Bài viết mô phỏng số để chẩn đoán tổn hao lực ứng suất trước trong vùng neo cáp của kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước sử dụng đáp ứng trở kháng cơ-điện được giới thiệu.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 14 (3V): 1–11 CHẨN ĐOÁN TỔN HAO LỰC ỨNG SUẤT TRƯỚC TRONG VÙNG NEO CÁP SỬ DỤNG ĐÁP ỨNG TRỞ KHÁNG CƠ-ĐIỆN Lưu Trần Hữu Tína,b , Huỳnh Thanh Cảnhc,d , Lê Thanh Caoa,b,e , Lê Văn Phước Nhâna,b , Hồ Đức Duya,b,∗ a Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, 268 đường Lý Thường Kiệt, quận 10, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam b Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam c Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Duy Tân, 254 đường Nguyễn Văn Linh, Đà Nẵng, Việt Nam d Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Cao, Trường Đại học Duy Tân, 254 đường Nguyễn Văn Linh, Đà Nẵng, Việt Nam e Khoa Xây dựng, Trường Đại học Nha Trang, đường Nguyễn Đình Chiểu, quận Vĩnh Thọ, TP Nha Trang, Khánh Hòa, Việt Nam Nhận ngày 06/06/2020, Sửa xong 25/06/2020, Chấp nhận đăng 14/07/2020 Tóm tắt Trong báo này, mơ số để chẩn đốn tổn hao lực ứng suất trước vùng neo cáp kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước sử dụng đáp ứng trở kháng cơ-điện giới thiệu Đầu tiên, lý thuyết đáp ứng trở kháng cơ-điện sử dụng cảm biến PZT (Lead Zirconate Titanate) số đánh giá hư hỏng dựa vào thay đổi đáp ứng trở kháng trình bày Tiếp theo, mơ hình phần tử hữu hạn cho vùng neo cáp dầm bê tông cốt thép ứng suất trước mô phần mềm ANSYS Các trường hợp hư hỏng khảo sát tổn hao lực ứng suất trước dầm tương ứng với mức độ khác Độ tin cậy kết mô kiểm chứng việc so sánh với kết thực nghiệm Cuối cùng, số đánh giá hư hỏng xác định nhằm cảnh báo tổn hao lực ứng suất trước dầm Kết từ nghiên cứu cho thấy phương pháp trở kháng đạt hiệu cao việc chẩn đoán tổn hao lực ứng suất trước vùng neo cáp Từ khoá: cảm biến PZT; chẩn đoán kết cấu; lực ứng suất trước; trở kháng cơ-điện; vùng neo cáp IDENTIFICATION OF PRESTRESS-LOSS IN CABLE-ANCHORAGE SYSTEM USING ELECTROMECHANICAL IMPEDANCE RESPONSES Abstract In this paper, a numerical simulation for identification of prestress-loss in cable-anchorage system using electromechanical impedance responses is presented Firstly, the theories of electro-mechanical impedance responses using PZT sensor (Lead Zirconate Titanate) and the damage indexes based on the change of the impedance responses are introduced Secondly, a finite element model of prestressed concrete beam’s cable-anchorage system is simulated by using ANSYS software The loss of prestress force is investigated with various levels The reliability of the numerical results is verified by comparison to pre-published experimental results Finally, the damage indexes are determined to identify the prestress-loss in beam The results from this study show that the impedance-based damage identification method is high effectiveness for monitoring the prestress-loss in cable-anchorage system Keywords: cable-anchorage system; electro-mechanical impedance; prestress force; PZT sensor; structural health monitoring https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(3V)-01 © 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: hoducduy@hcmut.edu.vn (Duy, H Đ.) Tín, L T H, cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Giới thiệu Ngày nay, với phát triển vượt bậc khoa học, kỹ thuật cơng nghệ, cơng trình xây dựng lớn với kết cấu đại hình thành Tuy nhiên, việc xuất sai sót, hư hỏng q trình thi cơng, khai thác sử dụng cơng trình điều khơng thể tránh khỏi Điều không gây tác động không tốt đến độ an tồn tuổi thọ cơng trình mà cịn gây ảnh hưởng đến sống người Vì vậy, theo dõi chẩn đốn kết cấu thường xuyên việc làm cần thiết để phát kịp thời hư hỏng đưa giải pháp xử lý, gia cường, sửa chữa hợp lý Việc trực tiếp phát hư hỏng kết cấu mắt thường gần không khả thi Do vậy, lĩnh vực theo dõi chẩn đoán sức khỏe kết cấu (SHM: Structural Health Monitoring) hình thành phát triển nhằm nghiên cứu chẩn đốn kỹ thuật cơng trình [1, 2] Trong nửa kỷ vừa qua, nhiều phương pháp chẩn đoán kết cấu nghiên cứu ứng dụng Trong đó, phương pháp chẩn đoán sử dụng đáp ứng trở kháng cơ-điện phương pháp có tính hiệu cao phát kịp thời hư hỏng từ lúc hình thành mà khơng cần phải phá hủy kết cấu Phương pháp trở kháng lần giới thiệu Liang cs vào năm 1994 [3] Sau đó, số nhóm tác giả khác nghiên cứu đề xuất số cảnh báo hư hỏng sử dụng đáp ứng trở kháng; ví dụ như: số RMSD (Root Mean Square Deviation) [4], số CC (Correlation Coefficient) [5], số CCD (Correlation Coefficient Deviation) [6] số MAPD (Mean Absolute Percentage Deviation) [6] Hơn nữa, phương pháp trở kháng áp dụng thành công nhiều loại kết cấu khác như: kết cấu dàn [4], kết cấu mỏng [7], kết cấu thép [8], kết cấu bê tông [9], vùng neo dầm bê tông ứng suất trước [10], kết cấu bê tơng có gia cường FRP [11] Trong lĩnh vực xây dựng, kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước sử dụng phổ biến Đối với loại kết cấu này, lực ứng suất trước mục tiêu quan trọng cần theo dõi chẩn đoán nhằm đảm bảo độ an toàn cho kết cấu Từ nhu cầu thực tế đặt kế thừa nghiên cứu trước, mục tiêu báo giới thiệu phương pháp chẩn đoán tổn hao lực ứng suất trước vùng neo cáp sử dụng đáp ứng trở kháng cơ-điện Đầu tiên, sở lý thuyết phương pháp trở kháng bốn số đánh giá hư hỏng (CC, CCD, RMSD, MAPD) dựa vào thay đổi đáp ứng trở kháng trình bày Tiếp theo, mơ hình phần tử hữu hạn vùng neo cáp dầm bê tông cốt thép ứng suất trước mô phần mềm ANSYS Trong mơ hình, tổn hao lực ứng suất trước xem xét với ba mức độ khác 20%, 40%, 60% Độ tin cậy kết mô kiểm chứng với kết thực nghiệm Cuối cùng, số đánh giá hư hỏng tính tốn phân tích để xác định tổn hao lực ứng suất trước dầm Phương pháp trở kháng 2.1 Đáp ứng trở kháng cơ-điện Trong năm gần đây, vật liệu áp điện ngày sử dụng phổ biến rộng rãi lĩnh vực SHM Ưu điểm loại vật liệu nhẹ, rẻ, đa có nhiều hình dạng khác Vật liệu áp điện hoạt động theo nguyên lý cảm ứng hai chiều tác dụng học tác dụng điện trường, vừa sử dụng cảm biến để ghi nhận biến dạng kết cấu, vừa thiết bị truyền động để kích thích kết cấu Theo phương pháp trở kháng, cảm biến vật liệu áp điện PZT (Lead Zirconate Titanate), với kích thước nhỏ khối lượng nhẹ nên khơng ảnh hưởng đến làm việc bình thường kết cấu, dán lên bề mặt vùng cần chẩn đoán hư hỏng kết cấu Cảm biến PZT kết nối với nguồn điện xoay chiều máy thu xử lý tín hiệu Dịng điện Tín, L T H, cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng kích thích từ nguồn phản ứng lại dạng tín hiệu điện; sau xử lý quy đổi thành tín hiệu trở kháng Sự tương tác cơ-điện cảm biến PZT kết cấu thể Hình Theo đó, kết cấu miêu tả đặc trưng khối lượng (m), độ cứng (k), hệ số cản (c) điều kiện biên Trong đó, cảm biến PZT miêu tả mạch điện với hiệu điện điều hịa (V) cường độ dịng điện (I) Hình Mơ hình tương tác cơ-điện PZT kết cấu [3] Độ dẫn nạp cơ-điện Y(ω) hàm số kết hợp trở kháng kết cấu Z s (ω) trở kháng cảm biến PZT Za (ω) diễn tả công thức sau [3]: tan kl p w p l p σ Za (ω) 2 E E e − d31 Y11 + Y(ω) = jω d Y (1) t p 33 Za (ω) + Z s (ω) 31 11 kl p Y(ω) = I/V độ dẫn nạp cơ-điện, đại lượng nghịch đảo trở kháng cơ-điện Z(ω); w p , l p , t p chiều rộng, chiều dài chiều dày cảm biến PZT; d31 số áp điện E = (1 + jη)Y E mô đun đàn hồi PZT điện trường 0; PZT ứng suất 0; Y11 11 σ eσ33 = (1 − jδ)e33 số điện dung PZT; η δ hệ số mát cản hệ số mát E số bước sóng; ρ khối lượng riêng điện môi PZT; k = ω ρ/Y11 Nếu kết cấu xem hệ bậc tự do, trở kháng kết cấu Z s (ω) biểu diễn công thức sau: k (2) Z s (ω) = mω j + c − j ω Công thức (2) cho thấy trở kháng kết cấu hàm số phụ thuộc vào đặc trưng động lực học khối lượng, độ cứng hệ số cản Do đó, thay đổi đặc trưng động lực học (được xem hư hỏng) dẫn đến thay đổi đáp ứng trở kháng cơ-điện; ngược lại sử dụng thay đổi đáp ứng trở kháng cơ-điện để đánh giá thay đổi đặc trưng động lực học kết cấu Theo công thức (1), kết cấu xuất hư hỏng, trở kháng Z s (ω) kết cấu thay đổi làm thay đổi trở kháng cơ-điện Z(ω) Trở kháng cơ-điện hàm số phức: Z (ω) = V (ω) = Re {Z (ω)} + j Im {Z (ω)} I (ω) (3) V (ω) hiệu điện đầu vào cho cảm biến PZT; I (ω) cường độ dòng điện đầu vào cho cảm biến PZT; Re {Z (ω)}, Im {Z (ω)} phần thực phần ảo đáp ứng trở kháng cơ-điện tương ứng Tín, L T H, cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hư hỏng kết cấu phát có sai lệch hai đáp ứng trở kháng hai khoảng thời gian khảo sát khác Đối với hư hỏng kết cấu, phần thực đáp ứng trở kháng nhạy so phần ảo; cho nên, phần thực thường sử dụng phương pháp chẩn đốn hư hỏng [12] Ngồi ra, đáp ứng trở kháng thường đo miền tần số cao (≥ kHz) bước sóng ngắn nhằm đảm bảo đủ độ nhạy để nhận biết hư hỏng nhỏ Hơn nữa, khảo sát đáp ứng trở kháng miền tần số cao cần hiệu điện nhỏ đủ để tạo lực kích thích kết cấu 2.2 Các số đánh giá hư hỏng Trong nghiên cứu này, bốn số đánh giá hư hỏng sử dụng để định lượng thay đổi đáp ứng trở kháng trước sau kết cấu xảy hư hỏng Bốn số đánh giá bao gồm: số CC [5], số CCD [6], số RMSD [4] số MAPD [6] Hiệu chẩn đoán hư hỏng khác sử dụng số đánh giá khác Điều tùy thuộc vào đặc điểm kết cấu miền tần số đáp ứng trở kháng khảo sát Việc khảo sát nhiều số đánh giá hư hỏng lúc nhằm tìm số có độ nhạy tốt xuất tổn hao lực ứng suất trước dầm n i=1 CC = n (Z ∗ (ωi ) − Z ∗ )(Z(ωi ) − Z) (4) σZ ∗ σZ n i=1 CCD = − n n (Z ∗ (ωi ) − Z ∗ )(Z(ωi ) − Z) σZ ∗ σZ [Z ∗ (ωi ) − Z(ωi )]2 i=1 RMSD = (5) (6) n [Z(ωi )] i=1 MAPD = n n i=1 Z ∗ (ωi ) − Z(ωi ) Z(ωi ) (7) Z(ωi ) Z ∗ (ωi ) đáp ứng trở kháng hai trạng thái khảo sát, trước sau xuất hư hỏng, tương ứng với tần số thứ i; n số điểm tần số miền khảo sát; Z Z ∗ giá trị trung bình hai đáp ứng trở kháng tương ứng; σZ ∗ σZ độ lệch chuẩn hai đáp ứng trở kháng tương ứng Đối với số CC, giá trị nhỏ kết cấu có xuất hư hỏng ngược lại giá trị kết cấu không xuất hư hỏng Đối với số CCD, RMSD, MAPD, giá trị lớn kết cấu có xuất hư hỏng ngược lại giá trị kết cấu khơng xuất hư hỏng Mô số cho vùng neo cáp Một vùng neo cáp dầm bê tông cốt thép ứng suất trước chọn để mô nghiên cứu Chi tiết thực tế vùng neo cáp thể Hình [10] Trong đó, tương tác nhơm có kích thước 100 × 18 × mm, bị khuyết lỗ 30 × 18 × mm, đặt lên neo thép có kích thước 100 × 100 × 10 mm Đầu neo thép có đường kính ngồi D = 45 mm, đường kính d = 15,2 mm Cảm biến PZT-5A có kích thước 15 × 15 × 0, 51 mm dán lên tương tác Điện áp kích thích điều hịa với hiệu điện V Đặc trưng vật liệu sử dụng Một vùng neo cáp dầm bê tông cốt thép ứng suất trước chọn để mô nghiên cứu Chi tiết thực tế vùng neo cáp thể Hình [10] Trong đó, tương tác nhơm có kích thước 100×18×6 mm, bị khuyết lỗ 30×18×1 mm, đặt lên neo thép có kích thước 100×100×10 mm Đầu neo thép có đường kính ngồi D = 45 mm, đường kính d = 15,2 mm Cảm Tín, L T H, cs / Khoa học Công nghệ Xây dựng mm dán lên tương tác Điện áp biến PZT-5A có kích thước 15×15×0,51 kích thích điều hòa với hiệu điện V Đặc trưng vật liệu sử dụng Bảng vàứng Bảngsuất [13].trước Các trường hợp liệt tổn hao suất trước cho Bảng Bảng [13] Các trường165 hợpcho tổntrong hao lực kêlựcở ứng Bảng liệt 166 kê Bảng Đáp ứng trở kháng từ mô so sánh với kết thực nghiệm Đáp ứng trở kháng từ mô so sánh với kết thực nghiệm tương ứng [10] để minh 167 tương ứng [10] để minh chứng tính xác tính khả thi mơ số 158 159 160 161 162 Tạp163 chí 164 chứng tính xác tính khả thi mơ số 168 Bảng Đặc trưng vật liệu vùng neo cáp [13] Đặc trưng Tấm tương tác Bản neo đầu neo Mô đun đàn hồi E (N/m2 ) Khối lượng riêng ρ (kg/m3 ) Hệ số Poisson υ Hệ số mát cản η 70 × 109 2700 0,33 0,001 200 × 109 7850 0,3 169 0,02 170 Hình Mơ hình thí nghiệm vùng neo cáp [10] Hình Mơ hình thí nghiệm vùng neo cáp [10] Bảng Đặc trưng vật liệu vùng neo cáp [13] 171 Đặc trưng đun đàn hồi E (N/m2) Bảng Đặc trưng vật liệu củaMô PZT-5A [13] Khối lượng riêng r (kg/m3) Đặc trưng Biến dạng đàn hồi siEjkl (m2 /N) Hằng số ghép nối điện môi dki j (C/N) Hằng số điện môi εTjk (F/m) Tấm tương tác Bản neo đầu neo 70×109 200×109 2700 7850 Giáu trị Hệ số Poisson 0,33 0,3 Hệ số cản h 0,001 0,02 0 16,4 −5,74 −7,22 −5,74 16,4 −7,22 0 172 0 −7,22 −7,22 18,8 × 10−12 0 47,5 0 0 0 47,5 0 0 44,3 −171 0 −171 374 × 10−12 584 584 0 0 0 1730 1730 × 8,854 × 10−12 0 1700 Khối lượng riêng ρ (kg/m3 ) 7750 Hệ số mát cản η 0,005 Hệ số mát điện môi δ 0,015 Bảng Các trường hợp tổn hao lực ứng suất trước Trường hợp tổn hao Mức độ tổn hao (%) Lực ứng suất trước (kN) Độ cứng lò xo (N/m) T0 T1 T2 T3 20 40 60 49,05 39,20 29,40 19,60 120 × 106 105 × 106 90 × 106 75 × 106 Tín, L T H, cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Theo chế tiếp xúc, tương tác vị trí tiếp xúc đơn giản hóa hệ số cản độ cứng lò xo Mặt khác, biến đổi hệ số cản độ cứng lò xo có liên quan đến thay đổi áp lực tiếp xúc [14] Do đó, thay đổi lực ứng suất trước xem biến đổi tham số kết cấu vị trí tiếp xúc Theo nghiên cứu [10], lực ứng suất trước mơ hình hóa thơng qua độ cứng lị xo Khi kết cấu bị hư hỏng, lực ứng suất trước giảm, đồng nghĩa với việc độ cứng lò xo bị giảm tương ứng Vì vậy, đáp ứng trở kháng kết cấu thay đổi theo độ cứng lò xo vị trí tiếp xúc Trong mơ hình, độ cứng lị xo vị trí tiếp xúc vùng neo thông số chưa biết không chắn Trong nghiên cứu này, giá trị độ cứng lò xo xác định cách sử dụng phương pháp thử dần (trial and error), so sánh với đáp ứng trở kháng từ thực nghiệm cho trường hợp không tổn hao (T0) tổn hao lớn (T3) Từ đó, phương pháp nội suy tuyến tính sử dụng để xác định giá trị độ cứng lò xo cho trường hợp tổn hao giữa, T1 T2 [15] Trong nghiên cứu này, phần mềm ANSYS APDL, có tính mô trở kháng cơ-điện, sử dụng để thiết lập mơ hình phần tử hữu hạn cho vùng neo cáp Hình thể sơ đồ quy trình phân tích đáp ứng trở kháng ANSYS Hình thể mơ hình phần tử hữu hạn vùng neo cáp ANSYS Bản neo, đầu neo tương tác mơ hình phần tử khối đặc nút SOLID45 Cảm biến PZT mơ hình phần tử cơ-điện nút SOLID5 Hệ lò xo mơ hình phần tử đàn hồi COMBIN14 Bài tốn mô với 20729 nút 99318 phần tử, Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2020 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 có 488 phầnTạp tử chí COMBIN14 199 200 201 Hình Sơ đồ quy trình phân tích đáp ứng trở kháng ANSYS APDL Hình Sơ đồ quy trình phân tích đáp ứng trở kháng ANSYS APDL Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 Tín, L T H, cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng ELEMENTS MAT NUM MAR 25 2020 21:13:14 ELEMENTS MAT NUM MAY 22 2020 23:09:53 Y Z X Đầu neo Bản neo Tấm tương tác 202 STEEL BEAM PIEZOELECTRIC ANALYSIS 203 Y PZT Lò xo STEEL BEAM PIEZOELECTRIC ANALYSIS ! Dat tieu de cho bai toan Z X ! Dat tieu de cho bai toan Hình4 Mơ Mơ hình hình phần Hình phần tử tửhữu hữuhạn hạnvùng vùngneo neocáp cáp 204 Từ 205 mơ hình phần tử hình hữu phần hạn,tửcác vùng phân tích Hình thể Từ mô hữuđáp hạn,ứng trở đápkháng ứng trởcủa kháng neo vùngcáp neo cáp phân 206 tích Hình thể đáp ứng trở kháng trường hợp không tổn hao T0 miền đáp ứng trở kháng trường hợp không tổn hao T0 miền tần số từ 10 kHz đến 100 kHz từ 10 kHz đến 100phỏng kHz Kết kháng môthực số phù hợpcông bố [10] Kết quả207đáp tần ứngsốtrở kháng từ mô sốquả đáp phùứng hợptrởvới kết từ nghiệm 208trở kháng với kết có quảhai thực nghiệm cơng bố [10] ứngtừtrở có hai Đáp ứng đỉnh cộngtrong hưởng miềnĐáp tần số 15kháng kHz đến 25đỉnh kHzcộng từ 77 kHz đến hưởng trongđáp miềnứng tần trở số từ 15 kHz đến 25 kHz có chút từ 77khác kHz đến Về hình 87 kHz.209Về hình dạng, kháng từ mơ biệt87 sokHz với đáp ứng trở kháng từ 210 dạng, đáp ứng trở kháng từ mơ có chút khác biệt so với đáp ứng trở kháng thực nghiệm Điều nhiễu tín hiệu Nguyên nhân gây nhiễu tín hiệu từ thực nghiệm 211 thực nghiệm Điều nhiễu tín hiệu Nguyên nhân gây nhiễu tín hiệu yếu tố ảnh hưởng như: nhiệt độ, gió, ánh sáng, sóng điện từ, dây dẫn, thiết bị, người làm thí 212Tạp thực nghiệm làCơng yếu tố dựng, ảnh hưởng như: nhiệt độ,p-ISSN sáng, sóng điện từ, dây chí Khoa Xây 2020 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 nghiệm, Trong khihọc đó, đápnghệ ứng trở khángNUCE mơ phỏnggió, thìánh phụ thuộc vào hình dạng số lượng 213 dẫn, thiết bị, người làm thí nghiệm… Trong đó, đáp ứng trở kháng mơ phần tử chia lưới mơ hình phần tử hữu hạn, đặc biệt cho vùng có cảm biến PZT 214 215 phụ thuộc vào hình dạng số lượng phần tử chia lưới mô hình phần tử hữu hạn, đặc biệt cho vùng có cảm biến PZT 216 217 218 219 220 221 222 223 Các kết so sánh đỉnh trở kháng mô thực nghiệm tương ứng với trường hợp tổn hao tổng hợp Bảng Đối với đỉnh tần số cộng hưởng thứ miền từ 15 kHz đến 25 kHz, chênh lệch tần số mô thực nghiệm nhỏ, dao động từ đến 0,2% Đối với đỉnh tần số cộng hưởng thứ hai miền từ 77 kHz đến 87 kHz, chênh lệch tần số mô thực nghiệm dao động từ 0,3 đến 0,6% Như vậy, chênh lệch kết mô thực nghiệm cho tất trường hợp khảo sát nhỏ 1% Kết cho thấy mơ hình phần tử hữu hạn vùng neo cáp có độ tin cậy cao sử dụng để đại diện cho vùng neo cáp thực tế vấn đề chẩn đoán tổn hao lực ứng suất trước 224 225 226 10 Hình Đáp ứng trở kháng trường hợp T0 Hình Đáp ứng trở kháng trường hợp T0 227Các kết so sánh đỉnh trở kháng mô thực nghiệm tương ứng với trường hợp tổn hao tổng hợp Bảng Đối với đỉnh tần số cộng hưởng thứ miền từ 15 kHz đến 228 Bảng Bảng so sánh đỉnh trở kháng mô thực nghiệm 25 kHz, chênh lệch tần số mô thực nghiệm nhỏ, dao động từ đến 0,2% Đối với Mức Mômiền từ 77 Thực đỉnh tần sốTrường cộng hưởng thứđộ hai kHz đến Df 871 kHz, Mô chênh lệchThực tần số giữaDf mô hợp tổn hao nghiệm nghiệm thực nghiệm dao động từ 0,3 đến 0,6% Như vậy, chênh (%) lệch kết mô và(%) thực nghiệm tổn hao (%) f (kHz) f (kHz) f (kHz) f (kHz) 1 2 cho tất trường hợp khảo sát nhỏ 1% Kết cho thấy mơ hình phần tử hữu hạn T0 19,67 19,63 0,20 82,51 82,23 0,34 T1 20 19,63 19,63 0,00 82,50 82,15 0,43 T2 40 19,58 19,57 0,05 82,49 82,03 0,56 T3 60 19,52 19,53 0,05 82,48 - Tín, L T H, cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng vùng neo cáp có độ tin cậy cao sử dụng để đại diện cho vùng neo cáp thực tế vấn đề chẩn đoán tổn hao lực ứng suất trước Bảng Bảng so sánh đỉnh trở kháng mô thực nghiệm Trường hợp tổn hao Mức độ tổn hao (%) Mô f1 (kHz) Thực nghiệm f1 (kHz) ∆ f1 (%) Mô f2 (kHz) Thực nghiệm f2 (kHz) ∆ f2 (%) T0 T1 T2 T3 20 40 60 19,67 19,63 19,58 19,52 19,63 19,63 19,57 19,53 0,20 0,00 0,05 0,05 82,51 82,50 82,49 82,48 82,23 82,15 82,03 - 0,34 0,43 0,56 - Hình Hình thể đáp ứng trở kháng từ mơ miền tần số từ 15 kHz đến 25 kHz từ 77 kHz đến 87 kHz cho bốn trường hợp tổn hao T0, T1, T2, T3 Khi có tổn hao lực ứng suất trước, đáp ứng trở kháng miền tần số từ 15 kHz đến 25 kHz nhạy so với miền tần số từ 77 kHz đến 87 kHz Khi tổn hao lực ứng suất trước lớn, đáp ứng trở kháng có xu hướng dịch chuyển sang trái tương ứng với giá trị tần số giảm dần Ví dụ trường hợp khơng tổn hao T0 19,67 kHz trường hợp tổn hao lớn T3 19,52 kHz Tuy nhiên, độ giảm tần số khơng Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2020 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 đáng kể (nhỏ 1%) nên,nghệ độXây giảm số 2020 đáp p-ISSN ứng trở kháng e-ISSN sử dụng để cảnh báo Tạp chí KhoaCho học Cơng dựng,tần NUCE p-ISSN 2615-9058; 2734-9489 xuất hư hỏng, mà phải sử dụng đến số đánh giá hư hỏng khác 240 240 241 241 242 242 243 243 244 244 245 245 246 246 247 247 248 248 249 Hình6.6.Đáp Đáp ứng ứng trở trở kháng 2525 kHz Hình khángmơ mơphỏng: phỏngtừtừ1515kHz kHzđến đến kHz Hình Đáp ứng trở kháng mô phỏng: từ 15 kHz đến 25 kHz Hình khángmơ mơphỏng: phỏngtừtừ7777kHz kHzđến đến kHz Hình7.7.Đáp Đáp ứng ứng trở trở kháng 8787 kHz Hình Đáp ứng trở kháng mô phỏng: từ 77 kHz đến 87 kHz Xác định số đánh giá tổn hao lực ứng suất trước suất trước Xác định số đánh giá tổn hao lực ứng Theo mục 2.2, số đánh giá tổn hao lực ứng suất trước CC, CCD, RMSD, Theo mục 2.2, số đánh giá tổn hao lực ứng suất trước CC, CCD, RMSD, MAPD xác định theo công thức tương ứng từ (4) đến (7), với liệu đầu vào MAPD xác định theo công thức tương ứng từ (4) đến (7), với liệu đầu vào đáp ứng trở kháng có từ mơ Kết tính tốn số đánh giá cáctrình đáp ứng từ mơ tính tốn5các số6đánh giá bày trở trênkháng Hình 8cóđến Hình 11 tổng Kết hợp Bảng Bảng cho hai Tín, L T H, cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Xác định số đánh giá tổn hao lực ứng suất trước Theo mục 2.2, số đánh giá tổn hao lực ứng suất trước CC, CCD, RMSD, MAPD xác định theo công thức tương ứng từ (4) đến (7), với liệu đầu vào đáp ứng trở kháng có từ mơ Kết tính tốn số đánh giá trình bày Hình đến Hình 11 251 tổng hợp Bảng Bảng cho hai miền tần số khảo sát (từ 15Hình kHz đến 25 kHz từ 77 kHz Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 p-ISSN 2615-9058; Tạp2734-9489 chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2020số CC p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 252 e-ISSN Chỉ đến 87 kHz) 253 51 52 53 254 257 Hình sốCC CC Hình Chỉ Chỉ Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020số p-ISSN 2615-9058; 255 e-ISSN 2734-9489 Hình 10 Chỉ số RMSD 13 54 57 55 58 56 59 60 Hình sốCCD CCD Hình9 Chỉ Chỉ số 258 256 259 Hình 9.Chỉ Chỉ số CCD Hình sốRMSD RMSD Hình10 10 Chỉ số 260 Hình sốMAPD MAPD Hình11 11.Chỉ Chỉ số 261 262 263 Bảng Tổng hợp số đánh giá trong264 miền tần 13 số từ 15 kHz đến 25 kHz Bảng Tổng hợp số đánh giá miền tần số từ 77 kHz14đến 87 kHz Trường hợp tổn hao CC CCD RMSD MAPD Trường hợp tổn hao CC CCD RMSD MAPD T0 T1 T2 T3 1,000 0,858 0,681 0,381 0,000 0,142 0,319 0,619 0,000 0,524 0,817 1,105 0,000 0,049 0,114 0,242 T0 T1 T2 T3 1,000 0,999 0,997 0,993 0,000 0,001 0,003 0,007 0,000 0,039 0,078 0,119 0,000 0,035 0,073 0,114 Tín, L T H, cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Nhìn chung, số đánh giá phản ánh đắn làm việc kết cấu vùng neo cáp Đối với số CC, giá trị nhỏ cho trường hợp có tổn hao lực ứng suất trước ngược lại giá trị cho trường hợp khơng có tổn hao lực ứng suất trước Trong đó, số CCD, RMSD, MAPD, giá trị lớn cho trường hợp có tổn hao lực ứng suất trước ngược lại giá trị cho trường hợp khơng có tổn hao lực ứng suất trước Như vậy, xuất tổn hao lực ứng suất trước vùng neo cáp chẩn đốn thành cơng sử dụng số đánh giá phương pháp trở kháng Trong miền tần số từ 15 kHz đến 25 kHz, số RMSD có độ nhạy tổn hao cao ba số lại; giá trị RMSD đạt 0,524 trường hợp tổn hao nhỏ T1 = 20% Trong miền tần số từ 77 kHz đến 87 kHz, số RMSD thể hiệu có giá trị đạt 0,039 trường hợp tổn hao nhỏ T1 = 20% Khi mức độ tổn hao tăng dần, đồng nghĩa với lực ứng suất trước giảm dần, số CC có xu hướng giảm dần số CCD, RMSD, MAPD có xu hướng tăng dần Theo kết thể Hình 8, số CC hiệu việc chẩn đoán tổn hao lực ứng suất trước; đặc biệt cho miền tần số từ 77 kHz đến 87 kHz, số CC không thay đổi tổn hao lực ứng suất trước tăng dần Ba số CCD, RMSD, MAPD có hiệu tốt việc chẩn đoán tổn hao lực ứng suất trước Các số tăng dần đồng tổn hao lực ứng suất trước tăng dần Tuy nhiên, so sánh với miền tần số từ 15 kHz đến 25 kHz, số CCD đạt khoảng 1% số RMSD đạt khoảng 10% miền tần số từ 77 kHz đến 87 kHz Trong đó, số MAPD chênh lệch khơng đáng kể so sánh hai miền tần số khảo sát Kết luận Nghiên cứu phát triển thành cơng mơ hình phần tử hữu hạn cho việc chẩn đoán tổn hao lực ứng suất trước vùng neo cáp sử dụng đáp ứng trở kháng cơ-điện Mô hình phân tích đáp ứng trở kháng phần mềm ANSYS có độ tin cậy cao Kết phân tích từ mô số phù hợp với kết thực nghiệm Bốn số đánh giá dựa vào thay đổi đáp ứng trở kháng có khả phát tổn hao lực ứng suất trước vùng neo cáp Mỗi số có độ nhạy khác tổn hao lực ứng suất trước tùy thuộc vào miền tần số khảo sát Ba số CCD, RMSD, MAPD cho kết chẩn đoán tổn hao lực ứng suất trước tốt số CC Như vậy, phương pháp trở kháng có tính khả thi, hiệu tiềm để ứng dụng vào toán chẩn đoán xuất hư hỏng cho kết cấu cơng trình thực tế Thêm vào đó, phương pháp trở kháng kết hợp với thuật tốn trí tuệ nhân tạo (học máy, mạng nơ-ron nhân tạo, thuật toán di truyền, ) để chẩn đốn xác mức độ hư hỏng kết cấu Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) khn khổ Đề tài mã số B2020-20-06 Tài liệu tham khảo [1] Balageas, D., Fritzen, C.-P., Găuemes, A (2010) Structural health monitoring John Wiley & Sons [2] Hung, D V., Hung, H M., Anh, P H., Thang, N T (2020) Structural damage detection using hybrid deep learning algorithm Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE)-NUCE, 14(2): 53–64 10 Tín, L T H, cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [3] Liang, C., Sun, F P., Rogers, C A (1997) Coupled electro-mechanical analysis of adaptive material systems-determination of the actuator power consumption and system energy transfer Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 8(4):335–343 [4] Sun, F P., Chaudhry, Z., Liang, C., Rogers, C A (1995) Truss structure integrity identification using PZT sensor-actuator Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 6(1):134–139 [5] Raju, V (1998) Implementing impedance-based health monitoring technique Master’s Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA [6] Zagrai, A N., Giurgiutiu, V (2001) Electro-mechanical impedance method for crack detection in thin plates Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 12(10):709–718 [7] Giurgiutiu, V., Zagrai, A (2005) Damage detection in thin plates and aerospace structures with the electro-mechanical impedance method Structural Health Monitoring, 4(2):99–118 [8] Park, S., Yun, C.-B., Roh, Y., Lee, J.-J (2005) Health monitoring of steel structures using impedance of thickness modes at PZT patches Smart Structures and Systems, 1(4):339–353 [9] Park, S., Ahmad, S., Yun, C.-B., Roh, Y (2006) Multiple crack detection of concrete structures using impedance-based structural health monitoring techniques Experimental Mechanics, 46(5):609–618 [10] Huynh, T.-C., Kim, J.-T (2014) Impedance-based cable force monitoring in tendon-anchorage using portable PZT-interface technique Mathematical Problems in Engineering, 2014 [11] Li, W., Fan, S., Ho, S C M., Wu, J., Song, G (2018) Interfacial debonding detection in fiber-reinforced polymer rebar–reinforced concrete using electro-mechanical impedance technique Structural Health Monitoring, 17(3):461–471 [12] Bhalla, S., Kiong Soh, C (2003) Structural impedance based damage diagnosis by piezo-transducers Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 32(12):1897–1916 [13] Huynh, T.-C., Park, Y.-H., Park, J.-H., Kim, J.-T (2015) Feasibility verification of mountable PZTinterface for impedance monitoring in tendon-anchorage Shock and Vibration, 2015 [14] Johnson, K L., Johnson, K L (1987) Contact mechanics Cambridge University Press [15] Ritdumrongkul, S., Abe, M., Fujino, Y., Miyashita, T (2003) Quantitative health monitoring of bolted joints using a piezoceramic actuator–sensor Smart Materials and Structures, 13(1):20 11 ... hạn vùng neo cáp có độ tin cậy cao sử dụng để đại diện cho vùng neo cáp thực tế vấn đề chẩn đoán tổn hao lực ứng suất trước 224 225 226 10 Hình Đáp ứng trở kháng trường hợp T0 Hình Đáp ứng trở kháng. .. trường hợp có tổn hao lực ứng suất trước ngược lại giá trị cho trường hợp khơng có tổn hao lực ứng suất trước Như vậy, xuất tổn hao lực ứng suất trước vùng neo cáp chẩn đốn thành cơng sử dụng số đánh... Hình7.7 .Đáp Đáp ứng ứng trở trở kháng 8787 kHz Hình Đáp ứng trở kháng mô phỏng: từ 77 kHz đến 87 kHz Xác định số đánh giá tổn hao lực ứng suất trước suất trước Xác định số đánh giá tổn hao lực ứng