Đánh giá sự thay đổi của tần số dao động và dạng dao động cho khung bê tông cốt thép dưới tác dụng của tải trọng

Trong bài viết này, sự thay đổi của tần số dao động và dạng dao động của khung bê tông cốt thép dưới tác dụng của các cấp tải trọng khác nhau được khảo sát và đánh giá. Đầu tiên, lý thuyết về việc chẩn đoán hư hỏng kết cấu dựa trên sự thay đổi của tần số dao động và dạng dao động được trình bày.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2022, 16 (1V): 22–34 ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI CỦA TẦN SỐ DAO ĐỘNG VÀ DẠNG DAO ĐỘNG CHO KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG Nguyễn Chí Thiệna,b,c , Hồ Đức Duya,b,∗, Ngơ Hữu Cườnga,b , Bạch Văn Sỹa,b,d , Lê Thanh Caoa,b,d a Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, 268 đường Lý Thường Kiệt, quận 10, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam b Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam c Cơng ty Cổ phần Tập đồn Xây dựng Hịa Bình, Tịa nhà Pax Sky, 123 đường Nguyễn Đình Chiểu, phường Võ Thị Sáu, quận 3, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam d Khoa Xây dựng, Trường Đại học Nha Trang, 02 đường Nguyễn Đình Chiểu, phường Vĩnh Thọ, TP Nha Trang, Khánh Hòa, Việt Nam Nhận ngày 30/6/2021, Sửa xong 14/9/2021, Chấp nhận đăng 16/9/2021 Tóm tắt Trong báo này, thay đổi tần số dao động dạng dao động khung bê tông cốt thép tác dụng cấp tải trọng khác khảo sát đánh giá Đầu tiên, lý thuyết việc chẩn đoán hư hỏng kết cấu dựa thay đổi tần số dao động dạng dao động trình bày Tiếp theo, mơ hình phần tử hữu hạn cho khung bê tông cốt thép mô phần mềm ANSYS Các trường hợp hư hỏng khảo sát mức độ hư hỏng khung tương ứng với cấp tải trọng khác Độ tin cậy kết mô kiểm chứng việc so sánh với kết thực nghiệm Cuối cùng, xuất hư hỏng khung cấp tải trọng cảnh báo xác dựa vào thay đổi tần số dao động dạng dao động Kết từ nghiên cứu cho thấy việc sử dụng đặc trưng dao động để phát hư hỏng khung bê tông cốt thép đạt hiệu cao Từ khoá: chẩn đoán kết cấu; tần số dao động; dạng dao động; mô số; khung bê tông cốt thép ASSESSMENT OF CHANGE IN NATURAL FREQUENCIES AND MODE SHAPES FOR REINFORCED CONCRETE FRAMES UNDER VARIOUS LOADINGS Abstract In this paper, the change in natural frequencies and mode shapes for reinforced concrete frames under various load levels is examined and assessed First, the theory of vibration-based structural damage monitoring methods based on the natural frequency change and the mode shape change are presented Next, a finite element model for a reinforced concrete frame is simulated using ANSYS software The frame’s damage cases corresponding to different levels of load are investigated The reliability of numerical simulation results is verified by comparing with experimental ones Finally, the occurrence of damage in the frame under various load levels is accurately warned based on the natural frequency change and the mode shape change The results from this study show that the use of vibration characteristics achieves high efficiency to detect the damages in reinforced concrete frames Keywords: damage assessment; natural frequency; mode shape; numerical simulation; reinforced concrete frame https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2022-16(1V)-03 © 2022 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: hoducduy@hcmut.edu.vn (Duy, H Đ.) 22 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Giới thiệu Ngành xây dựng lĩnh vực có lịch sử lâu đời có quy mơ lớn, phục vụ nhu cầu lưu trú, sản xuất, thương mại, du lịch, quân Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học cơng nghệ, ngày có nhiều cơng trình xây dựng với độ phức tạp kỹ thuật, tính đa dạng mỹ thuật hình thành Do vậy, yêu cầu việc theo dõi, bảo trì vận hành cho cơng trình ngày quan tâm Cùng với phát triển khoa học công nghệ, việc theo dõi chẩn đoán kết cấu (Structural Health Monitoring: SHM) đóng vai trị quan trọng sức khỏe kết cấu cơng trình Việc giúp phát sớm bất thường cho kết cấu, tạo điều kiện thuận lợi để sửa chữa thay kịp thời cấu kiện bị hư hỏng, đánh giá tuổi thọ cịn lại cơng trình, hạn chế đến mức thấp hậu xảy Hai phương pháp phổ biến dùng để phát đánh giá hư hỏng cho kết cấu phương pháp thí nghiệm phá hủy phương pháp thí nghiệm khơng phá hủy Với ưu điểm khả đo lường linh hoạt, chi phí tương đối thấp, phương pháp khơng phá hủy ngày trở nên phổ biến Trong đó, phương pháp sử dụng đặc trưng dao động kết cấu trở thành phương pháp gián tiếp hiệu để phát hiện, chẩn đoán hư hỏng kết cấu Nguyên lý phương pháp hư hỏng kết cấu dẫn đến thay đổi đặc trưng dao động như: tần số dao động, dạng dao động, Dựa vào thay đổi đặc trưng dao động này, hư hỏng kết cấu phát vị trí lẫn mức độ [1–4] Kết cấu khung bê tông cốt thép sử dụng phổ biến cho cơng trình xây dựng Trong đó, khung bê tông cốt thép thường sử dụng làm kết cấu chịu lực chính, đảm bảo độ cứng, ổn định tổng thể cho cơng trình Nhiều ngun nhân khác tác động gây hư hại đến cơng trình, đặc biệt cấu kiện chịu lực chính, ảnh hưởng trực tiếp đến công sử dụng tuổi thọ cơng trình Vì vậy, việc theo dõi chẩn đoán cho kết cấu khung nhằm xác định vị trí, phạm vi vùng hư hỏng đánh giá khả chịu lực quan trọng Việc phát kịp thời xử lý hư hỏng tiềm ẩn đảm bảo công sử dụng kéo dài tuổi thọ cho kết cấu khung Từ nhu cầu thực tiễn kế thừa nghiên cứu trước, mục tiêu báo đánh giá thay đổi tần số dao động dạng dao động cho khung bê tông cốt thép tác dụng cấp tải trọng khác Phương pháp đánh giá sử dụng dựa thay đổi tần số dao động thay đổi dạng dao động Khung bê tông cốt thép mô không gian theo phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm ANSYS Trong mơ hình, mức độ hư hỏng khung xem xét tương ứng với cấp tải trọng khác Độ tin cậy kết mô kiểm chứng so với kết thực nghiệm Từ đó, kết số đánh giá hư hỏng tính tốn phân tích để kết luận hư hỏng khung bê tơng cốt thép Phương pháp chẩn đốn hư hỏng kết cấu sử dụng đặc trưng dao động 2.1 Phương pháp chẩn đoán hư hỏng dựa thay đổi tần số Trong năm gần đây, phương pháp sử dụng thay đổi tần số dao động để phát hư hỏng kết cấu phương pháp đơn giản, nhanh chóng hiệu lĩnh vực theo dõi sức khỏe tổng thể kết cấu [5–8] Đối với kết cấu thực tế, dù có hư hỏng hay khơng, tần số dao động có thực đo phân tích dao động Khi có hư hỏng xuất kết cấu, tần số dao động có xu hướng giảm tương ứng với suy giảm độ cứng kết cấu Dựa vào mức độ thay đổi tần số dao động, mức độ hư hỏng kết cấu đánh giá Mức độ thay đổi tần số dao động biểu diễn theo công thức sau: | f − f ∗| ∆f = × 100% (1) f 23 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng đó, ∆ f phần trăm độ thay đổi tần số dao động (%); f tần số dao động kết cấu trạng thái chưa hư hỏng (Hz); f ∗ tần số dao động kết cấu trạng thái có hư hỏng (Hz) Dựa vào giá trị ∆ f dạng dao động xem xét, có hư hỏng xuất ∆ f khác 0; ngược lại 2.2 Phương pháp chẩn đoán hư hỏng dựa thay đổi dạng dao động Phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu dựa vào thay đổi dạng dao động giới thiệu phát triển thông qua nhiều nghiên cứu thới Trong đó, số MAC (Modal Assurance Criterion), số thống kê biểu thị tương đồng dạng dao động, sử dụng phổ biến [9–13] Giá trị MAC nhận giá trị nằm đoạn [0; 1] Giá trị MAC thể hồn tồn khơng tương đồng dạng dao động Giá trị MAC thể hoàn toàn tương đồng dạng dao động Công thức đánh giá tương đồng dạng dao động trạng thái kết cấu chưa hư hỏng trạng thái kết cấu có hư hỏng đưa sau: n {φX }i {φ }i X∗ MAC X, X ∗ =   i=1 n i=1 2    {φX }i   n i=1 (2) 2  {φX ∗ }i  đó, X, X ∗ hai trạng thái kết cấu khung, X biểu thị cho trạng thái ban đầu khung chưa xuất hư hỏng X ∗ biểu thị cho trạng thái sau khung xuất hư hỏng tải trọng tác dụng; φX , φX ∗ dạng dao động xét trạng thái kết cấu chưa hư hỏng trạng thái kết cấu có hư hỏng; n số lượng liệu dạng dao động xét Việc tính tốn số MAC thực tương đối đơn giản theo công thức (2) với liệu đầu vào hai véctơ dạng dao động φX , φX ∗ Giá trị MAC đánh giá tương đồng dạng dao động hai trạng thái; từ đó, xuất hư hỏng kết cấu cảnh báo Mô số cho khung bê tông cốt thép Một khung bê tông cốt thép tác dụng tải trọng đứng tải trọng ngang đồng thời chọn để mơ nghiên cứu Hình ảnh thực tế khung thể Hình Trong đó, khung có chiều cao 2,15 m, nhịp khung 4,05 m, tiết diện cấu kiện cột 250 × 300 mm Bảng Đặc trưng vật liệu bê tơng [14] Hình Khung bê tơng cốt thép thí nghiệm [14] 24 Đặc trưng Bê tơng B30 Cường độ chịu nén (MPa) Cường độ chịu kéo (MPa) Mô đun đàn hồi (MPa) Khối lượng riêng (kg/m3 ) Hệ số Poisson ν Biến dạng cực hạn ε 33 2,9 32500 2450 0,2 0,0035 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng cấu kiện dầm 200 × 350 Đối với dầm, cốt thép dọc bố trí cho phía phía 3∅16 (hàm lượng cốt thép khoảng 0,85%), cốt thép đai bố trí ∅8a100/200 Đối với cột, cốt thép dọc bố trí 6∅16 (hàm lượng cốt thép khoảng 1,6%) theo sơ đồ khung chịu lực mặt phẳng, cốt thép đai bố trí ∅8a100/200 Vật liệu bê tơng cốt thép cho Bảng Bảng Tải trọng đứng tác dụng vào khung khối bê tơng có kích thước × 1,2 × 1,2 m cho khối Tải trọng ngang tác dụng vào khung thực thơng qua kích thủy lực Biểu đồ quan hệ tải trọng ngang chuyển vị ngang thể Hình [14] Thí nghiệm gia tải cho khung thực Phịng thí nghiệm Kết cấu cơng trình (BKSEL), Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM Bảng Đặc trưng vật liệu cốt thép [14] Đặc trưng Cốt thép dọc Cốt thép đai Mô đun đàn hồi (MPa) Giới hạn chảy dẻo (MPa) 210000 400 210000 240 Hình Biểu đồ tải trọng – chuyển vị khung thí nghiệm [14] Bảng Các loại phần tử sử dụng mô Trong nghiên cứu này, phần mềm ANSYS APDL sử dụng để mô kết cấu khung Loại vật liệu Loại phần tử Trong mô phỏng, làm việc chung bê tông Bê tông SOLID65 cốt thép xem xét Các loại phần tử sử dụng Cốt thép dọc BEAM188 ANSYS cho khung bê tông cốt thép Cốt đai BEAM188 trình bày Bảng Hình thể mơ hình Thép SOLID185 phần tử hữu hạn khung bê tông cốt thép ANSYS Trong nghiên cứu này, 12 cấp tải, liệt kê Bảng 4, lựa chọn để khảo sát tốn dao động Từ đó, liệu tần số dao động dạng dao động khung phân tích tương ứng với cấp tải Một quy trình phân tích ứng xử tĩnh học động học khung đề xuất Hình 25 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Mơ hình phần tử hữu hạn khung bê tông cốt thép Bảng Các cấp tải trọng khảo sát Tải trọng ngang P (kN) Ghi ORG 49 98 147 203 224 252 301 315 322 329 Trạng thái ban đầu, chưa xét tải trọng đứng Trạng thái có xét tải trọng đứng, chưa có tải trọng ngang Trạng thái cốt thép bắt đầu chảy dẻo Trường hợp tải trọng tác dụng lớn thực nghiệm Trường hợp tải trọng tác dụng lớn ANSYS Từ kết mơ hình phần tử hữu hạn, kết phân tích tĩnh học vùng hư hỏng khung so sánh với kết thực nghiệm theo [14] Các vùng hư hỏng từ phân tích ứng xử tĩnh học mơ hình ANSYS ứng với số trường hợp thể Hình Kết cho thấy vết nứt có dạng thẳng góc chủ yếu Điều chứng tỏ vết nứt xảy chủ yếu mô men uốn Ngồi ra, vị trí liên kết dầm cột, thân cột xuất vết nứt nghiêng chịu tác động tải trọng ngang gây lực cắt vị trí Sự hình thành phát triển vùng nứt có xu hướng giống nút khung Đối chiếu với kết vùng nứt thực nghiệm thể Hình [14], vùng nứt phân tích từ mơ hình ANSYS cho kết phù hợp với thực nghiệm từ hình dạng vết nứt, vị trí vùng nứt hình thành phát triển vùng nứt nút khung chân cột Bên cạnh đó, chuyển vị ngang mơ phỏng, vị trí Hình 3, cấp tải P = 322 kN 43,74 mm Chuyển vị ngang vị trí thực nghiệm cấp tải P = 322 kN 43,08 mm (Hình 2) Như vậy, độ chênh lệch chuyển vị ngang 1,5% 26 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Sơ đồ quy trình phân tích ứng xử khung bê tơng cốt thép (a) ORG (b) P = kN (c) P = 224 kN (d) P = 322 kN Hình Kết vùng nứt khung theo mơ hình ANSYS 27 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (a) Nút trên-trái (b) Nút trên-phải (c) Nút dưới-trái (d) Nút dưới-phải Hình Kết vùng nứt khung theo thực nghiệm [14] Hơn nữa, kết tần số dao động khung so sánh với kết thực nghiệm [15] nhằm kiểm chứng độ tin cậy phương pháp mô số Kết phân tích tần số dao động cho dạng dao động uốn thứ khung thể Bảng tương ứng với hai trạng thái chưa gia tải trọng ngang (P = 0) tải trọng ngang lớn theo thực nghiệm (P = 322 kN) Kết tần số dao động mô thực nghiệm phù hợp cho hai trạng thái; độ chênh lệch tần số dao động khoảng 3,6% đến 8,5% Khi có hư hỏng xuất khung, giá trị tần số dao động giảm tương ứng với độ suy giảm độ cứng kết cấu khung Bảng So sánh tần số dao động thứ mô thực nghiệm Trạng thái Tần số theo mô (Hz) Tần số theo thực nghiệm (Hz) [15] Chênh lệch (%) P = kN P = 322 kN 8,322 5,420 7,617 5,615 8,5 3,6 Các nhận xét phân tích ứng xử tĩnh học xuất vùng nứt phân tích ứng xử động học tần số dao động nêu minh chứng mô số khung bê tông cốt thép cho kết đáng tin cậy Đây sở để sử dụng kết phân tích từ mơ hình ANSYS cho việc chẩn đốn hư hỏng khung sử dụng đặc trưng dao động Phân tích đánh giá thay đổi tần số dao động Từ kết mô số, tần số dao động tương ứng với bốn dạng dao động uốn khung liệt kê Bảng cho cấp tải trọng Từ đó, độ thay đổi tần số dao động tính tốn theo cơng thức (1) liệt kê Bảng Dễ dàng thấy rằng, gia tải đứng cho khung, vùng nứt xuất dầm phía (Hình 5(b)) Điều làm độ cứng tổng thể khung giảm đáng kể, giá trị tần số dao động giảm 31,4% đến 71,1% so với trạng thái ban đầu (ORG) Độ giảm tần số lớn (71,1%) xảy dạng dao động thứ hai Điều chứng tỏ độ cứng dầm phía đóng góp đáng kể độ cứng tổng thể khung tương ứng với dạng dao động thứ hai Khi bắt đầu gia tải trọng ngang cho khung, cấp tải lớn, vùng nứt mở rộng, độ cứng giảm nhiều dẫn đến tần số dao động giảm nhiều Tại cấp tải 224 kN, cấp tải bắt đầu xuất chảy dẻo cốt thép khung, tần số dao động có tăng lên khơng đáng kể Điều lý giải lúc kết cấu hệ khung có thay đổi trạng thái, nên có việc phân bố lại độ cứng khối lượng Tại cấp tải lớn 300 kN (tiến đến gần trạng thái phá hoại khung), tần số có 28 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng biến động, nhiên theo xu hướng giảm dần Tại cấp tải lớn 329 kN, giá trị tần số dao động giảm 45,5% đến 73,6% so với trạng thái ban đầu chưa gia tải trọng đứng ngang (ORG); giảm 1,6% đến 34,5% so với trạng thái có tải trọng đứng chưa có tải trọng ngang (P = kN) Kết Bảng trực quan hóa Hình Đối với kết cấu khung khảo sát, dạng dao động uốn thứ thứ hai có tần số nhạy nhất, giảm nhiều so với hai dạng dao động lại Bảng Kết tần số dao động tương ứng với cấp tải trọng Cấp tải f1 f2 f3 f4 (Hz) (Hz) (Hz) (Hz) ORG kN 49 kN 98 kN 147 kN 203 kN 224 kN 252 kN 301 kN 315 kN 322 kN 329 kN 20,684 54,036 64,981 121,500 8,322 15,601 36,013 83,313 6,834 15,201 37,004 76,906 5,780 5,559 5,464 5,528 5,413 5,460 5,378 5,420 5,453 13,958 13,486 13,378 13,715 13,115 13,619 13,175 13,441 13,635 40,164 39,344 38,432 38,357 34,758 35,911 34,453 35,309 35,434 67,703 62,595 59,499 60,847 55,920 57,706 54,130 56,499 57,382 Hình Biểu đồ thể phần trăm độ thay đổi tần số dao động Bảng Độ thay đổi tần số dao động theo cấp tải Cấp tải ORG kN 49 kN 98 kN 147 kN 203 kN 224 kN 252 kN 301 kN 315 kN 322 kN 329 kN ∆ f1 ∆ f2 ∆ f3 ∆ f4 66,960 71,869 43,054 36,703 (%) (%) (%) (%) 0,000 0,000 0,000 0,000 59,766 71,129 44,579 31,430 72,056 74,169 38,191 44,277 73,124 75,043 39,453 48,481 73,583 75,242 40,857 51,030 73,274 74,619 40,972 49,920 73,830 75,729 46,511 53,975 73,603 74,796 44,736 52,505 73,999 75,618 46,980 55,449 73,796 75,126 45,663 53,499 73,637 74,767 45,470 52,772 Nhìn chung, phương pháp dựa vào thay đổi tần số dao động đơn giản nhanh chóng cảnh báo xuất hư hỏng cho kết cấu khung Khi mức độ hư hỏng gia tăng, độ thay đổi tần số gia tăng tương ứng Tuy nhiên, phương pháp cho kết chẩn đốn xác cho dạng dao động có độ nhạy cao hư hỏng Đối với dạng dao động có độ nhạy thấp hơn, độ thay đổi tần số nhỏ nên khó cho kết chẩn đốn xác Ngồi ra, phương pháp khơng thể chẩn đốn vị trí vùng nứt khung 29 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Phân tích đánh giá thay đổi dạng dao động Từ kết phân tích dao động phần mềm ANSYS, dạng dao động khung trạng thái, cấp tải khác trích xuất Hình Hình thể bốn dạng dao động uốn khung cho hai trường hợp trạng thái ban đầu (khi chưa xét tải trọng đứng) cấp tải (có tải trọng đứng, chưa xét tải trọng ngang) Dạng dao động theo cấp tải so sánh đánh giá so với dạng dao động trạng thái ban đầu Chỉ số MAC, theo công thức (2), sử dụng để (a) Dạng dao động thứ (b) Dạng dao động thứ hai (c) Dạng dao động thứ ba (d) Dạng dao động thứ tư Hình Bốn dạng dao động uốn khung trạng thái ban đầu (ORG) (a) Dạng dao động thứ (b) Dạng dao động thứ hai (c) Dạng dao động thứ ba (d) Dạng dao động thứ tư Hình Bốn dạng dao động uốn khung cấp tải (P = kN) 30 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng đánh giá thay đổi dạng dao động Sự thay đổi số MAC cho cấu kiện dầm phía (DT), dầm phía (DD), cột bên trái (CT), cột bên phải (CP) theo cấp tải tổng hợp Bảng trình bày theo Hình 10–13 Bảng Giá trị MAC cấu kiện khung theo dạng dao động Cấu Dạng ORG kN 49 kN 98 kN 147 kN 203 kN 224 kN 252 kN 301 kN 315 kN 322 kN 329 kN kiện dao động DT DT DT DT DD DD DD DD CT CT CT CT CP CP CP CP Mode Mode Mode Mode Mode Mode Mode Mode Mode Mode Mode Mode Mode Mode Mode Mode 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,975 0,999 0,000 0,037 0,998 0,966 0,001 0,005 1,000 0,922 0,394 0,803 1,000 0,901 0,389 0,471 0,598 0,993 0,014 0,025 0,938 0,937 0,131 0,000 0,998 0,955 0,380 0,905 1,000 0,896 0,454 0,540 0,339 0,973 0,052 0,000 0,834 0,909 0,777 0,173 0,999 0,843 0,401 0,902 1,000 0,944 0,336 0,445 0,259 0,969 0,056 0,001 0,805 0,889 0,838 0,199 0,999 0,822 0,460 0,899 1,000 0,945 0,301 0,401 0,247 0,970 0,051 0,001 0,806 0,878 0,857 0,143 0,999 0,824 0,466 0,892 1,000 0,947 0,277 0,373 0,227 0,973 0,038 0,000 0,802 0,878 0,830 0,142 0,999 0,822 0,456 0,922 1,000 0,949 0,290 0,373 0,225 0,975 0,017 0,013 0,808 0,878 0,846 0,072 0,999 0,818 0,466 0,915 1,000 0,956 0,287 0,323 0,213 0,978 0,016 0,008 0,796 0,871 0,827 0,053 0,999 0,823 0,452 0,938 1,000 0,951 0,286 0,337 0,235 0,978 0,014 0,023 0,815 0,877 0,845 0,031 0,999 0,825 0,442 0,835 1,000 0,957 0,286 0,278 0,216 0,977 0,014 0,008 0,788 0,870 0,846 0,063 0,999 0,822 0,452 0,917 1,000 0,953 0,284 0,352 Hình 10 Biểu đồ thể thay đổi số MAC dầm phía theo cấp tải Hình 11 Biểu đồ thể thay đổi số MAC dầm phía theo cấp tải 31 0,207 0,979 0,011 0,010 0,793 0,868 0,823 0,057 0,999 0,824 0,456 0,931 1,000 0,950 0,287 0,330 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình 12 Biểu đồ thể thay đổi số MAC cột bên trái theo cấp tải Hình 13 Biểu đồ thể thay đổi số MAC cột bên phải theo cấp tải Như kết thể Bảng 8, dầm phía trên, dạng dao động thứ nhất, giá trị MAC có xu hướng giảm rõ rệt; sau gia tải, số MAC có giá trị 0,207, (giảm 79,3% so với ban đầu) Ở dạng dao động thứ hai, số MAC có xu hướng giảm dần thay đổi nhỏ, giá trị MAC sau gia tải 0,979 (giảm 2,1%) Tương tự dầm phía dưới, số MAC hai dạng dao động sau gia tải 0,793 (giảm 20,7%) 0,868 (giảm 13,2%) Trong đó, khảo sát dạng dao động thứ ba thứ tư hai cấu kiện trên, số MAC thay đổi không theo quy luật Kết số MAC cho thấy cấu kiện riêng biệt chịu ảnh hưởng rõ rệt dạng dao động định Vì vậy, giá trị MAC cấu kiện thay đổi khác nhau, tùy thuộc vào dạng dao động khảo sát Cụ thể, cấu kiện dầm chủ yếu thể dạng dao động thứ dạng dao động thứ hai khung Trong đó, cấu kiện cột bên trái chủ yếu thể dạng dao động thứ hai thứ ba khung; cấu kiện cột bên phải thể chủ yếu dạng dao động thứ ba thứ tư khung Ở dạng dao động chủ yếu cấu kiện, tải trọng tăng, hư hỏng xuất nhiều, giá trị MAC có xu hướng giảm lúc xa giá trị Sự suy giảm giá trị MAC chứng tỏ khung có hư hỏng cấu kiện dầm, cột theo chiều tăng cấp tải So với phương pháp chẩn đoán hư hỏng dựa vào thay đổi tần số dao động, phương pháp cho kết xác hầu hết dạng dao động cảnh báo tốt xuất hư hỏng Dù vậy, kết thể tốt dạng dao động chủ yếu cho cấu kiện riêng biệt Với dạng dao động lại, thay đổi MAC thay đổi khơng có quy luật định Phương pháp chẩn đốn hư hỏng dựa thay đổi dạng dao động chưa xác định vị trí hư hỏng khung 32 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Kết luận Trong nghiên cứu này, xuất phát triển vùng nứt khung bê tông cốt thép tác dụng cấp tải trọng khác cảnh báo thành công dựa vào thay đổi tần số dao động dạng dao động Mơ hình khung bê tông cốt thép mô phần mềm ANSYS có độ tin cậy cao Kết phân tích từ mô số phù hợp với kết thực nghiệm cho phân tích tĩnh học phân tích động học Kết đánh giá dựa vào thay đổi tần số dao động có khả phát xuất hư hỏng khung bê tơng cốt thép Mức độ thay đổi có độ nhạy khác tùy thuộc vào dạng dao động khảo sát; dạng dao động thứ dạng dao động thứ hai khung cho thay đổi tần số dao động rõ rệt theo mức độ hư hỏng Khi mức độ hư hỏng lớn, tần số dao động khung có xu hướng giảm dần Ngoài ra, phương pháp đánh giá hư hỏng khung dựa thay đổi dạng dao động khảo sát cho kết tốt Cụ thể, dạng dao động chủ yếu cấu kiện tương ứng, việc thay đổi dạng dao động trạng thái hư hỏng trạng thái ban đầu thể qua số MAC Khi cấp tải tăng, vùng nứt xuất nhiều, số MAC giảm dần nhỏ Từ sai khác số MAC trạng thái, xuất phát triển hư hỏng theo cấp tải cảnh báo thành công Việc sử dụng đồng thời hai phương pháp nâng cao độ tin cậy cho kết chẩn đoán Tuy nhiên, hai phương pháp nêu đánh giá xuất hư hỏng mức độ tổng quát hư hỏng khung, chưa chẩn đốn vị trí vùng hư hỏng mức độ hư hỏng Do vậy, hai phương pháp đơn giản phù hợp để đánh giá tổng quan tình trạng sức khỏe kết cấu Lời cảm ơn Tác giả chân thành cảm ơn hỗ trợ tài Trường Đại học Nha Trang cho đề tài “Chẩn đoán hư hỏng kết cấu khung sử dụng đặc trưng dao động”, mã số TR2020-13-22 Tài liệu tham khảo [1] Das, S., Saha, P., Patro, S K (2016) Vibration-based damage detection techniques used for health monitoring of structures: a review Journal of Civil Structural Health Monitoring, 6(3):477–507 [2] Kim, J.-T., Ryu, Y.-S., Cho, H.-M., Stubbs, N (2003) Damage identification in beam-type structures: frequency-based method vs mode-shape-based method Engineering Structures, 25(1):57–67 [3] Cao, L T., Sỹ, B V., Duy, H Đ (2020) Chẩn đoán hư hỏng kết cấu sử dụng phương pháp lượng biến dạng kết hợp với thuật toán di truyền Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) ĐHXDHN, 14(4V):16–28 [4] Nguyễn, T T (2019) Chẩn đoán vết nứt cho dầm bê tông cốt thép sử dụng phương pháp lượng biến dạng Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Tp HCM [5] Adams, R D., Cawley, P., Pye, C J., Stone, B J (1978) A Vibration Technique for Non-Destructively Assessing the Integrity of Structures Journal of Mechanical Engineering Science, 20(2):93–100 [6] Cawley, P., Adams, R D (1979) The location of defects in structures from measurements of natural frequencies The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, 14(2):49–57 [7] Sato, H (1983) Free vibration of beams with abrupt changes of cross-section Journal of Sound and Vibration, 89(1):59–64 [8] Yuen, M M F (1985) A numerical study of the eigenparameters of a damaged cantilever Journal of Sound and Vibration, 103(3):301–310 [9] Ringer, L (1998) Modal assurance criteria value for two orthogonal modal vectors Proceedings of the 16th International Modal Analysis Conference, 1320–1325 33 Thiện, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [10] Fotsch, D., Ewins, D J (2000) Application of MAC in the frequency domain Proceedings of the 18th International Modal Analysis Conference, 1255–1231 [11] Allemang, R J (2003) The modal assurance criterion–twenty years of use and abuse Sound and vibration, 37(8):14–23 [12] Pastor, M., Binda, M., Harˇcarik, T (2012) Modal Assurance Criterion Procedia Engineering, 48:543– 548 [13] Yan, Y J., Cheng, L., Wu, Z Y., Yam, L H (2007) Development in vibration-based structural damage detection technique Mechanical Systems and Signal Processing, 21(5):2198–2211 [14] Vương, H T (2019) Khảo sát thực nghiệm ứng xử khung phẳng bê tông cốt thép bị hư hỏng gia cố liên kết FRP chịu tải đứng ngang Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Tp HCM [15] Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ thiết bị cơng nghiệp (RECTIE) (2018) Báo cáo thí nghiệm khung bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Tp HCM (Lưu hành nội bộ) 34 ... dao động Phân tích đánh giá thay đổi tần số dao động Từ kết mô số, tần số dao động tương ứng với bốn dạng dao động uốn khung liệt kê Bảng cho cấp tải trọng Từ đó, độ thay đổi tần số dao động. .. sử dụng kéo dài tuổi thọ cho kết cấu khung Từ nhu cầu thực tiễn kế thừa nghiên cứu trước, mục tiêu báo đánh giá thay đổi tần số dao động dạng dao động cho khung bê tông cốt thép tác dụng cấp tải. .. xuất phát triển vùng nứt khung bê tông cốt thép tác dụng cấp tải trọng khác cảnh báo thành công dựa vào thay đổi tần số dao động dạng dao động Mơ hình khung bê tơng cốt thép mơ phần mềm ANSYS có