nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây

Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ MỤC LỤC Nội dung Trang Mục lục Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu ñề tài Phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu ñề tài Cấu trúc luận văn Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc cầu hệ dây giới Việt Nam 1.1 Mục đích quan trắc cầu hệ dây 1.2 Tình hình ứng dụng hệ thống quan trắc SHM giới 10 1.3 Tình hình ứng dụng hệ thống quan trắc SHM Việt Nam 16 1.3.1 Hệ thống SHM ñã ñược lắp ñặt 16 1.3.2 Hệ thống SHM chuẩn bị ñược lắp ñặt Việt Nam 24 Chương 2: Nghiên cứu nội dung quan trắc cầu hệ dây tiêu chuẩn kỹ thuật cảm biến ñầu ño 29 2.1 Nội dung quan trắc 29 2.1.1 Quan trắc phản ứng kết cấu 30 2.1.1.1 Quan trắc dầm chủ 31 2.1.1.2 Quan trắc dây văng 32 2.1.1.3 Quan trắc cột tháp 33 2.1.1.4 Quan trắc chuyển vị tổng thể cầu 34 2.1.2 Quan trắc yếu tố môi trường 35 2.1.2.1 Quan trắc gió 35 2.1.2.2 Quan trắc nhiệt độ 37 2.1.2.3 Quan trắc mưa 39 Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ 2.1.2.4 Quan trắc ñộng ñất 40 2.1.3 Quan trắc giao thơng 41 2.1.3.1 Hệ thống cân đếm xe tự ñộng WIM 41 2.1.3.2 Phương pháp theo dõi giao thông hình ảnh 42 2.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật cảm biến ño 42 Chương 3: Nghiên cứu cấu trúc hệ thống quan trắc SHM 47 3.1 Hệ thống cảm biến (Sensors) 48 3.2 Hệ thống thu nhận truyền liệu 61 3.2.1 Hệ thống thu nhận liệu 61 3.2.2 Hệ thống truyền dẫn liệu 64 3.3 Hệ thống xử lí liệu 67 3.3.1 Khối quản lý liệu 67 3.3.2 Khối xử lý số liệu 67 Chương 4: Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc SHM cầu hệ dây 71 4.1 Nghiên cứu quy trình thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây 71 4.2 Thiết kế hệ thống GPS hệ thống SHM Cầu Cần Thơ 72 4.2.1 Các giá trị thiết kế cầu 73 4.2.1.1 Chuyển vị ñiểm ño GPS theo vận tốc gió thiết kế 73 4.2.1.2 Chuyển vị ñiểm ño GPS theo tải trọng ñộng 74 4.2.1.3 Chuyển vị ñiểm ño GPS theo hiệu ứng nhiệt 75 4.2.2 ðề xuất lựa chọn phương án thiết kế hệ thống quan trắc SHM 76 4.2.3 Thiết kế hệ thống quan trắc GPS hệ thống SHM 78 Kết luận kiến nghị 86 Tài liệu tham khảo Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Tên bảng Trang Bảng 1.1: Hệ thống 20 cầu lớn Trung Quốc ñược trang bị hệ thống SHM 12 Bảng 1.2: Hệ thống quan trắc cầu Kiền giai đoạn thi cơng 17 Bảng 1.3: Hệ thống quan trắc cầu Kiền giai ñoạn khai thác 17 Bảng 1.4: Hệ thống quan trắc cầu Rạch Miễu 19 Bảng 1.5: Hệ thống quan trắc cầu Bãi Cháy giai đoạn thi cơng 22 Bảng 1.6: Hệ thống quan trắc cầu Bãi Cháy giai ñoạn khai thác 22 Bảng 1.7: Hệ thống quan trắc cầu Cần Thơ 24 Bảng 1.8: Các thiết bị cảm biến hệ thống SHM cầu Nhật Tân 27 Bảng 2.1: Nội dung quan trắc cầu hệ dây 29 Bảng 2.2: Các số liệu ño ñạc xe yêu cầu ñối với hệ thống WIM 41 Bảng 2.3: Tiêu chuẩn cảm biến ño tác ñộng môi trường 43 Bảng 2.4: Tiêu chuẩn cảm biến theo dõi ñáp ứng kết cấu 44 Bảng 2.5: Tiêu chuẩn cảm biến theo dõi phân tích giao thông 45 Bảng 2.6: Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống GPS quan trắc cầu 45 Bảng 4.1: Chuyển vị tính tốn điểm GPS theo vận tốc gió thiết kế 73 Bảng 4.2: Chuyển vị tính tốn ñiểm GPS tải trọng ñộng 74 Bảng 4.3: Chuyển vị GPS theo hiệu ứng nhiệt (Nhiệt ñộ tăng) 75 Bảng 4.5: Các phương án cảm biến cho hệ thống 77 Bảng 4.6: ðặc tính kỹ thuật ño GPS 78 Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ Tên hình Hình 1.1: Tiện ích cơng tác quan trắc cầu Trang Hình 1.2: Cầu Sunshine Skyway (Florida, US) 11 Hình 1.3: Cầu Faro ( ðan Mạch) 13 Hình 1.4: Cầu Pereira-Dos Quebradas (Columbia) 14 Hình 1.5: Cầu Rion-Antition (Hi Lạp) 14 Hình 1.6: Cầu Akashi Kaiyo (Nhật Bản) 15 Hình 1.7: Cầu dây văng Stonecutters (Hồng Kơng) 15 Hình 1.8: Cầu Kiền 16 Hình 1.9: Hình ảnh cầu Rạch Miễu 18 Hình 1.10: Bố trí thiết bị quan trắc cầu Rạch Miễu 18 Hình 1.11: Thiết bị quan trắc lắp ñặt trụ tháp (1) neo cáp (2) 19 Hình 1.12: Cầu Bãi Cháy 21 Hình 1.13: Bố trí thiết bị quan trắc cầu Bãi Cháy 21 Hình 1.14: Cầu Cần Thơ 24 Hình 1.15: Bố trí thiết bị quan trắc cầu Cần Thơ 25 Hình 1.16: Sơ đồ bố trí trạm thu nhận xử lí liệu quan trắc cầu Cần Thơ 26 Hình 1.17: Phối cảnh cầu Nhật Tân 26 Hình 1.18: Bố trí thiết bị quan trắc cầu Nhật Tân 27 Hình 2.1 Bố trí cảm biến đo dao ñộng riêng dây văng 33 Hình 2.2: Biểu ñồ gió cao độ mặt cầu nhịp cầu TsingMa 36 Hình 2.3: Phổ gió hỗn loạn cao ñộ mặt cầu bão (cầu Tsing Ma) 37 Hình 2.4: Sự biến thiên nhiệt ñộ dầm chủ nhiệt độ khơng khí (cầu Tsing Ma) Hình 2.5: Sự biến thiên lực căng cáp chủ nhiệt ñộ trung bình tháng (cầu 38 39 TsingMa) Hình 2.6: Bố trí cảm biến đo chấn động địa chấn 40 Hình 3.1: Sơ ñồ hệ thống quan trắc giai ñoạn khai thác 48 Hình 3.2: Thiết bị GPS hãng Trimble 49 Hình 3.3: Sơ đồ vị trí lắp đặt GPS cầu Ting Kau 50 Hình 3.4: Sơ đồ vị trí lắp đặt GPS cầu Cần Thơ 50 Hình 3.5: Biểu ñồ chuyển vị- thời gian quan trắc GPS (cầu Tsing Ma) 51 Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ Hình 3.6: Cảm biến đo gió cánh quạt siêu âm 52 Hình 3.7: Cảm biến đo nhiệt 53 Hình 3.8: Một số loại camera theo dõi giao thông 54 Hình 3.9 Ngun lý cấu tạo thiết bị từ tính 54 Hình 3.10: Một số cảm biến đo dao động 55 Hình 3.11: Bố trí cảm biến đo chuyển vị khe co giãn (cầu Ting Kau) 56 Hình 3.12: Thiết bị Loadcell bố trí Loadcell đo lực cáp dây văng 57 Hình 3.13: Nguyên lý cảm biến sợi quang FOS 58 Hình 3.14: Một số ví dụ cảm biến sợi quang FOS 58 Hình 3.15: Lắp đặt cảm biến FOS thu nhận liệu ño 58 Hình 3.16: Hộp cảm biến đo biến dạng FBG 59 Hình 3.17: Lắp đặt cảm biến đo biến dạng FBG cầu TsingMa 59 Hình 3.18: Cảm biến đo chấn động địa chấn MS2002+ (hãng SYSCOM) 60 Hình 3.19: Vị trí khối thu nhận liệu 60 Hình 3.20: Sơ ñồ khối phần cứng hệ thống quan trắc 62 Hình 3.21: Nguyên lý truyền liệu cấu tạo sợi cáp quang 65 Hình 3.22, 3.23: Hình mẫu sóng gia tốc phổ lượng 68 Hình 3.24: Hiển thị chuyển vị tức thời: dầm chủ, cáp chủ đỉnh tháp 68 Hình 3.25: Hiển thị chuyển vị theo thời gian dầm chủ 69 Hình 3.26: ðAH dầm chủ đo GPS 69 Hình 4.1: Quy trình thiết kế hệ thống quan trắc 72 Hình 4.2: Bố trí chung thiết bị quan trắc cầu Cần Thơ 77 Hình 4.3: Sơ đồ đo GPS tổng thể 79 Hình 4.4: Bố trí GPS thiết bị khác mặt cầu 80 Hình 4.5: Bộ thu GPS mặt cầu 81 Hình 4.6: Bố trí ño 82 Hình 4.7: Chi tiết hệ ñỡ ño GPS đỉnh tháp 83 Hình 4.8: Máy thu GPS đáy trụ tháp 84 Hình 4.9: Tương quan đơn vị đo đơn vị trạm 85 Hình 4.10: Trạm Base GPS số phòng quản lý 86 Hình 4.11: Trạm sở GPS số bệ cọc cầu tháp 87 Hình 4.12: Móng cọc cho trạm Base GPS 88 Hình 4.13: Chi tiết bệ cọc trạm ño GPS 88 Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ PHẦN MỞ ðẦU Tính cấp thiết đề tài: Việt Nam đất nước có vị trí địa lý đặc thù với khí hậu nhiệt đới gió mùa địa hình nhiều khe núi, sơng, suối Vì vậy, phát triển cơng nghệ xây dựng sở hạ tầng, cơng nghệ xây dựng cầu phát triển mạnh mẽ ñể phục vụ cho yêu cầu thực tiễn Kết cấu cầu hệ dây lựa chọn nhiều kết cấu cầu ñã ñược ứng dụng Việt Nam đáp ứng yêu cầu mặt kiến trúc, thẩm mỹ, kỹ thuật (chiều dài nhịp, trọng lượng), v.v… ði kèm với phát triển đó, cơng tác đảm bảo an tồn cho cầu hệ dây ñược ñặt nhiệm vụ bắt buộc xây dựng cầu Trên giới, hệ thống SHM (Structural Health Monitoring) ñã ñược nghiên cứu từ lâu (khoảng 20 năm nay) hầu hết cầu hệ dây ñều ñược lắp hệ thống cách hồn chỉnh Tuy nhiên, Việt Nam có 10 cầu dây văng dây võng ñã ñược xây dựng, có cầu lắp đặt hệ thống SHM cầu Rạch Miễu chưa hồn chỉnh (khơng có phần mềm đánh giá tình trạng cơng trình qua số liệu quan trắc), cầu lại số cầu chuẩn bị lắp hệ thống cầu Cần Thơ, cầu Bãi Cháy, cầu Nhật Tân ñều chuyên gia nước ngồi thực Hệ thống SHM lắp đặt cầu hoạt ñộng liên tục theo suốt tuổi đời cầu, thiết phải có chun gia chuyên sâu theo dõi thường xuyên trình sử dụng hệ thống, phát triển hệ thống ñể hệ thống có tuổi thọ cao nhất, sử dụng ñơn giản phù hợp ñáp ứng việc ñánh giá kết cấu cầu hiệu theo ñúng mục tiêu ñề từ ñó chế tạo hệ thống hiệu ðể tiếp cận dần với mục tiêu chung đó, đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây” ñược thực với mục đích đưa quy trình thiết kế thích hợp chặt chẽ, góp phần kiểm sốt chất lượng hệ thống làm cho kết quan trắc Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ hệ thống phản ánh tình trạng kết cấu ngồi thực tế Và khâu khơng thể thiếu việc chế tạo hệ thống quan trắc SHM cho cầu hệ dây Mục tiêu nghiên cứu ñề tài: Nghiên cứu nội dung quan trắc cầu hệ dây, tiêu chuẩn kỹ thuật ñầu ño cấu trúc hệ thống SHM, từ đưa quy trình thiết kế hệ thống SHM cho cầu hệ dây Phương pháp nghiên cứu: - Áp dụng phương phát nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế phương pháp nghiên cứu thống kê Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc SHM cho cầu dây văng, dây võng Nội dung nghiên cứu ñề tài: - Nghiên cứu mục tiêu quan trắc liên tục cầu hệ dây, từ xác ñịnh nội dung quan trắc lựa chọn thiết bị quan trắc phù hợp (các loại sensor, loại DAU chuyển ñổi liệu, ñường truyền liệu, lưu trữ, quản lý liệu…) - Nghiên cứu thiết kế hệ thống GPS hệ thống quan trắc cho cầu dây văng Việt Nam Cấu trúc luận văn: Luận văn có phần sau: Mở đầu: Nêu tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc cầu dây giới Việt Nam 1.1 Mục đích quan trắc cầu dây 1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc cầu hệ dây Thế giới 1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc cầu hệ dây Việt Nam 1.3 Nhận xét Chương 2: Nghiên cứu nội dung quan trắc cầu dây tiêu chuẩn kỹ thuật cảm biến ñầu ño Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ 2.1 Nội dung quan trắc 2.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật cảm biến ño Chương 3: Cấu trúc hệ thống SHM 3.1 Hệ thống cảm biến 3.2 Hệ thống thu nhận liệu, truyền liệu 3.3 Hệ thống xử lý số liệu Chương 4: Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc SHM cầu hệ dây 4.1 Nghiên cứu quy trình thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây 4.2 Thiết kế hệ thống GPS hệ thống SHM Cầu Cần Thơ 4.2.1 Các giá trị thiết kế cầu 4.2.2 ðề xuất lựa chọn phương án thiết kế hệ thống quan trắc SHM 4.2.3 Thiết kế hệ thống quan trắc GPS hệ thống SHM Kết luận kiến nghị Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC CẦU DÂY TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 MỤC ðÍCH QUAN TRẮC CẦU DÂY Mục đích cơng tác quan trắc cải thiện hiểu biết ứng xử kết cấu hư hỏng tiềm ẩn kết cấu tác động bên ngồi Từ đó, hiệu chỉnh công tác thiết kế xây dựng cầu để làm giảm thiểu hư hỏng xảy q trình khai thác cơng trình Hình 1.1: Tiện ích cơng tác quan trắc cầu Một hệ thống SHM (Structural Helth Monitoring) - hệ thống quan trắc kết cấu cơng trình hồn chỉnh cơng trình cầu bao gồm: sensor quan trắc phản ứng kết cấu, quan trắc môi trường, quan trắc tình trạng giao thơng, hệ thống truyền liệu trung tâm lưu trữ, phân tích xử lý số liệu Tùy điều kiện cơng trình khả tài mà xây dựng quy mơ hệ thống SHM thích hợp phân kỳ đầu tư xây dựng Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ Hệ thống SHM cầu hệ dây cung cấp thông tin theo thời gian ñiều kiện thực tế trạng thái kết cấu cầu q trình xây dựng Ví dụ, việc ño ñạc ứng suất, chuyển vị vị trí đặc trưng trụ tháp, dầm cầu cung cấp thơng tin tính an tồn kết cấu trường hợp có gió mạnh Và việc đo chuyển vị theo phương ñứng hay phương ngang dầm cầu giúp ñiều chỉnh phân ñoạn ñúc hay lắp ráp đốt dầm thi cơng Ngồi ra, ñại lượng ño ñược so sánh với giá trị tính tốn lý thuyết nhằm xem xét giả thiết phương pháp áp dụng thiết kế ñã phù hợp với thực tế hay chưa Hầu hết cảm biến lắp đặt thi cơng cầu, sau tiếp tục sử dụng để quan trắc trình khai thác cầu Các giá trị đo thi cơng giá trị tham khảo quan trọng quan trắc cầu giai ñoạn khai thác Việc hiểu biết ñầy ñủ giá trị đo trạng thái cơng trình giúp người kỹ sư ñưa ñịnh ñúng ñắn liên quan ñến việc sử dụng bảo dưỡng cầu suốt q trình khai thác Tóm lại, giai ñoạn xây dựng mục ñích quan trắc là: ñánh giá chất lượng thi cơng theo hồ sơ thiết kế; đảm bảo an tồn cho cơng trình Trong giai đoạn khai thác, mục đích quan trắc là: hiệu chỉnh giả thiết tham số thiết kế; phát bất thường tải trọng tác ñộng ñáp ứng kết cấu cầu; đánh giá mức độ an tồn cơng trình; cung cấp liệu cho việc bảo trì sửa chữa cơng trình; đánh giá tính hiệu cơng tác bảo trì sửa chữa cơng trình 1.2 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC SHM TRÊN THẾ GIỚI Tại nước phát triển Mỹ, Nhật, Canada, cảm biến hệ quan trắc ñược ñơn vị thi công lắp ñặt từ giai ñoạn xây lắp liên tục thu thập truyền số liệu hệ thống xử lí trung tâm Sau hồn thành cơng trình, cảm biến ñược bàn giao lại cho ñội ngũ quản lí vận hành trình khai thác cầu Hệ thống tiếp tục hoạt ñộng ghi lại liệu giai ñoạn Nhờ có sở liệu ñầy ñủ liên tục cập nhật, người quản lý cầu nắm xác giá trị lực căng dây văng, ñộ võng, ñộ biến dạng, ñộ nghiêng trụ tháp, tốc độ gió v.v…tại thời điểm Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 10 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ 4.2.2 ðề xuất lựa chọn phương án thiết kế hệ thống quan trắc SHM Như ñã nêu chương trước, việc sử dụng nhiều cảm biến đòi hỏi ñầu tư lâu dài tốn Do vậy, việc bố trí cảm biến cho cầu Cần Thơ dựa mục đích biện pháp đo cụ thể, xem xét đặc tính kết cấu, điều kiện mơi trường tự nhiên, tính khả dụng liệu, ñộ tin cậy cảm biến, dự án ñã thực hiện, kèm theo việc xem xét góc độ kinh tế Các yếu tố sau cần ñược xác ñịnh ñiều kiện tiên cho việc bố trí thiết bị cảm biến Nó cần xem xét từ phương diện kỹ thuật kinh tế theo mục đích ðồng thời, cần dựa kinh nghiệm hệ thống SHMS ñã ñược áp dụng giới ứng dụng ña dạng cảm biến đo đạc Các mục tiêu hệ thống SHMS cho cầu Cần Thơ: 1) Càng nhiều thiết bị ñược lắp ñặt dẫn ñến việc cần có nhiều đầu tư hiệu thực khơng mong đợi Vì vậy, cần phải có cân đối chi phí với chủng loại số lượng thiết bị/cảm ứng ñể ñánh giá cho phù hợp hiệu tối ưu 2) Chất lượng kết quan trắc phải ñược phản ánh mục đích quan trắc Vì vậy, cần thiết phải có u cầu thích hợp nhiệm vụ loại thiết bị để thu ñược kết khả quan, cho phép tận dụng hiệu vấn đề mục đích hệ thống, bố trí phù hợp thiết bị cảm biến, bao gồm ñộ bền hệ thống sau ñưa vào vận hành 3) Các kết thu phải có độ tin cậy kể ñiều kiện thời tiết khắc nghiệt 4) Các ñối tượng đo đạc kiểm tra thiết bị cầm tay kỹ sư kiểm định bố trí độc lập với hệ thống SHMS 5) Các ñối tượng ño ñạc, mà liệu thu thập khơng cần thiết phải đánh giá thời gian dài, khơng thiết phải đưa thành phận cấu thành SHMS Từ tiêu chí trên, đưa phương án cảm biến cho hệ thống sau: Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 76 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ Bảng 4.5: Các phương án cảm biến cho hệ thống Sau phân tích, phương án lựa chọn phương án 2A 2A hệ thống tối thiểu gồm cảm biến thích hợp việc quan trắc liên tục với giá thành chi phí tối thiểu kết hợp hài hòa với cơng tác kiểm tra định kỳ Tuy nhiên, phương án khơng đánh giá dao động cáp văng dầm Do đó, bổ sung thêm: Thiết bị GPS thượng lưu hạ lưu mặt cầu ñể thẩm tra thiết kế mục đích khác Gia tốc kế cố định cáp dài nhằm kiểm tra lực kéo dây cáp thời ñiểm cần thiết Bổ sung cặp nhiệt vào mối nối dầm hộp dầm thép dầm hộp Bổ sung thiết bị ño biến dạng bên sàn thép xung quanh tim cầu Hình 4.2: Bố trí chung thiết bị quan trắc Cầu Cần Thơ 1) GPS 2) Thiết bị ño gió 3) Thiết bị ño nhiệt ñộ 4) Thiết bị ño mưa 5) Camera quan sát 6) Thiết bị ño gia tốc cầm tay Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 77 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ 4.2.3 Thiết kế hệ thống GPS hệ thống quan trắc SHM: ðây nội dung quan trọng cần nhiều chuyên gia chuyên môn khác nhau, làm khối lượng khác theo sơ ñồ Trong phần giới thiệu nội dung thiết kế hệ thống GPS hệ thống chủ ñạo hệ SHM cầu Cần Thơ ví dụ minh họa [7] Bảng 4.6 nghiên cứu lựa chọn ñầu thu GPS cho hệ SHM cầu cần Thơ Bảng 4.6: ðặc tính kỹ thuật ño GPS Sản phẩm A Sản phẩm B Sản phẩm C Tóm tắt - Phân tích số thực (20Hz) - Phân tích số thực - Phân tích số thực điểm quan trắc - Phân tích tĩnh học - Phân tích tĩnh học - Phân tích tĩnh học ñiểm ñiều khiển - Phân tích ñồng - Phân tích xoay chiều - Phân tích xoay chiều ðặc tính Hệ thống đơn giản hóa Phân tích deta Phân tích deta tự phân tích khác GPS GPS liệu chưa xử lý máy tính ðặc điểm kỹ thuật tần_GNSS tần_GNSS tần_GNSS Sai số mặt 5mm+0.5ppm ±5mm+0.5ppm RMS 3+0.5ppmxDmm Sai số ñộ cao 10mm+0.5ppm ±5mm+1ppm RMS 10+1ppmxDmm Sai số mặt 10mm+1ppm ±10mm+1ppm RMS 10+1ppmxDmm Sai số ñộ cao 20mm+1ppm ±20mm+1ppm RMS 20+1ppmxDmm Mở rộng Phiên phần mềm ñến Phụ thuộc vào Phụ thuộc vào ðộ xác: tĩnh học ðộ xác RTK năm ðánh giá o o Bảng nghiên cứu lựa chọn GPS Sản phẩm A ñược lựa chọn phân tích số thực cần thiết cho quan sát đáp ứng động gió thổi mạnh, mà tạo cách phân tích tĩnh học cần thiết để quan sát bình thường hoạt tải hiệu ứng nhiệt Sau chọn ñược cụ thể loại đầu thu GPS, vị trí lắp đặt GPS, hệ thống DAU thu nhận liệu GPS, ñường chuyền GPS chi tiết hệ thống lắp ñặt ñược thể vẽ ñây Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 78 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Hình 4.3: Sơ ñồ ño GPS tổng thể Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 79 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ + Bộ ño GPS mặt dầm cầu: Trong thiết bị đó, đo GPS cần phải xác cao; đo GPS lắp đặt cầu đặt riêng biệt mặt cầu, ñộ cao cột ñỡ ñược thiết kế 2.5 m từ mặt cầu ñể có sức chịu búa đầm ðiểm đặt GPS ðiểm đặt GPS Cáp nối GPS ðiểm ñặt GPS ðiểm ñặt GPS Cáp nối GPS Hình 4.4: Bố trí GPS thiết bị khác mặt cầu Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 80 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Hình 4.5: Bộ thu GPS mặt cầu Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 81 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ + Bộ ño GPS ñỉnh tháp Bắc: - Máy thu GPS dự ñịnh lắp dựa thiết bị khác ñỉnh tháp ðộ cao GPS ñược thiết kế 2.5m từ mặt bê tơng đỉnh tháp để tránh độ lệch sáng trực tiếp hay gián tiềp ảnh hưởng cọc ñèn theo sơ ñồ sau; máy thu ñược ñặt cao tường tháp ñể nhận ñược sóng radio ổn định Hình 4.6: Bố trí đo Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 82 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ GPS đỉnh tháp Hình 4.7: Chi tiết hệ ñỡ máy thu GPS ñỉnh tháp Cảm biến từ GPS ñược kết nối trực tiếp với ống thép Cáp từ hệ ñỡ ñược kết nối qua lỗ khoan mở + Máy thu GPS trạm base GPS ñáy trụ tháp: Các thiết bị xung quanh phần ñáy trụ tháp bao gồm máy thu GPS ñược lắp ñặt trụ trạm GPS ñược lắp ñặt bệ cọc cần cẩu tháp gần trụ tháp Bắc Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 83 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ Máy thu GPS lắp ñặt ñáy trụ tháp ñược lắp ñặt ñáy bờ hạ lưu để nhận sóng radio từ vệ tinh GPS ðộ cao hai máy thu GPS ñược ñặt theo sơ ñồ sau Hình 4.8: Máy thu GPS ñáy trụ tháp Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 84 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ Bệ cọc cẩu tháp gần tháp Bắc dùng làm móng cho trạm đo GPS bệ cọc thi cơng dựa bệ cọc bê tơng tổng thể hệ đỡ trọng lượng cẩu tháp Vì thế, bệ cọc đủ khả làm vị trí cố định cho trạm đo ổn ñịnh, bán vĩnh cửu Cáp cảm biến ñược kết nối mạch ñiện sử dụng nhựa dẻo gần lỗ khoan cho tháp + Trạm Base GPS: ðể tăng mức độ xác cho việc đo chuyển vị dùng cho mạng lưới GPS, máy thu ñược lắp ñặt trạm Base vị trí cố định đặt chéo sơ đồ - Trạm Base 1: Trên bệ cọc cầu tháp phía ðơng Nam Tháp Bắc - Trạm Base 2: Bờ Nam văn phòng quản lý, xây dựng mống cọc Hình 4.9: Tương quan đơn vị ño ñơn vị trạm Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 85 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Hình 4.10: Trạm Base GPS số phòng quản lý Trạm Base GPS ñược ñặt văn phòng quản lý ñể tránh tác ñộng môi trường chống trộm Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 86 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ GPS BASE NO.01 Hình 4.11: Trạm Base GPS số bệ cọc cầu tháp Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 87 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ Trạm Base GPS ñược kê Chiều dài cọc ñặt trạm base 120m, khoan sâu qua tầng ñá gốc 35m ñá cứng, ñược sử dụng bán vĩnh cửu Chiều dài cọc mống cho trạm Base GPS ñược ñịnh dựa kết khảo sát ñịa chất thực khu vực cầu Lớp S3 bao gồm tầng ñất tốt, chiều dài cọc khoảng 120m Hình 4.12: Móng cọc cho trạm Base GPS Hình 4.13: Chi tiết bệ cọc trạm Base GPS Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 88 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ðánh giá chung Trong năm gần ñây, cầu dây văng ñược xây dựng nhiều Việt Nam, việc nghiên cứu làm chủ hệ thống SHM cần thiết ðể có hệ thống SHM hồn chỉnh, hiệu quả, cần có nhiều chuyên gia lĩnh vực khác như: chuyên gia kết cấu, chuyên gia ñiện, ñiện tử, chuyên gia ño ñạc vệ tinh, chuyên gia tín hiệu, chuyên gia ñều phải nắm ñược vấn ñề liên quan ñến hệ thống lĩnh vực khác Việc thiết kế hệ thống SHM cần thực theo ñúng quy trình kết cấu cầu khác có thơng số khác u cầu đảm bảo an tồn khác Khi thực cơng tác thiết kế SHM thiết phải nắm vững liên hệ thông số thiết kế, tiêu kỹ thuật loại sensor hệ thống thu truyền liệu để tránh khơng đồng hệ thống Khi lắp ñặt GPS hệ thống SHM cần lưu ý đến phạm vi góc mở thu tín hiệu, giá trị ban ñầu trạng thái “o” giá trị cảnh báo theo ñiều kiện thực cầu Kiến nghị Cần có nhiều nghiên cứu lĩnh vực mong ñơn vị quản lí tạo điều kiện để đưa nghiên cứu vào thực tế sản xuất từ có ñiều kiện kiểm nghiệm phát triển công nghệ Hướng phát triển tiếp ñề tài nghiên cứu nhận dạng tình trạng cơng trình qua số liệu quan trắc Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 89 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây Luận văn thạc sỹ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Bùi Xn Ngó, Báo cáo tóm tắt đề tài cấp Bộ 2009-2011, mã số DT 093015: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống quan trắc theo thời gian thực (liên tục) số tiêu kỹ thuật cho cầu dây văng giai ñoạn khai thác”, Viện Khoa học Công nghệ GTVT,2011 [2] GS.TS Lê ðình Tâm, Cầu dây văng, NXB Khoa học kỹ thuật, 2000 [3] GS.TS Nguyễn Viết Trung, Cở sở quan trắc cơng trình cầu thi cơng khai thác, NXD Xây dựng, 2010 [4] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN-272-05, NXB Giao thông vận tải, 2011 [5] PGS.TS Nguyễn Viết Trung, Chẩn đốn cơng trình cầu, NXB Xây dựng, 2003 [6] ThS Bùi Xuân Học, Báo cáo tổng kết ñề tài cấp Bộ mã số DT064006: “ Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc cơng trình cầu dây võng, dây văng Việt Nam”, Viện Khoa học Công nghệ GTVT [7] Hồ sơ thiết kế hệ thống quan trắc kết cấu cầu Cần Thơ Tháng 7/2010 [8] Hồ sơ thiết kế kỹ thuật cầu Kiền [9] Hồ sơ bố trí thiết bị quan trắc kết cấu cầu Rạch Miễu Tháng 5/2006 [10] Hồ sơ thiết kế hệ thống quan trắc cầu Bãi Cháy [11] Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học quốc tế, Cơng nghệ địa tin học quản lý sở hạ tầng, Trường ðH GTVT, 2012 [12] TS Hồ Thị Lan Hương, ðánh giá tình hình ứng dụng hệ thống quan trắc cầu dây văng cầu dây võng Việt Nam, ðH GTVT, 2012 [13] GS.TS Hitoshi Yamada, Báo cáo tóm tắt quan trắc cầu, Trường ðH Quốc gia Yokohama (YNU) [14] GS.TS Hiroshi Katsuchi, Quan trắc cầu nhịp lớn, Trường ðH Quốc gia Yokohama (YNU) [15] PGS.TS Mayuko Nishio, Quan trắc ñánh giá tình trạng kết cấu cơng trình cầu, Trường ðH Quốc gia Yokohama (YNU) [16] TS Sanae Wakamatsu Miyazaki; Noriaki Hayashi, Hệ thống đo hoạt tải tự động cơng nghệ WIM đảm bảo an tồn kết cầu hạ tầng ñường Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 90 ... Hệ thống xử lý số liệu Chương 4: Nghiên cứu thiết kế hệ thống quan trắc SHM cầu hệ dây 4.1 Nghiên cứu quy trình thiết kế hệ thống quan trắc cầu hệ dây 4.2 Thiết kế hệ thống GPS hệ thống SHM Cầu. .. Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc cầu dây giới Việt Nam 1.1 Mục đích quan trắc cầu dây 1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc cầu hệ dây Thế giới... án thiết kế hệ thống quan trắc SHM 76 4.2.3 Thiết kế hệ thống quan trắc GPS hệ thống SHM 78 Kết luận kiến nghị 86 Tài liệu tham khảo Lê Minh Ngọc – Cao học Cầu Hầm K16 Nghiên cứu thiết kế hệ thống