Nhận dạng tổn hao lực căng trong kết cấu dầm bê tông cốt thép ứng suất trước từ kết quả phân tích dao động

Tóm tắt: Nội dung nghiên cứu của luận văn là nhận dạng tổn hao lực căng trong kết cấu dầm bê tông cốt thép ứng suất trước (BTCTƯST). Trong đó, phương pháp tối ưu “giải thuật tiến hóa khác biệt” (Differential Evolution-DE) được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình phần tử hữu hạn (PTHH) dựa vào sự thay đổi các đặc trưng dao động. Từ kết quả thí nghiệm và hiệu chỉnh mô hình, trạng thái mất ứng suất trước trong dầm được dự đoán. Trình tự thực hiện nội dung trên bao gồm các bước sau: - Mô phỏng sự làm việc của dầm BTCTƯST bằng phần mềm ABAQUS và hiệu chỉnh các thông số mô hình theo từng trạng thái ứng suất trước cho đến khi tần số dao động hội tụ. - Xác định tần số dao động của dầm theo mô hình PTHH đã hiệu chỉnh. Dựa vào phân tích hồi quy tuyến tính xác định được tần số mô hình của dầm ở trạng thái không ứng suất trước. - Dựa vào tần số tự nhiên đo được và tần số mô hình ở trạng thái không ứng suất trước, kết hợp với biểu thức quan hệ lực ứng suất trước và tần số tự nhiên trong dầm xác định được trạng thái mất ứng suất trước của dầm. - Rút ra kết luận về những công việc đã thực hiện. Nêu lên những hướng phát triển đề tài

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỔ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TRẦN THIỆN HIẾU NHẬN DẠNG TỔN HAO LỰC CĂNG TRONG KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC TỪ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số ngành: 60.580.208 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ Chí Minh_8/2017 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Hè Đức Duy Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Ngô Hữu Cường Cán chấm nhận xét 2: TS Châu Đình Thành Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM, ngày 23 tháng 08 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh gỉấ luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Chu Quốc Thắng TS Nguyễn Hồng Ân PGS TS Nguyễn Văn Hỉếu PGS.TS Ngô Hữu Cuồng TS Châu Đình Thành Xắc nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Thiện Hiếu MSHV: 1570038 Ngày, tháng, năm sinh: 20-05-1992 Nơi sinh: Tây Ninh Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dụng công trình dân dụng cơng nghiệp Mã ngành: 60580208 I TÊN ĐỀ TÀI: Nhận dạng tổn hao lực căng dầm bê tông cốt thép ứng suất trước từ kết phân tích dao động II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1) Thiết lập mối tuơng quan tần số dao động tự nhiên lực căng cáp dầm bê tơng cốt thép ứng suất truớc 2) Mơ hình phần tử hữu hạn dầm bê tông cốt thép ứng suất truớc phần mềm ABAQUS So sánh kết phân tích dao động từ mơ hình thí nghiệm 3) Xây dựng phương pháp hiệu chỉnh mơ hình phân tử hữu hạn giải thuật tiến hóa khác biệt dựa vào thay đổi đặc trưng dao động 4) Dựa vào kết tần số thực nghiệm kết tần số mơ hình hiệu chỉnh, xác định trạng thái ứng suất dầm 5) Rút kết luận công việc thực Nêu lên hướng phát triển đề tài III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 1/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆMVỤ: 6/2017 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Hồ Hữu Chỉnh TS Hồ Đức Duy Tp HCM, ngày thảng năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Hồ Hữu Chỉnh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG NGÀNH TS Hồ Đức Duy PGS.TS Bùi Công Thành TRƯỞNG KHOA KĨ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS Nguyễn Minh Tâm ỉỉ LỜI CẢM ƠN Lời xỉn chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn TS Hồ Hữu Chỉnh Thầy TS Hồ Đức Duy, thầy tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Với cá nhân tôi, tận tâm bảo thầy hình ảnh người thầy đáng kính nghiệp giáo dục Tôi xin cảm ơn Ban giảm hiệu Trường đại học Bách khoa Tp HCM, thầy cô truyền đạt kiến thức phương pháp học tập Đó kiến thức khơng thể thiểu đường nghiên cứu khoa học công việc sau Tôi xin cảm ơn giúp đỡ bạn bè, anh chị học viên khố 2015 Sau cùng, tơi muốn tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân ln động viên tình thần, tạo điều kiện giúp đỡ nhiều suốt thời gian học tập thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2017 Trần Thiện Hiếu ỉỉỉ TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Nội dung nghiên cứu luận văn nhận dạng tổn hao lực căng kết cấu dầm bê tông cốt thép ứng suất trước (BTCTƯST) Trong đó, phương pháp tối ưu “giải thuật tiến hóa khác biệt” (Differential Evolution-DE) sử dụng để hiệu chỉnh mơ hình phần tử hữu hạn (PTHH) dựa vào thay đổi đặc trưng dao động Từ kết thí nghiệm hiệu chỉnh mơ hình, trạng thái ứng suất trước dầm dự đốn Trình tự thực nội dung bao gồm bước sau: - Mô làm việc dầm BTCTƯST phần mềm ABAQƯS hiệu chỉnh thơng số mơ hình theo trạng thái ứng suất trước tần số dao động hội tụ - Xác định tần số dao động dầm theo mơ hình PTHH hiệu chỉnh Dựa vào phân tích hồi quy tuyến tính xác định tần số mơ hình dầm trạng thái khơng ứng suất trước - Dựa vào tần số tự nhiên đo tần số mơ hình trạng thái khơng ứng suất trước, kết hợp với biểu thức quan hệ lực ứng suất trước tần số tự nhiên dầm xác định trạng thái ứng suất trước dầm - Rút kết luận công việc thực Nêu lên hướng phát triển đề tài iv ABSTRACT The main objective of tins study is to identify the loss of prestress-force in prestressed concrete (PSC) beam In this study, the optimization method of Differential Evolution (DE) is employed to adjust the finite element (FE) model based on changes in dynamic characteristics Then, the states of prestress loss in the PSC beam are assessed from experimental results and the updated FE model In order to acheive the objective, the following approaches are implemented: - Simulate a PSC beam by ABAQƯS software and adjust model’s parameters to the natural frequencies of FE model are converging to experimnetal ones - Identify the PSC beam’s structural parameters based on the updated FE model The natural frequencies of beam in the zero-prestress state are detrmined by analyzing linear regression processes - Identify the prestress loss in the PSC beam from changes in natural frequencies - Draw main conclusions of the sudy and recommend ideasfor further research LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, ngoại trừ số liệu kết tham khảo từ cơng trình nghiên cứu khác ghi rõ luận văn, công việc cá nhân thực hướng dẫn TS Hồ Hữu Chỉnh TS Hồ Đức Duy Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố nghiên cứu khác Tác giả luận văn Trần Thiện Hiếu vi MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.2 Nội dung nghiên cứu ố 1.3 Tính cần thiết ứng dụng thực tiễn nghiên cứu ố 1.4 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi 2.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 10 2.3 Tổng kết 11 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 3.1 Thiết lập biểu thức tương quan lực căng cáp tần số tự nhiên 12 3.2 Kỹ thuật hiệu chỉnh mơ hình PTHH 17 3.3 Phương pháp tối ưu hóa kết hóa 17 3.4 Giải thuật tiến hóa khác biệt (Differential Evolution-DE) 19 3.4.1 Quá trình tạo dân số ban đầu 19 3.4.2 Quá trình đột biến 20 3.4.3 Quá trình lai tạo 21 3.4.4 Quá trình lựa chọn 22 3.4.5 Sơ đồ giải thuật DE 23 CHƯƠNG 4: CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG .24 4.1 Bài toán áp dụng 24 4.1.1 Thơng số tốn .24 vii 4.1.2 Mơ tả thí nghiệm 24 4.1.3 Kết thí nghiệm 26 4.2 Mơ hình phần tử hữu hạn 29 4.2.1 Mô dầm BTCTƯST 29 4.2.2 Mô dầm BTCTƯST 32 4.3 Hiệu chỉnh mơ hình PTHH .34 4.4 Kết hiệu chỉnh mơ hình 38 4.4.1 Trường hợp T= 117.7 kN 38 4.4.2 Trường hợp T=98.1 kN 40 4.4.3 Trường hợp T=78.5 kN 43 4.4.4 Trường hợp T=58.9 kN 45 4.4.5 Trường hợp T=39.2 kN 48 4.4.6 Kết thông số sau hiệu chỉnh thuật toán DE 51 4.5 Thiết lập mối tương quan lực ứng suất biến thông số 52 4.4 Tần số dao động trạng thái không ứng suất trước 58 4.5 Dự đoán trạng thái ứng suất trước 61 4.6 ứng dụng thực tiễn toán 67 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 5.1 Kết luận 70 5.2 Kiến nghị 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU • Bảng 4.1 Kết tần số dao động tự nhiên 26 Bảng 4.2 Các thông số ban đầu 32 Bảng 4.3 Các thông số hiệu chỉnh 34 Bảng 4.4 Độ nhạy thông số hiệu chỉnh 35 Bảng 4.5 Thông số hiệu chỉnh giải thuật tiến hóa 36 Bảng 4.6 Sai số hiệu chỉnh trường hợp T=117.7kN 38 Bảng 4.7 Sai số hiệu chỉnh trường hợp T=98.1kN .41 Bảng 4.8 Sai số hiệu chỉnh trường hợp T=78.5kN .43 Bảng 4.9 Sai số hiệu chỉnh trường hợp T=58.9kN .46 Bảng 4.10 Sai số hiệu chỉnh trường hợp T=39.2kN 49 Bảng 4.11 Kết tần số sau hiệu chỉnh DE .51 Bảng 4.12 Giá trị thông số sau hiệu chỉnh DE .51 Bảng 4.13 Giá trị tương đối thông số sau hiệu chỉnh DE 51 Bảng 4.14 Các thơng số mơ hình sau hiệu chỉnh 56 Bảng 4.15 Giá trị tương đối thông số sau hiệu chỉnh 56 Bảng 4.16 Sai số hiệu chỉnh trường hợp T=117.7kN 57 Bảng 4.17 Kết tần số dao động mơ hình PTHH 58 Bảng 4.18 Các thông số mơ hình ttạng thái khơng ứng suất trước 59 Bảng 4.19 Tần số tự nhiên theo phương trình thực nghiệm .59 Bảng 4.20 Dự đoán ứng suất trường hợp Tref=117.7KN 62 Bảng 4.21 Dự đoán ứng suất trường hợp Tref=117.7KN 63 62 Nhận xét: - Đồ thị biểu diễn giá trị tần số theo mơ hình PTHH hiệu chỉnh cho kết sai số nhỏ so với thí nghiêm Đối với dao động thứ 0.17%-0.47%, dạng dao động thứ 0.25%-1.19% Kết cho thấy trình hiệu chỉnh mơ hình PTHH đánh giá xác tần số dao động tự nhiên dầm - Khi tăng lực căng cáp, giá trị tần số tự nhiên tăng trường hợp mơ thí nghiệm Vì thế, lực căng cáp tần số cố mối quan hệ đồng biến với Giá trị lực căng cáp lớn, tần số cao - Với mơ hình PTHH sau hiệu chỉnh phương trình thực nghiêm ta tìm hai giá trịtần số dầm trạng thái không ứng suất trước: /1 =22.584 (flz) ,f2 =97.104 {Hz) 4.5 Dự đoán trạng thái ứng suất trước Trạng thái ứng suất trước dầm BTCT ứng suất trước đánh giá theo phương trình sau: Sự thay đổi tương đối lực ứng suất trước ! Tref - (Tref - Tlos ) ! Tref ] trạng thái tham chiếu trạng thái ứng suất trước {Tlos) đánh giá cách đo tần số dao động tự nhiên thứ n tương ứng ttạng thái tham chiếu fn rej ttạng thái ứng suất trước fn ỉos Trong đề tài này, lựa chọn Trẹf=\VJ.lkN trạng thái tham chiếu, reỊ- = 23.12Hz dạng dao động thứ /2,rẹf = 102.54/fe dạng dao động thứ hai Bước tiếp theo, hai tần số dao động tự nhiên ttạng thái không ứng suất trước trích xuất từ mơ hình PTHH hiệu chỉnh với sáu thông số rút từ sáu biểu thức quan hệ sau: = 22.584Hz