CHƯƠNG 3. ĐO ĐẠT THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH CẦU
3.2. Ứng dụng chương trình phân tích kết quả
3.2.2. Kết quả từ cầu Yokohama, Nhật Bản
Đối với công trình cầu Thuận Phước vì số lượng sensor bố trí ít chỉ có 4 sensor cho 3 mặt cắt nên không thể hiện được dạng dao động rõ ràng do đó học viên có sử dụng thêm số liệu đo của một công tình cầu hộp thép do giáo viên hướng dẫn cung cấp và áp dụng thuật toán để phân tích:
Số liệu dao động của công trình cầu được thu thập từ công trình cầu dầm hộp nằm ở trước cổng trường quốc gia Yokohama, Nhật Bản. [14]
Hình 3.9. Cầu ở cổng trường YNU
High accuracy type
Sensor M-A
Noise 0.5
Range ±5G
Sampling rate ~ 1 kHz
Hình 3.10. Cảm biến (Wireless sensor)
Nhịp chính của cầu cấu tạo bởi dầm hộp thép chiều dài nhịp 51m (hình 3.1). Sử dụng loại wireless sensor (hình 3.2) bố trí 2 bên lề bộ hành với khoảng cách 8.5m (hình 3.3). Dưới tác dụng tải trọng gió tự nhiên, phản ứng gia tốc của kết cấu nhịp thu được tại các sensor như hình 3.4
53
Hình 3.11. Bố trí sensor trên mặt cầu lề bộ hành
a. Mode 1, f=2.49Hz, =1.91% b. Mode 2, f=4.92Hz, =1.18%
c. Mode 3, f=6.48Hz, =4.65% d. Mode 4, f=9.04Hz, =3.31%
Hình 3.12. Hình dạng mode dao động, tần số tự nhiên và hệ số cản
Kết quả thu được từ chương trình với 4 mode đầu tiên thể hiện đầy đủ các thông số động học của kết cấu: tần số, hệ số cản và dạng dao động trên hình
S1 S2 S3 S4 S5
S6 S7
S8 S10 S9
0
50
G1 G2
0
50 0
G2G1
0
50 9
G2G1
0
50 9 0
G2G1
Kết luận chương 3
- Trong chương 3, luận văn đã thực hiện được những nội dung sau:
+ Sử lý số liệu nhận được từ cảm biến để cung cấp dữ liệu đầu vào cho chương trình.
+ Ứng dụng chương trình để xác định thông số dao động của cầu.
- Bằng cách sử dụng kỹ thuật dao động ngẫu nhiên kết hợp phương pháp phân tích theo giá trị riêng, ta có thể thu được các thông số động lực học của cầu (tần số, hệ số cản, hình dạng mode dao động), từ đó đánh giá trạng thái kỹ thuật của cầu.
55
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Đề tài trình bày kỹ thuật xác định các thông số dao động của kết cấu dưới tác dụng của lực kích thích ngẫu nhiên. Bước quan trọng của thuật toán này là biến đổi dao động ngẫu nhiên về dao động tự do bằng hàm tương quan chéo giữa hai dao động ngẫu nhiên, sau đó áp dụng thuật toán ERA.
Phương pháp phân tích các đặc tính dao động của kết cấu dựa trên kỹ thuật dao động ngẫu nhiên có nhiều ưu điểm như không cản trở giao thông, có thể quan trắc liên tục và giá thành thấp.
Thuật toán có thể áp dụng để xác định các thông số động lực học của công trình cầu sử dụng để theo dõi đánh giá các hư hỏng có thể phát sinh trong kết cấu, hoặc để cập nhật hiệu chỉnh cho mô hình phần tử hữu hạn.
2. Kiến nghị
Phương pháp xác định dựa trên kỹ thuật dao động ngẫu nhiên áp dụng hiệu quả đối với các công trình cầu nhịp lớn hoặc cầu có độ mãnh lớn. Đối với các công trình cầu nhịp nhỏ hay độ cứng lớn, kết cấu sẽ dao động với biên độ rất nhỏ nên rất khó để phân tách giữa phần nhiễu và dữ liệu đo. Trong trường hợp này có thể sử dụng thuật toán ERA để phân tích với dạng dao động tự do.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] 22TCN 243-98 “quy trình kiểm định cầu trên đường ô tô”, Bộ giao thông vận tải.
[2] Lê Văn Quý, Lều Thọ Trình (1979), Động lực học công trình, Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.
[3] Nguyễn Viết Trung (2011), Cơ sở quan trắc công trình cầu trong thi công và khai thác, Nhà xuất bản 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.