luận án tiến sĩ quan trắc và đánh giá kết cấu cầu sử dụng hệ cảm biến cáp quang

Cùng với sự tiÁn bá cÿa khoa học công nghệ, các cÁm biÁn tiên tiÁn đã và đang đ°ợc āng dụng ngày càng m¿nh m¿ trên thÁ giới nhÁm giÁi quyÁt nhißu vÃn đß phāc t¿p, với đá chính xác cao, t

BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG Đ¾I HàC GIAO THÔNG V¾N TÀI

TR¯âNG Đ¾I HàC GIAO THÔNG V¾N TÀI

HÀ NÞI – 2024

LâI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cāu khoa học đác lÁp cÿa riêng tôi Các sá liệu sử dụng phân tích trong luÁn án có ngußn gác rõ ràng, đã công

bá theo đúng quy đánh Các kÁt quÁ nghiên cāu trong luÁn án do tôi tự tìm hiáu, phân tích mát cách trung thực Việc tham khÁo các ngußn tài liệu đã đ°ợc thực hiện trích d¿n và ghi ngußn tài liệu tham khÁo đúng quy đánh

Hà Nội, ngày 02 tháng 04 năm 2024

Tác giÁ

Mai Đąc Anh

MĀC LĀC

DANH MĀC HÌNH VÀ v

DANH MĀC BÀNG BIÂU x

DANH MĀC CHĀ VI¾T TÀT xii

KÝ HI àU TOÁN HàC xiv

M ä ĐÄU 1

1 Má đÅu 1

2 Mục tiêu nghiên cāu 2

3 Ph°¢ng pháp nghiên cāu 3

4 Đái t°ợng và ph¿m vi nghiên cāu 3

5 Ý ngh*a khoa học và thực tiễn 3

6 Nái dung cÿa luÁn án 3

CH¯¡NG 1: TèNG QUAN VÀ GIÁM SÁT SĄC KHO¾ CÔNG TRÌNH Sþ DĀNG Hà CÀM BI¾N VÀ CÀM BI¾N QUANG 5

1.1 Téng quan vÁ há thång theo dõi sąc kho¿ công trình cÅu 5

1.2 Téng quan vÁ các nghiên cąu giám sát sąc kho¿ công trình cÅu 14

1.3 Téng quan vÁ giám sát sąc kho¿ công trình sÿ dāng há cÁm bi¿n và cÁm bi¿n quang 19

1.4 K¿t lu¿n Ch°¢ng 1 26

CH¯¡NG 2: LÝ THUY¾T TÍNH TOÁN VÀ CÁC Đ¾C TR¯NG C¡ LÝ CĂA CÀM BI¾N FBG 27

2.1 Khái niám vÁ cÁm bi¿n FBG 27

2.2 Phân lo¿i cÁm bi¿n FBG 32

2.2.1 CÁm biÁn quang giÁn đ¢n 32

2.2.2 CÁm biÁn quang đßng nhÃt 34

2.2.3 CÁm biÁn quang biÁn thiên theo chißu dài [72] 35

2.2.4 CÁm biÁn quang l°ới ghép nghiêng [73] 40

2.3 Đ¿c tr°ng c¢ hác căa cÁm bi¿n quang 43

2.3.1 KhÁ năng phÁn x¿ cÿa sợi quang học 43

2.3.2 Đặc tr°ng cÿa băng thông 47

2.3.3 Đặc điám đá trễ nhóm và sự phân tán 48

2.3.4 Ành h°áng nhiệt đá 52

2.4 Các đ¿c tr°ng c¢ bÁn căa cÁm bi¿n quang FBG 57

2.4.1 C°ßng đá 57

2.4.2 Mô đun đàn hßi và đá cāng 57

2.5 So sánh cÁm bi¿n FBG vái mßt så cÁm bi¿n truyÁn thång 58

2.6 Téng k¿t ch°¢ng 2 60

CH¯¡NG 3: NGHIÊN CĄU ĄNG DĀNG CÀM BI¾N FBG Đ THEO DÕI Đ¾C TR¯NG ĐÞNG HàC CĂA K¾T CÂU MÔ HÌNH THÍ NGHIàM 62

3.1 Thi¿t k¿ thí nghiám 62

3.1.1 CÅu giàn thép 62

3.1.2 CÅu dây văng 73

3.2 Ti¿n hành đo đ¿c và phân tích så liáu 78

3.2.1 Thí nghiệm trên cÅu dàn thép 78

3.2.2 Thí nghiệm trên cÅu dây văng 81

3.3 Phân tích k¿t quÁ 84

3.3.1 Đái với cÅu dàn thép 84

3.3.2 Đái với cÅu dây văng 95

3.4 Téng k¿t ch°¢ng 3 103

CH¯¡NG 4: GIÁM SÁT SĄC KHâE K¾T CÂU Sþ DĀNG THU¾T TOÁN T äI ¯U ĐÀ XUÂT K¾T HþP DĀ LIàU THU Đ¯þC TĆ CÀM BI¾N QUANG 105 4.1 Xây dựng mô hình så 105

4.1.1 Mô hình phÅn tử hữu h¿n CÅu giàn thép 105

4.1.2 Mô hình phÅn tử hữu h¿n CÅu dây văng 113

4.2 Thu¿t toán đÁ xuÃt 119

4.2.1 ThuÁt toán H5N1 119

4.2.2 Ph°¢ng pháp Phân rã Giá trá riêng (Singular Value Decomposition - SVD) 127

4.2.3 ThuÁt toán H5N1-SVD 128

4.3 Áp dāng thu¿t toán đÁ xuÃt đà c¿p nh¿t và xác đßnh h° hãng cho mô hình 129

4.3.1 CÁp nhÁt mô hình sá 129

4.3.2 Xác đánh h° hßng cÅu giàn thép 137

4.3.3 Xác đánh h° hßng cÅu dây văng 143

4.4 K¿t lu¿n ch°¢ng 4 152

CH¯¡NG 5: K¾T LU¾N VÀ KI¾N NGHÞ 153

KÁt luÁn: 153

KiÁn nghá: 154

DANH MĀC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG Bä CĂA LU¾N ÁN 155

TÀI LIàU THAM KHÀO 156

Phā lāc 165

PhÅn 1: Mô hình cÅu dàn thép thí nghiệm (Matlab) 165

PhÅn 2: Mô hình cÅu dây văng thí nghiệm (Ansys APDL) 174

DANH MĀC HÌNH VÀ

Hình 1-1: Hệ tháng cÁm biÁn đ°ợc l¿p đặt trên CÅu Tsing Ma phục vụ cho việc giám

sát sāc khße 7

Hình 1-2: CÅu Akashi Kaiyo (NhÁt BÁn) 9

Hình 1-3: Hệ tháng quan tr¿c cÿa cÅu Akashi Kaikyo (NhÁt BÁn) 10

Hình 1-4: CÅu Tatara (NhÁt BÁn) 10

Hình 1-5: Hệ tháng quan tr¿c cÿa cÅu Tatara (NhÁt BÁn) 11

Hình 1-6: CÅu Tsingma 3 Hong Kong 11

Hình 1-7: Hệ tháng quan tr¿c cÿa cÅu Tsingma (Hong Kông) 12

Hình 1-8: CÅu Rßng - Thành phá Đà Nẵng 12

Hình 1-9: CÅu CÅn Th¢ 3 Tßnh CÅn Th¢ 13

Hình 1-10: Hệ quan tr¿c cÅu CÅn Th¢ 14

Hình 1-11: CÅu Bính 3 Thành phá HÁi Phòng 14

Hình 1-12: S¢ đß các vá trí cÁm biÁn FBG đá giám sát biÁn d¿ng cÿa cÅu 22

Hình 2-1: Mát bāc x¿ đ°ợc phÁn x¿ bái cÃu trúc m¿ng cÿa mát tinh thá và s¿ gây nhiễu nÁu tuân theo đánh luÁt Bragg 27

Hình 2-2: Hình d¿ng sóng phÁn x¿ Bragg đián hình với các tham sá cÿa nó đ°ợc xác đánh 29

Hình 2-3: Cách tử Bragg tháng nhÃt với chß sá biên đá và chu kỳ đißu chÁ không đái 33

Hình 2-4: Phá phÁn x¿ đián hình cÿa trung tâm cách tử Bragg á b°ớc sóng 1550 nm nh° mát hàm cÿa b°ớc sóng 35

Hình 2-5: S¢ đß cÿa CFBG và ph°¢ng pháp rßi r¿c hóa (a) Phác thÁo FBG đ°ợc đa tÅn sá tuyÁn tính; (b) rßi r¿c t°¢ng āng CFBG thành MFBG tháng nhÃt 36

Hình 2-6: Mô phßng phá CFBG bÁng mô hình dựa trên CMT Biáu đß cho thÃy quang phá có đá dài Ā khác nhau nÁm trong khoÁng từ 20 mm đÁn 50 mm và hệ sá tác đá chia đa tÅn �㔉 bÁng 132 nm/mm; các tham sá cách tử khác là ĀĄÿĀĀ = 10 2 6, ĄÿĀĀ = 1,5, Āþ(0) = 1520 Ąă, āĀā = 0,4 và b°ớc rßi r¿c là Āā = 0,2 ăă 39 Hình 2-7: Mô phßng sự biÁn đái cÿa phá CFBG với mô hình CMT, tiÁp xúc với các

kiáu nhiệt đá khác nhau (a) Các biÁn đái nhiệt đá áp dụng cho CFBG dài

50 mm với tác đá chia đa tÅn 1 nm/mm; (b) Phá phÁn x¿ CFBG thu đ°ợc cho từng cÃu hình nhiệt đá Mßi biÁn đái đ°ợc hián thá cùng màu trong hai

biáu đß 40

Hình 2-8 S¢ đß cÃu trúc cÿa TFBG �㗬 là chu kỳ cách tử và �㔉 biáu thá góc nghiêng 41

Hình 2-9 Minh họa cÿa vect¢ sóng cho sự ghép cặp hình thái trong TFBG 41

Hình 2-10 Phá truyßn cÿa TFBG có góc nghiêng nhß h¢n h¢n 5 đá 42

Hình 2-11: Cách tử Bragg sợi đßng nhÃt [74] 43

Hình 2-12: Đáp āng phá phÁn x¿ và truyßn d¿n đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá c°ßng đá cách tử khác nhau đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74] 45

Hình 2-13: Đáp āng phá phÁn x¿ và thßi gian trễ so với b°ớc sóng đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá khác nhau cÿa c°ßng đá cách tử đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme[74] 46

Hình 2-14: Tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt với chißu dài cách tử (Āā) á các giá trá ξ khác nhau [76] 48

Hình 2-15: Ành h°áng cÿa chiÁt suÃt trung bình (·n) đÁn tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt đÁn chißu dài cách tử (Āā) đái với (a) ξ = 2,41 / m và (b) ξ = 61 / m [76] 49

Hình 2-16: Ành h°áng cÿa chiÁt suÃt trung bình (·n) đÁn tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt đÁn chißu dài cách tử (Lg) dựa trên các giá trá tái °u cÿa (a) ξ = 2,41/m và (b) ξ = 61/m [76] 50

Hình 2-17: Ành h°áng cÿa sự biÁn thiên nhiệt đá (T) đÁn tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt đÁn chißu dài cách tử (Lg) (a) ξ = 2,41/m và (b) ξ = 61/m [76] 50

Hình 2-18: Phá phÁn x¿ và truyßn d¿n so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá đá bßn cách tử khác nhau đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74] 52

Hình 2-19: Phá phÁn x¿ và thßi gian trễ so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá c°ßng đá cách tử khác nhau đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74] 54 Hình 2-20: Phá phÁn x¿ và đá trễ thßi gian so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử

Bragg đßng nhÃt với đißu chÁ chß sá Δn = 1 × 10 2 4 cho các giá trá khác

nhau cÿa chißu dài cách tử (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme

[74] 55

Hình 2-21: Phá phÁn x¿ và đá trễ thßi gian so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với đißu chÁ chß sá Δn = 5 × 10 2 4 cho các giá trá khác nhau cÿa chißu dài cách tử (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74] 56

Hình 3-1: Mô hình cÅu giàn thép trong phòng thí nghiệm 62

Hình 3-2: BÁn v¿ chi tiÁt kÁt cÃu nháp 63

Hình 3-3: Liên kÁt t¿i nút giàn 63

Hình 3-4: Gái cÅu 64

Hình 3-5: Cáp quang 65

Hình 3-6: Bá kẹp cáp quang 65

Hình 3-7: Thông sá kích th°ớc bá kẹp cáp (mm) 65

Hình 3-8: Bá dò tín hiệu quang FAZT-I4G 67

Hình 3-9: Giao diện phÅn mßm Femtosense 68

Hình 3-10: Giao diện phÅn mßm MACEC 69

Hình 3-11: ĐÅu đo nhÁn d¿ng dao đáng 70

Hình 3-12: Cáp truyßn tín hiệu 70

Hình 3-13: Bá thu tín hiệu 71

Hình 3-14: Mô-đun thu tín hiệu 71

Hình 3-15: S¢ đß bá trí đo đ¿c 72

Hình 3-16: Mô hình cÅu dây văng trong phòng thí nghiệm 73

Hình 3-17: Neo dây cáp đ°ợc hàn cá đánh trên bÁn mặt cÅu 74

Hình 3-18: Hệ tháng đißu chßnh lực căng dây văng t¿i đßnh tháp 74

Hình 3-19: QuÁ nặng đ°ợc treo d°ới các neo cáp t¿i bÁn d°ới cÿa kÁt cÃu nháp 75

Hình 3-20: Bá trí đÅu đo gia tác t¿i các vá trí theo s¢ đß đo 77

Hình 3-21: Theo dõi dữ liệu đo theo thßi gian bÁng phÅn mßm LabView 2014 78

Hình 3-22: Bá trí đo đ¿c 78

Hình 3-23: L¿p đặt cÁm biÁn quang trên các thanh m¿ th°ợng và m¿ h¿ 79

Hình 3-24: (a) Vá trí cÁm biÁn quang t¿i nút giàn (b) t¿o kích thích dao đáng 79

Hình 3-25: Giao diện phÅn mßm Fentosense trong quá trình đo 80

Hình 3-26: Mát sá điám đo trong phòng thí nghiệm 81

Hình 3-27: L¿p đặt cáp quang 81

Hình 3-28: Mát sá điám đo FBG trên cÅu dây văng trong phòng thí nghiệm 82

Hình 3-29: T¿o kích thích bÁng búa 82

Hình 3-30: T¿o kích thích 83

Hình 3-31: Mát sá điám đo cÁm biÁn gia tác trên cÅu dây văng trong phòng thí nghiệm 84 Hình 3-32: Biáu đß dữ liệu biÁn d¿ng theo mißn thßi gian 84

Hình 3-33: Biáu đß dữ liệu biÁn d¿ng theo mißn tÅn sá 84

Hình 3-34: Biáu đß dữ liệu biÁn d¿ng theo mißn thßi gian 90

Hình 3-35: Biáu đß dữ liệu biÁn d¿ng theo mißn tÅn sá 90

Hình 3-36: Đo đ¿c dữ liệu từ cÁm biÁn quang cÅu dây văng 96

Hình 3-37: Biáu đß đo dữ liệu từ cÁm biÁn quang 96

Hình 3-38: Biáu đß án đánh 97

Hình 3-39: Biáu đß đo dữ liệu từ cÁm biÁn gia tác 99

Hình 3-40: Dữ liệu đo trên mißn thßi gian tr°ớc và sau khi áp dụng biÁn đái Fourier 99

Hình 4-1:Các kích th°ớc c¢ bÁn cÿa mô hình 105

Hình 4-2: PhÅn tử 8beam9 trong Matlab 106

Hình 4-3: Mô hình PTHH 107

Hình 4-4 Mô hình mặt cÅu trên thực tÁ 107

Hình 4-5: PhÅn tử BEAM188 trong ANSYS 113

Hình 4-6: PhÅn tử LINK180 trong ANSYS 114

Hình 4-7: PhÅn tử SHELL181 trong ANSYS 114

Hình 4-8: Mô hình PTHH cÅu dây văng trong phòng thí nghiệm 115

Hình 4-9:Phân bá cÿa các giá trá c và p trong quá trình tính toán 123

Hình 4-10: KÁt quÁ hái tụ sau khi cÁp nhÁt mô hình 131

Hình 4-11: Kách bÁn h° h¿i D1-1 137

Hình 4-12: Kách bÁn h° h¿i D1-2 138

Hình 4-13: Kách bÁn h° h¿i D2-1 138

Hình 4-14: Kách bÁn h° h¿i D2-2 138

Hình 4-15: Biáu đß hái tụ cÿa các thuÁt toán (D1-1) 139

Hình 4-16: Biáu đß hái tụ cÿa các thuÁt toán (D1-2) 140

Hình 4-17: Biáu đß hái tụ cÿa các thuÁt toán (D2-1) 141

Hình 4-18: Biáu đß hái tụ cÿa các thuÁt toán (D2-2) 142

Hình 4-19: Các tr°ßng hợp h° hßng trên mô hình cÅu dây văng 145

Hình 4-20: Biáu đß hái tụ tr°ßng hợp 02 147

Hình 4-21: Biáu đß hái tụ tr°ßng hợp 03 148

Hình 4-22 Biáu đß hái tụ tr°ßng hợp 04 149

Hình 4-23 Biáu đß hái tụ tr°ßng hợp 05 150

Hình 4-24: Biáu đß hái tụ tr°ßng hợp 06 151

DANH MĀC BÀNG BIÂU

BÁng 2-1 ¯u điám cÿa công nghệ cÁm biÁn FBG so với các hệ tháng truyßn tháng[77] 58

BÁng 3-1: Thông sá kỹ thuÁt cÿa cÁm biÁn quang 66

BÁng 3-2: Thông sá kỹ thuÁt cÿa bá dò tín hiệu quang 67

BÁng 3-3: Các thông sá cÁm biÁn 69

BÁng 3-4: Các s¢ đß bá trí điám đo dao đáng 76

BÁng 3-5: BÁng táng hợp dao đáng thu đ°ợc bÁng cÁm biÁn FBG 85

BÁng 3-6: BÁng táng hợp dao đáng thu đ°ợc bÁng cÁm biÁn gia tác 90

BÁng 3-7: So sánh kÁt quÁ thu đ°ợc cÿa cÁm biÁn FBG và cÁm biÁn gia tác cho mô hình cÅu giàn thép 94

BÁng 3-8: BÁng táng hợp hình thái dao đáng thu đ°ợc bÁng cÁm biÁn FBG 98

BÁng 3-9: Đặc tr°ng đáng cÿa 05 hình thái dao đáng đÅu tiên cÿa cÅu dây văng 101

BÁng 3-10: BÁng so sánh kÁt quÁ thu đ°ợc từ cÁm biÁn FBG và cÁm biÁn gia tác 102

BÁng 4-1: Đặc tr°ng vÁt liệu cÿa các bá phÁn kÁt cÃu mô hình PTHH 106

BÁng 4-2: Đặc tr°ng đáng cÿa 04 hình thái dao đáng đÅu tiên cÿa mô hình PTHH 108

BÁng 4-3: BÁng so sánh kÁt quÁ giữa mô hình đo bÁng thiÁt bá cÁm biÁn FBG, cÁm biÁn gia tác và mô hình PTHH 111

BÁng 4-4: Đặc tr°ng vÁt liệu cÿa các bá phÁn kÁt cÃu mô hình PTHH 115

BÁng 4-5: Đặc tr°ng đáng cÿa 05 hình thái dao đáng đÅu tiên cÿa mô hình PTHH 116

BÁng 4-6: BÁng so sánh kÁt quÁ giữa mô hình đo bÁng thiÁt bá cÁm biÁn FBG, cÁm biÁn gia tác và mô hình PTHH 117

BÁng 4-7: Các đặc tr°ng vÁt liệu đ°ợc chọn làm tham sá cÁp nhÁt 130

BÁng 4-8: Thông sá chung 131

BÁng 4-9: KÁt quÁ so sánh giữa tÅn sá đo đ°ợc và kÁt quÁ cÁp nhÁt 133

BÁng 4-10: KÁt quÁ đá cāng cÿa kÁt cÃu sau khi cÁp nhÁt 133

BÁng 4-11: Các đặc tr°ng vÁt liệu đ°ợc chọn làm tham sá cÁp nhÁt 135

BÁng 4-12: Thông sá chung 135

BÁng 4-13: KÁt quÁ so sánh giữa tÅn sá đo đ°ợc và kÁt quÁ cÁp nhÁt 136

BÁng 4-14: KÁt quÁ đá cāng cÿa kÁt cÃu sau khi cÁp nhÁt 136

BÁng 4-15: KÁt quÁ sau khi ch¿y ch°¢ng trình xác đánh h° hßng (D1-1) 139

BÁng 4-16: KÁt quÁ sau khi ch¿y ch°¢ng trình xác đánh h° hßng (D1-2) 140

BÁng 4-17: KÁt quÁ sau khi ch¿y ch°¢ng trình xác đánh h° hßng (D2-1) 141

BÁng 4-18: KÁt quÁ sau khi ch¿y ch°¢ng trình xác đánh h° hßng (D2-2) 142

BÁng 4-19: Khái l°ợng(kg) t°¢ng āng với 06 vá trí trong từng tr°ßng hợp 143

BÁng 4-20: TÅn sá thu đ°ợc t°¢ng āng với mßi tr°ßng hợp h° hßng sử dụng cÁm biÁn quang FBG 146

BÁng 4-21: BÁng kÁt quÁ tr°ßng hợp 02 147

BÁng 4-22: BÁng kÁt quÁ tr°ßng hợp 03 148

BÁng 4-23:BÁng kÁt quÁ tr°ßng hợp 04 149

BÁng 4-24: BÁng kÁt quÁ tr°ßng hợp 05 150

BÁng 4-25: BÁng kÁt quÁ tr°ßng hợp 06 151

DANH MĀC CHĀ VI¾T TÀT

TiÁng Việt

Nghiên cāu sinh NCS

ThuÁt toán đàn kiÁn AC (Ant Colony)

Ph°¢ng pháp phÅn tử hữu h¿n Finite Element Method - FEM

BÁc tự do Degree of freedom - DOFs

Các h° hßng Damage-Sensitive Features 3 DSF

Chuyán đái nhanh Fourier Fast Fourier Transform 3 FFT

Phân rã giá trá kỳ dá Singular value decomposition (SVD)

CÁm biÁn quang học Fiber Bragg Grating - FBG

ThuÁt toán tái °u bÅy đàn Particle Swarm Optimization - PSO

ThuÁt toán di truyßn Genetic Algorithm - GA

ThuÁt toán bÅy Sáp Salp Swarm Algorithm - SSA

công nghệ phân tích mißn thßi gian

quang học Brillouin phân tán

Brillouin Optical Time-Domain Analysis - BOTDA

băng thông tái đa nửa chißu ráng toàn

chißu ráng

Full-Width Half-Maximum - FWHM

Lý thuyÁt chÁ đá kÁt hợp Coupled-Mode Theory - CMT

Sợi quang polyme Polymer Optical Fiber - POF

Sợi quang silica Silica Optical Fiber - SOF

Điát phát sáng hßng ngo¿i Light Emitting Diode - LED

ph°¢ng pháp nhÁn d¿ng không gian

con ng¿u nhiên

(Stochastic Subspace Identification 3 SSI)

CÁm biÁn quang l°ới ghép nghiêng Tilted Fiber Bragg Gratings - TFBG

CÁm biÁn quang biÁn thiên nhißu chißu Chirped Fiber Bragg Grating - CFBG

(þĄ / þÿ) Biáu thá sự phụ thuác nhiệt

đá cÿa chiÁt suÃt

�㗥L Āng suÃt tác đụng lên sợi

�㗥L/L BiÁn d¿ng t°¢ng đái

ā�㕧 BiÁn d¿ng dọc cÿa cách tử

āĄ Máy đo sóng cÿa bāc x¿

āĆąýăÿ Công suÃt

ā TÅn sá chuÇn hóa cÿa sợi

ĀĄăĄĄ Biên đá đißu chÁ chiÁt suÃt

(ĄăĄĄ, ĀĄăĄĄ, ā) Các tham sá đißu chÁ chiÁt

�㔏Ć, Tác đá thay đái cÿa đá trễ

ÿą Giá trá ban đÅu đ°ợc tìm

thÃy á nhiệt đá chuÇn (ÿą)

Ā Thông sá hình d¿ng vÁt nāt

không thā nguyên đ°ợc giÁ đánh là không đái đái với mát d¿ng khuyÁt tÁt nhÃt

ĀăÿĄ và Āăÿþ Biáu thá giá trá tái thiáu và

tái đa cÿa trọng sá

ăþ Vector hệ sá biÁn đái trong

virus hiện t¿i

ăþĆ Vector hệ sá biÁn đái trong

dân sá cÿa virus

�㕽 Mát ma trÁn Ā × Ā trực

giao

M ä ĐÄU

Trong quá trình vÁn hành, các công trình có thá bá h° hßng, giÁm hiệu quÁ khai thác và giÁm tuái thọ do các tác đáng nh° ăn mòn, quá tÁi, yÁu tá môi tr°ßng, thiên tai, và các tác đáng do con ng°ßi Theo dõi sāc khße kÁt cÃu (Structural Health Monitoring - SHM) là mát công cụ quan trọng đá đÁm bÁo rÁng kÁt cÃu ho¿t đáng hiệu

quÁ trong vòng đßi thiÁt kÁ và có thá kéo dài tuái thọ v°ợt ra ngoài tuái thọ thiÁt kÁ

Có nhißu kỹ thuÁt đá xác đánh h° hßng nh°ng phá biÁn nhÃt là kỹ thuÁt dựa trên mô hình vÁt lý sử dụng mô hình toán học kÁt hợp với các ch°¢ng trình máy tính đá nhÁn d¿ng h° hßng Theo ph°¢ng pháp này, mô hình phÅn tử hữu h¿n đ°ợc dùng đá so sánh với phép đo thử từ đó đánh giá vß sāc khße công trình

Các thÁp kỷ tr°ớc đây trên thÁ giới cũng nh° á Việt nam, kiám tra trực quan là ph°¢ng pháp phá biÁn nhÃt đ°ợc sử dụng đá phát hiện h° hßng cÿa kÁt cÃu Tuy nhiên, kích th°ớc và đá phāc t¿p cÿa các kÁt cÃu ngày nay đang tăng lên, đißu này làm giÁm hiệu quÁ cÿa ph°¢ng pháp kiám tra trực quan Ngoài ra, theo dõi sāc khße kÁt cÃu bÁng ph°¢ng pháp trực quan gây tán kém và mÃt thßi gian, đặc biệt là khi việc tháo dỡ kÁt cÃu (c¿t, xẻ kÁt cÃu ) là b¿t buác đá có thá truy cÁp vào khu vực cÅn kiám tra Những tác đáng này làm thay đái đặc tr°ng vÁt lý và có thá làm giÁm khÁ năng cháu lực cÿa kÁt cÃu Kỹ thuÁt kiám tra trực quan cũng không có khÁ năng đá xác đánh h° hßng nÁm sâu trong kÁt cÃu

Bên c¿nh ph°¢ng pháp kiám tra trực quan, ph°¢ng pháp dựa trên đặc tr°ng vß t*nh học (āng suÃt, biÁn d¿ng) cũng đ°ợc áp dụng chÿ yÁu á Việt nam hiện nay đá theo dõi sāc khße các công trình Tuy nhiên, ph°¢ng pháp này không phát hiện đ°ợc các h° hßng trong kÁt cÃu mát cách trực tiÁp và v¿n cÅn đÁn các ph°¢ng pháp phá hÿy nh° c°a, c¿t đá thu đ°ợc các tham sá h° hßng Ph°¢ng pháp này cũng có nh°ợc điám đó là phÁi t¿m dừng khai thác công trình khi tiÁn hành thí nghiệm, đißu này gây những khó khăn cho các công trình trên tuyÁn giao thông quan trong với mÁt đá giao thông qua l¿i lớn, hoặc các cÅu nÁm trong thành phá

Đá kh¿c phục những nh°ợc điám cÿa ph°¢ng pháp kiám tra trực quan, cũng nh° ph°¢ng pháp kiám tra t*nh, các kỹ thuÁt phát hiện h° hßng trong kÁt cÃu không phá

hÿy sử dụng các cÁm biÁn đá thu thÁp các đặc tr°ng cÿa kÁt cÃu (biÁn d¿ng, tÅn sá dao đáng riêng, hình d¿ng dao đáng ) đã đ°ợc phát trián Cùng với lách sử phát trián có nhißu lo¿i cÁm biÁn (nh° cÁm biÁn đo dao đáng, chuyán vá, ) đã ra đßi nhÁm thúc đÇy hiệu quÁ cÿa việc quan tr¿c, đo dao đáng kÁt cÃu Cùng với sự tiÁn bá cÿa khoa học công nghệ, các cÁm biÁn tiên tiÁn đã và đang đ°ợc āng dụng ngày càng m¿nh m¿ trên thÁ giới nhÁm giÁi quyÁt nhißu vÃn đß phāc t¿p, với đá chính xác cao, thßi gian đáp āng nhanh khi thực hiện quan tr¿c, đánh giá sāc khße công trình cÅu

Trong l*nh vực giao thông hiện nay đang có sự quan tâm lớn trong việc sử dụng các cÁm biÁn quang đá theo dõi liên tục khÁ năng cháu lực cÿa kÁt cÃu lớn nh° cÅu Tr°ßng hợp sá l°ợng điám đo lớn, khó có thá l¿p đặt đ°ợc hệ tháng dây d¿n, thì với mát bá cÁm biÁn quang, có thá phát hiện nhanh h¢n các vÃn đß vß kÁt cÃu so với các cÁm biÁn hiện t¿i CÁm biÁn quang có thá sử dụng trong môi tr°ßng kh¿c nghiệt và trong các khu vực thiÁu ngußn điện gÅn đó NÁu mát sợi quang đ¢n đ°ợc đặt dọc theo chißu dài cÿa mát cây cÅu, các thay đái kÁt cÃu t¿i bÃt kỳ điám cÁm biÁn dọc theo sợi quang s¿ gây ra những thay đái có thá phát hiện trong ngußn sáng di chuyán trong sợi Trên thÁ giới đã có nhißu nghiên cāu và āng dụng vß sử dụng sợi quang đá đánh giá theo dõi h° hßng kÁt cÃu, đặc biệt là các công trình đ°ßng s¿t, đ°ßng bá Việc sử dụng

bá cÁm biÁn sợi quang có thá phát hiện chính xác sự ăn mòn hoặc nāt tr°ớc khi kÁt cÃu

bá h° hßng, việc này đßng ngh*a với việc có thá ngăn ngừa tr°ớc khi kÁt cÃu xÁy ra các vÃn đß nghiêm trọng

Mặc dù cÁm biÁn quang có những °u điám v°ợt trái, tuy nhiên t¿i Việt Nam l¿i

có rÃt ít các nghiên cāu liên quan đÁn việc āng dụng cÁm biÁn quang vào giám sát sāc khoẻ công trình Chính vì những °u điám v°ợt trái cÿa cÁm biÁn quang, trong nái

dung nghiên cāu cÿa mình, nghiên cāu sinh tÁp trung đi sâu nghiên cāu: <quan trÁc

và đánh giá k¿t cÃu cÅu sÿ dāng há cÁm bi¿n cáp quang= làm chÿ đß nghiên cāu

trong luÁn án cÿa mình

- Xây dựng hệ tháng quan tr¿c kÁt cÃu bÁng cÁm biÁn quang FBG

- Đánh giá hiệu quÁ và đá tin cÁy cÿa hệ tháng cÁm biÁn quang trong việc thu thÁp đặc tr°ng đáng cÿa kÁt cÃu

- Nghiên cāu bài toán chÇn đoán h° hßng cÿa kÁt cÃu công trình cÅu dựa vào các

dữ liệu đáng thu đ°ợc từ các cÁm biÁn

- Đß xuÃt thuÁt toán đá cÁp nhÁt mô hình và chÇn đoán h° hßng trong kÁt cÃu

- Ph°¢ng pháp táng hợp phân tích lý thuyÁt;

- Ph°¢ng pháp sá;

- Ph°¢ng pháp phân tích sá kÁt hợp với thực nghiệm

- Hệ tháng cÁm biÁn quang FBG đá giám sát kÁt cÃu cÅu giàn và cÅu dây văng

- Đặc tr°ng đáng học cÿa kÁt cÃu công trình cÅu giàn và cÅu dây văng;

- Mô hình sá hóa kÁt cÃu cÅu giàn và cÅu dây văng;

- Các ph°¢ng pháp xử lý sá liệu

- Các lo¿i cÁm biÁn đá thu thÁp dữ liệu giám sát sāc khße công trình

- ChÇn đoán vá trí và h° hßng cÿa kÁt cÃu

- Sử dụng các lo¿i cÁm biÁn tiên tiÁn đá thu thÁp dữ liệu giám sát sāc khße công trình

- Đß xuÃt thuÁt toán tái °u mới lai giữa thuÁt toán tái °u và ph°¢ng pháp giÁm kích th°ớc ma trÁn (H5N1-SVD) đá cÁp nhÁt mô hình, chÇn đoán h° hßng trong kÁt cÃu

- T¿o c¢ sá dữ liệu công trình nh° mát d¿ng hß s¢ l°u trữ giúp giám sát sāc khoẻ công trình

- KÁt quÁ cÿa luÁn án có thá sử dụng làm tài liệu tham khÁo hữu ích cho l*nh vực giám sát sāc khoẻ công trình

Ngoài phÅn má đÅu, kÁt luÁn và kiÁn nghá, luÁn án bao gßm những nái dung nh° sau:

Ch°¡ng 1 - Tổng quan về giám sát sức khoẻ công trình sử dụng hệ cÁm biến và cÁm biến quang

Ch°¢ng 1 giới thiệu táng quan vß giám sát sāc khße công trình cũng nh° mát sá

hệ tháng giám sát sāc khße công trình á Việt Nam cũng nh° trên thÁ giới Ngoài ra, ch°¢ng này cũng giới thiệu táng quan vß giám sát sāc khoẻ công trình sử dụng hệ cÁm biÁn và cÁm biÁn quang

Ch°¡ng 2 - Lý thuyết tính toán và các đặc tr°ng c¡ lý của cÁm biến FBG

Ch°¢ng 2 giới thiệu và đi sâu vào việc nghiên cāu vß cÁm biÁn quang Fiber Bragg Grating (FBG), mát công nghệ cÁm biÁn tiên tiÁn đ°ợc sử dụng ráng rãi trong nhißu l*nh vực nh° giao thông, dÅu khí, viễn thông, y tÁ và môi tr°ßng ĐÅu tiên, khái niệm c¢ bÁn và vß cÁm biÁn FBG đ°ợc giới thiệu TiÁp theo, các cách phân lo¿i cÁm biÁn FBG đ°ợc đß cÁp Mặc dù có nhißu lo¿i cÁm biÁn quang FBG khác nhau, chúng đßu dựa trên cùng mát c¢ sá lý thuyÁt vß hiệu āng Bragg Ch°¢ng này cũng đã thÁo luÁn vß các đặc tr°ng c¢ học và c¢ lý cÿa cÁm biÁn FBG Với khÁ năng cháu lực cao,

đá bßn mßi tát, và khÁ năng cháng ăn mòn, cÁm biÁn FBG là lựa chọn lý t°áng trong nhißu āng dụng cÅn đá chính xác cao và đá tin cÁy Trong khi đó, các đặc tr°ng c¢ lý cÿa cÁm biÁn FBG, bao gßm đá nh¿y với ánh sáng, đá nh¿y với nhiệt đá, và khÁ năng phÁn āng với áp suÃt, cũng đ°ợc giới thiệu

Ch°¡ng 3 – Nghiên cứu ứng dụng cÁm biến FBG để theo dõi đặc tr°ng động học của kết cấu

Ch°¢ng 3 trình bày các mô hình thí nghiệm sử dụng ph°¢ng pháp đo truyßn tháng cũng nh° đo bÁng cÁm biÁn FBG Đá có sự so sánh, các kÁt quÁ thu đ°ợc từ cÁm biÁn quang cũng đ°ợc so sánh với cÁm biÁn gia tác thông th°ßng

Ch°¡ng 4 - Giám sát sức khỏe kết cấu sử dụng thuật toán tối °u đề xuất kết hợp

dữ liệu thu đ°ợc từ cÁm biến quang

Ch°¢ng 4 tÁp trung vào xây dựng mô hình sá và đß xuÃt các thuÁt toán đá xác đánh h° hßng và cÁp nhÁt mô hình Nái dung cÿa ch°¢ng tÁp trung vào mô hình phÅn

tử hữu h¿n và thuÁt toán đß xuÃt: H5N1, và H5N1-SVD Với sự kÁt hợp giữa xây dựng

mô hình sá và các thuÁt toán đß xuÃt, Ch°¢ng 4 áp dụng thuÁt toán đß xuÃt đá cÁp nhÁt

mô hình và xác đánh h° hßng

CH¯¡NG 1: TèNG QUAN VÀ GIÁM SÁT SĄC KHO¾ CÔNG TRÌNH Sþ

DĀNG Hà CÀM BI¾N VÀ CÀM BI¾N QUANG

Các kÁt cÃu, bao gßm cÁ cÅu, tòa nhà, đÁp, đ°ßng áng, máy bay, tàu bián và nhißu công trình khác, là những hệ tháng kỹ thuÁt phāc t¿p đÁm bÁo sự phát trián kinh

tÁ và công nghiệp cÿa xã hái Đá thiÁt kÁ các công trình an toàn cho việc sử dụng công cáng, các tiêu chuÇn xây dựng và ph°¢ng pháp thiÁt kÁ đã đ°ợc t¿o ra Đá thiÁt kÁ các công trình an toàn và bßn vững h¢n, các kỹ s°, nhà khoa học đang tích cực theo đuái các công nghệ cÁm biÁn mới và các ph°¢ng pháp phân tích có thá đ°ợc sử dụng đá nhanh chóng xác đánh sự hßng hóc kÁt cÃu trong mát hệ tháng kÁt cÃu đ°ợc trang bá cÁm biÁn đó là giám sát sāc khße kÁt cÃu, mô hình mới này cung cÃp mát ph°¢ng pháp

tự đáng đá theo dõi sāc khße cÿa mát kÁt cÃu bÁng cách kÁt hợp các thuÁt toán phát hiện hßng hóc với hệ tháng giám sát cÃu trúc

Mặc dù ban đÅu khi thiÁt kÁ, các kÁt cÃu công trình cÅu đã đ°ợc tính toán đá đÁm bÁo các tr¿ng thái vß c°ßng đá cũng nh° tr¿ng thái sử dụng, tuy nhiên, các kÁt cÃu th°ßng phÁi cháu những tình huáng tÁi trọng quá māc và đißu kiện môi tr°ßng kh¿c nghiệt không đ°ợc dự đoán trong quá trình thiÁt kÁ, d¿n đÁn sự suy thoái kÁt cÃu dài h¿n Ví dụ, các sự kiện đáng đÃt gÅn đây, bao gßm đáng đÃt Loma Prieta (1989), Northridge (1994), Kobe (1995) và Chi-Chi (1999), đã cho thÃy sự dễ bá tán th°¢ng và hßng hóc cÿa kÁt cÃu trong các thÁm họa tự nhiên Ngoài ra, trong kÁt cÃu sự xuáng cÃp còn do nhißu nguyên nhân khác nhau nh° Ánh h°áng cÿa các yÁu tá môi tr°ßng nh° ăn mòn thép, cacbon hóa bê tông cũng nh° sự lão hóa cÿa vÁt liệu Do đó, sāc khße kÁt cÃu s¿ bá Ánh h°áng bái các yÁu tá vÁn hành và môi tr°ßng, bao gßm đißu kiện tÁi bình th°ßng, môi tr°ßng hiện t¿i và t°¢ng lai cũng nh° các nguy c¢ dự kiÁn trong suát thßi gian tßn t¿i Mát yÁu tá nữa có thá d¿n đÁn h° hßng trong kÁt cÃu công trình là các công trình còn có các hình thái dao đáng riêng, gây ra rung đáng khuÁch đ¿i khi tÅn sá dao đáng riêng cÿa kÁt cÃu trùng khớp với tÅn sá cÿa ph°¢ng tiện di chuyán (cáng h°áng c¢ học) s¿ làm cho kÁt cÃu công trình bá h° hßng Việc h° hßng các công trình giao thông không chß làm Ánh h°áng đÁn kinh tÁ mà còn gây mÃt an toàn cho ng°ßi và ph°¢ng tiện tham gia giao thông

Vì vÁy, những năm gÅn đây, các hệ tháng đánh giá sāc khße kÁt cÃu công trình (Structural Health Monitoring - SHM) đã đ°ợc trián khai ráng rãi và nhÁn đ°ợc nhißu

sự quan tâm cÿa các nhà nghiên cāu trong l*nh vực xây dựng công trình trên thÁ giới Nhiệm vụ cÿa hệ tháng đánh giá sāc khße công trình là quan tr¿c đá phát hiện sớm những h° hßng dựa trên các dữ liệu đo đ¿c và phân tích đánh giá māc đá nghiêm trọng cÿa những h° hßng này tr°ớc khi đ°a ra các quyÁt đánh sửa chữa SHM có tißm năng

to lớn, có thá mang l¿i những lợi ích kinh tÁ và an toàn khai thác cho các công trình, đặc biệt là các công trình giao thông trọng điám nh° cÅu v°ợt nháp lớn, Hệ tháng giám sát cÃu trúc cũng có thá đ°ợc tìm thÃy trong nhißu cÃu trúc thông th°ßng bao gßm máy bay, tàu bián và cÃu trúc dân sự Ví dụ, mát sá tiêu chuÇn thiÁt kÁ tòa nhà yêu cÅu các công trình nÁm trong khu vực có ho¿t đáng đáng đÃt m¿nh phÁi có hệ tháng giám sát cÃu trúc đ°ợc cài đặt [1] Hệ tháng giám sát cháu trách nhiệm chính cho việc thu thÁp dữ liệu đo đ¿c từ các cÁm biÁn đ°ợc cài đặt trong cÃu trúc và l°u trữ dữ liệu đo đ¿c trong mát kho dữ liệu trung tâm Đá đÁm bÁo dữ liệu đo đ¿c đ°ợc thu thÁp mát cách đáng tin cÁy, hệ tháng giám sát cÃu trúc sử dụng dây truyßn thông trục lọc cho việc truyßn thông giữa các cÁm biÁn và kho dữ liệu Hiện nay, các quác gia đang chi rÃt m¿nh cho các hệ thông cÁm biÁn dây truyßn thông trục lọc cung cÃp mát kÁt nái truyßn thông rÃt đáng tin cÁy Ví dụ, hệ tháng giám sát cÃu trúc đ°ợc cài đặt trong các tòa nhà cao tÅng đã đ°ợc báo cáo trong tài liệu là có chi phí h¢n 5000 đô la Mỹ (USD) cho mßi kênh cÁm biÁn [2] Chi phí cÿa hệ tháng giám sát có thá tăng nhanh h¢n mát cách không tuyÁn tính Ví dụ, chi phí cài đặt cÁm biÁn trên cây cÅu treo Tsing Ma á Hßng Kông đ°ợc °ớc tính đã v°ợt quá 8 triệu đô la Mỹ[3] Hình 1-1 thá hiện hệ tháng giám sát sāc khße kÁt cÃu đ°ợc l¿p đặt trên cÅu treo dây võng Tsing Ma (Hßng Kông), với táng sá 283 cÁm biÁn gßm nhißu nhóm cÁm biÁn khác nhau: thiÁt bá đo gió, cÁm biÁn đo gia tác, cÁm biÁn nhiệt đá, cÁm biÁn đo chuyán vá đáng, hệ tháng đánh vá toàn cÅu (GPS), cÁm biÁn đo chuyán vá, tr¿m cân đáng, … phục vụ thu thÁp thông tin môi tr°ßng, tÁi trọng giao thông, đặc điám và đặc tr°ng đáng cÿa cÅu Dữ liệu từ các cÁm biÁn s¿ đ°ợc xử lý và l°u trữ đá giám sát sāc khße kÁt cÃu lâu dài, đ°a ra các cÁnh báo trong tr°ßng hợp xÁy ra các bÃt th°ßng trong các công trình cÅu

Hình 1-1 : Hệ thống cÁm biến đ°ợc lắp đặt trên Cầu Tsing Ma phục vụ cho việc

giám sát sức khỏe

Cùng với việc kiám tra cÅu theo kÁ ho¿ch thì đái với các công trình cÅu lớn, việc theo dõi liên tục tr¿ng thái công trình là cÅn thiÁt Mát trong các biện pháp mang l¿i nhißu trián vọng đá đánh giá quá trình làm việc và khai thác cÿa các công trình cÅu là l¿p đặt trên mát sá cÃu kiện hoặc bá phÁn kÁt cÃu cÅu các thiÁt bá quan tr¿c, các cÁm biÁn chuyán vá hay các cÁm biÁn đo l°ßng liên tục các đ¿i l°ợng vÁt lý cÿa công trình,

từ các tr¿ng thái biÁn d¿ng đÁn các tr¿ng thái āng suÃt trong các thành phÅn kÁt cÅu cÿa cÅu Hệ tháng SHM b¿t đÅu đ°ợc đ°a vào āng dụng và phát trián trên thÁ giới trong những năm gÅn đây

Công tác theo dõi giữ vai trò quan trọng trong quá trình xây dựng, thi công và khai thác, nó cho phép kiám chāng các giÁ thiÁt đặt ra khi thiÁt kÁ và có thá tác đáng đÁn giá thành thi công cÿa công trình Vì vÁy việc trián khai và áp dụng các ph°¢ng pháp hiện đ¿i, các kỹ thuÁt tiên tiÁn đá quan tr¿c công trình cÅu phục vụ cho thi công, nghiên cāu và quÁn lý khai thác công trình hiệu quÁ và an toàn là hÁt sāc cÅn thiÁt và cÃp bách

Mát hệ tháng theo dõi và quan tr¿c kÁt cÃu cÅu th°ßng bao gßm các thành phÅn:

• CÁm bi¿n: Các cÁm biÁn đ°ợc cài đặt trên các điám quan trọng cÿa cÅu

đá thu thÁp dữ liệu vß tình tr¿ng cÅu, bao gßm đá rung, nhiệt đá, đá Çm, áp

suÃt, và nhißu yÁu tá khác

• Há thång truyÁn dā liáu: Dữ liệu thu thÁp từ các cÁm biÁn đ°ợc truyßn

đÁn mát hệ tháng xử lý dữ liệu Việc truyßn dữ liệu có thá thực hiện thông qua dây cáp, sóng vô tuyÁn, hoặc các ph°¢ng pháp truyßn thông không

dây khác

• Há thång xÿ lý dā liáu: Mát khi dữ liệu đ°ợc thu thÁp, nó s¿ đ°ợc xử lý

và phân tích Đißu này th°ßng bao gßm việc lo¿i bß nhiễu, chuÇn hoá dữ liệu, và áp dụng các ph°¢ng pháp phân tích đá nhÁn biÁt các xu h°ớng,

m¿u, hoặc vÃn đß có thá phát sinh

• Giao dián ng°ãi dùng: Hệ tháng theo dõi sāc khoẻ cÅu cũng cÅn cung

cÃp mát giao diện ng°ßi dùng đá ng°ßi quÁn lý có thá dễ dàng hiáu và sử dụng thông tin Giao diện này th°ßng cung cÃp mát bāc tranh táng quan

vß tình tr¿ng cÅu, cũng nh° các công cụ đá xem chi tiÁt h¢n vß dữ liệu cụ

thá

• Há thång cÁnh báo: Trong tr°ßng hợp phát hiện ra vÃn đß nghiêm trọng

hoặc tißm Çn, hệ tháng s¿ tự đáng phát ra cÁnh báo đá ngăn chặn các tai n¿n có thá xÁy ra

Những lợi ích rõ ràng, quan trọng nhÃt cÿa quan tr¿c kÁt cÃu cÅu nh° sau:

- Việc quan tr¿c s¿ làm giÁm các rÿi ro vß các nguyên nhân không l°ßng tr°ớc

giúp cho C¢ quan quÁn lý cÅu có các quyÁt đánh káp thßi dựa trên sá liệu thực tÁ làm

việc cÿa công trình cÅu

- Công tác quan tr¿c giúp việc phát hiện káp thßi các khiÁm khuvÁt vß mặt kÁt cÃu và tăng đá an toàn cho công trình cÅu: kÁt cÃu cÅu có thá có các khiÁm khuyÁt mà

không thá phát hiện bÁng cách kiám tra bÁng trực quan hoặc kiám tra trên mô hình

- Việc quan tr¿c đÁm bÁo chÃt l°ợng lâu dài: BÁng việc cung cÃp sá liệu liên tục

vß sự làm việc cÿa công trình cÅu, công tác quan tr¿c góp phÅn đánh giá chÃt l°ợng thi

công, vÁn hành, công tác duy tu bÁo d°ỡng và do dó có thá lo¿i bß các chi phí Çn cho công việc không đ¿t chÃt l°ợng RÃt nhißu công trình có khiÁm khuyÁt hoặc điám yÁu

vß kÁt cÃu đ°ợc t¿o ra ngay trong quá trình thi công, nh°ng các khiÁm khuyÁt này chß

có thá nhìn thÃy đ°ợc sau mát vài năm Lúc này chi phí sửa chừa s¿ trá nên rÃt lớn và

đã nÁm ngoài trách nhiệm bÁo hành cÿa nhà thÅu

- Công tác quan tr¿c giúp ích cho công tác quÁn lý duy tu kÁt cÃu cÅu: dữ liệu quan tr¿c có thá giúp cho việc thực hiện công tác "bÁo d°ỡng theo nhu cÅu" Các ho¿t đáng vÁn hành, duy tu bÁo d°ỡng, sửa chữa hoặc thay thÁ các bá phÁn cÿa kÁt cÃu s¿ đ°ợc tái °u hóa dựa trên các sá liệu tin cÁy phÁn ánh tình tr¿ng làm việc thực cÿa kÁt

cÃu

- Ngoài ra hệ tháng quan tr¿c s¿ cung cÃp các thông tin tham khÁo rÃt bá ích trong công tác thực hiện các dự án có quy mô t°¢ng tự trong l°¢ng lai: thông tin vß sự làm việc thực tÁ cÿa công trình cÅu s¿ giúp cho các Nhà thiÁt kÁ và đ¢n vá QuÁn lý

thực hiện các đß án thiÁt kÁ rẻ h¢n, an toàn h¢n và bßn vững h¢n với đá tin cÁy và tính

năng làm việc đ°ợc nâng cao

Chính vì tÅm quan trọng cÿa hệ tháng giám sát sāc khße kÁt cÃu Hiện nay nhißu công trình cÅu trên thÁ giới đang áp dụng các hệ tháng SHM đá giám sát sāc khße công trình cÅu D°ới đây là mát sá ví dụ đián hình, các công trình cÅu trên thÁ giới áp dụng hệ tháng SHM

C

CÅu dây võng Akashi Kaikyo (Hình 1-2) hiện đang giữ kỷ lục thÁ giới vß chißu

dài nháp (1991m), đ°ợc khánh thành vào ngày 05 tháng 4 năm 1998

Hình 1-2: Cầu Akashi Kaiyo (Nhật BÁn)

Hệ tháng quan tr¿c cÿa cÅu Akashi Kaiyo (Hình 1-3) bao gßm 75 cÁm biÁn (đo đáa chÃn, đo gió, gia tác, vÁn tác, chuyán vá, nhiệt đá, )

Hình 1-3: H ệ thống quan trắc của cầu Akashi Kaikyo (Nhật BÁn)

C

CÅu Tatara (Hình 1-4), nái đÁo Ikuchi và Oumishima cÿa NhÁt, là công trình cÅu

dây văng dài nhÃt thÁ giới t¿i thßi điám hoàn thành (tháng 4 năm 1999) với nháp chính

dài 890m và táng chißu dài là 1,480m

Hình 1-4: C ầu Tatara (Nhật BÁn)

T°¢ng tự nh° cÅu Akashi Kaikyo, cÅu Tatara đ°ợc l¿p đặt rÃt nhißu cÁm biÁn cho công tác giám quan tr¿c nh° thá hiện á Hình 1-5

Hình 1-5: H ệ thống quan trắc của cầu Tatara (Nhật BÁn)

C

CÅu Tsing Ma (Hình 1-6), khánh thành ngày 27/04/1997, là công trình cÅu treo

có nháp lớn thā bÁy thÁ giới (1.377m), đ°ợc thiÁt kÁ cho cÁ giao thông đ°ßng s¿t l¿n đ°ßng bá

Hình 1-6 : Cầu Tsingma – Hong Kong

Hệ tháng cÁm biÁn sử dụng cho quan tr¿c cÅu Tsingma (Hình ) gßm: máy đo gia

tác, máy đo biÁn d¿ng, phong kÁ, cÁm biÁn nhiệt, hệ tháng cân đáng Hệ tháng này tiÁn hành đo nhiệt đá mặt đ°ßng nhựa, biÁn d¿ng trong các phÅn tử cho tới tác đá gió,

đá võng và bÃt kỳ những chuyán đáng nào cÿa hệ mặt cÅu và tháp Với h¢n 350 cÁm biÁn, các āng xử cÿa cÅu đ°ợc ghi nhÁn trong liên tục trong ngày, cũng nh° cung cÃp

các thông tin cÅn thiÁt giúp theo dõi chính xác các đißu kiện làm việc cÿa cÅu

Hình 1-7: H ệ thống quan trắc của cầu Tsingma (Hong Kông)

NhÁm đáp āng nhu cÅu thực tiễn cÿa công tác duy tu, bÁo d°ỡng cÅu, nhÃt là cÅu nháp lớn t¿i Việt Nam, hệ tháng quan tr¿c cÅu cũng đã từng b°ớc đ°ợc áp dụng t¿i

Việt Nam, đặc biệt sau khi Bá GVTV ban hành Thông t° 52/2013/TT-BGTVT quy đánh vß quÁn lý, khai thác và bÁo trì công trình đ°ßng bá, trong đó yêu cÅu các công

trình cÅu có nháp dài h¢n 150m hoặc trụ cÅu cao h¢n 50m phÁi đ°ợc l¿p đặt hệ tháng quan tr¿c

T¿i Việt Nam, hệ tháng quan tr¿c đ°ợc thiÁt kÁ và l¿p đặt á nhißu công trình cÅu lớn nh°: CÅu NhÁt Tân, cÅu Nguyễn Văn Trßi 3 TrÅn Thá Lý, CÅu CÅn Th¢, CÅu Cao Lãnh, CÅu NhÁt Lệ 2, CÅu dây văng 3 Nút giao thông Ngã Ba HuÁ…

C

Hình 1-8 : Cầu Rồng - Thành phố Đà Nẵng

CÅu Rßng - công trình biáu t°ợng cÿa thành phá Đà Nẵng, nái lißn khu vực trung tâm thành phá t¿i vá trí giao c¿t giữa đ¿i lá Nguyễn Văn Linh và đ°ßng B¿ch ĐÁng với đ¿i lá Võ Văn Kiệt, phía bên kia bß đông sông Hàn

Hệ tháng thiÁt bá và kÁt nái bao gßm các thành phÅn sau: CÁm biÁn (sensors); cáp truyßn tín hiệu từ tÃt cÁ các cÁm biÁn này vß thiÁt bá thu dữ liệu; thiÁt bá điện tử, vi xử

lý, bá nhớ, bá xử lý hình Ánh, bá l°u trữ, hệ đißu hành, màn hình, đá tích hợp và chuyán đái tín hiệu trên đ°ßng truyßn;

C

CÅu CÅn Th¢ (Hình 1-9) là cÅu dây văng b¿c qua sông HÁu, nái TP CÅn Th¢ và tßnh V*nh Long CÅu đ°ợc khái công xây dựng vào tháng 9/2004 và hoàn thành vào tháng 4/2010

Hình 1-9 : Cầu Cần Th¡ – Tỉnh Cần Th¡

T¿i thßi điám hoàn thành, đây là cÅu hai mặt phẳng dây văng có nháp chính dài nhÃt khu vực Đông Nam Á (550m) Trụ tháp cÅu hình chữ Y ng°ợc cao 134.7m tính từ mặt cÅu Móng trụ tháp đ°ợc đặt trên hệ cọc khoan nhßi đ°ßng kính 2.5m, dài 94m KÁt cÃu mặt cÅu chính gßm đo¿n giữa dài 210m là kÁt cÃu dÅm háp thép ghép nái với hai đo¿n cÅu còn l¿i là kÁt cÃu dÅm háp bê tông āng suÃt tr°ớc

Hai năm sau khi khánh thành, mát hệ quan tr¿c (Hình 1-10) đã đ°ợc l¿p đặt cho cÅu CÅn Th¢, tuy nhiên hệ này chß mới minh họa khÁ năng cÿa các thiÁt bá cÁm biÁn và nhÁn diện các dữ liệu đo bÃt th°ßng, ch°a thÁt sự cung cÃp thông tin trợ giúp đánh giá tr¿ng thái kÁt cÃu cÅu từ các dữ liệu quan tr¿c

Hình 1-11 : Cầu Bính – Thành phố HÁi Phòng

Vào tháng 7/2010, cÅu bá h° hßng nghiêm trọng do bá tàu vÁn tÁi va vào Sau đó, cÅu đã đ°ợc sửa chữa đá phục hßi khÁ năng cháu tÁi Năm 2013, cÅu đ°ợc l¿p đặt hệ tháng quan tr¿c, thiÁt kÁ bái công ty VITEC, sau đó là công ty Chodai, đá theo dõi dao đáng cÿa cÅu

Trong những thÁp kỷ gÅn đây, cÁp nhÁt mô hình đá theo dõi sāc khße kÁt cÃu dựa trên đặc tr°ng dao đáng ngày càng đ°ợc sử dụng phá biÁn h¢n Nhißu āng dụng thành công cÿa theo dõi sāc khße kÁt cÃu dựa trên ph°¢ng pháp không phá hÿy đã đ°ợc báo

cáo trong các tài liệu Perera và cáng sự [4] sử dụng mát sá thuÁt toán di truyßn (Genetic Algorithm 3 GA) đa biÁn dựa trên sự tái °u Pareto và các hàm táng hợp đá xác đánh h° hßng trong các kÁt cÃu Nghiên cāu thÁo luÁn vß việc áp dụng các thuÁt toán di truyßn trong các ph°¢ng pháp xác đánh thiệt h¿i cho các kÁt cÃu khác nhau, chẳng h¿n nh° dÅm, vòm và kÁt cÃu l°ới Theo đó, tác giÁ so sánh hiệu suÃt cÿa thuÁt toán di truyßn với các thuÁt toán tái °u hóa khác, chẳng h¿n nh° thuÁt toán mô phßng

ÿ và trình tái °u hóa kiÁn s° tử, trong việc phát hiện h° hßng cÃu trúc KÁt quÁ chāng minh rÁng các thuÁt toán di truyßn, đặc biệt là khi kÁt hợp với các kỹ thuÁt tái °u hóa khác, thá hiện tính m¿nh m¿, hiệu quÁ và đá chính xác trong việc xác đánh vá trí và māc đá thiệt h¿i trong các hệ tháng cÃu trúc đa d¿ng Chou và cáng sự [5] đã xác đánh

vá trí và māc đá cÿa h° hßng trong các kÁt cÃu bÁng cách giÁi quyÁt vÃn đß nghách đÁo

sử dụng thuÁt toán GA Các phép đo t*nh cÿa chuyán vá đ°ợc áp dụng đá xác đánh sự thay đái cÿa các tính chÃt nh° diện tích mặt c¿t ngang và mô đun đàn hßi Hao và cáng

sự [6] đã sử dụng thuÁt toán GA đá phát hiện h° hßng trong khung và dÅm công xon

sử dụng hàm mục tiêu bao gßm tÅn sá dao đáng riêng, hình d¿ng dao đáng và kÁt hợp

cÁ hai KÁt quÁ chß ra rÁng ph°¢ng pháp đß xuÃt có thá xác đánh chính xác vá trí và māc đá h° hßng cÿa kÁt cÃu xem xét, ngay cÁ khi mô hình phân tích có xét đÁn sai sá cÿa dữ liệu đo Goncalves và cáng sự [7] đã giới thiệu thuÁt toán nhóm tìm kiÁm, đây

là mát ph°¢ng pháp tái °u hóa siêu dữ liệu mới đá giÁi quyÁt vÃn đß tái °u hóa các kÁt cÃu giàn KÁt quÁ cÿa thuÁt toán đß xuÃt đã chāng minh khÁ năng nhÁn diện h° hßng trong các kÁt cÃu Guo và cáng sự [8] áp dụng thuÁt toán GA và kỹ thuÁt táng hợp thông tin đá xác đánh vá trí và māc đá cÿa h° hßng t¿i nhißu vá trí trong kÁt cÃu ĐÅu tiên, h° hßng đ°ợc nhÁn d¿ng bÁng cách sử dụng hàm mục tiêu cÿa cÁ tÅn sá dao đáng riêng và hình d¿ng dao đáng Sau đó, mát thuÁt toán GA tìm kiÁm vi mô đ°ợc áp dụng

đá xác đánh māc đá h° hßng Yu và cáng sự [9] áp dụng tái °u hóa đàn kiÁn (Ant Colony 3 AC) đá xác đánh vá trí h° hßng cÿa khung 2 tÅng và kÁt cÃu khung thép 3 tÅng đ°ợc hiệu chßnh trên các phép đo ThuÁt toán đß xuÃt cung cÃp dự đoán chính xác

vß cÁ vá trí và māc đá cÿa h° hßng trong các kÁt cÃu đ°ợc xem xét Yan và cáng sự [10] đß xuÃt mát ph°¢ng pháp dựa trên sóng wavelet cÿa các phÁn āng dao đáng tự do cÿa các kÁt cÃu bá h° hßng Ph°¢ng pháp này không chß nhÁn d¿ng đ°ợc các h° hßng đang xÁy ra trong kÁt cÃu mà còn xác đánh chính xác vá trí và māc đá h° hßng Mát tòa nhà 5 tÅng và 20 tÅng đã đ°ợc sử dụng đá chāng minh tính hiệu quÁ cÿa ph°¢ng pháp

đß xuÃt Sim và cáng sự [11] sử dụng cÁ các phép đo toàn cục và cục bá thay thÁ các phép đo gia tác đá cÁi thiện đá chính xác cÿa các ph°¢ng pháp giám sát sāc khße kÁt cÃu Seyedpo [12] đã kÁt hợp mát chß sá dựa trên năng l°ợng biÁn d¿ng với PSO đá xác đánh vá trí và māc đá cÿa nhißu tr°ßng hợp h° hßng khác nhau Trong giai đo¿n đÅu tiên, thuÁt toán đß xuÃt đ°ợc sử dụng đá xác đánh chính xác vá trí h° hßng cÿa kÁt cÃu Trong giai đo¿n thā hai, māc đá cÿa h° hßng thực tÁ đ°ợc xác đánh bÁng cách áp dụng PSO dựa trên kÁt quÁ cÿa giai đo¿n đÅu tiên KÁt quÁ cho thÃy thuÁt toán đß xuÃt

có thá cung cÃp mát công cụ đáng tin cÁy đá phát hiện h° hßng kÁt cÃu Sandesh và cáng sự [13] đã sử dụng thuÁt toán tái °u hóa kÁt hợp giữa GA và PSO đá xác đánh h° hßng trong mát tÃm mßng Nguyên lý năng l°ợng biÁn d¿ng t°¢ng đ°¢ng đ°ợc chọn

là hàm mục tiêu đá giÁm thiáu sự khác biệt giữa gia tác đo đ°ợc và dự đoán theo lý thuyÁt Ashebo và cáng sự [14] kÁt hợp các phép đo hiện tr°ßng với mô hình phÅn tử hữu h¿n đá xem xét Ánh h°áng cÿa đá lệch cÿa dÅm chính đái với sự phân bá tÁi trọng cÿa ph°¢ng tiện theo h°ớng ngang trên cÅu Zhong và cáng sự [15] đã xác đánh các tham sá kÁt cÃu không ch¿c ch¿n cÿa cÅu dây văng dài sử dụng mô hình cÁp nhÁt kÁt hợp với lý thuyÁt xác suÃt Arangio và cáng sự [16] đã sử dụng m¿ng l°ới n¢ ron Bayes đá xác đánh h° hßng trong cÅu dây văng quy mô lớn dựa trên các đặc tr°ng đáng học kÁt cÃu Kuok và cáng sự [17] đã áp dụng xác suÃt Bayes đá xác đánh các phÁn āng kÁt cÃu cÿa cÅu Ting Kau, đây là cây cÅu dây văng quy mô lớn á Hàn Quác Cheng và cáng sự [18] đã phân tích các đặc tr°ng đáng học cÿa cÅu đ°ßng s¿t bÁng cách sử dụng các lò xo giÁm chÃn.Trong những thÁp kỷ gÅn đây, cÁp nhÁt mô hình đá theo dõi sāc khße kÁt cÃu dựa trên đặc tr°ng dao đáng ngày càng đ°ợc sử dụng phá biÁn h¢n Nhißu āng dụng thành công cÿa theo dõi sāc khße kÁt cÃu dựa trên ph°¢ng pháp không phá hÿy đã đ°ợc báo cáo trong các tài liệu

à Việt Nam, các nghiên cāu vß l*nh vực giám sát sāc khße kÁt cÃu đÅu tiên tÁp trung vào phát hiện các vÁt nāt tßn t¿i trong kÁt cÃu, sau đó các nghiên cāu tiÁp tục đi vào phân tích sự phát trián cÿa các vÁt nāt Các nghiên cāu vß phát hiện h° hßng trong kÁt cÃu đ°ợc thực hiện với nhißu lo¿i kÁt cÃu nh° cÅu đ°ßng, các lo¿i nßn móng và các giàn khoan Nguyễn TiÁn Minh [19] đß xuÃt ph°¢ng pháp xác đánh sự thay đái cÿa các tham sá trong kÁt cÃu cÅu nh° mô đun đàn hßi cÿa bê tông bÁng cách so sánh kÁt cÃu á tr¿ng thái ch°a h° hßng và tr¿ng thái h° hßng Tuy nhiên trong nghiên cāu này ch°a

đß cÁp đÁn khÁ năng phát hiện khu vực cũng nh° māc đá h° hßng cÿa kÁt cÃu Bùi

Đāc Chính [20]3[23] sử dụng biÁn đái Hilbert-Huang đá chÇn đoán h° hßng cÿa kÁt cÃu phÅn d°ới cÿa công trình cÅu KÁt quÁ chāng minh rÁng biÁn đái Hilbert-Huang có thá phân biệt đ°ợc các āng xử dao đáng khác nhau cÿa các trụ cÅu, ngoài ra còn có thá xác đánh đ°ợc sự giÁm vß đá cāng cÿa các trụ, trong khi đó các ph°¢ng pháp biÁn đái

cũ nh° Fast Fourier Transform (FFT), và Wavelet Transform (WT) chß cho thÃy có sự thay đái nhß vß biên đá dao đáng cÿa các trụ cÅu, nh°ng không thá đ°a ra đ°ợc māc

đá cÿa sự thay đái biên đá này Ngoài ra các ph°¢ng pháp chuyán đái nh° FFT và

WT còn cháu Ánh h°áng khá nhißu cÿa hiện t°ợng nhiễu Ngô Trọng Đāc và cáng sự [24] áp dụng phân tích các dao đáng riêng đá xác đánh các vÁt nāt trong các dÅm sử dụng vÁt liệu có c¢ tính biÁn thiên Trong nghiên cāu này, Ánh h°áng cÿa nhiễu cũng đ°ợc xem xét KÁt quÁ chß ra rÁng, ph°¢ng pháp đß xuÃt có thá phát hiện đ°ợc vá trí cÿa vÁt nāt Khiem và cáng sự [25] đß xuÃt ph°¢ng pháp phân tích tÅn sá riêng cÿa kÁt cÃu dÅm với mát sá vÁt nāt ng¿u nhiên dựa trên ph°¢ng pháp ma trÁn chuyán giao và

mô hình lò xo quay cÿa các vÁt nāt Ph°¢ng pháp đß xuÃt có thá xác đánh chính xác khu vực h° hßng và giÁm thßi gian tính toán so với các ph°¢ng pháp khác Ph¿m Xuân Khang [26]3[28] đß xuÃt thuÁt toán đá xác đánh các h° hßng trong kÁt cÃu dựa vào các đặc tr°ng đáng học (so sánh dao đáng riêng cÿa kÁt cÃu á các tr¿ng thái đo khác nhau) Nghiên cāu đß xuÃt đ°ợc áp dụng cho công trình cÅu thực tÁ và đem l¿i những kÁt quÁ phù hợp với thực tÁ Tác giÁ cũng áp dụng ph°¢ng pháp đáng dựa vào

sự thay đái cÿa d¿ng dao đáng riêng đá đß xuÃt trình tự chÇn đoán h° hßng trong kÁt cÃu nháp giÁn đ¢n Nguyễn Việt Khoa [29]3[34] đã áp dụng các ph°¢ng pháp giám sát sāc khße không phá hÿy dựa vào đặc tr°ng đáng học cÿa kÁt cÃu đá chÇn đoán các h° hßng trong kÁt cÃu à Việt Nam, các nghiên cāu vß l*nh vực giám sát sāc khße kÁt cÃu đÅu tiên tÁp trung vào phát hiện các vÁt nāt tßn t¿i trong kÁt cÃu, sau đó các nghiên cāu tiÁp tục đi vào phân tích sự phát trián cÿa các vÁt nāt Các nghiên cāu vß phát hiện h° hßng trong kÁt cÃu đ°ợc thực hiện với nhißu lo¿i kÁt cÃu nh° cÅu đ°ßng, các lo¿i nßn móng và các giàn khoan Lê Cao Thanh cùng cáng sự [35] đß xuÃt mát ph°¢ng pháp gßm hai b°ớc đá chÇn đoán vá trí và māc đá nghiêm trọng cÿa h° hßng cho các kÁt cÃu tÃm Trong b°ớc thā nhÃt, chß sá năng l°ợng biÁn d¿ng mô-đun đ°ợc sử dụng

đá xác đánh vá trí h° hßng dựa trên sự thay đái năng l°ợng biÁn d¿ng giữa tr¿ng thái tr°ớc và sau khi h° hßng xuÃt hiện Trong b°ớc thā hai, thuÁt toán di truyßn đ°ợc áp dụng đá tái °u hóa hàm mục tiêu với biÁn là māc đá suy giÁm chißu dày cÿa các phÅn

tử có khÁ năng bá h° hßng Hàm mục tiêu cũng dựa trên năng l°ợng biÁn d¿ng từ đó cho kÁt quÁ hoàn toàn khÁ quan Tuy nhiên nghiên cāu h¿n chÁ bái phÅn tử tÃm nhß, khó có thá thực hiện trên ph¿m vi lớn Dang Viet Hung cùng cáng sự [36] nghiên cāu

đß xuÃt mát thuÁt toán học sâu lai đá phát hiện h° hßng công trình, kÁt hợp M¿ng n¢ ron tích chÁp (Convolution neural network-CNN) và trí nhớ ng¿n h¿n dài (Long short term memory -LSTM) ThuÁt toán giÁm đ°ợc chi phí tính toán, l°u trữ dữ liệu và xử lý đ°ợc nhißu māc đá h° hßng d°ới tác đáng cÿa nhiễu dữ liệu Tuy nhiên nghiên cāu mới chß dừng l¿i á khung ba tÅng, bên c¿nh đó với dữ liệu phāc t¿p d°ới tác đáng cÿa nhißu lo¿i tÁi trọng cùng với kÁt cÃu lớn, phāc t¿p d¿n đÁn cÅn bá thiÁt bá thu dữ liệu đáp āng đ°ợc thu chính xác các dữ liệu với māc nhiễu nhß nhÃt Truong Viet Hung cùng cáng sự [37] đã nghiên cāu đá °ớc tính tÁi trọng giới h¿n cÿa giàn thép phi tuyÁn đàn hßi dựa trên phân tích nâng cao Mặc dù nghiên cāu ch°a xét đÁn nhißu tr°ßng hợp tÁi trọng nh°ng v¿n đ¿t đ°ợc kÁt quÁ đáng khích lệ, làm tißn đß đá phát trián các giám sát kÁt cÃu

Mát sá nghiên cāu cũng đã đ°ợc tiÁn hành đá giám sát sāc khße cho các công trình cÅu lớn nh° cÅu Mỹ ThuÁn, cÅu Bãi Cháy, hay cÅu Kißn bÁng cách l¿p đặt các thiÁt bá theo dõi th°ßng xuyên đá theo dõi sāc khße kÁt cÃu Tuy nhiên, những thiÁt bá này chß cung cÃp các thông tin c¢ bÁn và cÅn đ°ợc kiám chāng cũng nh° so sánh với các mô hình tính toán bÁng cách áp dụng cÁp nhât mô hình từ đó xác đánh các tham sá ch°a t°ßng minh hoặc thay đái trong quá trình khai thác hay tác đáng cÿa Ánh h°áng môi tr°ßng nh° tính chÃt vÁt liệu, đá cāng cÿa các bá phÁn, đißu kiện biên, từ đó đánh giá đúng khÁ năng cháu lực cũng nh° chÇn đoán các h° hßng xÁy ra nÁu có cÿa công trình Nguyễn Hữu ThuÃn và cáng sự [38] giám sát sāc khße cÅu dây văng Mỹ ThuÁn bÁng cách tiÁn hành đo thực nghiệm t¿i hiện tr°ßng Mát mô hình sá cũng đ°ợc xây dựng đá so sánh với kÁt quÁ từ thực nghiệm Hàm mục tiêu so sánh bao gßm tÅn

sá dao đáng riêng và hình d¿ng dao đáng Bùi TiÁn Thành và cáng sự [39] tiÁn hành

đo đ¿c thực nghiệm cÅu dây văng Mỹ ThuÁn Tuy nhiên trong nghiên cāu này, tác giÁ tÁp trung vào lựa chọn vá trí tái °u cÿa các cÁm biÁn đá có thá thu nhÁp đ°ợc nhißu thông tin nhÃt vß các đặc tr°ng đáng học cÿa kÁt cÃu nh° tÅn sá dao đáng riêng và hình d¿ng dao đáng Hoàng Nam [40] nghiên cāu vß hệ tháng quan tr¿c đá l¿p đặt cho cÅu CÅn Th¢ nhÁm thu thÁp các dữ liệu vß tÅn sá dao đáng riêng và hình d¿ng dao đáng Bùi Xuân Ngó và cáng sự [41] xác đánh mát sá chß tiêu kỹ thuÁt c¢ bÁn cÿa cÅu

dây văng thông qua các hệ tháng quan tr¿c sāc khße kÁt cÃu theo thßi gian thực Nguyễn Trọng Ngh*a và cáng sự [42] đo lực căng dây cáp cÿa cÅu dây văng Phú Mỹ dựa trên ph°¢ng pháp đß thá Lực căng cáp đ°ợc tính toán dựa vào kÁt quÁ đo dao đáng, bao gßm tÅn sá dao đáng riêng

Tuy nhiên các ph°¢ng pháp giám sát sāc khße kÁt cÃu đã và đang thực hiện á Việt Nam chÿ yÁu phân tích hoặc xác đánh các đặc tr°ng đáng học cÿa kÁt cÃu nh° tÅn

sá dao đáng riêng, hình d¿ng dao đáng mà ch°a xác đánh đ°ợc các tham sá có thá thay đái theo thßi gian nh° các đặc tr°ng cÿa vÁt liệu (mô đun đàn hßi ), hình d¿ng mặt c¿t, và đißu kiện biên Những tham sá này Ánh h°áng đÁn đá cāng cũng nh° sự làm việc cÿa kÁt cÃu và cũng phÁn ánh rõ ràng nhÃt những āng xử cÿa kÁt cÃu khi xÁy

ra các h° hßng Ngoài ra, mặc dù gÅn đây, trên thÁ giới các nghiên cāu sử dụng các thuÁt toán tái °u, hay các ph°¢ng pháp học máy đã đ°ợc áp dụng rßng rãi và hiệu quÁ

đá giám sát sāc khße các công trình à Việt nam, các kỹ thuÁt này v¿n còn mới, ch°a

có nhißu nghiên cāu sử dụng các thuÁt toán tái °u, hay các ph°¢ng pháp học máy đá giám sát sāc khße các công trình

quang

Trên thÁ giới ngày nay, khi mà các công trình xây dựng ngày càng trá nên phāc t¿p và hiện đ¿i, việc đÁm bÁo an toàn và hiệu quÁ cÿa chúng qua thßi gian trá thành mát yÁu tá không thá bß qua Giám sát sāc khoẻ công trình, mát l*nh vực nghiên cāu

và āng dụng kỹ thuÁt tái tân, nái bÁt lên nh° mát phÅn thiÁt yÁu trong việc duy trì và tái °u hóa đá an toàn cũng nh° tuái thọ cÿa các công trình kiÁn trúc và c¢ sá h¿ tÅng Mục đích chính cÿa việc giám sát sāc khoẻ công trình không chß là phát hiện sớm những tán th°¢ng hoặc suy giÁm chāc năng, mà còn là cung cÃp dữ liệu quan trọng đá

hß trợ trong việc bÁo trì và sửa chữa káp thßi, qua đó giÁm thiáu nguy c¢ tai n¿n và tái

°u hóa chi phí bÁo d°ỡng

Sự phát trián cÿa hệ tháng cÁm biÁn trong việc giám sát sāc khoẻ công trình đã

má ra mát chân trßi mới cho ngành kỹ thuÁt dân dụng và công nghệ xây dựng Từ những hệ tháng cÁm biÁn c¢ bÁn, ngành công nghiệp này đã chāng kiÁn sự tiÁn bá v°ợt bÁc với sự ra đßi cÿa các cÁm biÁn quang hiện đ¿i, mang l¿i khÁ năng giám sát chính xác và liên tục mà tr°ớc đây không thá đ¿t đ°ợc CÁm biÁn quang, với khÁ năng

cung cÃp dữ liệu chính xác vß biÁn d¿ng cÃu trúc, nhiệt đá, áp suÃt và các yÁu tá môi tr°ßng khác, đã trá thành công cụ không thá thiÁu trong việc theo dõi và đánh giá tình tr¿ng cÿa các công trình

Lách sử cÿa hệ tháng cÁm biÁn trong giám sát công trình phÁn ánh mát hành trình

từ những b°ớc đÅu đ¢n giÁn đÁn những đái mới công nghệ đát phá Ban đÅu, các hệ tháng cÁm biÁn đ°ợc sử dụng chÿ yÁu đá phát hiện những biÁn đái c¢ bÁn nh° nhiệt đá

và áp suÃt Tuy nhiên, với sự phát trián cÿa công nghệ, đặc biệt là trong l*nh vực điện

tử và quang học, hệ tháng cÁm biÁn đã trá nên tinh vi h¢n, có khÁ năng phát hiện các vÃn đß phāc t¿p h¢n nh° nāt cÃu trúc, án đánh đáa chÃt, và thÁm chí là dÃu hiệu cÿa sự mệt mßi vÁt liệu

Nh° đã trình bày t¿i mục 1.1, māc đá hiệu quÁ cÿa mát hệ tháng SHM phụ thuác rÃt nhißu vào việc thu thÁp các dữ liệu đo theo thßi gian thực vß tình tr¿ng sāc khße cÿa kÁt cÃu với đá chính xác cao Những dữ liệu thu thÁp đ°ợc s¿ đ°ợc phân tích xử lý ngay hoặc chuyán đÁn trung tâm l°u trữ phân tích, từ đó đ°a ra các cÁnh báo cÅn thiÁt nÁu quan sát thÃy những hiện t°ợng bÃt th°ßng xuÃt hiện trên kÁt cÃu Do vÁy, hệ tháng cÁm biÁn đá theo dõi tình tr¿ng kÁt cÃu đ°ợc thiÁt kÁ nhÁm t¿o thuÁn lợi cho quá trình giám sát cũng nh° cho phép các kỹ s° bÁo trì có thá xử lý hệ tháng theo dõi mát cách chính xác và hiệu quÁ nhÃt nhÁm đÁm bÁo tái đa an toàn cho kÁt cÃu Mát hệ tháng giám sát sāc khße đián hình bao gßm mát m¿ng l°ới các cÁm biÁn cháu trách nhiệm đo các thông sá khác nhau liên quan đÁn tr¿ng thái hiện t¿i cÿa kÁt cÃu cũng nh° môi tr°ßng xung quanh, chẳng h¿n nh° āng suÃt, sāc căng, dao đáng, đá nghiêng,

đá Çm và nhiệt đá Đißu này d¿n đÁn sự tích hợp cÿa nhißu hệ cÁm biÁn tiên tiÁn vào

hệ tháng SHM nh° cÁm biÁn c¢ điện-gia tác (piezoelectric accelerometer), cÁm biÁn

sử dụng bá chuyán đái dây rung (vibrating-wire transducer), cÁm biÁn đo biÁn d¿ng (strain gage), cÁm biÁn quang (fiber optic sensor), vv Việc nghiên cāu áp dụng và tăng c°ßng hiệu năng cÿa những hệ cÁm biÁn này đã và đang nhÁn đ°ợc sự quan tâm cÿa nhißu nhà khoa học trên thÁ giới

Lin và cáng sự [43], [44] đß xuÃt mát hệ tháng thiÁt bá giám sát sāc khße kÁt cÃu cho cÅu nháp lớn bao gßm ba cÁm biÁn gia tác đßng trục, mát bá vi xử lý, mát bá chuyán đái tín hiệu sá và l°u trữ dữ liệu đo Hệ tháng đ°ợc áp dụng thí điám cho mát công trình cÅu trên thực tÁ và cho thÃy đá chính xác cao trong việc theo dõi và phát