Nghiên cứu giải pháp công nghệ quan trắc chuyển vị công trình cầu trong điều kiện việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ CÔNG TRÌNH CẦU TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG Đ[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ CƠNG TRÌNH CẦU TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ CƠNG TRÌNH CẦU TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 9.520503 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH CẦU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Tổng quan cơng trình cầu 1.1.1 Khái niệm cơng trình cầu 1.1.2 Phân loại cầu 1.2 Tổng quan quan trắc chuyển dịch cơng trình cầu 1.2.1 Khái niệm, nguyên nhân gây chuyển dịch cơng trình cầu 1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật quan trắc chuyển dịch công trình cầu 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu lý thuyết thực tiễn quan trắc chuyển dịch cầu giới Việt Nam 11 1.3.1 Trên giới 11 1.3.2 Tại Việt Nam 21 1.4 Các vấn đề tồn định hướng nghiên cứu luận án 24 1.4.1 Một số vấn đề tồn 24 1.4.2 Định hướng nghiên cứu luận án 24 CHƯƠNG 2NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG CHUẨN 25 TRONG QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CẦU CỨNG 25 2.1 Đặc điểm kết cấu yêu cầu kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang cầu cứng 25 2.1.1 Đặc điểm kết cấu cơng trình cầu cứng 25 2.1.2 Một số yêu cầu kỹ thuật quan trắc chuyển dịch cầu có kết cấu cứng 26 2.2 Hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch ngang 27 2.2.1 Nguyên tắc xây dựng lưới quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình 27 iii 2.2.2 Yêu cầu độ xác bậc lưới 28 2.2.3 Các phương pháp quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình 30 2.3 Phương pháp hướng chuẩn quan trắc chuyển dịch ngang cầu cứng 32 2.3.1 Khái niệm hướng chuẩn 32 2.3.2 Đo độ lệch hướng hướng chuẩn quang học 32 2.3.3 Nguyên tắc xác định chuyển dịch ngang hướng chuẩn 34 2.3.4 Khảo sát số sơ đồ hướng chuẩn kinh điển 35 2.4 Nghiên cứu mơ hình hướng chuẩn tổng quát 38 2.4.1 Mơ hình hóa phép đo hướng chuẩn 38 2.4.2 Xử lý số liệu đo lưới hướng chuẩn theo nguyên lý số bình phương nhỏ 39 2.5 Thành lập lưới khống chế sở theo đồ hình hướng chuẩn 40 2.5.1 Cơ sở lý thuyết 40 2.5.2 Quy trình tính tốn 44 2.5.3 Ví dụ xử lý số liệu lưới sở 46 2.6 Tính tốn chuyển dịch ngang cầu cứng theo số liệu quan trắc hướng chuẩn 48 2.6.1 Xác định độ chuyển dịch ngang điểm quan trắc 48 2.6.2 Lập biểu đồ chuyển dịch ngang đánh giá chuyển dịch tổng thể cầu 48 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS - RTK 51 TRONG QUAN TRẮC VÀ PHÂN TÍCH CHUYỂN DỊCH CẦU DÂY VĂNG 51 3.1 Quan trắc kết cấu cơng trình cầu dây văng 52 3.1.1 Mục đích khái niệm quan trắc liên tục kết cấu cầu dây văng 52 3.1.2 Đặc điểm cầu dây văng, yêu cầu kỹ thuật quan trắc chuyển dịch phương pháp GNSS - RTK quan trắc cầu dây văng 53 3.1.3 Hệ thống quan trắc kết cấu cơng trình cầu dây văng 54 3.2 Ứng dụng GNSS - RTK quan trắc chuyển dịch cầu dây văng 55 3.2.1 Phương pháp định vị vệ tinh 55 3.2.2 Bố trí lắp đặt máy thu GNSS quan trắc chuyển dịch cầu dây văng 57 iv 3.3 Nghiên cứu đánh giá độ xác quan trắc chuyển dịch theo phương đứng cầu dây văng phương pháp GNSS - RTK điều kiện Việt Nam 62 3.3.1 Quan trắc chuyển dịch theo phương đứng cầu dây văng phương pháp GNSS - RTK 63 3.3.2 Ứng dụng phương pháp trung bình động lọc nhiễu số liệu GNSS- RTK 65 3.3.3 Nghiên cứu đánh giá độ xác phương pháp GNSS - RTK quan trắc chuyển dịch theo phương đứng cầu dây văng 66 3.4 Tổ chức quan trắc xác lập sở liệu quan trắc kết cấu cầu dây văng 69 3.4.1 Tổ chức quan trắc xác lập sở liệu quan trắc kết cấu cầu dây văng 69 3.4.2 Quy trình hoạt động hệ thống SHM 72 3.5 Mạng nơ-ron nhân tạo ứng dụng ANN xây dựng mơ hình chuyển dịch cầu dây văng 73 3.5.1 Khái niệm mạng nơ-ron nhân tạo 73 3.5.2 Cấu trúc mạng nơ-ron nhân tạo 76 3.5.3 Huấn luyện mạng nơ-ron nhân tạo 80 3.5.4 Giải thuật lan truyền ngược 81 3.5.5 Ứng dụng ANN xây dựng mơ hình chuyển dịch cầu dây văng 90 KẾT LUẬN CHƯƠNG 97 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 98 4.1 Thực nghiệm xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang cầu Chương Dương 98 4.1.1 Giới thiệu chung cầu Chương Dương 98 4.1.2 Sơ đồ phân bố mốc khống chế sở mốc quan trắc 98 4.1.3 Kết đo lưới khống chế quan trắc chuyển dịch ngang cầu Chương Dương 99 4.1.4 Kết bình sai lưới sở hướng chuẩn cầu Chương Dương 100 4.2 Thực nghiệm đánh giá độ xác quan trắc chuyển dịch theo phương đứng cầu Bạch Đằng phương pháp GNSS - RTK 102 4.2.1 Mô tả thực nghiệm 102 v 4.2.2 Đánh giá độ xác số liệu GNSS - RTK quan trắc chuyển dịch theo phương đứng cầu Bạch Đằng 105 4.3 Thực nghiệm đánh giá độ xác quan trắc chuyển dịch theo phương đứng cầu Cần Thơ phương pháp GNSS - RTK 109 4.3.1 Mô tả số liệu 109 4.3.2 Đánh giá độ xác số liệu GNSS-RTK quan trắc chuyển dịch cầu 111 4.4 Xây dựng mơ hình chuyển dịch cầu dây văng Cần Thơ phương pháp ANN truyền thẳng nhiều lớp 112 4.4.1 Chuẩn bị liệu 113 4.4.2 Xây dựng mơ hình chuyển dịch điểm nhịp cầu dây văng 118 4.4.3 Đánh giá độ xác mơ hình chuyển dịch cầu dây văng 126 KẾT LUẬN CHƯƠNG 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 PHỤ LỤC 141 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ ANN: Artificial Neural Network Mạng nơ-ron nhân tạo ARIMA: Auto Regressive Integrated Trung bình động kết hợp tự hồi quy Moving Average BP: Back - Propagation Thuật toán lan truyền ngược FNN: Feedforward neural networks Mạng nơ-ron truyền thẳng GNSS: Global Navigation Satellite Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu System GPS: Global Positioning System Hệ thống định vị vệ tinh tồn cầu MA: Moving Average Trung bình động MAE: Mean Absolute Error Sai số tuyệt đối trung bình MLP: Multi Layer Perceptron Mạng nơ – ron nhân tạo nhiều lớp MSE: Mean squared error Sai số toàn phương trung bình R2 Coefficient of determination Hệ số xác định (Hệ số hồi quy) RMSE: Root Mean Squared Error Sai số trung phương RTK: Real time kinematic Đo động thời gian thực SHM: Structure Health Monitoring: Hệ thống quan trắc kết cấu cơng trình TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam vii DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ TT Tên bảng, biểu Trang Bảng 1: Một số cầu dây văng có lắp đặt GNSS hệ thống quan trắc 20 Bảng 2: Cầu dây văng Việt Nam có lắp đặt GNSS hệ thống SHM 23 Bảng 1: Sai số trung phương cho phép quan trắc chuyển dịch ngang 26 giai đoạn xây dựng sử dụng cơng trình (Đơn vị milimét) 26 Bảng 2:Yêu cầu độ xác quan trắc theo đất, tầm quan trọng cơng trình 27 Bảng 3: Sai số trung phương độ lệch hướng sơ đồ hướng chuẩn [15] 37 Bảng 4: Tọa độ điểm gốc 46 Bảng 5: Trị đo trị bình sai độ lệch hướng 47 Bảng 6: Tọa độ bình sai sai số vị trí điểm 47 Bảng 7: Đánh giá độ lệch tọa độ điểm sở lần (lặp lần 1) 47 Bảng 8: Đánh giá độ lệch tọa độ điểm sở lần (lặp lần 2) 48 Bảng 1: Một số loại máy thu GNSS 56 Bảng 3.1: Số liệu đầu vào ANN 87 Bảng 3.2: Trọng số khởi đầu ANN 87 Bảng 1: Tọa độ điểm gốc 99 Bảng 2: Tọa độ bình sai sai số vị trí điểm 100 Bảng 3: Trị đo trị bình sai độ lệch hướng 100 Bảng 4: Đánh giá độ lệch tọa độ điểm sở 102 Bảng 5: Vị trí thước trượt giá trị thước điểm QT1, QT2 104 Bảng 6: Kết độ lệch theo phương đứng giá trị thước trượt hiệu độ cao điểm QT01 hai thời điểm đo liên tiếp .106 Bảng 7: Kết độ lệch theo phương đứng giá trị thước trượt hiệu độ cao điểm QT02 hai thời điểm đo liên tiếp .107 Bảng 8: Kết sai số trung phương độ cao vị trí thước trượt .108 Bảng 9: Kết đo trị đo kép kết tính 109 Bảng 4.10: Mối quan hệ tương quan nhiệt độ, gió, chuyển vị đỉnh tháp chuyển dịch điểm nhịp 116 viii Bảng 4.11: Mối quan hệ tương quan chuyển vị ứng suất điểm nhịp 117 Bảng 13: Phương án thiết kế ANN .119 Bảng 14: Kết độ xác huấn luyện mạng .121 Bảng 15: Kết lập mơ hình chuyển dịch theo phương X điểm nhịp 123 Bảng 16: Kết lập mơ hình chuyển dịch theo phương Y điểm nhịp 124 Bảng 17: Kết lập mơ hình chuyển dịch theo phương Z điểm nhịp 125 Bảng 18: Kết sai số trung phương xây dựng mơ hình chuyển dịch cầu 126 ... nghiên cứu luận án gồm: Trong lĩnh vực quan trắc chuyển dịch cơng trình cầu q trình khai thác sử dụng Việt Nam Nội dung nghiên cứu Với mục đích nghiên cứu giải pháp cơng nghệ quan trắc chuyển. .. dụng giải pháp cơng nghệ để nâng cao hiệu quan trắc chuyển dịch cơng trình cầu quan trọng có giá trị thực tiễn điều kiện Việt Nam Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu luận án: Đưa giải pháp công nghệ. .. xác quan trắc chuyển dịch cơng trình cầu trình khai thác Việt Nam Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các cơng trình cầu có kết cấu cứng cầu dây văng Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên