Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Đánh giá một số phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu dầm từ kết quả phân tích dao động

- Phuong pháp 1: Phương pháp dựa trên sự thay đổi tan số.- Phuong pháp 2: Phương pháp thay đôi dạng dao động.- Phuong pháp 3: Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động.- Phuong pháp 4:

Trang 1

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

Trang 2

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS HO ĐỨC DU Y - 2222221 EcEEvEErErrerere

Cán bộ châm nhận xét 1: PGS TS NGUYEN THỊ HIEN LƯƠNG

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS BÙI CÔNG THÀNH 2 HE Esnennưyn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa — Đại học Quốc giaTp.HCM ngày 30 tháng 8 năm 2014

Thành phần Hội đông đánh gia luận văn thạc sĩ gôm:1 PGS TS CHU QUOC THANG

2 PGS TS BÙI CÔNG THÀNH3 PGS TS NGUYEN THỊ HIEN LUONG4 PGS TS NGÔ HỮU CƯỜNG

5 TS HO DUC DUYXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn va Trưởng Khoa quan ly chuyênngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HOI DONG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập — Tự Do — Hạnh Phúc

-000 -NHIEM VU LUẬN VAN THAC SĨ

Ho va tên học viên: DO NGOC TRIEU MSHV: 11210252Ngày thang, năm sinh: 26/06/1988 Nơi sinh: Cần ThơChuyên ngành: Xây dựng công trình DD& CN Mã số ngành: 60.58.20I TÊN DE TÀI: DANH GIÁ MOT SỐ PHƯƠNG PHAP CHAN DOAN HU

HONG KET CAU DAM TU KET QUA PHAN TICH DAO DONGIl NHIEM VU LUẬN VĂN:

Đánh giá và so sánh các phương pháp chân đoán hư hỏng khác nhau bằng kết quaphân tích dao động Kết quả được so sánh với kết quả phân tích thực nghiệm từnghiên cứu của tác giả khác.

- Phuong pháp 1: Phương pháp dựa trên sự thay đổi tan số.- Phuong pháp 2: Phương pháp thay đôi dạng dao động.- Phuong pháp 3: Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động.- Phuong pháp 4: Phương pháp dựa trên sự thay đối độ cứng và tan so.- Phuong pháp 5: Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng

II NGÀY GIAO NHIỆM VU:IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU:

Vv HỌ VÀ TÊN CÁN BO HUONG DAN : TS HO ĐỨC DUY

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS HO ĐỨC DUY

TRUONG KHOA KY THUẬT XÂY DỰNG

Trang 4

Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn Thay hướng dẫn T.S Hồ Đức Duy, người đã tậntình hướng dẫn tôi ngay từ những ngày bắt đầu công việc nghiên cứu khoa học chođến lúc hoàn thành luận văn Thầy đã có những lời khuyên và chỉ dẫn tận tình trongcác van dé của dé tài, Thay cũng đã động viên tôi rất nhiều trong những lúc tôi gặpkhó khăn Những kiến thức ma Thay truyền đạt cũng như lòng tận tình của Thay tôisẽ ghi nhớ mãi Hình ảnh của Thay là tâm gương về người Thay đáng kính trong sựnghiệp giáo dục và là hình mẫu dé tôi cô găng học tập.

Tôi cũng gởi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu Trường đại học Bách KhoaThành Phố Hồ Chí Minh, các Thay cô trực tiếp tham gia giảng day đã truyền đạtnhững kiến thức và phương pháp học tập, nghiên cứu

Tôi cũng chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các anh chị học viên khóa 2011 và bạnbè.

Sau cùng, tôi muốn tỏ lòng biết ơn đến cha mẹ, người thân trong gia đình đã hỗ trợvà sát cánh bên tôi, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn tạitrường.

TP Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2014

Đỗ Ngọc Triều

Trang 5

Luận văn này là một nghiên cứu về lĩnh vực chan đoán hu hỏng trên kết cau Đánhgiá phương pháp chân đoán nào là tốt nhất khi chân đoán hư hỏng trên dầm đơngiản, từ đó phân tích tính hiệu quả của bài toán trong thực tế Các phương phápchân đoán dựa trên kết qua phân tích dao động Đầu tiên, các phương pháp chanđoán sẽ được áp dụng trên dầm được mô phỏng bằng phân tử thanh trong khônggian hai chiều, sau đó mở rộng chân đoán trên dam được mô phỏng bang phan tửkhối trong không gian ba chiều.

Các phương pháp phân tích được sử dụng trong luận văn như sau:e Phương pháp dựa trên sự thay đồi tần số

e Phương pháp thay đối dang dao động.e Phuong pháp dựa trên độ cong dang dao động.e Phương pháp dựa trên sự thay đối độ cứng va tan số.e Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng

Trang 6

Tôi xin cam đoan răng luận văn này do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dân khoahọc của Thầy TS Hồ Đức Duy.

Đỗ Ngọc TriềuTháng 9 năm 2014

Trang 7

LOT CAM ON 0 dd |Tóm tắt luận VAN it S 113135115815 18 181581818 15511 1815111131111 11 1551111151115 51315 seE inLO1 CAM GOAN 0 c4 1HMục lục hình ảnh - << << E113 11110 1S ng êt XI\ 0190190011117 a XXIDanh mục ki hiỆU - << - c1 2661103301 111111330 611111 nà XXIVChương 1 GIỚI THIỆU - EEEEE#E#E#ESEEEE St cvck xxx gctcvcvcveki |1.1 Đặt vẫn đề ca |1.2 Mục tiêu luận VAN - - C c c0 vớ 41.3 Câu trúc luận văn -.-+cc2rttrrttH2t re 5Chương 2 CƠ SỞ LY THUYET G939 9E E111 E111 cxckrkd 62.1 GiGi thidU CHUNG 017577 on 62.1.1 Trên thé GiGi cic cecscscsccesssccecscscsssvsesecscscscscssavsvavsvevscsesesececscssasasavavaans 62.1.2 Tại Viet Nam wicc.icccccccccccccccsssescccccceeesssecccsseessesccssseessescssssseeseessssseeuseesssssseees 82.1.3 Tinh cần thiết của nghiên cứu wo cecsesesesesssescsssssssscecscsesesecscscecasessvevens 102.2 Cơ Sở lý thuyẾT - H111 1 11 1111111011111 T111 T111 1311111 grờg 10

2.2.1 Phương pháp dựa trên sự thay đổi tần số (Frequency Change Based Damage Detection Method])_ 5-2210 2961111111111 1EEkkksessresee 10

-2.2.1.1 Giới thiệu phương pháp . - c5 SS S23 ++Ssssssssssssessa 102.2.1.2 Công thức đánh giá . - 0000 111 1 HS 9 3335111 xx5 112.2.1.3 Trình tự thực hiỆn - - E c1 21111311 11 11v ve 112.2.2 Phương pháp thay doi dạng dao động (Modal Assurance Criterion) 12

Trang 8

2.2.2.2 Công thức đánh B14 -G CS 0000006611993 1 1111111 1111111822455 1 1kg 132.2.2.3 Trình tự thực hiỆn - E c1 221111311 111 11v ve 142.2.3 Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động (Mode Shape

Curvature - Based Damage Detection Method) «55555 +S++++S+S+Ssssssssss2 15

2.2.3.1 Giới thiệu phương pháp - <1 1111111155511 x32 152.2.3.2 Công thức đánh giá woo eccecsssssssssceeeeecceeesesseessssseeeeeesceeeeseeeeeeaes 152.2.3.3 Trình tự thực hiỆn - << E 11221111311 111 11v ve 172.2.4 Phương pháp dựa trên sự thay đổi độ cứng va tần số (Stiffness -

Frequency Change — Based Damage Detection Method) -<<<<5 17

2.2.4.1 Giới thiệu phương pháp <1 1111111115555 1x35 172.2.4.2 Công thức đánh 214 -G Q0 0000012211213 101 1111 1111111110035 5 11kg 182.2.4.3 Trình tự thực hiỆn - - E112 1111311 1111 vn ve 222.2.5 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng (Modal Strain Energy

- Based Damage Detection Method) - - - << << <5 5 1111111111 11111188836111 111111 rrrree 22

2.2.5.1 Giới thiệu phương pháp . -cc S132 +Sssssssssssssssa 222.2.5.2 Công thức đánh giá . 0000 111 1H11 1 3311111 xx2 232.2.5.3 Trình tự thực hiỆn - E112 1111331 11 1v ve 27Chương 3 CÁC BÀI TOÁN UNG DỰNG tt EErkrkrkekekekd 283.1 GiGi thi€U CHUNG 017757 283.2 Bài toán 1 - Chan đoán dam được mô phỏng bang phan tử thanh 293.2.1 Thiết lập bai toán Í - - - xxx S311 9191515 1111111 1 1c grep 293.2.1.1 Mô phỏng dam không hư hong - 2 2 <2 +E+E£EeEeesese 29

Trang 9

0.5 lần chiều dài AM ooceccecceccecceccecceccessessescescescescescsscsscescsscssssscsscsscsscsssassesucsaceceacueees

3.2.2.1 Số liệu ban đầu voeccecccccccccsscsescssesescssesesesscscsescescsesecscscsecscsesecscseeeacseeees3.2.2.2 Phương pháp dựa trên sự thay đổi tần số (Frequency Change -Based Damage Detection Method])_ 5521033311111 111111 Ekkkksessrrsee

3.2.2.3 Phương pháp thay đổi dạng dao động (Modal AssuranceØ0 ằ at“

3.2.2.4 Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động (Mode ShapeCurvature - Based Damage Detection Method) «55555 +S++++S+S+Ssssssssss2

3.2.2.5 Phuong pháp dựa trên sự thay đổi độ cứng va tan số (Stiffness- Frequency Change — Based Damage Detection Method) - -«<<++++

3.2.2.6 Phuong phap dua trén nang luong bién dang (Modal StrainEnergy - Based Damage Detection Method)_ << << << sseessesssssss

3.2.3 Két quả bài toán 1 — Giảm độ cứng 10% và 50% tại mot vi trí cachgối tựa 0.5 lần chiều dai đầm - <3 E111 E19E515 1111111 11x ng greg

3.2.3.1 Số liệu ban đầu - it St Ta S 1S S 111131511118 151 1111111111151 Eeersree3.2.3.2 Phương pháp dựa trên sự thay đổi tần số (Frequency Change -Based Damage Detection Method])_ 5553211996111 11 111111.

3.2.3.3 Phương pháp thay đổi dạng dao động (Modal AssuranceØ»¡š 0 ki

3.2.3.4 Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động (Mode ShapeCurvature - Based Damage Detection Method) «5555 S+++++++<S+sssssssssss2

3.2.3.5 Phương pháp dựa trên sự thay đổi độ cứng va tan số (Stiffness- Frequency Change — Based Damage Detection Method) - -«<<++++

3.2.3.6 Phuong phap dua trén nang luong bién dang (Modal Strain

Trang 10

0.25 lan Chidu dai CAM ceccecceccccceccecceccecsessescessescescescsscsscescsscssssscssssscsscsssscsassacsacsacsacsueess

3.2.4.1 Số liệu ban đầu vecccccccccccccscscccssesescssescsesccsesesscscsesecscsesscscseseestseseeacaeeees3.2.4.2 Phương pháp dựa trên sự thay đổi tan số (Frequency Change -Based Damage Detection Method])_ 5521033311111 111111 Ekkkksessrrsee

3.2.5 Két qua bai toán | - Giảm độ cứng 10% và 50% tại một vi trí cachgối tựa 0.25 lần chiều dai đầm cv EEEE9E5E5 1111111 11v gen greg

3.2.5.1 Số liệu ban đầu - tt Ta S11 S311 E1 1511113151111 E5111 1115111 Eersree3.2.5.2 Phương pháp dựa trên sự thay đổi tần số (Frequency Change -Based Damage Detection Method])_ 5551 2391111111111.

Trang 11

0.25 lần và 0.5 lần chiều dài đầm: ccceccecccccecceccessescescescscescessescscsscscscsssecucsacecsaceueees

3.2.6.1 Số liệu ban đầu - it St Tan 11T S111 1511118151111 E51 E111 EEEEEsEeersree3.2.6.2 Phương pháp dựa trên sự thay đổi tần số (Frequency Change -Based Damage Detection Method])_ - 5521199661111 11111111.

3.2.6.4 Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động (Mode ShapeCurvature - Based Damage Detection Method) «5555 S+++++++<S+sssssssssss2

3.2.6.5 Phương pháp dựa trên sự thay đổi độ cứng va tan số (Stiffness- Frequency Change — Based Damage Detection Method) - -«<<++++

3.2.7 Kết qua bai toán 1 - Giảm độ cứng 10% va 50% tại hai vi trí cáchgối tựa 0.25 lần và 0.5 lần chiều dài dam - - - SE+ESESEEEEEEkEEckekekekereererree

3.2.7.1 Số liệu ban đầu - tt Ta S1 1S S 111111911118 1511113 15111111111 Eersree3.2.7.2 Phương pháp dựa trên sự thay đổi tần số (Frequency Change -Based Damage Detection Method])_ 5521033311111 111111 Ekkkksessrrsee

Trang 12

3.3.1 Bài toán 2 — Thiết lập bài toán 2 -csccstrESctcvctevekekrreeeree 943.3.1.1 Số liệu ban đầu - + + +k+x+ES SE E111 1e ckd 943.3.1.2 Kết quả phân tích ¿c6 k+E*E#E+ESESESEEEEEEEEkckrkekekekeererree 943.3.1.3 Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động (Mode Shape

Curvature - Based Damage Detection Method) «5555 S+S+S++S<S+ssssssssss2 97

3.3.1.4 Phương pháp dựa trên sự thay đổi tan số (Frequency Change Based Damage Detection Method])_ - 55210 2311111111 11kEkssesssssee 98

-3.3.1.5 Phương pháp thay đổi dang dao động (Modal AssuranceCYItCTION) ad 99

3.3.1.6 Phương pháp dựa trên sự thay đổi độ cứng va tan số (Stiffness- Frequency Change — Based Damage Detection Method) - 100

3.3.1.7 Phuong phap dua trén nang luong bién dang (Modal StrainEnergy - Based Damage Detection Method)_ - << << << ssssesesssssss 1013.4 Bài toán 3 - Chan đoán dầm được mô phỏng bang phan tử khối ba chiều 1023.4.1 Thiết lập bai toán 3 - - k1 E111 1T ng ng gret 1023.4.1.1 Thông số dầm không hư hong - + + + + +E+E+E+EeEeEeesese 1023.4.1.2 Thông số dầm hư hỏng, - 2-6 EE+E+E+ESESEEEEEEEEekekeeeeeereeree 1073.4.2 Kết quả bài toán mô phỏng trên phần mềm ba chiều ABAQUS

3.4.2.1 Số liệu ban đầu - tt S1 S1 S311 11181511111 1551111 15111111 Eererd 1093.4.2.2 Phương pháp dựa trên sự thay đổi tan số (Frequency Change -

Based Damage Detection Method])_ 55 1111101111111 1111 se 112

3.4.2.3 Phương pháp thay đổi dang dao động (Modal Assurance

Trang 13

Curvature - Based Damage Detection Method) -555+++++++<<<ssssssssss2

3.4.2.5 Phuong pháp dựa trên sự thay đổi độ cứng va tan số (Stiffness- Frequency Change — Based Damage Detection Method) -

3.4.2.6 Phuong phap dua trén nang luong bién dang (Modal StrainEnergy - Based Damage Detection Method)_ - << << << ssssesesssssssChương 4 PHAN TICH VÀ DANH GIA KET QUA 5 555+s+c+cszxecse4.1 Bal fOán 1 -ccc cu ret4.2 Bal fOán 2 TQ net4.3 Bal fOán 3 TQ ng netChương 5 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ «<< +E#ESESEeExEerkrkrkeeeeeed5.1 Kết luận - 2E + SE 15 1 111515111115 111115 111151111111 01 1111111111 cxe5.2 Kiến nghị, s11 11915 5E 1111111 HT H111 1111111 grờtTÀI LIEU THAM KHẢO 5-5252 SE 1 E5 3215151111515 111111111511 1111110MÃ NGUON LẬP TRINH MATLAB .- c2 2 St Se SE SE EESESEEEESESEEEEsErerssserez

Trang 14

Hình 1.1 VẾt nứt hình thành trên dầm bê tông ở bãi đậu xe - Salt Lake City,(ah: HH Họ Họ 2Hình 1.2 Sự cỗ sập cầu vượt cao tốc Trung Lương (2009) 66 cx+x+xseseseseee 3

Hình 1.3 Các dam cau bị gãy — nhịp cầu Thanh Trì Hà Nội (2010) 3

Hình 1.4 Cảm biến theo dõi hư hỏng trên dầm bê tông cốt thép [25] 4

Hình 2.1 Đồ thị phan trăm độ lệch tan số giữa các dạng dao động 12

Hình 2.2 Ma trận số giá trị M/.4.C tương quan giữa các dạng dao động 12

Hình 2.3 Hình mô phỏng vị trí hư hỏng được xác định bằng phương pháp 17

Hình 2.4 Mô hình mô phỏng lò xo không trọng lượng ở vị trí vết nứt 18

Hình 2.5 Mô hình mô phỏng vi trí vết nứt trên dầm có chiều dài L 21

Hình 2.6 Chia dầm ra làm N, phần tit ¿-¿- 2 2+++E£E+E+EzEErEzEerkreersred 23Hình 2.7 Mô phỏng vi trí hư hỏng bằng phương pháp năng lượng biến dang 26

Hình 3.1 Thông số mô hình dầm tiết diện chữ nhật 2- - 2 2 s+s+x+ssze£ 29Hình 3.2 Mô hình dầm trong phần mềm SAP2000 - - 2 2s+x+x+E+E+EsEsesese 30Hình 3.3 Vị trí hư hỏng giả định tại phần tử 10 trên dam - 5-5 +<+<scs¿ 30Hình 3.4 Vị trí hư hỏng trên dầm — trường hợp 1-2-3 Bảng 3.1 - 31

Hình 3.5 Vị trí hư hỏng giả định tại phần tử 5 trên dam - 2-5 +s+cscscse 31Hình 3.6 Vị trí hu hỏng trên dầm — trường hop 4-5-6 Bảng 3.1 -. 31

Hình 3.7 Vị trí hư hỏng trên dầm — trường hợp 7-8-9 Bảng 3.1 -.-: 31

Hình 3.8 Dạng dao động 1-2 của dầm hư hỏng 5% va không hư hỏng 33

Hình 3.9 Dạng dao động 3-4 của dầm hư hỏng 5% và không hư hỏng 33

Hình 3.10 Dạng dao động 5 của dầm hư hỏng 5% và không hư hỏng 33

Trang 15

Hình 3.12.Hình 3.13.Hình 3.14.Hình 3.15.Hình 3.16.dao độngHình 3.17.dao độngHình 3.18.dao độngHình 3.19.đao độngHình 3.20.dao độngHình 3.21.Hình 3.22.Hình 3.23.

Hình 3.24.Hình 3.25.Hình 3.26.Hình 3.27.Hình 3.28.

Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao độngPhương pháp dựa trên độ cong dạng dao động 1-2Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động 3-4 Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động Š

Phương pháp dựa trên sự thay đối độ cứng và tan số với hai dạng

Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng — Dang dao động 1-2Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng — Dạng dao động 3-4Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng — Dạng dao động 5,

Dang dao động 1 — Trường hợp hư hỏng giữa damDang dao động 2 — Trường hợp hư hỏng giữa damDang dao động 3 — Trường hợp hư hỏng giữa dam -¿Dang dao động 4 — Trường hợp hư hỏng giữa dam

Dang dao động 5 — Trường hợp hư hỏng giữa dam

Trang 16

Hình 3.30 Phương pháp độ cong dạng dao động - Trường hợp hư hỏng 10%và 50% ở vị trí giữa dẦm k1 SE ST 1111111115111 111111 ng greg 47

Hình 3.31 Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động — Dang dao động 1 47

Hình 3.32 Phương pháp dựa trên độ cong dang dao động — Dang dao động 2 47

Hình 3.33 Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động — Dạng dao động 3 48

Hình 3.36 Phương pháp sự thay đổi độ cứng và tần số với ba dạng dao động Trường hợp hư hỏng phan tử giữa dam mức độ hư hỏng 10% - 5-5 55s5ss5¿ 49Hình 3.37 Phương pháp sự thay đổi độ cứng và tần số với bốn dạng dao động- Trường hợp hu hỏng phan tử giữa dam mức độ hư hỏng 10% 49

-Hình 3.38 Phương pháp sự thay đối độ cứng và tần số với năm dang daođộng - Trường hop hư hỏng phan tử giữa dam mức độ hư hỏng 10% 50

Hình 3.39 Phương pháp sự thay đổi độ cứng và tần số với ba dạng dao động Trường hợp hu hỏng phan tử giữa dam mức độ hư hỏng 50% 5-5-5 +: 50Hình 3.40 Phương pháp sự thay đổi độ cứng và tần số với bốn dạng dao động- Trường hợp hu hỏng phan tử giữa dam mức độ hư hỏng 50% 51

-Hình 3.41 Phuong pháp sự thay doi độ cứng và tan số với năm dang daođộng - Trường hop hư hỏng phan tử giữa dam mức độ hư hỏng 50% 51Hình 3.42 Phóng lớn giá tri theo Hình 3.39 H1 HH v1 ng vá, 52Hình 3.43 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng - Trường hợp hư

hỏng 10% và 50% - Dạng dao động Ï << << ireeesesssssss 52Hình 3.44 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng - Trường hợp hư

hỏng 10% và 50% Dạng dao động 2 SE 2222222919911 11 111111 ng 2 53

Trang 17

hỏng 10% và 50% - Dạng dao động 3 _ 1s.Hình 3.46 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng - Trường hợp hưhỏng 10% và 50% - Dạng dao động 4 _ 1 ng.Hình 3.47 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng - Trường hợp hưhỏng 10% và 50% - Dạng dao động Š _ ng.Hình 3.48 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng - Trường hợp hưhỏng 10% và 50% - Dạng dao động 142 _ << cc S11 kkkssessssseeHình 3.49 Dang dao động 1-2 của dầm hư hỏng 5% va không hư hong Hình 3.50 Dạng dao động 3-4 của dầm hư hỏng 5% va không hư hong Hình 3.51 Dang dao động 5 của dầm hư hỏng 5% và không hư hỏng Hình 3.52 Phẩn tram độ lệch tan số trường hợp hư hỏng ở vị trí cách gối tựa0.25 lần chiều dài dầm -¿-cc++ctt2rtt2ritrrrtrrrrirrrrrrrirrrrrrrrrrirrrirrrriioHình 3.53 Phương pháp độ cong dạng dao động << < s2Hình 3.54 Duong cong dạng dao động cho dang dao động Ï - 2 Hình 3.55 Duong cong dạng dao động cho dạng dao động 3-4 Hình 3.56 Duong cong dang dao động cho dạng dao động Š Hình 3.57 Đồ thị chân đoán với ba dạng dao động 1-2-3 - - -c+cscscseHình 3.58 D6 thị chân đoán với ba dạng dao động 1-2-3-4 -c-cccscsescseHình 3.59 D6 thị chân đoán với ba dạng dao động 1-2-3-4-5 - -sccscsescseHình 3.60 Kết quả chân đoán bằng phương pháp dựa trên năng lượng biếndạng - Dạng dao động Ï- 2 E222 1119999910111 1011010111111 vn 0555511 keHình 3.61 Kết quả chân đoán bằng phương pháp dựa trên năng lượng biếndang - Dang dao dOng 3-4 ắa ố

Trang 18

dạng - Dạng dao động 5 và dang dao động kết hợp l+2 - - 2 scs+s+s+¿ 62

Hình 3.63 Dạng dao động của dầm hư hỏng 10% và 50%- dang dao động l 64

Hình 3.64 Dạng dao động của dầm hư hỏng 10% và 50%- dang dao động 2 64

Hình 3.65 Dạng dao động của dầm hư hỏng 10% và 50%- dạng dao động 3 64

Hình 3.66 Dạng dao động của dầm hư hỏng 10% và 50%- dạng dao động 4 65

Hình 3.67 Dang dao động của dầm hư hỏng 10% và 50%- dạng dao động 5 65

Hình 3.68 Đồ thị phương pháp dựa trên sự thay đổi tần số 5s: 66Hình 3.69 Đồ thi thé hiện kết quả phương pháp độ cong dang dao động(Mode 5:20 1117 68

Hình 3.70 Phương pháp dựa trên độ cong dang dao động — dang dao động 1 68

Hình 3.71 Phương pháp dựa trên độ cong dang dao động — dạng dao động 2 68

Hình 3.72 Phương pháp dựa trên độ cong dang dao động — dang dao động 3 69

Hình 3.73 Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động — dạng dao động 4 69

Hình 3.74 Phương pháp dựa trên độ cong dang dao động — dang dao động 5 69Hình 3.75 D6 thị phương pháp dựa trên sự thay đối độ cứng, tan số - Trường

hợp hư hỏng 10% tại một vị trí cách gối (0.25, ¿- - k+E+ESESESEEEkEEckckekekeeeeeeeree 70Hình 3.76 D6 thị phương pháp dựa trên sự thay đổi độ cứng, tan số - Trường

hợp hư hỏng 10% tại một vị trí cách gối (0.25, ¿- - k+E+ESESESEEEkEEckckekekeeeeeeeree 71Hình 3.77 D6 thị phương pháp dựa trên sự thay đối độ cứng, tan số - Trường

hợp hư hỏng 10% tại một vị trí cách gối (0.25, ¿- - k+E+ESESESEEEkEEckckekekeeeeeeeree 71Hình 3.78 D6 thị phương pháp dựa trên sự thay đổi độ cứng, tan số - Trường

hop hư hỏng 50% tại một vị trí cách gối (0.25, -¿- - k+E+ESESESEEEEEEEkekekekereereeree 72Hình 3.79 D6 thị phương pháp dựa trên sự thay đổi độ cứng, tan số - Trường

Trang 19

hop hư hỏng 50% tại một vị trí cách gối (0.25, - k+E+ESESEEEEkEkckekekekeeeeeeeree 72

Hình 3.81 Phương pháp dựa trên năng lượng — Dạng dao động 1 73

Hình 3.82 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng — Dạng dao động 2 73

Hình 3.83 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng — Dang dao động 3 73

Hình 3.86 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng — Dang dao động 1+2¬- 74

Hình 3.87 Dạng dao động 1-2 - - cQ Q1 111112 1111 TS g1 ng 1 re 76Hình 3.88 Dang dao động 3-4 - T990 11v 1 HH2 1511 xke 76Hình 3.89 Dạng dao động 5 S1 HHS HT HT ng ng vn 76Hình 3.90 Đồ thị phan trăm độ lệch tan SỐ «5555 ScctESEEEEkEEEEeEerrkeerreeo 77Hình 3.91 Đồ thị phương pháp dựa trên đường cong dang dao động 78

Hình 3.92 Phương pháp dựa trên đường cong dạng dao động (Dạng dao độngbạlaiiiiiaiiadiidđddiiidađddâầ3ẮồỔŸỔÕỔÕỔÕỔÕỒỒẢ 79

Hình 3.93 Phương pháp dựa trên đường cong dạng dao động (Dạng dao độngmm 79

Hình 3.94 Phương pháp với ba dang dao động ]I-2-3 -<<<<<5 80Hình 3.95 Phuong pháp với bon dạng dao động 1-2-3-4 - - c+c+e+esesescse 80Hình 3.96 Phuong pháp với năm dang dao động 1-2-3-4-5 -<- 80Hình 3.97 Phương pháp dựa trên năng lượng bién dang - Dạng dao động 1 - 2¬- 81

Trang 20

¬— +1 81

Hình 3.99 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng - Dạng dao động 5 82

Hình 3.100 Dang dao động 1 - - - - << << G55 11 33333111111159993311 1111111 1 nga 84Hình 3.101 Dang dao động 2 - - -G G122 1111111 11 1111 11110 111 ng kg 84Hình 3.102 Dang dao động Ô - - - LG 10011111111 1111 11110 11 ng kg 84Hình 3.103 Dang dao động 4 o cece eeeeecccccccccccceesesseesssssceeeeeeecceeeeeesessessaeeeeeeeeeeeeeees 85Hình 3.104 Dang dao động 5 - - - - << GG G50 001111111111111999331 11111111 ng ng va 85Hình 3.105 Phuong pháp dựa trên sự thay đổi tần sỐ - 255cc S6Hình 3.106 Phương pháp dựa trên độ cong dạng dao động - - - - << 87Hình 3.107 Phuong pháp dựa trên độ cong dạng dao động - dạng dao động 1 88

Hình 3.108 Phuong pháp dựa trên độ cong dạng dao động - dạng dao động 2 88

Hình 3.109 Phuong pháp dựa trên độ cong dạng dao động - dạng dao dong 3 88

Hình 3.110 Phuong pháp dựa trên độ cong dạng dao động - dạng dao dong 4 89

Hình 3.111 Phuong pháp dựa trên độ cong dạng dao động - dạng dao động 5 89

Hình 3.112 Phương pháp dựa trên sự thay đối độ cứng va tan số -: 90

Hình 3.113 Phương pháp dựa trên sự thay đối độ cứng và tần số -: 90

Hình 3.114 Phương pháp dựa trên sự thay đối độ cứng và tan số -: 91

Hình 3.115 Phương pháp dựa trên năng lương biến dang — Dang dao động 1 9]

Hình 3.116 Phương pháp dựa trên năng lương biến dạng — Dang dao động 2 92

Hình 3.117 Phương pháp dựa trên năng lương biến dạng — Dạng dao động 3 92

Trang 21

Hình 3.127 Phương pháp dựa trên đường cong dạng dao động — Dạng dao905g 97

Hình 3.129 Kết quả chân đoán của Pandey và cộng sự [4]_ -5s5s+s+esescse 98Hình 3.130 Kết qua phương pháp dựa trên sự thay đối tần số - 98

Hình 3.131 Kết qua phương pháp dựa vào sự thay đối độ cứng và tần số 100

Hình 3.132 Kết quả phương pháp dựa vào sự thay đối độ cứng và tần số 100

Hình 3.135 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng — Dạng dao động 5 101Hình 3.136 Thông số mô hình dầm thực nghiệm của W.Hong, Z.S Wu va

CAC CONG SU, 2ZO12 [27] oo ÔỎ 103Hình 3.137 Thông số mô hình dam - + - + + 2 EE+E+E+E+E£EEEE+EeEeEErErEeEereei 105

Trang 22

Hình 3.139 Dam được mô phỏng trên ABAQUS 6.10 2-5+c+cscee 104Hình 3.140 Thông số về đặc tính phá hoại của bê tông (theo ABAQUS 6.10) 104Hình 3.141 Đồ thị biểu diễn giá trị Bang 3.28 và Bảng 3.29 106Hình 3.142 Thép được nhúng vào bê tông trong ABAQUS 6.10 106Hình 3.143 Vị trí vết nứt trường hợp 1 của dầm [27] ¿2 s-ss+s+s+s+xsesese 107Hình 3.144 Dam với hai vết nứt được mô phỏng trong mô hình: 107Hình 3.145 Gan vết nứt trong mô hình ABAQUS 6.10) 2 2-c+s+cscee 108Hình 3.146 Điểm lay giá trị chuyển vị trên dam ¿2-2 + +ce+e+xeesreei 108Hình 3.147 Tan số của dầm thi nghiệm được trình bày trong bai báo [27] 109Hình 3.148 Dạng dao động thứỨ 1 c5 5 221111 vn 109Hình 3.149 Dang dao động thứ 2 _ - 5E 2.29991111111111 1 vn ng 110Hình 3.150 Dang dao động thứ ổ_ - S111 1v vn ng 110Hình 3.151 Dang dao động thtt 4 ooo ccccssseccceseesnneceeeeeseenneeeeeeeseesseeeeeeeseeegs 110Hình 3.152 Dang dao động thứ Š_ 2.9911 1111 vn ng 111Hình 3.153 Dạng dao động thứ 1- 2 (Dam hư hong) 5-5 6+s+s+esescse 111Hình 3.154 Dạng dao động thứ 3- 4 (Dam hư hỏng) - 2-5 56+s+s+e+escse 111Hình 3.155 Dang dao động thứ 5 (Dam hư hỏng) << + +x+x+k+E+xeesesese 112Hình 3.156 Phẩn trăm độ lệch tân SỐ seeseesseesssesssesssssseesnsesneeseeesneesneenneesetenneenneeneees 112Hình 3.157 Kết quả phương pháp dựa trên đường độ cong dạng dao động va

kết quả bài báo [27] c-c- - - k x11 S19E9E5E E111 T111 11111111111 ng greg 113Hình 3.158 Kết qua phương pháp dựa trên đường độ cong dạng dao động —

In 30v 190900015089 Ang.Ÿ a 114

Trang 23

Dang dao dOng 3,4 (4 ae Hình 3.160 Kết qua phương pháp dựa trên đường độ cong dạng dao động —

Hình 3.161 Phương pháp dựa trên sự thay đôi độ cứng và tan số với ba dạng5518207522025 %ặ%.ÔHình 3.162 Phương pháp dựa trên sự thay đổi độ cứng va tan số với bốn dạngš5182/075200255 ašễeêê Hình 3.163 Phương pháp dựa trên sự thay đổi độ cứng và tần số với năm

Hình 3.164 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng - Dạng dao động 1-2

Hình 3.166 Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng - Dạng dao động 5và Dạng dao động kết hợp Ï+2 - «<< Sex E11 E5 EEEkEkrkrkrkekeed

Trang 24

Bang 3.1 Cac trường hop hư hỏng ứng với vi trí va mức độ hư hong 30Bang 3.2 Mô đun đàn hồi ứng với các trường hợp hư hỏng - 5-5 +s+ssss: 31Bang 3.3 Tan số các dang dao động của dầm hu hỏng va không hư hỏng -

Bang 3.6 Giá trị X⁄/.1C tương quan giữa các dạng dao động cua mô hìnhdam không hư hỏng và hư hỏng - - - E5 SE #EEEEESESEeEEkrkrkrereeeeed 35Bang 3.7 Tan số các dang dao động của dầm hư hỏng và không hư hỏng —

Trường hợp giảm độ cứng 10% và 50% tại một vị trí giữa dam - (Hz) 42Bang 3.8 Tan số góc các dạng dao động của dam hư hong và không hư hỏng

— Trường hợp giảm độ cứng 10% và 50% tại một vị trí giữa dam - (rad/s) 42Bang 3.9 Ma trận giá trị M⁄.4.C tương quan giữa các dạng dao động của dam

không hư hỏng va hư hỏng 10% ở vị trí phần tử giữa dầm - 2 5c: 46

Bang 3.10 Ma trận giá trị Ä/.1C tương quan giữa các dang dao động cua

dâm không hư hong và hư hỏng 50% ở vị trí phần tử giữa dầm - 46Bang 3.11 Tan số cho trường hợp hư hỏng 5% ở một vị trí cách géi tựa 0.25

lần chiều dai dầm — (HZ) G31 E19E9E5E5 E1 111 1 1 1 1111111111111 ceckrki 55Bang 3.12 Tan số góc cho trường hop hư hỏng 5% ở một vị trí cách géi tựa

0.25 lần chiều dài dầm — (ra(d/S) - - k9 E1 11181511111 rkeki 55Bang 3.13 Giá trị A⁄.4.C dầm không hư hong và dầm hư hỏng : 58Bang 3.14 Tan số theo các dang dao động dầm không hu hỏng va dam hư

Trang 25

hỏng 10% và 50% - (rad/S) 0000011 1111111111005 11111 11kg 232 63Bang 3.16 Giá trị Ä/.4.C trường hợp hư hỏng 10% - Vị trí cách gối 0.257 67Bang 3.17 Giá trị Ä⁄.4C trường hop hư hong 50% - Vị trí cách gối tựa

Bang 3.18 Tan số các dạng dao động của dầm hu hỏng và dâm không huHONG - (HZ) 0 75Bang 3.19 Tần số góc các dạng dao động của dầm hu hỏng va dầm không hu

Bang 3.20 Giá trị Ä⁄.4.C cho tương quan giữa các dang dao động của dầm huhỏng và dầm không hư hỏng, - 5 + SE EEEEEESESESEEEEkrkrkrkrkeerree 78Bang 3.21 Tan số các dạng dao động dầm không hu hỏng và dầm hư hỏng

10% Va SO% s2 83Bang 3.22 Giá tri tần số góc theo các dang dao động của dầm hư hỏng va

$i10115801000:10:1580r:1/2)0 PP .d a 83Bang 3.23 Ma trận giá trị M.4.C cho trường hop hư hong ở vi trí cách gối

tựa 0.25L và 0.5L— Trường hợp giảm 10% giá trị mô đun đàn hồi - 86Bang 3.24 Ma trận giá trị M.4.C cho trường hop hư hong ở vi trí cách gối

tựa 0.25L và 0.5L— Trường hợp giảm 50% giá trị mô đun đàn hồi 87Bang 3.25 Tan số theo các dang dao động dầm không hu hỏng va dam hư

NON 50% - (HZ) an a a 95Bang 3.26 Bang gia tri tần số do Pandey và cộng sự thiết lập được |4| 95Bang 3.27 Ma trận giá trị M.4.C cho các dạng dao động của dầm hư hỏng va

KhOng Hu hONY 22575 " 99Bang 3.28 Giá trị ứng xử nén của bê tông giai đoạn dẻo . -<<<< 105

Trang 26

Bang 3.30 Tan số dầm hư hỏng và không hư hỏng ở năm dạng dao động uốnBang 3.31 Giá trị A⁄.4.C cho tương quan giữa các dạng dao động của dầm huhỏng và dầm không hư hỏng, (5-5 + SE EEEEEESESESEEEEEkrkrkrkrkeeeree 113Bang 4.1 Bang tóm tắt các khả năng chan đoán của các phương pháp 124

Trang 27

: tần số dao động riêng của dầm không hư hỏng, Hz: tần số dao động riêng của dầm hư hỏng, Hz

: độ thay đối tan số, Hz: phan trăm độ thay đồi tan số: dang dao động thứ 7 của dầm không hư hỏng: dang dao động thứ i của dam hư hỏng

: ma trận độ cứng dầm không hư hỏng: độ cứng phan tử 7

: ma trận độ cứng dầm hư hỏng: trị riêng thứ 7 của dầm không hư hỏng: trị riêng thứ ¡ của dầm hư hỏng

: Ma trận khối lượng: vecto chuyên vị thứ 7 của dầm không hu hỏng: vecto chuyên vị thứ ¡ của dầm hu hỏng

: đường cong dạng dao động (Mode Shape Curvature): độ cứng dầm không hư hỏng

: chuyển vị theo phương thăng đứng ở phan tử thứ 7: chiều dài dầm

: nội lực dâm

Trang 28

: mật độ năng lượng của vết nứt: độ sâu vết nứt

: tong năng lượng đàn hồi của dầm không hư hỏng ở dạng daođộng thứ i

: mật độ năng lượng của dầm không hư hỏng: mật độ năng lượng của dầm hư hỏng

: độ cứng của dầm hư hỏng: hàm theo dạng dao động (Mode Shape): năng lượng dan hồi biến dạng ở dạng dao động thứ 7 phan tử

7 của dầm không hư hỏng: năng lượng dan hồi biến dạng ở dạng dao động thứ 7 phan tử

7 của dầm hư hỏng: chỉ số cho vùng hư hỏng k: gid trị trung bình cho chỉ số vùng hư hỏng: gia tri độ lệch chuẩn cho chỉ số vùng hư hỏng: hệ sô hư hỏng được chuân hóa

Trang 29

Chương 1

GIỚI THIỆU

1.1 ĐẶT VAN DETrong những thập niên gần đây, càng có nhiều công trình dân dụng va công nghiệpcó quy mô lớn xuất hiện, các công trình cũng có kết cấu phức tạp hơn như: tòa nhàKeangnam Hà Nội cao 336 m, tòa nhà Bitexco Financial Tower ở Hồ Chí Minh cao262.5 m, tòa nhà Buri Khalifa ở Dubai là công trình cao nhất thế giới với chiều cao828 m, ngoài ra còn có sân vận động quốc gia Bắc Kinh với kết cau như tổ chim,công trình cao 69.2 m với lượng thép kết cấu gần 36 km Có các kết cau luônđúng với thiết kế ban đầu, nhưng cũng có trường hợp kết cấu lại khác đi so với thiếtkế, một phần là do sự sai lệch trong quá trình thi công, mặc khác là do yếu tố tựnhiên bất ngờ như gió bão hay tác động của những lực động học khác, sự sai lệchđó dẫn đến những hư hỏng kết cau của công trình Do đó ngoài công tác xây dựngcơ bản cũng phải có sự theo dõi, bảo trì liên tục các kêt cau của công trình.

Việc theo dõi để chân đoán và phát hiện sớm những bất thường trên kết cấu củacông trình là điều thuận lợi để giúp chúng ta có thời gian sửa chữa, hay thay thếnhững kết cau hỏng, hạn chế mức thấp nhất hậu quả có thé xảy ra

Có nhiều phương pháp đánh giá phát hiện hu hỏng trên kết câu như: phương phápthí nghiệm phá hủy và phương pháp thí nghiệm không phá hủy; phương pháp thínghiệm phá hủy là phương pháp áp dụng trong các phòng thí nghiệm, tạo các kết

Trang 30

cầu giống thực tế và thực hiện các tác động trực tiếp lên kết cấu đó như gia tải, kéo,nén đến khi kết cấu bị phá hoại Phương pháp thí nghiệm không pháp hủy làphương pháp tiễn hành mô hình các kết câu như thực tế bang các phần mềm phan tửhữu hạn, để hạn chế chỉ phí và thời gian tạo mẫu Trong phương pháp thí nghiệmkhông phá hủy ta cũng phân ra nhiều phương pháp để đánh giá: như phương phápdong, sử dụng các đặc trưng dao động cua kết cấu kết hợp với thuật toán như thuậttoán phân tích sóng (Wavelet Analysis- Sy Dzung Nguyen, Kieu Nhi Ngo, 2013[35]); hay chi dựa vào các đặc trưng dao động (Vibration Characteristics) nhưR.D.Adams và cộng sự 1978 [1]; P Cawley và R D Adams, 1979 [2]; H Sato,1983 [3] va M M F Yuen, 1985 [4] ; các nhà khoa học đã sử dụng tần số tựnhiên của dao động dầm để tiễn hành các phương pháp chân đoán trên kết cấu.Ngày nay cùng với việc ứng dụng kỹ thuật vào tính toán, các kết quả của việc chân

đoán không phá hủy ngày càng nhanh và chính xác; như dựa vào kỹ thuật truyền tin(Wireless Network) ta có thé theo dõi hoạt động động lực học của kết cau, màkhông cần trực tiếp ở công trình, khi cần đánh gia một kết cấu, chỉ cần có tính hiệuđầu vào thu được từ các cảm biến dao động về tần số dao động riêng, gia tốc haychuyển vị do đó có thé theo dõi dé chân đoán kết cấu đang làm việc tốt hay xấutrong điều kiện môi trường thực tế, và có những hành động kịp thời khi có tìnhhuông xâu xảy ra.

Dưới đây là các hình ảnh về hư hỏng trên dầm (Hình 1.1 đến Hình 1.3)

Hình 1.1 Vết nứt hình thành trên dầm bê tông ở bãi đậu xe - Salt Lake City, Utah

Trang 31

Vét nut của Hình 1.1 do ảnh hưởng xâm phạm ăn mòn của muôi và nước.

Hình 1.2 Sự cô sập cầu vượt cao tốc Trung Lương (2009)Các thanh dầm của nhịp cầu (Hình 1.2) bị gãy do hiện tượng phá hủy dòn vì rạnnứt.

Hình 1.3 Các dầm cau bị gãy — nhịp cầu Thanh Trì Hà Nội (2010)Bốn thanh dầm nhịp cầu nối trụ 73 và trụ 74 của cầu Thanh Trì — Hà Nội (Hình 1.3)bi gay, nguyên nhân là do dam bị lệch khi đặt lên gối cao su của cầu Theo nhậnđịnh của Giáo sư Lê Văn Thưởng (Thành viên hội đồng nghiệm thu nhà nước — BáoVietnamplus.vn 23/04/2010): “Khi đặt dam bê tông lên trụ cau can dam bảo chínhxác điểm đặt trên gối cao su (không được đặt lệch), giúp cho dâm đứng thăng Khi

Trang 32

gối cao su bị lưu hóa do thời tiết, tinh đàn hồi giảm kết hợp việc đặt dâm lên gốichưa dam bảo chính xác nên dam bê tông đặt trên gối bị nghiêng, mắt ôn định”.

Hình 1.4 Cảm biến theo dõi hư hỏng trên dầm bê tông cốt thép [26]Cảm biến (Hình 1.4) được Varinder S Kanwar, Naveen Kwatra, Pankaj Aggarwalva Ramesh P Singh, 2010 [26] dùng trong thi nghiệm theo dõi hư hong trên dầm bêtông cốt thép

1.2 MỤC TIỂU CỦA LUẬN VĂNLuận văn nảy tiễn hành đánh giá, so sánh các phương pháp chan đoán hư hỏng chodam đơn giản dựa trên kết quả phân tích dao động

Trong luận văn thực hiện hai mô hình mô phỏng dầm: một là dầm được mô hìnhbang phan tử thanh trong không gian hai chiều và mô hình băng phần tử khối trongkhông gian ba chiều Các mô hình sẽ được mô phỏng các hư hỏng khác nhau về độlớn cũng như vị trí Sự khác biệt trong đề tài luận văn là mô hình được phân tíchbang phan tử khối trong không gian ba chiều Điều nay cho ta phân tích mô hình sátvới thực tê hơn, do có xét sự làm việc đồng thời của thép và bê tông.

Các nội dung của luận văn được thực hiện như sau:e Tiến hành mô phỏng dầm đơn giản một nhịp (Dam được mô phỏng băng

phân tử thanh trong không gian hai chiều) với vật liệu là bê tông, sau đó ápdụng các phương pháp chân đoán khác nhau dé phát hiện hư hỏng trên dầm

Trang 33

e Tiến hành mô phỏng dầm bê tông cốt thép đơn giản giống với thực tế bangphần mém mô phỏng phan tử khối trong không gian ba chiều, sau đó áp dụngcác phương pháp chan đoán khác nhau dé phát hiện hư hỏng xảy ra trên dầm.e Thực hiện đánh giá xem xét xem phương pháp nao là tốt nhất đối với việc

chuẩn đoán hư hỏng trên dầm.e Phân tích tính hiệu quả khi bai toán thực tế.1.3 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Cau trúc luận văn bao gồm 5 chương:e_ Chương 1 Giới thiệu: giới thiệu sơ lượt về dé tài, mục tiêu luận van, cau trúc

luận văn.e Chương 2 Cơ sở lý thuyết: giới thiệu các nghiên cứu trong nước và ngoài

nước và cơ sở lý thuyết của các phương pháp dùng trong đánh giá hư hỏng.e Chương 3 Các bài toán ứng dụng: giới thiệu các bài toán ứng dụng va kết

quả của bài toán khi áp dụng các phương pháp chan đoán.e Chương 4 Phân tích và đánh giá kết quả: nêu các nhận xét, phân tích và các

đánh giá về kết quả của các bải toán ứng dụng.e Chương 5 Kết luận và kiến nghị: nêu các kết luận và hướng phát triển của dé

tài.e Phan cuối là tài liệu tham khảo sử dụng trong luận văn va mã nguồn chương

trình MATLAB cho các phương pháp.

Trang 34

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYET

2.1 GIỚI THIỆU CHUNGMỗi kết câu trong điều kiện tự nhiên đều chịu sự dao động ở các mức độ khác nhauvà có các thông số đặc trưng như: tần số tự nhiên, dạng dao động, giá trị giảm

chan Khi xảy ra bất thường trong kết cấu, hay có hư hỏng ở một vi trí nào đó, các

tham số đặc trưng về dao động này sẽ thay đổi như: tần số riêng của hệ giảm, giá trịgiảm chân tăng, sự thay đôi dạng dao động Dựa vào sự thay đôi các tham số đặctrưng dao động trên ta có thé xác định được vùng có dau hiệu bất thường (hu hỏng)trong kết câu Nhiều nghiên cứu đã được tiễn hành bởi các nhà khoa học về lĩnh vựcnày.

2.1.1 TREN THE GIỚIVào những năm 1970 đến những năm đầu 1980 có nhiều bài báo tiêu biểu cho việcdò tìm vị trí hư hỏng trên kết cấu bằng cách đo tần số tự nhiên (Measurement ofNatural Frequency) của mẫu thử đã được đặt ra Một trong những nghiên cứu dò tìmhư hong là phương pháp do R.D.Adams va cộng sự 1978 [1]; P Cawley và R D.Adams, 1979 [2] đưa ra dự đoán khuyết tật với mẫu thí nghiệm tam nhôm phẳng.Tiếp nối với nghiên cứu lần lượt có các nghiên cứu của H Sato, 1983 [3] với việcđo tần số của dầm khi có sự thay đôi tiết diện bất ky va M M F Yuen, 1985 [4]:

Trang 35

dựa vào ứng xử động lực hoc cua dâm, ông su dụng giá trị tham sô tri riêng(Eigenparameters) cho chan đoán hư hỏng trên dầm công xôn bang nhôm.

Các thập niên gần đây, khoa học nghiên cứu về theo dõi kết cau phát triển mạnh,việc đưa ra các công thức chan đoán hay các phương pháp chan đoán hư hỏng,nhằm làm giảm giá thành trong phương pháp thí nghiệm phá hủy và thực hiện đượcnhanh hơn, việc chân đoán được rất nhiều nhà khoa học quan tâm, điển hình là:Pandey va Biswas, 1991 [5] sử dụng sự thay đối độ cong dạng dao động (ModeShape Curvature) qua các dang dao động dé chân đoán hu hỏng trên dam Robert Y.Liang và cộng sự, 1991 [6] thiết lập công thức dựa trên sự thay đổi tần số(Frequency Change) của dâm khi hư hỏng va không hư hỏng để xác định vị trí batlợi trên dầm Ostachowicz và M Krawezuk, 1991 [7] phân tích ảnh hưởng của vếtnut đông thời lên tân sô tự nhiên của dam công xôn khi dao động.

Các bài viết của Jialou Hu va Robert Y Liang, 1993 [8]: là tiêu biểu cho ý tưởngxét vết nứt trên dầm như một lò xo không trọng lượng (Massless Spring), ông đãđưa ra cách tính toán tần số của dầm khi có vết nứt xuất hiện và dựa vào tần số đódé chan đoán nguoc lai vi tri vết nứt trên dầm, bài toán sử dụng trên mẫu thí nghiệmdầm bê tông Ngoài ra còn có Nandwana, S K Maiti, 1997 [10]; O S Salawu,1997 [11]; E I Shifrin, R Routolo, 1999 [12]; M.N Cerri, 2000 [13]; D P Patil và5 K Maiti có hai nghiên cứu vào năm 2003 [17] va năm 2005 [21]; E Douka, G.Bammios, 2004 [20] cùng có những nghiên cứu về sử dung do lường tan số tự nhiêntrên dâm và sử dụng độ lệch tân sô dé xác định lại vi trí hư hỏng trên dam.

Tiếp theo những thành công về nghiên cứu chân đoán hư hỏng trên dam bang tân sốtự nhiên, cũng có những nhà khoa học phát triển theo một hướng khác là sử dụngdạng dao động (Mode Shape) của dầm khi dao động hay sử dụng phương pháp vềthay đôi dang dao động (Modal Assurance Criterion - A⁄.4.C ) Lars Rigner [15]; D.Fotsch, D J Ewins [16]; Randall J Allemang, 2003 [18]; Miroslav Pastor, MichalBinda, Tomas Harcarik, 2012 [29] đã sử dung phương pháp thay đôi dang dao động(Modal Assurance Criterion — M.4.C ) dé đánh giá su tương quan giữa các dạng dao

Trang 36

động của cùng một mô hình hay giữa những mô hình với nhau Jeong Tae Kim,Yeon Sun Ryu và cộng sự, 2003 [19]; Y J Yan, L Cheng, 2007 [22]; Jialai Wang,Pizhong Qiao, 2008 [23]: dựa trên sự thay đổi về dạng dao động (Mode Shape) củadam giữa các dạng dao động khác nhau dé chan đoán hu hỏng.

Norris Stubbs va Jeong Tae Kim, 1995 [9]; Phillip Cornwell và cộng sự, 1997 [14]là những người dau tiên áp dụng phương pháp năng lượng biến dang (Modal StrainEnergy Based) vào chan đoán hu hỏng trên dam cau và phát triển cho các kết caukhác; Jeong Tae Kim, 2010 [25] và Dixit, Hanagud, 2011 [27] áp dụng phươngpháp năng lượng biến dạng cho dầm đơn giản; Ming-Hui-Hu, 2012 [32] thí nghiệmphát hiện hư hỏng trên phan tử tam dựa vào phương pháp năng lượng biến dạng: S.M Seyedpoor, 2012 [30] đã sử phát triển phương pháp năng lượng biến dạng chochân đoán hư hỏng trên khung dàn thép

W Hong, Z S Wu, C Q Yang, 2012 [28] đã sử dụng cam bién do bién dang(Macro-Strain Sensor) đặt ở đáy dầm dé do biến dang của dầm trong qua trình daodong, gia tri cam biến thu được sẽ được tinh toán dé đò tim những hư hỏng nếu cótrên dầm Phương pháp cũng đã được các ông kiểm chứng trên dầm bê tông cốt thépthực nghiệm.

Cùng năm đó Liheng Wang, Xiyuan Zhou, 2012 [31] cũng đã thí nghiệm dò tìm hưhỏng của dầm bê tông cốt thép dựa trên những thay đôi về đặt tính động lực học.Phương pháp của ông và các cộng sự cũng được kiểm chứng lại trên dầm bê tôngcốt thép được gia tải tăng dần để tạo hư hỏng

2.1.2 TẠI VIET NAM

Ngoài các nghiên cứu ngoài nước, trong nước cũng có các nghiên cứu của các tácgiả như:

Lê Xuân Hàng và Nguyễn Thị Hiển Luong, 2009 [24] đã dùng phương pháp độngkết hợp với thuật toán Genetic Algorithm dé dò tìm hư hỏng trên dầm, nghiên cứuđược thí nghiệm trên dầm công xôn cho kết quả dự đoán tốt các vết nứt xuất hiện

Trang 37

Duc Duy Ho cùng Jeong Tae Kim, 2012 [33] đã nghiên cứu dự đoán lực căng trướccủa bê tông ứng lực trước bằng đặc trưng dao động (Vibration Characteristics) vàphương pháp đồng nhất (System Identification — SID).

Phương pháp sử dụng trở kháng để dò tìm hư hỏng trên dầm cũng được Duc DuyHo cùng với Jeong Tae Kim, 2013 [34] thực hiện va cho kết quả thực nghiệm trêndam nhôm công xôn.

Sy Dzung Nguyen, Kieu Nhi Ngo và cộng sự, 2013 [35] cũng dựa vào phương phápđộng và kết hợp với thuật toán Wavelet Analysis và Adaptive Fuzzy NeuralStructure để tiến hành chân đoán hư hỏng trên dầm, phương pháp được áp dụngthực nghiệm trên giàn thép.

Đề mô phỏng ứng xử dầm gần đúng như thực tế, các nhà khoa học đã dùng nhiềuphan mém khác nhau để mô phỏng dầm bê tông cốt thép, điển hình là các phanmềm như ANSYS, ABAQUS, ARTETA mỗi phần mềm đều có những ưu điểmvà khuyết điểm riêng, trong đó phan mềm ABAQUS là phần mềm trực quang sinhđộng nhất

Trong luận văn này để thu được các tính hiệu đặc trưng dao động của kết cau màkhông qua thí nghiệm phá hủy, ta dùng mô hình phan tử hữu hạn dé mô phỏng kếtcầu hư hong va không hư hong; chương trình được sử dụng là phần mềm SAP2000và phan mềm ABAQUS 6.10 ([36] [37] [38]) Dé giả định việc hư hỏng trên kếtcau, ta giảm độ cứng ở những phan tử trên dầm đối với các mô phỏng bang phan tửthanh trong không gian hai chiều, và thực hiện gán vết nứt trong dầm bằng mô hìnhphan tử khối trong không gian ba chiều, sau đó dùng phan mềm MATLAB để giảiquyết thuật toán cũng như vẽ đồ thị các kết quả dự đoán

Khi có một hư hỏng xảy ra trên dầm, giá tri độ cứng tại vi tri đó sẽ giảm di Va đểthiết lập hư hỏng trên dầm bằng phần mềm SAP2000, ta giảm độ cứng ở vị trí ta giảđịnh Nhưng với sự nghiên cứu của M.M.F.Yuen, 1985 [4] cho ta thay đổi giá trịmô đun đàn hôi trên dâm, mức độ của hư hỏng phụ thuộc vào mức độ giảm mô đun

Trang 38

đàn hồi Phương pháp này chỉ yêu cầu thay đối đặc tính mô đun đàn hồi mà khôngcần phải thay đổi tiết diện dầm dé tạo ra phan tử hư hỏng mới.

2.1.3 TÍNH CÂN THIẾT CỦA NGHIÊN CỨUĐã có rất nhiều nghiên cứu ngoài nước và trong nước về lĩnh vực theo dõi, chânđoán hư hỏng trên các kết cấu dựa vao kết quả phân tích dao động Các phươngpháp chân đoán thường áp dụng trên dầm được mô phỏng băng phân tử thanh trongkhông gian hai chiều, và gán một vật liệu nhất định là bê tông hay thép Nhưngtrong thực tế, kết cầu dầm bê tông cốt thép luôn có ứng xử qua lại giữa bê tông vàcốt thép, quan hệ giữa bê tông và cốt thép sẽ gây ra độ nhiễu nhất định cho cácphương pháp chân đoán hư hỏng

Do đó ngoài việc đánh giá, xem xét lại tính hiệu quả của các phương pháp chanđoán trên dầm đơn giản được mô phỏng băng phần tử thanh trong không gian haichiều, thì ta cần đánh giá thêm hiệu quả của các phương pháp đó, khi áp dung lênphan tử dam được mô phỏng bằng khối trong không gian ba chiều

Luận văn này sẽ giúp ta nghiên cứu thêm vẻ các van dé trên.2.2 CƠ SỞ LÝ THUYET

2.2.1 PHƯƠNG PHÁP DỰA TREN SỰ THAY DOI TAN SO (FREQUENCYCHANGE - BASED DAMAGE DETECTION METHOD)

2.2.1.1 Giới thiệu phương phápPhương pháp dựa trên đặc trưng dao động của kết cau dầm là tan số tự nhiên, vớidâm hư hỏng và không hư hỏng khi dao động ta đều thu được các tần số dao độngriêng như R.D.Adams và cộng sự 1978 [1]; P Cawley, R D Adams 1979 [2]; O.S.Salawu 1997 [11] Khi kết cấu hư hỏng thì tần số dao động riêng nhỏ hơn tần số củakết cau không hư hỏng, dựa vào sự thay đổi đó, ta đánh giá được sự hư hỏng củadam.

Trang 39

2.2.1.2 Công thức đánh giáGọi tần số dao động riêng của dầm không hư hỏng là f và tần số dao động riêng

của dầm hư hỏng là f Mức độ thay đôi tần số được đánh giá như sau:

M=f-f (2.1)

Mf% = (Lz 100% (2.2)

⁄Trong đó:

Af : là độ thay đổi tan số.Af% : là phan trăm độ thay đổi tan số.Dựa vào giá trị độ thay đổi tan số (Af ) và phan trăm độ thay đổi tan số (Af% ) ởcác dạng dao động, ta vẽ đồ thị thể hiện quan hệ phan tram su thay đổi tan số vớicác dạng dao động (Hình 2.1) Nhờ đó ta có thể đánh giá sự hư hỏng trong mô hình(nếu có hư hỏng trong mô hình thì giá trị phan tram độ thay đổi tan số (Af% ) sẽkhác 0).

Phương pháp này nhanh và đơn giản để xác định có sự hư hỏng xảy ra trong dâm.2.2.1.3 Trình tự thực hiện

e Thu các giá trị tần số ( ƒ và 7) từ kết quả phân tích dao động của dầm không

hư hỏng và dầm hư hỏng.e Áp dụng công thức (2.2) dé tính phan tram độ thay đổi tần số trong dam.e Vẽ hình dé thể hiện mỗi quan hệ giữa phdn trăm độ thay doi tan số (Af%)

và các dạng dao động (Hình 2.1) Ta chỉ xét năm dạng dao động uốn đầutiên của kết quả phân tích dao động

e Giá trị phan trăm độ lệch tan số (Af%) ở các dạng dao động đều khác 0(Hình 2.1), chứng tỏ dầm có hư hỏng

Trang 40

2.2.2.1 Giới thiệu phương phápPhương pháp dựa trên sự thay đối dạng dao động (Modal Assurance Criterion -

M.A.C ) được giới thiệu bởi Lars Rigner [15]; D Fotsch và cộng sự [16]; Randall J.Allemang 2003 [18]; Miroslav Pastor và cộng sự 2012 [29]; 4.4.C (ModalAssurance Criterion) là một thống kê chỉ thi sự tương đồng giữa các mô hình, haygiữa các dạng dao động khác nhau của hai mô hình.

Giá trị ⁄.4.C nhận các giá trị giữa 0 va 1, với giá trị 0 ta có sự không tương đồnghay không phù hợp của các dạng dao động và giá trị bằng 1 chỉ ra sự phù hợp hoàntoàn của các dạng dao động Ta có thể biểu thi 21a trị M.A.C bang ma trận số

fifofsfa fs

fifofs

fa

Tiêu đề	Đánh giá một số phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu dầm từ kết quả phân tích dao động
Tác giả	Do Ngoc Trieu
Người hướng dẫn	TS. Ho Duc Duy
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Tp.HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật xây dựng
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	170
Dung lượng	38,38 MB