world such as Naini
Bridge (India), Kap Shui Mun Bridge (Hong Kong).
3.2. SOME BRIDGE MONITORING SYSTEMS IN VIETNAM
• Bridge monitoring systems in Vietnam such as those of Can Tho Bridge (Can
Tho City), Rach Mieu Bridge (Ben Tre), Thuan Phuoc Bridge (Da Nang) and
Cao Lanh Bridge (Dong Thap).


xi
CHAPTER 4. DESIGN THE MONITORING SYSTEM FOR MY THUAN
BRIDGE
4.1 OVERVIEW OF MY THUAN BRIDGE
• Introduction of My Thuan Bridge, geographical location, economic and political
situation before and after the bridge was built.
• Design specifications detail of My Thuan Bridge
• Some events have a direct negative effect on My Thuan Bridge
4.2 MY THUAN BRIDGE ANALYSIS BY MIDAS CIVIL
• Create and build models based on existing design.
• Analyzing data, comparing with the calculated values sush as deflection, stress,
vibration…
4.3 PROPOSAL OF SHM SYSTEM FOR MY THUAN BRIDGE

• With the goal set out earlier, research is given to select equipment that is
technically and economically guaranteed. Selecting the suitable equipment to
ensure maximum use of the device’s power.
• Making assessments based on research.
• Proceed to select equipment and specific installation locations on each model
position, with the specifications of a number of devices available on the market in
terms of product cost, vendors and performance features.
• Choose 2 complete design and economical design options for the system.

CHAPTER 5. CONCLUSION
5.1. CONCLUDE
• Provide evaluation on the research paper, issues that have been done and missing
in the paper. Give comment on 2 design options.
5.2. OFFER


xii
• Proposing directions for developing the next project for the bridge monitoring
system, issues that need to be overcome in the future to complete the field of
construction monitoring.


xiii
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng có ai cơng bố trong bất kì cơng trình nào
khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong quá trình hoàn thanh Luận văn này
đã được cám ơn và các thông tin sử dụng trong Luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện luận văn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Điền Thanh Bình


xiv

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Một hệ thống quan trắc cầu [1] ........................................................................ 1
Hình 1.2 Sập cầu Morandi, Italia [4] ............................................................................... 3
Hình 1.3. Lợi ích của SHM cho người sử dụng [5] ......................................................... 4
Hình 1.4 Vị trí cầu Mỹ Thuận [7] .................................................................................... 5
Hình 2.1 Cấu tạo của biến dạng kế điện trở ..................................................................... 7
Hình 2.2 Cấu tạo của gia tốc kế [9].................................................................................. 8
Hình 2.3 Gia tốc kế điện tử 1D và 2D ............................................................................. 9
Hình 2.4 Biểu đồ dao động của gia tốc kế [10].............................................................. 10
Hình 2.5. Địa chấn kế cơ học và điện tử [11] ................................................................ 10
Hình 2.6 Cảm biến lực căng dây [12] ............................................................................ 12
Hình 2.7. Thiết bị đo dịch chuyển [13] .......................................................................... 13
Hình 2.8. Cách thức hoạt động và vị trí của thiết bị đo dịch chuyển ............................. 13
Hình 2.9. Cấu tạo của thiết bị đo độ nghiêng ................................................................. 14
Hình 2.10. Hệ thống đo tải trọng động trực tiếp [15] .................................................... 16
Hình 2.11. Vịng lặp quy nạp và thiết bị đo tải trọng [16] ............................................. 16
Hình 2.12. Vị trí gắn cảm biến đo biến dạng ................................................................. 18
Hình 2.13. Đường ảnh hưởng và biểu đồ ảnh hưởng của tải trọng thực tế.................... 19
Hình 2.14 Cấu tạo và vị trí gắn thiết bị đo xói [19] ....................................................... 20
Hình 2.15 Q trình hoạt động của cảm biến Sonar [21] .............................................. 21
Hình 2.16. Cấu tạo của nhiệt kế đo cáp ......................................................................... 22
Hình 2.17. Cấu tạo nhiệt kế đo nhiệt độ bê tông [22] .................................................... 22

xv
Hình 2.18. Cấu tạo của nhiệt kế khơng khí [23] ............................................................ 23
Hình 2.19. Cấu tạo của phong tốc kế [24] ..................................................................... 24
Hình 2.20. Cấu tạo của vũ kế xơ nghiêng [25] .............................................................. 25
Hình 2.21. Hệ thống quan trắc thời tiết [26] .................................................................. 26
Hình 2.22. Cấu tạo camera có thể điều chỉnh được ....................................................... 27
Hình 2.23. Cấu tạo camera khơng điều chỉnh được ....................................................... 27
Hình 2.24. Camera được gắn trên cầu (Akira Takaue) (doisongphapluat.com) ............ 28
Hình 2.25. Trung tâm giám sát giao thơng .................................................................... 29
Hình 2.26 Cấu tạo của hệ thống GPS [27] ..................................................................... 30
Hình 2.27. Cáp Analog................................................................................................... 31
Hình 2.28. Sơ đồ chuyển đồi tín hiệu Analog thành Digital [28] .................................. 32
Hình 2.29. Cấu tạo dây nguồn........................................................................................ 32
Hình 2.30. Cấu tạo của cáp quang ................................................................................. 33
Hình 2.31. Cấu tạo của một hệ thống mạng khơng dây [29] ......................................... 34
Hình 2.32. Thiết bị phát sóng mạng khơng dây ............................................................. 35
Hình 2.33. Thiết bị thu sóng mạng khơng dây ............................................................... 35
Hình 2.34. Sự phát triển của mạng di động [29] ............................................................ 36
Hình 2.35. Cấu tạo của đĩa DVD ................................................................................... 37
Hình 2.36. Cấu tạo của ổ cứng HDD và hộp dữ liệu ..................................................... 38
Hình 2.37. Cấu tạo của SSD và bộ lưu trữ ..................................................................... 39
Hình 2.38. Cấu trúc của điện tốn đám mây [32] .......................................................... 41
Hình 2.39. Các mơ hình của điện tốn đám mây hiện nay ............................................ 42
Hình 2.40. Điện tốn đám mây sử dụng cho mọi lĩnh vực ............................................ 43
Hình 2.41. Ứng dụng điện toán đám mây - cầu Thuận Phước [34] ............................... 43
Hình 3.1. Cầu Naini, Ấn Độ........................................................................................... 45
Hình 3.2. Bố trí cảm biến của cầu Naini, Ấn Độ ........................................................... 46
Hình 3.3. Cầu Kap Shui Mun, Hong Kong .................................................................... 48

xvi
Hình 3.4. Bố trí cảm biến trên cầu Kap Shui Mun ........................................................ 48
Hình 3.5. Cầu Cần Thơ, Cần Thơ, Việt Nam................................................................. 50
Hình 3.6. Bố trí cảm biến của cầu Cần Thơ ................................................................... 50
Hình 3.7. Cầu Rạch Miễu, Bến Tre, Việt Nam [39] ...................................................... 52
Hình 3.8. Bố trí cảm biến của cầu Rạch Miễu ................................................................ 52
Hình 3.9. Cầu Thuận Phước, Đà Nẵng .......................................................................... 54
Hình 3.10. Hệ thống quan trắc trực tuyến của Cầu Thuận Phước ................................. 54
Hình 3.11. Cầu Cao Lãnh, Đồng Tháp [40] ................................................................... 56
Hình 3.12. Bố trí cảm biến của cầu Cao Lãnh ............................................................... 56
Hình 4.1. Cầu Mỹ Thuận, Việt Nam .............................................................................. 58
Hình 4.2. Mặt cắt dầm ngang của cầu Mỹ Thuận .......................................................... 60
Hình 4.3. Sơ đồ bố trí cáp văng của cầu Mỹ Thuận ...................................................... 61
Hình 4.4. Thiết kế của tháp cầu Mỹ Thuận .................................................................... 62
Hình 4.5. Vị trí bố trí neo cáp ........................................................................................ 63
Hình 4.6. Sơ đồ bố trí cáp văng của cầu Mỹ Thuận ...................................................... 63
Hình 4.7. Tai nạn hư dải phân cách cứng [43] ............................................................... 64
Hình 4.8.Tai nạn làm đổ hóa chất ra mặt đường [44] .................................................... 65
Hình 4.9. Cháy lớn gần Cầu Mỹ Thuận ......................................................................... 65
Hình 4.10. Khe co giãn trước (a) và sau (b) sửa chữa ................................................... 66
Hình 4.11. Gắn kim và bơm keo Sikadur 752 vào vết nứt............................................. 66
Hình 4.12. Bố trí chung cầu Mỹ Thuận ......................................................................... 69
Hình 4.13. Mơ hình hóa cầu dây văng bằng MIDAS .................................................... 70
Hình 4.14. Dao động phương đứng Dz tại mode 1 với chu kỳ T = 1.804 (s) ................ 71
Hình 4.15. Dao động phương ngang Dy tại mode 4 với chu kỳ T = 1.164 (s) .............. 71
Hình 4.16. Dao động phương ngang xoắn Rx tại mode 10 với tần số T = 0.68 (s) ....... 71
Hình 4.17. Chuyển vị tại vị trí đầu và giữa dầm chính .................................................. 72
Hình 4.18. Độ nghiêng của tháp cầu theo phương X và Y ............................................ 73

xvii
Hình 4.19. Lực cắt lớn nhất tại đỉnh tháp ...................................................................... 73
Hình 4.20. Moment lớn nhất tại đỉnh tháp ..................................................................... 74
Hình 4.21. Những dây văng chịu lực lớn nhất ............................................................... 74
Hình 4.22. Ứng suất lớn nhất tại dầm cầu chính ............................................................ 75
Hình 4.23. Các vị trí lắp đặt biến dạng kế, GNSS và thiết bị đo nghiêng ..................... 78
Hình 4.24. Lắp đặt gia tốc kế trên cáp văng .................................................................. 79
Hình 4.25. Lắp đặt thiết bị đo ứng suất ở dầm chủ ........................................................ 79
Hình 4.26. Hệ thống cân động trực tiếp [16] ................................................................. 80
Hình 4.27. Hệ thống cân động gián tiếp ........................................................................ 81
Hình 4.28. Camera quan sát giao thơng ......................................................................... 81
Hình 4.29. Vị trí lắp đặt phong, vũ và nhiệt kế .............................................................. 82
Hình 4.30. Lắp đặt nhiệt kế cho cáp văng ...................................................................... 83
Hình 4.31. Vị trí lắp đặt thiết bị đo xói .......................................................................... 83
Hình 4.32. Lắp đặt cảm biến đo nghiêng [47] ............................................................... 84
Hình 4.33. Phần mềm quản lý cầu Cần Thơ .................................................................. 85
Hình 4.34. Sơ đồ cảm biến đầy đủ cho cầu Mỹ Thuận .................................................. 86
Hình 4.35. Cảm biến tối thiểu cho cầu Mỹ Thuận ......................................................... 87


xviii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1. Cảm biến sử dụng cho cầu Naini, Ấn Độ ...................................................... 47
Bảng 3.2. Bảng tổng hợp cảm biến sử dụng cho cầu Kap Shui Mun ............................ 49
Bảng 3.3. Cảm biến sử dụng cho cầu Cần Thơ, Việt Nam ............................................ 51
Bảng 3.4. Cảm biến sử dụng cho cầu Rạch Miễu .......................................................... 53

Bảng 3.5. Cảm biến sử dụng cho cầu Thuận Phước ...................................................... 55
Bảng 3.6. Cảm biến cho cầu Cao Lãnh .......................................................................... 57
Bảng 4.1. Khối lượng sửa chữa khe co giãn cầu Mỹ Thuận .......................................... 67
Bảng 4.2. Thông số của vật liệu ..................................................................................... 68
Bảng 4.3. Các thông số kiểm tra .................................................................................... 76
Bảng 4.4. Bảng tổng hợp cảm biến phương án thiết kế đầy đủ ..................................... 86
Bảng 4.5. Bảng tổng hợp cảm biến phương án thiết kế tiết kiệm .................................. 87
Bảng 5.1. Bảng giá của phương án thiết kế đầy đủ (tham khảo) ................................... 88
Bảng 5.2. Bảng giá của phương án thiết kế tiết kiệm (tham khảo) ................................ 90


xix

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
TĨM TẮT ..................................................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH.............................................................................................. xiv
DANH MỤC BẢNG ..........................................................................................xviii
MỤC LỤC ................................................................................................................ xix
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG QUAN
TRẮC CHO CẦU.................................................................................. 1
1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC CẦU....................................... 1
1.2. SỰ CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................... 4
1.3. MỤC TIÊU & PHẠM VI NGHIÊN CỨU ......................................................... 5

CHƯƠNG 2. CÁC THIẾT BỊ CỦA MỘT HỆ THỐNG QUAN
TRẮC CẦU ............................................................................................ 6
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................................ 6
2.1.1. Các cấp độ đánh giá của SHM ........................................................................ 6

2.1.2. Thành phần hoàn chỉnh của một SHM ........................................................... 7
2.2. HỆ THỐNG THU NHẬN THÔNG TIN ........................................................... 7


xx
2.2.1. Biến dạng kế điện trở (Electric strain gause).................................................. 7
2.2.2. Gia tốc kế (Accelerometer) ............................................................................. 8
2.2.3. Địa chấn kế (Seismometer). .......................................................................... 10
2.2.4. Cảm biến lực căng dây (Tension force sensor) ............................................ 11
2.2.5. Thiết bị đo dịch chuyển (Displacement Sensor) ........................................... 12
2.2.6. Thiết bị đo nghiêng (Inclinometer) ............................................................... 14
2.2.7. Hệ thống đo tải trọng động (weigh in motion) ............................................. 15
2.2.8. Thiết bị đo xói lịng sơng (Scour sonar sensors) .......................................... 20
2.2.9. Nhiệt kế (Thermometer) ............................................................................... 21
2.2.10. Phong tốc kế (Anemometer) ....................................................................... 23
2.2.11. Vũ kế (Rain gauge) ..................................................................................... 25
2.2.12. Hệ thống giám sát hình ảnh (Network camera) .......................................... 26
2.2.13. Hệ thống định vị GNSS (Global Navigation Satellite System) .................. 29
2.3. HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI THÔNG TIN...................................................... 31
2.3.1. Cáp dữ liệu Analog và Digital ...................................................................... 31
2.3.2. Cáp nguồn (Power cable).............................................................................. 32
2.3.3. Cáp quang (Fiber optical) ............................................................................. 33
2.3.4. Mạng không dây – WLAN (Wireless Network) .......................................... 34
2.4. HỆ THỐNG LƯU TRỮ DỮ LIỆU .................................................................. 37
2.4.1. Đĩa DVD – đĩa quang (Digital Versatile Disc)............................................. 37
2.4.2. Ổ cứng ........................................................................................................... 38
2.4.3. Điện toán đám mây (Cloud computing) ....................................................... 40


xxi

CHƯƠNG 3. MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC CẦU ĐÃ
ĐƯỢC LẮP ĐẶT TRÊN THẾ GIỚI ........................................................... 45
3.1. MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC CẦU TRÊN THẾ GIỚI .................... 45
3.1.1. Cầu Naini Bridge, Ấn Độ. ............................................................................ 45
3.1.2. Cầu Kap Shui Mun, Hong Kong................................................................... 47
3.2. MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC CẦU Ở VIỆT NAM .......................... 49
3.2.1. Cầu Cần Thơ, Cần Thơ, Việt Nam. .............................................................. 49
3.2.2. Cầu Rạch Miễu, Bến Tre, Việt Nam............................................................. 51
3.2.3. Cầu Thuận Phước, Đà Nẵng ......................................................................... 53
3.2.4. Cầu Cao Lãnh, Đồng Tháp ........................................................................... 55

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUAN TRẮC CHO CẦU
MỸ THUẬN ............................................................................................................. 58
4.1. TỔNG QUAN VỀ CẦU MỸ THUẬN ............................................................. 58
4.1.1. Giới thiệu chung ........................................................................................... 58
4.1.2. Các đặc trưng kỹ thuật .................................................................................. 59
4.1.3. Một số hư hỏng của cầu Mỹ Thuận .............................................................. 64
4.2. PHÂN TÍCH CẦU MỸ THUẬN BẰNG MIDAS CIVIL .............................. 67
4.2.1. Giới thiệu về phần mềm MIDAS/Civil ........................................................ 67
4.2.2. Thông số đầu vào .......................................................................................... 68
4.2.3. Số liệu kiểm tốn .......................................................................................... 69
4.2.4. Mơ hình hóa và phân tích kết cấu ................................................................. 69
4.3. ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG SHM CHO CẦU MỸ THUẬN................................ 77


xxii
4.3.1. Mục tiêu thiết kế ........................................................................................... 77
4.3.2. Thiết bị và vị trí lắp đặt................................................................................. 77
4.3.3. Phương án thiết kế ........................................................................................ 85

4.4. KẾT LUẬN 2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ....................................................... 88
4.4.1. Phương án thiết kế đầy đủ ............................................................................ 88
4.4.2. Phương án thiết kế tiết kiệm ......................................................................... 89
4.4.3. Nhận xét và lựa chọn .................................................................................... 91

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .................................................. 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 94


xxiii