Xác định đặc trưng động lực học công trình cầu bằng phương pháp dao động ngẫu nhiên

ố liệu đo thực tế luôn luôn tồn tại nhiễu
trong các phép đo, nên ngoài giá trị hạng ma trận lớn hơn khơng hẵn, thì hầu hết các giá
trị cịn lại khơng bằng khơng mà xấp xĩ bằng khơng (hình). Nên trong trường hợp này
hạng của ma trận sẽ được xác định là những giá trị lớn hơn hẵn và so với các giá trị còn
lại.


50
-

Biểu đồ giá trị riêng:

Hình 3.7: Biểu đồ giá trị riêng theo ham logarit

Hình 3.8 Xác định số bậc hệ thống


51
Giá trị 10 mode thu thập được:
Tần số

STT

Hệ số cản

Mode Shape
Phần thực

Phần ảo

1

0,875505

0,186557

0,002932

0,006153

2

1,500538

0,036550

-0,003124

-0,011973

3

2,679278

0,007367

-0,000119

0,010555

4

3,489576

0,000958

0,008219

0,002637

5

3,771822

0,065505

0,012116

0,008815

6

5,059765

0,029440

0,009883

0,002371

7

5,530408

0,031962

0,004917

-0,017577

8

6,45797

0,002443

0,005123

0,000911

9

8,58245

0,003313

-0,000567

0,003946

10

9,895445

0,009299

-0,001319

0,008949

Bảng 3.2. Giá trị các mode
Trong một số trường hợp cần phải áp dụng các kỹ thuật khác phức tạp hơn để
loại nhiễu và xác định hạng ma trận ví dụ như stabilization diagram...
Sau đó thực hiện các bước phân tích như trong chương 2, sẽ thu được các đặc
trưng động học kết cấu như là tần số, hệ số cản và dạng dao động.
3.2.2. Kết quả từ cầu Yokohama, Nhật Bản
Đối với cơng trình cầu Thuận Phước vì số lượng sensor bố trí ít chỉ có 4 sensor
cho 3 mặt cắt nên không thể hiện được dạng dao động rõ ràng do đó học viên có sử dụng
thêm số liệu đo của một cơng tình cầu hộp thép do giáo viên hướng dẫn cung cấp và áp
dụng thuật tốn để phân tích:
Số liệu dao động của cơng trình cầu được thu thập từ cơng trình cầu dầm hộp
nằm ở trước cổng trường quốc gia Yokohama, Nhật Bản. [14]


52

Hình 3.9. Cầu ở cổng trường YNU

High accuracy type
Sensor

M-A

Noise

0.5

Range

±5G

Sampling rate

~ 1 kHz

Hình 3.10. Cảm biến (Wireless sensor)
Nhịp chính của cầu cấu tạo bởi dầm hộp thép chiều dài nhịp 51m (hình 3.1). Sử
dụng loại wireless sensor (hình 3.2) bố trí 2 bên lề bộ hành với khoảng cách 8.5m (hình
3.3). Dưới tác dụng tải trọng gió tự nhiên, phản ứng gia tốc của kết cấu nhịp thu được
tại các sensor như hình 3.4


53

S1

S2

S3

S4

S5

S10

S9

S8

S7

S6

Hình 3.11. Bố trí sensor trên mặt cầu lề bộ hành

50

G2
G1

G2
G1

0

0

a. Mode 1, f=2.49Hz, =1.91%

G2

G1

9

50

c. Mode 3, f=6.48Hz, =4.65%

0

b. Mode 2, f=4.92Hz, =1.18%

G2
G1

9

0

50

0

50
0

d. Mode 4, f=9.04Hz, =3.31%

Hình 3.12. Hình dạng mode dao động, tần số tự nhiên và hệ số cản
Kết quả thu được từ chương trình với 4 mode đầu tiên thể hiện đầy đủ các thông số

động học của kết cấu: tần số, hệ số cản và dạng dao động trên hình


54
Kết luận chương 3
- Trong chương 3, luận văn đã thực hiện được những nội dung sau:
+ Sử lý số liệu nhận được từ cảm biến để cung cấp dữ liệu đầu vào cho chương
trình.
+ Ứng dụng chương trình để xác định thông số dao động của cầu.
Bằng cách sử dụng kỹ thuật dao động ngẫu nhiên kết hợp phương pháp phân tích
theo giá trị riêng, ta có thể thu được các thông số động lực học của cầu (tần số, hệ số
cản, hình dạng mode dao động), từ đó đánh giá trạng thái kỹ thuật của cầu.


55

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Đề tài trình bày kỹ thuật xác định các thông số dao động của kết cấu dưới tác
dụng của lực kích thích ngẫu nhiên. Bước quan trọng của thuật toán này là biến đổi dao
động ngẫu nhiên về dao động tự do bằng hàm tương quan chéo giữa hai dao động ngẫu
nhiên, sau đó áp dụng thuật tốn ERA.
Phương pháp phân tích các đặc tính dao động của kết cấu dựa trên kỹ thuật dao
động ngẫu nhiên có nhiều ưu điểm như khơng cản trở giao thơng, có thể quan trắc liên
tục và giá thành thấp.
Thuật tốn có thể áp dụng để xác định các thơng số động lực học của cơng trình
cầu sử dụng để theo dõi đánh giá các hư hỏng có thể phát sinh trong kết cấu, hoặc để
cập nhật hiệu chỉnh cho mơ hình phần tử hữu hạn.
2. Kiến nghị
Phương pháp xác định dựa trên kỹ thuật dao động ngẫu nhiên áp dụng hiệu quả

đối với các cơng trình cầu nhịp lớn hoặc cầu có độ mãnh lớn. Đối với các cơng trình cầu
nhịp nhỏ hay độ cứng lớn, kết cấu sẽ dao động với biên độ rất nhỏ nên rất khó để phân
tách giữa phần nhiễu và dữ liệu đo. Trong trường hợp này có thể sử dụng thuật tốn
ERA để phân tích với dạng dao động tự do.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] 22TCN 243-98 “quy trình kiểm định cầu trên đường ô tô”, Bộ giao thông vận tải.
[2] Lê Văn Quý, Lều Thọ Trình (1979), Động lực học cơng trình, Nhà xuất bản đại
học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.
[3] Nguyễn Viết Trung (2011), Cơ sở quan trắc cơng trình cầu trong thi cơng và khai
thác, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội.
Tiếng Anh
[4] Charles Van Loan (1992), Computational Frameworks for the Fast Fourier
Transform, SIAM.
[5] Farrar CR, James III GH (1997), “System identification from ambient vibration
measurements on a bridge”, Journal of Sound and Vibration;205(1):1–18.
[6] Helmut Wenzel (2009), Health Monitoring of Bridges.
[7] Ibrahim SR (1997), Random decrement technique for modal identification of
Structures, The AIAA Journal of Spacecraft and Rockets;14(11).
[8] Ibrahim SR, Mikulcik EC (1977), A method for direct identification of vibration
parameters from the free response, The Shock and Vibration
Bulletin;47(4):183–98.
[9] Juang JN, Pappa RS (1985), An eigensystem realization algorithm for modal
parameter identification and model reduction., Journal of Guidance,nControl,
and Dynamics;8(5):620–7.
[10] Siringoringo D.M., and Fujino Y. (2008), “System identification of suspension
bridge from ambient vibration response”, J. Eng. Struct., (30), 462-477.
[11] William Bolton (2015), Frequency Response, Instrumentation and Control Systems

(Second Edition).
[12] Yin H. P., Denis Duhamel, Pierre Argoul (2004), Natural frequencies and damping
estimation using wavelet transform of a frequency response function, Journal
of Sound and Vibration.
[13] H. T. Lam, H. Katsuchi and H. Yamada, “Stochastic identification of flutter
derivatives of long span bridge deck by gust response”, Journal of Structural
Engineering, Vol 63A (2017), 421-429.
[14] Data obtained from the sensors on Thuan Phuoc Bridge and Yokohama Bridge
were provided by H. T. Lam.