Xác định đặc trưng động lực học công trình cầu bằng phương pháp dao động ngẫu nhiên

Hệ thống quan trắc sức khỏe kết cấu SHM nhằm cung cấp dữ liệu định lượng đáng tin cậy về các điều kiện thực tế của cầu qua việc quan sát sự thay đổi của nó cũng như phát hiện sự xuống cấp Trong SHM các tham số dao động bao gồm tần số tự nhiên dạng dao động và hệ số cản đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích ứng xử động của kết cấu Một vài phương pháp sẵn có để xác định đặc trưng dao động dựa vào sự chuyển động có thể kể đến là phương pháp biến đổi Fourier FT 4 phương pháp hàm phản ứng tần số FRF 11 và phương pháp phân tích tại các đỉnh PPM 12 Luận văn này tập trung nghiên cứu ứng dụng của Kỹ thuật kích thích tự nhiên NExT 5 kết hợp với Thuật toán phân tích theo gí trị riêng Eigensystem NExT ERA trong việc xác định dao động Phương pháp NExT dựa trên việc lấy tương quan chéo cross correlation giữa các kết quả dao động tại các điểm đo dưới tác dụng ngẫu nhiên Hàm tương quan giữa hai kết quả dao động được tạo ra cùng một dao động ngẫu nhiên của kết cấu được chứng minh giống như một hàm xung impulse response hay một dao động tự do free response Từ đó sử dụng nó như là kết quả đầu vào của thuật toán phân tích theo giá trị riêng Eigen Realization Algorithm ERA 9

ố liệu đo thực tế luôn tồn nhiễu phép đo, nên giá trị hạng ma trận lớn khơng hẵn, hầu hết giá trị cịn lại khơng khơng mà xấp xĩ khơng (hình) Nên trường hợp hạng ma trận xác định giá trị lớn hẵn so với giá trị lại 50 - Biểu đồ giá trị riêng: Hình 3.7: Biểu đồ giá trị riêng theo ham logarit Hình 3.8 Xác định số bậc hệ thống 51 Giá trị 10 mode thu thập được: Tần số STT Hệ số cản Mode Shape Phần thực Phần ảo 0,875505 0,186557 0,002932 0,006153 1,500538 0,036550 -0,003124 -0,011973 2,679278 0,007367 -0,000119 0,010555 3,489576 0,000958 0,008219 0,002637 3,771822 0,065505 0,012116 0,008815 5,059765 0,029440 0,009883 0,002371 5,530408 0,031962 0,004917 -0,017577 6,45797 0,002443 0,005123 0,000911 8,58245 0,003313 -0,000567 0,003946 10 9,895445 0,009299 -0,001319 0,008949 Bảng 3.2 Giá trị mode Trong số trường hợp cần phải áp dụng kỹ thuật khác phức tạp để loại nhiễu xác định hạng ma trận ví dụ stabilization diagram Sau thực bước phân tích chương 2, thu đặc trưng động học kết cấu tần số, hệ số cản dạng dao động 3.2.2 Kết từ cầu Yokohama, Nhật Bản Đối với cơng trình cầu Thuận Phước số lượng sensor bố trí có sensor cho mặt cắt nên dạng dao động rõ ràng học viên có sử dụng thêm số liệu đo cơng tình cầu hộp thép giáo viên hướng dẫn cung cấp áp dụng thuật tốn để phân tích: Số liệu dao động cơng trình cầu thu thập từ cơng trình cầu dầm hộp nằm trước cổng trường quốc gia Yokohama, Nhật Bản [14] 52 Hình 3.9 Cầu cổng trường YNU High accuracy type Sensor M-A Noise 0.5 Range ±5G Sampling rate ~ kHz Hình 3.10 Cảm biến (Wireless sensor) Nhịp cầu cấu tạo dầm hộp thép chiều dài nhịp 51m (hình 3.1) Sử dụng loại wireless sensor (hình 3.2) bố trí bên lề hành với khoảng cách 8.5m (hình 3.3) Dưới tác dụng tải trọng gió tự nhiên, phản ứng gia tốc kết cấu nhịp thu sensor hình 3.4 53 S1 S2 S3 S4 S5 S10 S9 S8 S7 S6 Hình 3.11 Bố trí sensor mặt cầu lề hành 50 G2 G1 G2 G1 0 a Mode 1, f=2.49Hz, =1.91% G2 G1 50 c Mode 3, f=6.48Hz, =4.65% b Mode 2, f=4.92Hz, =1.18% G2 G1 50 50 d Mode 4, f=9.04Hz, =3.31% Hình 3.12 Hình dạng mode dao động, tần số tự nhiên hệ số cản Kết thu từ chương trình với mode thể đầy đủ thông số động học kết cấu: tần số, hệ số cản dạng dao động hình 54 Kết luận chương - Trong chương 3, luận văn thực nội dung sau: + Sử lý số liệu nhận từ cảm biến để cung cấp liệu đầu vào cho chương trình + Ứng dụng chương trình để xác định thơng số dao động cầu Bằng cách sử dụng kỹ thuật dao động ngẫu nhiên kết hợp phương pháp phân tích theo giá trị riêng, ta thu thơng số động lực học cầu (tần số, hệ số cản, hình dạng mode dao động), từ đánh giá trạng thái kỹ thuật cầu 55 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài trình bày kỹ thuật xác định thông số dao động kết cấu tác dụng lực kích thích ngẫu nhiên Bước quan trọng thuật toán biến đổi dao động ngẫu nhiên dao động tự hàm tương quan chéo hai dao động ngẫu nhiên, sau áp dụng thuật tốn ERA Phương pháp phân tích đặc tính dao động kết cấu dựa kỹ thuật dao động ngẫu nhiên có nhiều ưu điểm khơng cản trở giao thơng, quan trắc liên tục giá thành thấp Thuật tốn áp dụng để xác định thông số động lực học cơng trình cầu sử dụng để theo dõi đánh giá hư hỏng phát sinh kết cấu, để cập nhật hiệu chỉnh cho mơ hình phần tử hữu hạn Kiến nghị Phương pháp xác định dựa kỹ thuật dao động ngẫu nhiên áp dụng hiệu cơng trình cầu nhịp lớn cầu có độ mãnh lớn Đối với cơng trình cầu nhịp nhỏ hay độ cứng lớn, kết cấu dao động với biên độ nhỏ nên khó để phân tách phần nhiễu liệu đo Trong trường hợp sử dụng thuật tốn ERA để phân tích với dạng dao động tự TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] 22TCN 243-98 “quy trình kiểm định cầu đường tơ”, Bộ giao thông vận tải [2] Lê Văn Quý, Lều Thọ Trình (1979), Động lực học cơng trình, Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội [3] Nguyễn Viết Trung (2011), Cơ sở quan trắc công trình cầu thi cơng khai thác, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội Tiếng Anh [4] Charles Van Loan (1992), Computational Frameworks for the Fast Fourier Transform, SIAM [5] Farrar CR, James III GH (1997), “System identification from ambient vibration measurements on a bridge”, Journal of Sound and Vibration;205(1):1–18 [6] Helmut Wenzel (2009), Health Monitoring of Bridges [7] Ibrahim SR (1997), Random decrement technique for modal identification of Structures, The AIAA Journal of Spacecraft and Rockets;14(11) [8] Ibrahim SR, Mikulcik EC (1977), A method for direct identification of vibration parameters from the free response, The Shock and Vibration Bulletin;47(4):183–98 [9] Juang JN, Pappa RS (1985), An eigensystem realization algorithm for modal parameter identification and model reduction., Journal of Guidance,nControl, and Dynamics;8(5):620–7 [10] Siringoringo D.M., and Fujino Y (2008), “System identification of suspension bridge from ambient vibration response”, J Eng Struct., (30), 462-477 [11] William Bolton (2015), Frequency Response, Instrumentation and Control Systems (Second Edition) [12] Yin H P., Denis Duhamel, Pierre Argoul (2004), Natural frequencies and damping estimation using wavelet transform of a frequency response function, Journal of Sound and Vibration [13] H T Lam, H Katsuchi and H Yamada, “Stochastic identification of flutter derivatives of long span bridge deck by gust response”, Journal of Structural Engineering, Vol 63A (2017), 421-429 [14] Data obtained from the sensors on Thuan Phuoc Bridge and Yokohama Bridge were provided by H T Lam ... biến đổi dao động ngẫu nhiên dao động tự hàm tương quan chéo hai dao động ngẫu nhiên, sau áp dụng thuật tốn ERA Phương pháp phân tích đặc tính dao động kết cấu dựa kỹ thuật dao động ngẫu nhiên có... trình + Ứng dụng chương trình để xác định thông số dao động cầu Bằng cách sử dụng kỹ thuật dao động ngẫu nhiên kết hợp phương pháp phân tích theo giá trị riêng, ta thu thơng số động lực học cầu. .. hình dạng mode dao động) , từ đánh giá trạng thái kỹ thuật cầu 55 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài trình bày kỹ thuật xác định thơng số dao động kết cấu tác dụng lực kích thích ngẫu nhiên Bước