Chẩn đoán vết nứt trong cần trục tháp bằng phương pháp thử nghiệm động TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

ĐẶNG XUÂN TRỌNG

CHẨN ĐOÁN VẾT NỨT TRONG CẦN TRỤC THÁP
BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM ĐỘNG
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số: 9 52 01 01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT

TP. HỒ CHÍ MINH - 2021


Cơng trình được hồn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:
1. GS.TSKH. Nguyễn Tiến Khiêm
2. TS. Lê Duy Thạc

Phản biện 1: GS. TS. Trần Ích Thịnh
Phản biện 2: GS. TS. Nguyễn Văn Phó
Phản biện 3: PGS. TS. Phạm Tiến Đạt

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học
viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam vào hồi 14 giờ 00’, ngày 31 tháng 5 năm 2021.

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia


1
MỞ ĐẦU
Cần trục tháp là một thiết bị nâng hạ được sử dụng khá phổ biến ở nước
ta trong xây dựng cơng trình, bốc dỡ và vận chuyển hàng hóa. Vì vậy
việc đảm bảo an tồn kỹ thuật trong việc sử dụng thiết bị là hết sức quan
trọng. Để đảm bảo an tồn kỹ thuật, cơng tác kiểm định an toàn chất
lượng hay đánh giá khả năng làm việc của một thiết bị cần trục rất cần
thiết không thể coi nhẹ. Một trong những nội dung kiểm định thiết bị cần
trục có nội dung kiểm tra vết nứt tiềm ẩn trong thiết bị mà nếu khơng phát
hiện kịp thời có thể làm sụp đổ gây tai nạn trong khi vận hành. Tuy nhiên,
việc phát hiện các vết nứt trong cấu kiện hiện nay mới chỉ sử dụng các
thiết bị trực quan mà nhiều khi không thể với tới những vị trí khó tiếp
cận. Chính vì vậy, việc dị tìm khuyết tật hay vết nứt trong một kết cấu
cơng trình hay thiết bị cần đến một công cụ khảo sát gián tiếp từ xa. Một
trong những cơng cụ ấy chính là việc chẩn đốn, dị tìm khuyết tật hay vết
nứt trong một kết cấu bằng cách đo đạc các đặc trưng động lực học của
nó. Việc chẩn đốn vết nứt trong kết cấu khung giàn, có dạng như cần
trục tháp bằng phương pháp đo đạc dao động nói chung vẫn cịn rất ít trên
thế giới và đặc biệt chưa được quan tâm ở Việt Nam.
Mục tiêu của luận án này là ứng dụng phương pháp độ cứng động lực
để mô phỏng tính tốn kết cấu khung có vết nứt và sau đó sử dụng để

chẩn đốn vết nứt có thể tồn tại trong kết cấu bằng các tần số riêng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: đối tượng nghiên cứu của luận là
một khung phẳng, mô phỏng một cần trục tháp rút gọn, mà các cần và
cột được mô tả như là dầm đàn hồi hai chiều (dầm phẳng).
Phương pháp nghiên cứu là phương pháp độ cứng động lực.
Bố cục luận án bao gồm 4 chương, kết luận và tài liệu tham khảo.
Chương 1 trình bày tổng quan về thiết bị nâng hạ và vấn đề kiểm định
các thiết bị nâng hạ trong thực tế; tổng quan về bài toán đánh giá trạng
thái kỹ thuật và chẩn đoán vết nứt trong kết cấu cơng trình.


2
Chương 2 trình bày nội dung của phương pháp độ cứng động được phát
triển cho kết cấu khung phẳng có vết nứt và mơ hình độ cứng động của
kết cấu tháp có vết nứt.
Chương 3 trình bày các kết quả phân tích số đáp ứng phổ của cần trục
tháp nguyên vẹn chịu tác dụng của tải trọng di động và phân tích ảnh
hưởng vị trí, độ sâu và số lượng vết nứt đến tần số riêng của kết cấu tháp.
Chương 4 trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên một mơ hình
kết cấu tháp trong phịng thí nghiệm.
Kết luận chung trình bày những kết quả chính đã thu được của luận án
và đề xuất một số vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu.
Những kết quả chính của luận án có thể được tóm tắt như sau:
1. Đã xây dựng được một mơ hình độ cứng động ở dạng tường minh
cho một kết khung phẳng có vết nứt, một mơ hình đơn giản của cần trục
tháp có vết nứt, có thể dễ dàng áp dụng để phân tích dao động riêng
cũng như dao động cưỡng bức của kết cấu;
2. Đã tính tốn đáp ứng phổ (chuyển vị, mơ men uốn và lực cắt phân bố
trên cần chính của cần trục tháp khi tải trọng di động trên cần (khi cần
cầu tháp làm việc với tải trọng);

3. Đã phân tích chi tiết ảnh hưởng của vết nứt trong từng phần tử cũng
như các vết nứt xuất hiện đồng thời trong các phần tử đến tần số riêng
của cần trục tháp làm cơ sở dữ liệu để chẩn đoán vết nứt trong cần trục
tháp bằng cách đo đạc các tần số riêng;
4. Đã nghiên cứu thực nghiệm trên một mơ hình cần trục tháp trong
phịng thí nghiệm nhằm kiểm định mơ hình và kết quả mơ phỏng số cần
trục tháp có vết nứt và làm số liệu đầu vào cho việc chẩn đoán vết nứt
bằng tần số riêng;
5. Đã đề xuất một chỉ tiêu để xác định phần tử có vết nứt từ số liệu đo
đạc tần số riêng cho phép ta xác định chính xác phần tử bị nứt trong mơ
hình cần trục tháp.


3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về thiết bị nâng hạ
Thiết bị nâng hạ là những thiết bị dùng để nâng chuyển các loại hàng
kiện, hàng rời, vật liệu lỏng (dung dịch), …v.v., từ nơi này sang nơi
khác theo một chu trình làm việc nhất định. Máy nâng chuyển được sử
dụng rộng rãi trong các ngành giao thông vận tải, ngành xây dựng và
nhiều ngành kinh tế quốc dân khác [1, 2]. Thiết bị nâng hạ quan trọng
thường là các máy trục hay cần trục hoạt động không thường xuyên mà
theo chu kỳ. Các loại máy trục này gồm: các loại cầu trục, cổng trục,
cần trục, các loại máy nâng tự hành, v.v…
1.2. Tổng quan về vấn đề chẩn đoán hư hỏng cần trục tháp
Abdel-Rohman và cộng sự đã có một bài tổng quan khá chi tiết về động
lực học và điều khiển cần trục tháp [12]. Eden và các cộng sự [13] đã
nghiên cứu ổn định động của một cần trục di động bằng một mơ hình
rời rạc nhiều bậc tự do. Ghigliazza and Holmes [14] đã nghiên cứu
động lực học của một cần trục tháp khi điểm treo tải trọng di động. Sato

và Sakawa [15] đã đưa ra một mơ hình tổng qt hơn của cần trục tháp
được mô tả bằng một hệ nhiều vật. Các tác giả của [16] đã sử dụng phần
tử dầm Euler-Bernoilli để mô tả sự làm việc của một cầu trục, tức là đã
kể đến tính đàn hồi của kết cấu cầu trục. Nesser [17] đã đo đạc tần số
riêng của một kết cấu khung mô tả một cầu trục và kiểm nghiệm kết quả
bằng một mơ hình phần tử hữu hạn. Ju và Choo [18-19] đã sử dụng
phương pháp phần tử hữu hạn với siêu phần tử cáp để tính tốn dao
động riêng của cần trục tháp được mô tả bằng một hệ giàn với nhiều
puly khác nhau. Trần Văn Liên và cộng sự [42, 43] đã sử dụng biến đổi
wavelet của dạng dao động riêng để chẩn đoán vết nứt trong kết cấu
khung và Nguyễn Việt Khoa và cộng sự [44] đã nhận được một số kết
quả đo đạc thực nghiệm dao động của kết cấu khung có vết nứt.


4
1.3. Đặt vấn đề nghiên cứu
Thiết bị nâng hạ các loại, trong đó có cần trục tháp, được sử dụng rất
phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là trong Xây dựng dân dụng và Giao
thơng vận tải. Vì vậy, việc đảm bảo an toàn khi làm việc cho các thiết bị
nâng hạ là rất quan trọng. Nguyên nhân chủ yếu của sự mất an toàn kỹ
thuật của các đối tượng kỹ thuật nói chung và thiết bị nâng hạ nói riêng
là sự suy giảm khả năng làm việc của các bộ phận chịu lực chính do
những khuyết tật tiềm ẩn bên trong kết cấu hay các hư hỏng xuất hiện
trong q trình làm việc (gọi chung là hư hỏng) khơng được phát hiện
kịp thời. Một trong các dạng hư hỏng nêu trên chính là các vết nứt, dạng
hư hỏng này liên quan trực tiếp đến khả năng chịu lực của kết cấu và rất
khó phát hiện bằng các thiết bị khảo sát trực quan khi chưa làm phá hủy
hoàn toàn kết cấu. Nhưng vết nứt lại biểu hiện khá rõ trong ứng xử của
một đối tượng kỹ thuật khi chịu tải trọng động, chứ khơng phải tải trọng
tĩnh. Do đó việc đo đạc ứng xử động lực học của một đối tượng kỹ

thuật, cho đến nay, là cách tiếp cận hiệu quả nhất để phát hiện các hư
hỏng dạng vết nứt trong kết cấu cơng trình. Vì vậy, tác giả luận án lựa
chọn đối tượng nghiên cứu là một mô hình khung rút gọn của cần trục
tháp, được gọi tắt là kết cấu khung tháp có vết nứt. Như vậy, mục tiêu
của luận án này là xây dựng mơ hình độ cứng động lực cho kết cấu
khung tháp có vết nứt và ứng dụng để phân tích ảnh hưởng của vết nứt
đến tần số riêng của kết cấu nhằm chẩn đoán vết nứt trong cần trục tháp
bằng phương pháp đo đạc các tần số riêng.
CHƯƠNG 2. MƠ HÌNH ĐỘ CỨNG ĐỘNG LỰC CỦA
KẾT CẤU THÁP CÓ VẾT NỨT
Trong Chương này, trước khi mô tả sự phát triển phương pháp độ cứng
động để phân tích dao động của mơ hình kết cấu tháp có vết nứt, chúng
ta đi trình bày nội dung cơ bản và quy trình của phương pháp độ cứng
động lực hiện đại. Tiếp đó là xây dựng mơ hình độ cứng động lực của


5
phần tử thanh, dầm chịu tải trọng phân bố và phần tử thanh, dầm chứa
nhiều vết nứt. Ma trận độ cứng động của phần tử thanh, dầm có vết nứt
được xây dựng dựa trên lời giải tổng quát tường minh của bài toán dao
động riêng, được gọi là hàm dạng dao động của thanh dầm có vết nứt.
Cuối cùng là áp dụng các mơ hình phần tử thanh dầm nêu trên để xây
dựng mơ hình độ cứng động lực của kết cấu tháp mô phỏng cần trục
tháp trong thực tế.
2.1. Phương pháp độ cứng động lực
2.1.1. Nội dung phương pháp độ cứng động lực
Nội dung chính của phương pháp độ cứng động lực bao gồm tám bước:
Chọn một hệ tọa độ tổng thể trong không gian chứa kết cấu; Chia vật
thể thành hữu hạn các phần tử; Xác định véc tơ chuyển vị nút trong
miền tần số cho từng phần tử và cho cả kết cấu; Giải bài toán dao động

cho từng phần tử trong miền tần số để xác định biểu thức tổng quát của
trường chuyển vị trong các phần tử; Sử dụng trường chuyển vị của từng
phần tử để xác định mối liên hệ giữa véc tơ lực đầu nút và véc tơ
chuyển vị nút; Tính tốn véc tơ tải trọng nút trong miền tần số; Cân
bằng các lực nút tại tất cả các nút ta được mối liên hệ giữa véc tơ
chuyển vị nút và tải trọng ngồi đưa về nút thu được phương trình
chuyển động của hệ trong miền tần số; Giải phương trình chuyển động
của hệ tìm các chuyển vị nút phụ thuộc vào tần số và tính tốn trường
biên độ dao động trong từng phần tử, được gọi là đáp ứng tần số trong
từng phần tử.
Ma trận độ cứng động lực của phần tử thanh, dầm

2.1.2.

2.1.2.1. Mơ hình độ cứng động của phần tử thanh, dầm chịu tải trọng
phân bố
Xét một phần tử thanh, phương trình dao động trong miền tần số [48] có
dạng
U ( x,  )   2U ( x,  )  Qu ( x,  ),    / c, c  E /  ,

(2.1)


6
Chuyển vị nút và lực đầu nút có dạng:
̂𝑞 (𝑥, 𝜔);
𝑈(𝑥, 𝜔) = ℎ1 (𝑥)𝑈1 (𝜔) + ℎ2 (𝑥)𝑈2 (𝜔) + 𝑈
(2.3)
𝐷 (𝜔) 𝐷12 (𝜔) 𝑈1
𝑃 (𝜔)

𝑁
(2.4)
{ 1 } = [ 11
]{ } + { 1
},
𝑁2
𝐷21 (𝜔) 𝐷22 (𝜔) 𝑈2
𝑃2 (𝜔)
Trường hợp dao động của dầm chịu tải trọng ngoài được mơ tả bằng
phương trình
𝑑4 𝑊(𝑥, 𝜔)/𝑑𝑥 4 − 𝜆4 𝑊(𝑥, 𝜔) = 𝑄𝑤 (𝑥, 𝜔), 𝜆4 = 𝜌𝐴𝜔2 /𝐸𝐼.

(2.6)

Nghiệm tổng qt của phương trình (2.6) có thể biểu diễn ở dạng
𝑊(𝑥, 𝜔) = 𝐶1 𝛷1 (𝑥) + 𝐶2 𝛷2 (𝑥) + 𝐶3 𝛷3 (𝑥) + 𝐶4 𝛷4 (𝑥) + 𝑊𝑞 (𝑥, 𝜔),
và lực đầu nút: {𝑭(𝜔)} = [𝑫(𝜔)]{𝑽(𝜔))} + {𝑷(𝜔)},

(2.14)

2.1.2.2. Ma trận độ cứng động lực của phần tử thanh, dầm có vết nứt
Giả sử trong thanh tồn tại m vết nứt tại các vị trí 𝑒1 , . . . , 𝑒𝑚 , các vết nứt này
là mở có độ sâu tương ứng là 𝑎1 , . . . , 𝑎𝑚 và được mơ tả bằng các lị xo dọc
trục có độ cứng tương đương là 𝑇1 , . . . , 𝑇𝑚 được tính từ độ sâu vết nứt [26].
Dạng dao động tổng quát của cả dầm ở dạng:
𝑊(𝑥) = 𝐶1 Φ1 (𝑥, 𝜆) + 𝐶2 Φ2 (𝑥, 𝜆) + 𝐶3 Φ3 (𝑥, 𝜆) + 𝐶4 Φ4 (𝑥, 𝜆), (2.33)
Sử dụng các hàm dạng dao động (2.33) và các cơng thức (2.13) ta tính
được ma trận độ cứng động cho phần tử dầm có vết nứt ở dạng (2.15).
2.2. Mơ hình độ cứng động của kết cấu tháp có vết nứt
2.2.1. Lưới chia nút và phần tử

Xét mơ hình kết cấu tháp cho trong Hình 2.3, trong đó xác định 4 phần
tử dầm E1, E2, E3, E4; 2 phần tử thanh (chỉ chịu kéo nén) E5, E6. Do
nút liên kết với nền được coi là cố định nên bị loại ngay khỏi các điểm
nút, do vậy chỉ cịn lại 4 nút N1, N2, N3, N4. Ngồi ra cịn có 3 khối
lượng tập trung tại các nút N1, N2, N4 ký hiệu là m1, m2, m4.
2.2.2.

Chuyển vị nút (cục bộ và tổng thể)

Chuyển vị nút tổng thể của kết cấu như trong Hình 2.4, bao gồm 12
chuyển vị nút, tức 12 bậc tự do, tạo thành véc tơ:


7
{𝑼} = {𝑈1 , 𝑉1 , Θ1 , 𝑈2 , 𝑉2 , Θ2 , 𝑈3 , 𝑉3 , Θ3 , 𝑈4 , 𝑉4 , Θ4 }.
Từ đó ta xác định được chuyển vị nút cục bộ cho các phần tử, được
trình bày trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Chuyển vị nút – bậc tự do cục bộ của phần tử biểu diễn qua
chuyển vị nút tổng thể.
Chuyển
vị nút
Phần tử
E1
E2
E3
E4

Axial-1

Bending-1

Slope-1

Axial-2

Bending-2

Slope-2

0

0

0

𝑉1

−𝑈1

Θ1

𝑈1
𝑉1

𝑉1
−𝑈1

Θ1
Θ1

𝑈2
𝑉3

𝑉2
−𝑈3

Θ2
Θ3

𝑈4

𝑉4

Θ4

𝑈1

𝑉1

Θ1

𝑈51

0

0

𝑈52

0

0

𝑈51 = 𝑈4 cos 𝛼45 + 𝑉4 sin 𝛼45 ,

E5

𝑈52 = 𝑈3 cos 𝛼45 + 𝑉3 sin 𝛼45
𝑈61

0

0

𝑈62

0

0

𝑈61 = 𝑈3 cos 𝛼26 − 𝑉3 sin 𝛼26 ,

E6

𝑈62 = 𝑈2 cos 𝛼26 − 𝑉2 sin 𝛼26
𝛼45 – góc giữa phần tử 4 và 5; 𝛼26 – góc giữa phần tử 2 và 6
2.2.3.

Lực đầu nút

Sơ đồ lực đầu nút và theo các công thức được xác định ở trên ta có thể
tính được các lực đầu nút của các phần tử.
Thay các biểu thức của các lực nút xác định trên vào các phương trình
cân bằng tại các nút nêu trên ta được phương trình: [𝐊(𝜔)]{𝐔} = {𝐏},
trong đó {U} và {P} là chuyển vị và lực đầu nút, [K()] là ma trận độ
cứng động lực.
2.3. Kết luận Chương 2
Trong chương này, tác giả đã phát triển phương pháp độ cứng động để
tính tốn đáp ứng động và các đặc trưng dao động của kết cấu tháp có


8
vết nứt. Đã trình bày việc xây dựng mơ hình độ cứng động lực cho phần
tử thanh và dầm chịu tải trọng phân bố và phần tử thanh, dầm chứa
nhiều vết nứt. Sau đó áp dụng để xây dựng mơ hình độ cứng động cho
kết cấu tháp có vết nứt, trong đó ma trận độ cứng động của kết cấu
khung gồm 4 phần tử và 4 nút được xây dựng bằng phương trình cân
bằng các lực và mơ men tại các nút. Mơ hình độ cứng động của một kết
cấu tháp rút gọn này rất thuận tiện cho việc tính toán tần số riêng và đáp
ứng tần số của kết cấu chịu tải trọng phân bố phụ thuộc vào các tham số
kết cấu và vết nứt. Mơ hình này được áp dụng để tính tốn số trong
chương sau.
CHƯƠNG 3. CHẨN ĐOÁN VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU
KHUNG THÁP BẰNG TẦN SỐ RIÊNG
Nội dung chính của chương này là trình bày bài toán chẩn đoán vết nứt
trong kết cấu khung tháp bằng tần số riêng, nghiên cứu ảnh hưởng của
vết nứt đến tần số riêng làm cơ sở dữ liệu để xây dựng một phương
pháp xác định các phần tử bị nứt, tính đáp ứng động của kết cấu tháp
chịu tải trọng di động trên cần.
3.1. Bài toán chẩn đoán hư hỏng kết cấu bằng các đặc trưng động

lực học
Bài toán chẩn đoán hư hỏng kết kết cấu thực chất là việc đánh giá tính
nguyên vẹn của một kết cấu. Hư hỏng, ở đây, được hiểu là sự thay đổi
về kích thước, hình dáng, vật liệu, liên kết, hay nói gọn lại là sự thay
đổi về mơ hình cấu tạo.
Nội dung của phương pháp chẩn đốn hư hỏng bằng mơ hình như sau:
Bước 1. Xây dựng mơ hình của kết với những hư hỏng giả định được
mô tả bằng các tham số hư hỏng chưa biết bằng những hiểu biết về mơ
hình hóa (cả kết cấu và hư hỏng) và bằng các công cụ mô phỏng số hiện
đại. Xây dựng được cơ sở dữ liệu chẩn đoán bao gồm các đặc trưng cơ
học của kết cấu phụ thuộc vào các tham số hư hỏng.


9
Bước 2. Tiến hành đo đạc thực nghiệm trên công trình thực cần đánh
giá để xác định các đạc trưng cơ học của kết cấu thực làm số liệu đầu
vào để giải bài toán chẩn đoán hư hỏng.
Bước 3. Sử dụng số liệu đo đạc được (bước 2) và cơ sở dữ liệu nhận
được ở Bước 1, tiến hành giải bài toán chẩn đoán nhằm xác định các
tham số hư hỏng được đưa vào trong mơ hình kết cấu cơng trình có hư
hỏng nêu trên.
Sơ đồ để giải bài tốn chẩn đốn hư hỏng trong kết cấu cơng trình được
mơ tả trong Hình 3.1 [17].

Hình 3.1. Sơ đồ chẩn đốn hư hỏng kết cấu cơng trình.
Giả sử có một mơ hình kết cấu đang xét với những hư hỏng giả định
được mô tả vằng các tham số hư hỏng 𝜸 = {𝛾1 , … , 𝛾𝑛 }. Mơ hình này
cho phép ta tính tốn các tần số riêng từ việc giải phương trình [11]:
𝑓(𝜔, 𝜸) = det[𝐆(𝜔, 𝛾1 , … , 𝛾𝑛 )] = 0

(3.1)

đối với 𝜔 phụ thuộc vào tham số hư hỏng 𝜔𝑘 (𝜸), 𝑘 = 1,2, … , 𝑀. Khi đó


10
cùng với các tần số đo được 𝜴 = {𝜔𝑘∗ , 𝑘 = 1,2,3, … , 𝑚}, bài toán chẩn
đoán được phát biểu như sau [53]
∑𝑛𝑘=1[𝜔𝑘 (𝜸) − 𝜔𝑘∗ ]2 → 𝑚𝑖𝑛.
𝜸

(3.2)

Tức là tìm các tham số hư hỏng (bao gồm cả vị trí và mức độ hư hỏng)
𝜸 để tần số đo gần nhất với tần số tính tốn trong cơ sở dữ liệu. Dựa
trên sự thay đổi của các tần số tính tốn, Messina và cộng sự [54] đã đề
nghị một tiêu chuẩn để chẩn đoán hư hỏng, ký hiệu MDLAC như sau:
2

|{∆𝝎(𝜸)}𝑇 {∆𝝎∗ }|

MDLAC(𝜸) = |{∆𝝎(𝜸)}|2 ∙|{∆𝝎∗)}|2 → max.
𝜸

(3.4)

Tiêu chuẩn trên thực chất là hệ số tương quan giữa hai véc tơ
∗
{∆𝝎(𝜸)} = {∆𝜔1 (𝜸), … , ∆𝜔𝑚 (𝜸)} và {∆𝝎∗ } = {∆𝜔1∗ , … , ∆𝜔𝑚
}. Dễ

dàng nhận thấy nếu hai véc tơ trên trùng nhau thì MDLAC = 1, cịn
trong các trường hợp khác thì MDLAC < 1. Chúng ta gọi tiêu chuẩn
đốn hư hỏng này là tiêu chuẩn đồng dạng và sẽ áp dụng để xác định
phần tử bị nứt trong kết cấu khung tháp trong các mục tiếp theo.
3.2. Đáp ứng của kết cấu khung tháp chịu tải trọng di động
Xét mô hình cần cẩu chịu tải trọng
di động cho trong Hình 3.2, trong
đó tải di động trên cánh tay của
cần cẩu (phần tử E2) là một lực
hằng số bằng trọng lượng của vật
cần nâng hạ. Áp dụng phương
pháp độ cứng động được mơ tả ở
trên, ta thu được phương trình
[𝐊(𝜔)]{𝐔(𝜔)} = {𝐏(𝜔)}

(3.8)

Xét trường hợp cần cẩu có các
tham số hình học và vật liệu được
cho trong Bảng 3.1 chịu tải trọng

Hình 3.2. Mơ hình cần cẩu chịu
tải trọng di động.


11
hằng số P0 = m3g di động trên phần tử E2. Kết quả tính tốn đáp ứng
động bao gồm độ võng, mô men uốn và lực cắt phân bố trên phần tử E2
với các vận tốc di chuyển khác nhau (0.01-0.1m/s) của tải trọng được
trình bày trong các Hình 3.3 - 3.4. Các đồ thị biểu diễn biên độ của các

đại lượng nêu trên ứng với các tần số khác nhau xung quanh tần số cơ
bản của cần cẩu f0  3.870 Hz .
Bảng 3.1. Các tham số vật liệu và hình học của kết cấu tháp.
Phần tử

Phần tử

Phần tử

Phần tử

Phần tử

Phần tử

E1

E2

E3

E4

E5

E6

2.1e11

2.1e11

2.1e11

2.1e11

2.1e11

2.1e11

380

290

380

290

505

505

A (m )

1.56

0.64

0.64

0.64

0.08

0.08

L (m)

44

60

5.6

16

17

60.3

I (m4)

0.546

0.034

0.546

0.034

-

-

Tham số
E

 (kg/m3)
2

Các khối lượng tập trung (kg): m1 = 480; m4 = 1800, m2 = 80; Hệ số cản

  0.05
a)

b)

c)

Hình 3.3. Đáp ứng tần số tại các
nút 2(a), 3(b) và 4(c) với các vận
tốc di chuyển của tải trọng.


12

Hình 3.4. Phân bố độ võng (a),
mơ men uốn (b) và lực cắt (c)
trên phần tử E2 ứng với các vận
tốc di chuyển của tải trọng.
Xét trong miền tần số, các đồ thị trên các hình vẽ cho thấy độ võng đạt

cực đại tại tần số cộng hưởng và nó sẽ tăng cùng với vận tốc di chuyển
của tải trọng. Điều này chứng tỏ hồn tồn có thể đo được tần số cộng
hưởng từ đáp ứng tần số của cần trục khi làm việc. Dọc theo cần chính
kể từ ca bin đến đầu cần, độ võng tăng dần; mô men uốn thì giảm dần
đến 0 tại đầu tự do cịn lực cắt thì cũng giảm nhưng khác 0 ở hai đầu
của cánh tay địn. Điều trên hồn tồn phù hợp với ý nghĩa vật lý của
cần cẩu. Tất cả độ võng, mô men uốn và lực cắt đều tăng khi vận tốc tải
trọng tăng. Như vậy việc đo đạc sẽ nhận được tín hiệu rõ ràng hơn khi
tăng vận tốc di chuyển của tải trọng.
3.3. Ảnh hưởng của vết nứt đến tần số riêng của kết cấu khung tháp
Xét sự thay đổi của ba tần số đầu tiên của mô hình cần trục cho trên
Hình 3.2 khi vị trí vết nứt thay đổi lần lượt trên cột từ dưới lên, trên cần
chính và cần đối trọng từ từ trái qua phải ứng với các độ sâu khác nhau
từ 10% đến 40%. Kết quả tính tốn cho trong các Hình vẽ 3.5 ÷ 3.9 lần
lượt ứng với các tần số thứ nhất (Hình 3.5) đến thứ năm (Hình 3.9).


13
Trên tất cả các hình trục tung biểu thị tỷ số tần số kết cấu bị nứt trên tần
số kết cấu ngun vẹn, cịn trục hồnh biểu diễn tỷ số giữa vị trí vết nứt
trên độ dài phần tử bị nứt.
a)

b)

c)

Hình 3.5. Sự thay đổi ba tần số
đầu theo vị trí vết nứt thay đổi
dọc theo cột chính ứng với độ sâu

vết nứt khác nhau từ 10% - 40%.
tốc di chuyển của tải trọng.
Khảo sát các đồ thị trên Hình vẽ 3.5 trong đó trình bày sự thay đổi tần
số thứ nhất của cần trục khi vết nứt thay đổi trên cột (a), trên cần chính
(b) và trên cần đối trọng (c) ta thấy: tần số này thay đổi nhiều khi vết
nứt xuất hiện trong cả ba phần tử cột, cần chính và cần đối trọng nhưng
gần với cabin. Điều này chứng tỏ liên kết của cần và cột đóng vai trò
quan trọng trong việc tạo nên độ cứng của cần trục. Vết nứt xuất hiện ở
gần cabin là rất nguy hiểm. Trên cột tồn tại vị trí cách điểm ngàm 1/3
chiều dài cột chính mà vết nứt tại đó khơng làm thay đổi tần số thứ
nhất. Vị trí này gọi là điểm nút của tần thứ nhất đối với vết nứt. Ngoài
ra, vết nứt xuất hiện ở điểm ngoài cùng của cần chính vẫn làm thay đổi
tần số vì vẫn còn phần tử dây cáp 6, khác với đầu tự do của dầm công


14
xơn khi vết nứt xuất hiện tại đó khơng làm thay đổi các tần số. Trong
khi đó vết nứt xuất hiện ở đầu ngồi cùng bên trái tại vị trí đặt khối
lượng đối trọng không làm thay đổi tần số thứ nhất (lý do có lẽ vì khối
lượng đối trọng quá lớn so với sự thay đổi độ cứng). Các đồ thị trên
Hình 3.6 cho thấy sự thay đổi tần số thứ hai khi vết nứt xuất hiện trong
các phần tử 1, 2, 4 tương tự như tần số thứ nhất. Chỉ khác ở chỗ tần số
thứ hai thay đổi nhiều hơn khi vết nứt xuất hiện trong cần đối trọng.

Hình 3.6. Sự thay đổi tần số thứ
tư theo vị trí vết nứt:(a) - vết nứt
trên cột chính; (b) - vết nứt trên
cần chính; (c) - vết nứt trên cần
đối trọng ứng với các độ sâu khác
nhau từ 10 % – 30%.

Khảo sát các đồ thị trên các Hình vẽ ta có các nhận xét sau đây:
- Khi cột chính của cần trục bị nứt: Vết nứt gần với ca bin làm thay đổi
nhiều nhất tần số thứ nhất và thứ hai còn tần số thứ ba thay đổi nhiều nhất
khi vết nứt xuất hiện tại đoạn giữa cột; trên cột tồn tại một số vị trí mà vết
nứt xuất hiện tại đó khơng làm thay đổi một tần số nào đó (gọi là điểm nút
tần số), ví dụ điểm nút của tần số thứ nhất và thứ hai là khoảng 1/3 chiều
cao cột và điểm nút của tần số thứ ba là 1/4 chiều cao cột;


15
- Khi cần chính bị nứt: Sự thay đổi của cả ba tần số đầu tiên đều rất nhỏ
khi vết nứt xuất hiện ở gần đi cần chính; sự thay đổi hai tần số đầu
tiên đơn điệu giảm khi vết nứt tiến về phía đi cần; chỉ tần số thứ ba có
điểm nút tại vị trí 1/4 chiều dài cần tính từ ca bin;
- Khi cần đối trọng bị nứt: Sự thay đổi cả ba tần số đều tăng dần khi vết
nứt tiến đến gần ca bin, không tần số nào có điểm nút trên cần đối trọng;
- Tất cả các tần số đều thay đổi nhiều hơn khi độ sâu vết nứt tăng lên.
Tất cả các đồ thị chỉ ra rằng độ sâu vết nứt càng tăng càng làm giảm các
tần số dao động. Từ các hình vẽ cho phép ta xác định điểm nguy hiểm
nhất trên ba phần tử chính đối với vết nứt, từ đó ta có thể tính các tần số
đặc trưng cho các phần tử có vết nứt phục vụ việc dị tìm vết nứt bằng
tần số riêng.
3.4. Tiêu chuẩn đồng dạng để xác định phần tử bị nứt bằng tần số riêng
3.4.1. Bài toán xác định phần tử bị nứt trong kết cấu khung tháp
Xét bài toán xác định các phần tử bị nứt trong kết cấu khung tháp, được
cho trong Hình 3.2 bằng các tần số riêng đo đạc. Tổng cộng là 7 phương
án kết cấu có phần tử bị nứt bao gồm: kết cấu có một phần tử bị nứt là
một trong ba phần tử E1, E2, E4; kết cấu có hai phần tử bị nứt là các
cặp (E1, E2), (E2, E4), (E1, E4) và kết cấu có ba phần tử cùng bị nứt
(E1, E2, E4). Các phương án này được ký hiệu lần lượt là 𝐶1 , … , 𝐶7 .

Bài toán đặt ra là xác định xem phương án nào trong 7 phương án trên
xảy ra bằng số liệu đo đạc của m tần số riêng 𝛀∗ = {𝜔𝑘∗ , 𝑘 =
1, 2, 3, … , 𝑚}.
3.4.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu cho bài toán xác định phần tử bị nứt
Để xây dựng cơ sở dữ liệu cho việc xác định các phần tử bị nứt bằng tần
số riêng, ở đây chúng ta tính tốn năm tần số đầu tiên trong các trường
hợp sau: Trường hợp kết cấu có một vết nứt tại lần lượt ba phần tử E1,
E2 và E4, tổng cộng ta có 3 phương án kết cấu có một phần tử bị nứt;
Trường hợp kết cấu có hai vết nứt đồng thời ở các cặp phần tử (E1, E2);


16
(E1, E4) và (E2, E4). Ở đây cũng có 3 phương án kết cấu có hai phần tử
bị nứt; Cuối cùng là trường hợp cả ba phần tử E1, E2, E4 cùng bị nứt,
tức có 1 phương án kết cấu có ba phần tử bị nứt.
Năm tần số tính được trong 7 phương án kết cấu có vết nứt được cho
trong Bảng 3.2 và 3.3, trong đó có phương án kết cấu khơng có vết nứt.
Các số liệu tính tốn cho trong các Bảng 3.2.và 3.3 được sử dụng để
tính toán sự thay đổi các tần số đặc trưng cho các phương án kết cấu bị
nứt và kết quả được trình bày trong các Hình vẽ 3.10 - 3.12.
Bảng 3.2. Năm tần số riêng đầu tiên của kết cấu tháp có một vết nứt tại
các phần tử khác nhau với độ sâu khác nhau từ 0% - 50%.
Số
hiệu
mode

Độ sâu vết nứt tương đối (a/h)
0%

10%

20%

30%

40%

50%

Một vết nứt tại cột (phần tử 1)
1
2
3
4
5

18.5866
35.5896
177.5291
207.9690
538.3853

18.1665
17.1751
15.9705
34.8501
33.4537
32.2085
170.7512
158.0339

147.7358
205.3108
202.7211
201.5315
501.8829
458.4087
435.2624
Một vết nứt tại cần chính (phần tử 2)

14.8175
31.3073
140.9264
200.8966
423.4194

13.8362
30.6667
136.3562
200.3772
416.7818

1
2
3
4
5

18.5866
35.5896
177.5291

207.9690
538.3853

18.4662
18.1477
17.6673
17.0453
35.5254
35.3594
35.1185
34.8257
165.9920
137.6383
113.5881
97.2897
198.5018
193.2606
191.9035
191.3796
524.3697
493.8780
474.9116
465.2009
Một vết nứt tại cần đối trọng (phần tử 4)

16.2696
34.4941
86.4434
191.0822
438.2464

1
2
3
4
5

18.5866
35.5896
177.5291
207.9690
538.3853

18.4120
30.4586
174.2244
207.4148
532.6891

9.0646
19.8540
159.8108
203.0880
451.3226

17.5551
23.7055
170.3327
206.7458
525.0442

14.9241
20.7528
167.5490
206.0216
516.4480

11.7225
20.0571
164.5680
204.9092
498.7182


17
a)

c)

b)

Hình 3.7. Sự thay đổi trung bình của 5
tần số riêng đầu tiên do hai vết vết nứt
xuất hiện trong 2 phần tử (a) phần tử
E1 và E2 (cột và cần chính), (b) phần
tử E1 và E4 (cần đối trọng), và (c) hai
phần tử E2 và E4.

3.5. Kết luận Chương 3
Trong Chương này đã trình bày nội dung sau:

- Nội dung bài toán chẩn đoán hư hỏng trong kết cấu nói chung và áp
dụng cho bài tốn xác định phần tử bị nứt trong kết cấu khung tháp.
- Đã tính toán phổ đáp ứng chuyển vị của kết cấu tại một số vị trí quan
trọng và phân bố mơ men, lực cắt trên các phần tử chịu lực cốt yếu của
cần trục. Kết quả cho thấy tần số dao động riêng có thể xác định được
từ số liệu đo đạc đáp ứng động của kết cấu chịu tải trọng di động;
- Đã tiến hành phân tích tần số riêng của mơ hình cần trục phụ thuộc
vào vị trí và chiều sâu vết nứt xuất hiện trong từng phần tử và đồng thời
ở các phần tử khác nhau. Từ đó có thể xây dựng một cơ sở dữ liệu cho
việc chẩn đoán vết nứt trong cần trục bằng cách đo đạc tần số riêng;
Đã đề xuất áp dụng một tiêu chuẩn để xác định những phần tử bị nứt
trong kết cấu khung tháp dựa trên sự đồng dạng của véc tơ tần số đo đạc
với véc tơ tần số tính tốn (cơ sở dữ liệu) được biểu diễn qua hệ số
tương quan của hai tập số liệu.


18
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH KẾT
CẤU KHUNG THÁP CÓ VẾT NỨT
4.1. Cơ sở phương pháp thử nghiệm động [55]
Thử nghiệm động hay thử nghiệm dao động là việc đo đạc thực nghiệm
và xử lý phân tích số liệu đo đạc thực nghiệm nhằm xác định các đặc
trưng động lực học của một đối tượng đang tồn tại trong thực tế hay
trong phịng thí nghiệm.
Xét một hệ dao động được mơ tả bằng phương trình
mx  cx  kx  f (t )

(4.1)
it

Nghiệm của phương trình (4.1) được tìm dưới dạng: x(t )  Xe
Biên độ dao động phức X sẽ tìm được bằng: X  H () F
1
1/ m
trong đó: H ( ) 
 2
2
 m  k  ic 0   2  2i

(4.2)

Từ đó có thể tính được mơ đun hay giá trị tuyệt đối của hàm đáp ứng
tần số bằng
𝐴(𝜔) = |𝐻(𝜔)| = √[𝑅𝑒(𝜔)]2 + [𝐼𝑚(𝜔)]2
1
=
1/2.
2
𝑚[(

 
2
0

2

)

(4.3)

+4𝜉 2 𝜔2 ]

Dễ dàng nhận thấy hàm (4.3) đạt cực đại tại tần số:
𝜔 = 𝜔𝑐 = √𝜔02 − 2𝜉 2
(4.4)
được gọi là tần số cộng hưởng. Trong trường hợp hệ số cản nhỏ, 𝜉 ≪ 1,
ta có c  0 , tức tần số cộng hưởng xấp xỉ bằng tần số riêng. Trong
trường hợp không cản thì hàm đáp ứng tần số bằng ∞ tại tần số riêng,
tức xảy ra cộng hưởng.
Từ các công thức (4.3) - (4.4) chúng ta có thể xác định được tần số
riêng và hệ số cản từ giá trị 𝐻𝑐 và tần số đỉnh cộng hưởng 𝜔𝑐 biểu đồ
hàm đáp ứng tần số. Trong thực tế đo đạc thực nghiệm, hàm đáp ứng
tần số được đo đạc bằng các đầu đo gia tốc và búa xung lực, nên kết quả
đo không bị ảnh hưởng bởi độ lớn của lực tác dụng và kết quả đo được
trong một dải tần khá rộng.


19
4.2. Mơ hình và thiết bị thí nghiệm
Mơ hình thí nghiệm kết cấu tháp được
thiết kế theo các số liệu cho trong Bảng
4.1, trong đó các phần tử cột (E1), cần
chính (E2), tháp (E3) và cần đối trọng
(E4) là các dầm có tiết diện ngang là
hình chữ nhật. Hai phần tử E4 và E6 là
phần tử thanh (chỉ chịu kéo nén) có tiết
diện trịn với bán kính cho trong Bảng
4.1. Mơ hình đã được chế tạo trong
Phịng thí nghiệm Cơ học cơng trình Hình 4.1. Mơ hình thực nghiệm
của Viện Cơ học (Hình 4.1).

kết cấu khung tháp.
Bảng 4.1. Số liệu thiết kế mơ hình thực nghiệm cần trục tháp.
Tham số

Phần tử
1

Phần tử
2

Phần tử
3

Phần tử
4

Phần tử
5

Phần tử
6

E (N/m2)

2.0e11

2.0e11

2.0e11

2.0e11

2.0e11

2.0e11

(kg/m3)

7850

7850

7850

7850

7850

7850

b (m)

0.03

0.008

0.028

0.008

-

-

h (m)

0.02

0.016

0.018

0.016

-

-

L (m)

0.661

0.515

0.136

0.085

0.16

0.522

R (m)

-

-

-

-

0.0007

0.0007

Khối lượng tập trung (kg) ở các nút 1, 2, 4: m1 = 0.3; m2 = 1.0; m4 = 9.0
Vết nứt được tạo ra là các vết cưa suốt chiều rộng của dầm với các độ
sâu khác nhau thay đổi từ 0% đến 40%. Vị trí vết nứt tại cột là 0.472 m
tính từ điểm ngàm (từ dưới lên), vị trí vết nứt tại cần chính là 0.21 m
tính từ cabin (từ trái qua phải) và vị trí vết nứt tại cần đối trọng là 0.07
m tính từ cabin (từ phải qua trái).


20
Thiết bị đo đạc là hệ thống thu thập và xử lý số liệu PULSE 360, bao
gồm hai bộ phận chính: Máy tính chuyên dụng cùng phần mềm PULSE;
Bộ thu thu thập dữ liệu.
4.3. Kết quả đo đạc thực nghiệm và xử lý số liệu đo
Kết quả đo đạc ba tần số trong các phương án vết nứt khác nhau được

thực hiện trong thực nghiệm được trình bày trong Bảng 4.2, trong đó có
so sánh với tính tốn lý thuyết bằng phương pháp phần tử hữu hạn
(FEM) và phương pháp độ cứng động (DSM).
Bảng 4.2. So sánh tần số riêng đo đạc thực nghiệm với tính tốn mơ phỏng số.
Tần số thứ nhất
Tần số thứ hai
Tính
Thực
Tính
Thực
tốn
nghiệm
tốn
nghiệm
Kết cấu khơng có vết nứt
FEM
18.44
35.69
18.47
35.28
DSM
18.5866
35.5896
Một vết nứt tại cột (E1)
10 %
18.1512 18.04
34.8265
34.69
20 %
17.1214 17.08

33.3943
33.13
30 %
15.8677 15.31
32.1281
31.59
40 %
14.6659 14.57
31.2195
30.94
Hai vết nứt tại cột (E1) và cần chính (E2)
40% +10 % 14.4433 14.35
30.5906
30.32
40% +20 % 13.9862 13.89
29.4925
29.23
40% +30 % 13.5174 13.43
28.5778
28.32
40% +40 % 13.1085 13.02
27.9151
27.5
Ba vết nứt tại cột, cần chính và cần đối trọng (E4)
40% +40
12.9463 12.83
25.1252
24.9
%+10%
40% +40

12.3941 12.31
20.6883
20.35
%+20%
40% +40
11.2207 10.94
17.6675
16.72
%+30%
40% +40
9.5071
9.44
16.2456 16.035
%+40%
Kịch bản vết
nứt

So sánh kết quả đo đạc và tính tốn ta thấy:

Tần số thứ ba
Tính
Thực
tốn
nghiệm
174.40
177.5291

176.9

171.0326

158.8484
148.9218
142.3194

170.4
158.65
148.25
141.8

140.2371
136.197
132.604
130.0592

139.74
135.71
132.13
129.25

124.1505

123.7

116.7653

116.1

111.9149

111.15

107.9844

107.07


21
Trường hợp khơng có vết nứt sai lệch giữa kết quả đo đạc với kết quả
tính tốn bằng cả hai phương pháp FEM và DSM đều nhỏ dưới 1%;
Trường hợp có một vết nứt tại cột sai lệch này tối đa là 3,5% ở tần số cơ
bản khi độ sâu vết nứt là 30% - Phương án I;
Trường hợp có hai vết nứt thì sai lệch giữa tính tốn và đo đạc cao nhất
là 1,5% ở tần số thứ hai và độ sâu vết nứt là 40% - Phương án II;
Trường hợp có ba vết nứt thì sai lệch giữa đo đạc và tính tốn lớn nhất
là 5,3% (tần số thứ hai và độ sâu vết nứt là 30%) - Phương án III.
Như vậy, sai số giữa đo đạc và tính tốn nói chung là 5%, hồn tồn
chấp nhận được và sử dụng cả kết quả tính tốn và đọc để chẩn đoán vết
nứt trong kết cấu cần trục tháp nêu trên.
4.4. Áp dụng tiêu chuẩn đồng dạng để xác định phần tử bị nứt
Bây giờ ta tính tốn sự thay đổi các tần số thực nghiệm do vết nứt bằng
cách lấy trung bình các tần số đo theo các độ sâu khác nhau. Kết quả
cho trong Bảng 4.3 và được minh họa trên các Hình 4.5 ÷ 4.7.

Hình 4.5. Sự thay đổi ba tần số
riêng đầu tiên do một vết nứt
xuất hiện tại cột chính.

Hình 4.6. Sự thay đổi ba tần số đầu
tiên do hai vết nứt trong cột chính
và cần chính.

Hình 4.7. Sự thay đổi ba tần số đầu
tiên do ba vết nứt tại cột, cần chính
và cần đối trọng.


22
Bảng 4.3. Sự thay đổi ba tần số riêng đầu tiên của cần trục trong ba
phương án thực nghiệm vết nứt.
Phương án thực
nghiệm vết nứt
Phương án I
Phương án II
Phương án III

Tần số thứ nhất

Tần số thứ hai

Tần số thứ ba

12.01949 (%)
25.97455(%)
38.38657 (%)

7.631803 (%)
6.493638(%)
31.41111 (%)

12.50707 (%)

24.13369 (%)
35.27134 (%)

So sánh các đồ thị trong ba hình vẽ trên với hình vẽ mơ tả 7 trường hợp
vết nứt đã tính tốn trong cơ sở dữ liệu (Hình 3.10 ÷ 3.12) hay áp dụng
tiêu chuẩn chẩn đốn nêu trong mục 3.3, chúng ta có thể đưa ra các kết
luận sau đây:
Bảng 4.4. Kết quả chẩn đoán phần tử bị nứt từ số liệu đo đạc
cho trong Bảng 4.3.
Phương án thực nghiệm

Kết quả chẩn đoán

Phương án I

Phần tử cột chính bị nứt

Phương án II

Phần tử cột chính và cần chính bị nứt

Phương án III

Ba phần tử: cột, cần chính và cần đối
trọng bị nứt

Như vậy, kết quả thực nghiệm cho thấy: (1) Mơ hình tính tốn là chấp
nhận được vì sai khác với thực nghiệm đo đạc trong khoảng 5%; (2) Từ
số liệu đo đạc ta có thể xác định được chính xác các phần tử bị nứt từ số
liệu đo đạc ba tần số riêng của cần trục.

4.5. Kết luận chương 4
Trong chương này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên một
mơ hình cần trục tháp trong phịng thí nghiệm. Các kết quả thí nghiệm
đạt được chủ yếu là các tần số dao động riêng của kết cấu khung tháp có
vết nứt hay chính xác là có phần tử bị nứt với các độ sâu khác nhau.
Kết quả đo đạc được so sánh với các kết quả tính tốn lý thuyết và cho
thấy sự sai lệch giữa tính tốn lý thuyết và thực nghiệm chỉ trong


23
khoảng 5%. Kết quả này là minh chứng cho tính đúng đắn của mơ hình
độ cứng động lực được xây dựng trong luận án và cho phép ta khẳng
định cả mơ hình và số liệu đo đạc có thể sử dụng để chẩn đoán vết nứt
trong kết cấu tháp bằng tần số riêng.
Kết quả đo đạc đã được sử dụng để tính tốn sự thay đổi của tần số
riêng trong những phương án vết nứt khác nhau: kết cấu có một, hai
và ba phần tử bị nứt làm cơ sở để chẩn đoán vết nứt theo tiêu chuẩn
đồng dạng đã được trình bày trong Chương 3.
Áp dụng tiêu chuẩn đồng dạng bằng số liệu đo đạc cùng với cơ sở dữ
liệu đã xây dựng được trong Chương 3 chúng ta có thể xác định phần tử
bị nứt trong kết cấu đúng như trong thí nghiệm.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trong luận án này, tác giả đã nhận được các kết quả mới sau đây:
1. Đã xây dựng được mơ hình độ cứng động lực cho một kết cấu khung
phẳng bao gồm 4 phần tử dầm hai chiều và các khối lượng tập trung tại
các nút (khối lượng đối trọng, khối lượng tải nâng và khối lượng cabin
điều khiển), mô phỏng một cần trục tháp giản lược (gọi tắt là kết cấu
tháp) có vết nứt. Đây là một mơ hình giải tích rất thuận tiện cho việc
phân tích động lực học của cần trục phụ thuộc vào các tham số kết cấu
và vết nứt;

2. Đã phân tích đáp ứng của cần trục tháp khi tải trọng nâng di chuyển
dọc theo cần chính. Cụ thể là đã tính tốn đáp ứng tần số của độ võng
cần chính tại đầu tự do và biểu đồ phân bố lực cắt, mô men uốn dọc
theo cần chính. Kết quả này cho thấy hồn tồn có thể sử dụng đáp ứng
của kết cấu chịu tải trọng di động để đo đạc tần số riêng của kết cấu
thay vì sự gia tải bằng các lực xung khi đo các hàm đáp ứng tần số;