Xác định các tham số trong bài toán chẩn đoán kết cấu bằng phương pháp động để cải tiến công tác quản lý công trình cầu

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƢỜNGĐẠIHỌCGIAOTHÔNGVẬNTẢI - - NGUYỄNTIẾNMINH XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ TRONG BÀI TỐNCHẨNĐỐNKẾTCẤUBẰNGPHƢƠNGPH ÁPĐỘNGĐỂCẢITIẾNCƠNGTÁCQUẢN LÝCƠNGTRÌNHCẦU LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT HÀNỘI –2017 NGUYỄNTIẾNMINH XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ TRONG BÀI TỐNCHẨNĐỐNKẾTCẤUBẰNGPHƢƠNGPH ÁPĐỘNGĐỂCẢITIẾNCƠNGTÁCQUẢN LÝCƠNGTRÌNHCẦU Chunngành HầmMãsố :Kỹ thuật Xây dựng Cầu :62.58.25.05 LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT NGƢỜIHƢỚNGDẪNKHOAHỌC: PGS.TS.NguyễnNgọcLong PGS.TS.TrầnĐức Nhiệm HÀNỘI –2017 LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kếtquả nêu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trìnhnàokhác HàNội,ngày tháng Tácgiả NguyễnTiếnMinh năm MỤCLỤC LỜICAM ĐOAN i MỤCLỤC ii DANHMỤCCÁCCHỮVIẾTTẮT .v DANHMỤCCÁCBẢNGBIỂU vii DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ viii MỞĐẦU CHƢƠNG 1TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN KẾT CẤU BẰNG PHƢƠNG PHÁPDAOĐỘNG 1.1 Giới thiệu chung tốn chẩn đốn kỹ thuật cơng trình phƣơng phápdaođộng 1.1.1 Kháiniệmvềchẩnđốncơngtrìnhvàchẩnđốnkếtcấubằngphƣơngphápdaođộn g 1.1.2 Các phƣơng pháp giải toán chẩn đoán kỹ thuật cơng trình phƣơngphápdaođộng .6 1.2 Tình hình nghiên cứu giới chẩn đoán kết cấu phƣơng pháp daođộng 1.3 Tình hình nghiên cứu Việt Nam chẩn đoán kết cấu phƣơng pháp daođộng 11 1.4 Đo dao động điều kiện khai thác tổng quan lý thuyết nhận dạng daođộng 14 1.4.1 Đo daođộngtrongđiềukiệnkhaithác 14 1.4.2 Tổngquanvềlý thuyếtnhậndạngdaođộngkếtcấucầu 15 1.4.3 LƣớibốtríđiểmđotrênKCNcầu 18 1.4.4 Côngnghệcảmbiến 20 KếtluậnChƣơng1 21 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DAO ĐỘNG KẾT CẤU, PHƢƠNG PHÁPCHẨN ĐOÁN ĐỘNG VÀ CÁC THAM SỐ SỬ DỤNG TRONGBÀI TOÁN CHẨNĐOÁNĐỘNG 23 2.1 Cơsởlýthuyếtvềdaođộngkếtcấu .23 2.1.1 Phƣơngtrìnhviphândaođộngcủahệmộtbậctựdo 23 2.1.2 Daođộngcủahệnhiềubậctựdo 27 2.1.3 Cácthamsốđặctrƣngdaođộng 27 2.2 Cácphƣơngphápchẩnđoánkếtcấudựatrêndaođộng 29 2.2.1 Phƣơngphápdựatrênsựthayđổitầnsố 29 2.2.2 Phƣơngphápdựatrênđộmềmbiểukiến 30 2.2.3 Phƣơngphápdựatrênnănglƣợngbiếndạnghìnhthức 31 2.2.4 Phƣơngphápdựatrênđộcongđànhồi 31 2.2.5 Phƣơngphápdựatrênđộconghìnhdạngmode 32 2.2.6 Phƣơngphápdựatrênđộcongbềmặtdotảitrọngrảiđều 33 2.2.7 Phƣơngphápdựatrênsựthayđổiđộcứng .33 2.2.8 Đánh giá lựa chọn phƣơng pháp cho toán chẩn đoán KCN daođộng .35 Kếtluậnchƣơng2 .38 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM ĐO DAO ĐỘNG MỘT SỐ KCN CẦU TRÊN ĐỊABÀN TP HÀ NỘI VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH CHẨN ĐỐN ĐỘNG KẾT CẤUCẦU 39 3.1 LựachọnmộtsốKCNcầuđiểnhìnhtrênđịabànTPHàNộiđểđodaođộng 39 3.1.1 Hiện trạnghệ thốngcầutrên địabànTPHàNội .39 3.1.2 Mộtsốcơngtrìnhcầuđiểnhìnhápdụngphƣơngphápđodaođộng .41 3.2 Xác định tham số đặc trƣng dao động KCN cầu đƣợc lựa chọn ởthờiđiểmbanđầu 42 3.2.1 Xâydựng mơhìnhPTHH KCNcầu .42 3.2.2 Tínhtốncácthamsốđặctrƣng daođộngcủaKCNcầu 44 3.3 Thựcnghiệmđodaođộng6KCNcầutrênđịabànTPHàNội 49 3.3.1 Trìnhtự thựchiệnđodaođộng .49 3.3.2 Thiết bịđo 50 3.3.3 Bốtríđiểmđodaođộng 51 3.3.4 Kết quảđodaođộngKCN của6cầu 56 3.3.5 So sánhkếtquảtínhvàkếtquảđodaođộng6cầu .72 3.4 PhântíchảnhhƣởngcủacáchƣhỏngđếnđặctrƣngdaođộngcủaKCNcầuBT 3.4.1 Miêutả mơhình 74 3.4.2 Bêtôngbịsuygiảmmôđunđànhồi(E) 76 3.4.3 KCNcóvếtnứthoặchƣhỏng 79 3.5 Phân tích đặc điểm kết cấu nhạy cảm với thay đổi đặc trƣng daođộng 84 3.5.1 Thuộctínhcản 84 3.5.2 Thuộctínhđộcứng .85 3.5.3 Thuộctínhkhốilƣợng 85 3.5.4 Ảnhhƣởngdokhốilƣợngcủaphầnkếtcấuphụ 86 3.5.5 Phântíchảnhhƣởngcủađộcứnggốicầuđếnđặctrƣngdaođộng 86 3.6 XácđịnhvịtríhƣhỏngtrênKCNcầudầmbằngphƣơngphápchẩnđốnđộng 8 3.7 Sosánhchiphíthửtảitheophƣơngpháptĩnhvàphƣơngphápđộng 92 KếtluậnChƣơng3 93 CHƢƠNG4ĐỀXUẤTỨNGDỤNGPHƢƠNGPHÁPĐODAOĐỘNGVÀCHẨNĐỐNĐ ỘNGVÀOCƠNGTÁCQUẢNLÝ CẦUCỦATPHÀNỘI 95 4.1 Đề xuất tích hợp bổ sung số đặc trƣng dao động vào hệ thống tham sốcầntheodõi,đo đạc kiểmtra trongcôngtácquản lýkhaitháccầuTPHàNội.9 4.2 Xây dựng chƣơng trình máy tính dùng để chẩn đốn KCN cầu phƣơngphápdaođộngdựatrêncácthamsốđãlựachọn 95 4.3 XâydựngquytrìnhquảnlývàchẩnđốnKCNbằngphƣơngphápdaođộng .99 4.3.1 Thuthậphồsơ 99 4.3.2 Khảo sát trạng kết cấu, đánh giá dựa quan sát mắt thƣờng 994.3.3.Lậpmơhìnhkết cấubanđầu 99 4.3.4 BốtríđiểmđodaođộngtrênKCNcầu 100 4.3.5 Đo daođộngKCNcầu 101 4.3.6 Hiệu chỉnh mơhìnhKCNcầu 102 4.3.7 XácđịnhvàtheodõicácthamsốđặctrƣngdaođộngcủaKCN 103 4.3.8 Quảnlýthiếtbịmáymóc,quảnlýkỹthuậtmáy 103 4.3.9 Quảnlýsốliệuđovàtổchứcthựchiện 104 4.3.10 Đềxuấtxâydựngngƣỡngcảnhbáo 104 Kếtluậnchƣơng4 104 KẾTLUẬNVÀKIẾN NGHỊ 106 TÀILIỆU THAM KHẢO 108 DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHĐÃCƠNGBỐC Ủ A LUẬNÁN .1 PHỤLỤC DANHMỤCCÁCCHỮVIẾTTẮT AASHTO AmericanAssociation ofStateHighwayand TransportationOfficials (HiệphộiGiaothôngvàVậntảiđƣờngbộHoaKỳ) ASCE AmericanSocietyofCivilEngineers(HiệphộiKỹsƣxâydựngHoa Kỳ) BT Bêtông BTCT Bêtôngcốt thép BTDUL Bêtôngdựứnglực CMIF Cácchứcnăngchỉđịnh modephứchợp CSI Phƣơngphápnhậndạngkhônggiancon-ngẫunhiên CSI/ref Phƣơngphápnhậndạngkhônggiancondựatrênthamchiếu CWT Biếnđổiwaveletliêntục DAQ Hệthốngthuthập dữliệu DOF Bậctựdo DUL Dựứnglực DWT Biếnđổiwaveletrờirạc EMA(FVT) Đodaođộngcƣỡngbức EMD Phƣơngphápphântíchdạngdaođộngcơbản FEA FiniteElementAnalysis(phântíchphầntử hữuhạn) FEM FiniteElementMethod(phƣơngphápphầntửhữuhạn) GTVT GiaothơngVậntải KC Kếtcấu KCN Kếtcấunhịp LRFD LoadResistanceFactorDesign(thiếtkếtheohệsốtảitrọngvàsức kháng) MFC Sựthayđổiđộ mềmbiểukiếnkếtcấu OMA(AVT) Đodaođộngtrong điềukiệnkhai thác OMAX Đodaođộngtổng hợp PP Phƣơngphápchọnđỉnh PSD Mậtđộphổcôngsuất PTHH Phầntửhữuhạn SHM Theodõitìnhtrạng sứckhỏekếtcấu SSI Phƣơngphápnhậndạngkhơnggianconngẫunhiên SWT Biếnđổiwaveletdừng TP Thànhphố WPT Biếnđổiwaveletpacket RFV ResidualForceVectorMethod-phƣơngphápvéctơlựcdƣ DANHMỤCCÁCBẢNGBIỂU TT Tênbảng Trang Bảng3.1.Thốngkêsốliệucơngtrìnhcầutrênđịabàn TPHàNội 39 Bảng3.2 Mƣời modedaođộngđầutiêncủa mơ hìnhPTHH .45 Bảng3.3 SáumodedaođộngtínhtốnđầutiêncủacầuKiếnHƣng 47 Bảng3.4.Sáumodedaođộngtínhtốnđầutiêncủa cầuCốngThần 47 Bảng3.5.Khaibáotọađộcác nút dầmcôngson 62 Bảng3.6 Cáctần sốtìmđƣợctừdữliệuđodaođộngdầmcơngson 66 Bảng3.7 Kếtquả xửlýsốliệudaođộng KCNcầuKiến Hƣng 69 Bảng3.8.Kếtquảxử lýsốliệudaođộng KCNcầuPhùngXá 69 Bảng3.9.Kếtquảxử lýsốliệudaođộngKCNcầuCốngThần 70 Bảng3.10.KếtquảxửlýsốliệudaođộngKCNcầuTếTiêu 70 Bảng3.11.KếtquảxửlýsốliệudaođộngKCNcầuLaKhê .71 Bảng3.12.KếtquảxửlýsốliệuđoKCNcầu Giẽ 71 Bảng3.13.Sosánhtầnsốtínhvà đocủacầu KiếnHƣng 73 Bảng3.14.SosánhtầnsốtínhvàđocầuCốngThần .73 Bảng3.15.Sosánhtần sốtínhvàđocủa cầuLaKhê 74 Bảng3.16.Sosánhtầnsốtínhvàđocủa cầu Giẽ 74 Bảng3.17.SựthayđổitầnsốkhigiảmmôđunđànhồicủaBTbảnmặtcầu 76 Bảng3.18.Sự thayđổitầnsốkhi giảmmôđunđànhồicủaBTdầm 77 Bảng 3.19.Sựthayđổitầnsốkhigiảmmô đunđànhồi củaBTbảnmặtcầu vàdầm 77 Bảng3.20.Sự thayđổitầnsốkhi giảmmơđunđànhồicủaBTdầm 82 Bảng3.21.Tổnghợpchiphíkiểmđịnhtrungbìnhcho1KCNcầudầm 92 DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ TT Tênhình Trang Hình1.1.Minhhọabiểuđồổnđịnhdảitầnsốđƣợcxửlýtừdữliệuđodao động 16 Hình1.2.M i n h h ọ a v ị t r í l ắ p c c c ả m b i ế n t h a m c h i ế u ( k h o a n h t r ò n ) t r ê n cầu 19 Hình1.3 Bốtrícáccảmbiếntrên cácdạngmặtcắtngangcầu 19 Hình2.1 Hệ1bậctựdo .23 Hình2.2.Sosánhbiểuđồdaođộngtrongcáctrƣờnghợpkhơngcócản,cản ít,cảntớihạnvàcảnqmức 26 Hình2.3.Đồthịdaođộngcủakếtcấucócảnítvàđƣờngbaobiênđộdao động 26 Hình2.4.Minhhọa dầmcơngson 36 Hình2.5 Dạng mode1 củadầmcôngson, 2.764Hz 36 Hình2.6 Dạng mode2 củadầmcơngson, 7.958Hz 36 Hình2.7 Dạng mode3củadầmcơngson,12.192Hz 36 Hình2.8 Dạng mode4củadầmcơngson,14.956Hz 36 Hình3.1.Sốliệu thống kêcáccơngtrìnhcầutrênđịabànTPHàNội 39 Hình3.2 CơngtrìnhcầuLiêu-huyệnThạch Thất .41 Hình3.3.Hiệntrạngcáccơngtrìnhcầutại TP HàNội 41 Hình3.4 Phầntửdầmvàphầntửbản(tấm) 44 Hình3.5.LƣớiPTHHcủaKCNcầuLaKhê 44 Hình3.6.MƣờidạngdaođộngtựdođầutiêncủamơhìnhcầuLaKhê 46 Hình3.7.SáudạngdaođộngtựdođầutiêncủamơhìnhcầuKiếnHƣng .48 Hình3.8.Sáudạngdaođộngtựdođầutiêncủamơ hìnhcầuCốngThần 49 Hình3.9.MinhhọamáyđodaođộngGMSplus 50 Hình3.10 Badạngthứcdaođộngcủadầmgiảnđơnvớibabậctựdo 51 Hình3.11 Minh họa bốtríđiểmđodaođộng trênmặtcắt ngangcầu .52 Hình3.12 Sơđồbốtrí điểmđotrên mặtbằng cầu .52 Hình3.13.BốtríđiểmđodaođộngtrênmặtcắtngangcầuKiếnHƣng .52 Hình 3.14 Sơđồ bốtríđiểm đot r ê n m ặ t b ằ n g h a i n h ị p v m ố t r ụ c ầ u K i ế n Hƣng 53 Hình3.15 Bốtrí thiết bịđodaođộngtrên mặtcầu .53 Hình3.16 Bốtrí điểmđodaođộngtrênmặtcắtngangcầu Phùng Xá .54 Hình3.17.Sơ đồ bốtríđiểmđotrênmặtbằnghainhịp cà mốtrụ cầuPhùng Xá 54 Hình3.18 Bốtrí điểmđodaođộngtrênmặtcắtngangcầu TếTiêu 54