BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
-----------o0o-----------
MAI ĐỨC ANH
QUAN TRẮC VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU CẦU
SỬ DỤNG HỆ CẢM BIẾN CÁP QUANG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
HÀ NỘI – 2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
-----------o0o-----------
MAI ĐỨC ANH
QUAN TRẮC VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU CẦU
SỬ DỤNG HỆ CẢM BIẾN CÁP QUANG
Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông
Mã số : 9580205
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. Nguyễn Ngọc Long
HÀ NỘI – 2024
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng
tôi. Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công
bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu,
phân tích một cách trung thực. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực
hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Hà Nội, ngày 02 tháng 04 năm 2024
Tác giả
Mai Đức Anh
ii
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................... x
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... xii
KÝ HIỆU TOÁN HỌC .................................................................................................. xiv
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
1. Mở đầu .......................................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................... 2
3. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................. 3
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...................................................................................... 3
6. Nội dung của luận án .................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIÁM SÁT SỨC KHOẺ CÔNG TRÌNH SỬ
DỤNG HỆ CẢM BIẾN VÀ CẢM BIẾN QUANG. ........................................................ 5
1.1. Tổng quan về hệ thống theo dõi sức khoẻ công trình cầu. ...................................... 5
1.2. Tổng quan về các nghiên cứu giám sát sức khoẻ công trình cầu. ........................ 14
1.3. Tổng quan về giám sát sức khoẻ công trình sử dụng hệ cảm biến và cảm biến
quang. .............................................................................................................................. 19
1.4. Kết luận Chương 1 ................................................................................................... 26
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA
CẢM BIẾN FBG .............................................................................................................. 27
2.1. Khái niệm về cảm biến FBG .................................................................................... 27
2.2. Phân loại cảm biến FBG .......................................................................................... 32
2.2.1. Cảm biến quang giản đơn ........................................................................................ 32
2.2.2. Cảm biến quang đồng nhất ...................................................................................... 34
2.2.3. Cảm biến quang biến thiên theo chiều dài [72] ....................................................... 35
2.2.4. Cảm biến quang lưới ghép nghiêng [73] ................................................................. 40
2.3. Đặc trưng cơ học của cảm biến quang.................................................................... 43
2.3.1. Khả năng phản xạ của sợi quang học ...................................................................... 43
2.3.2. Đặc trưng của băng thông. ....................................................................................... 47
2.3.3. Đặc điểm độ trễ nhóm và sự phân tán ..................................................................... 48
2.3.4. Ảnh hưởng nhiệt độ ................................................................................................. 52
iii
2.4. Các đặc trưng cơ bản của cảm biến quang FBG ................................................... 57
2.4.1. Cường độ ................................................................................................................. 57
2.4.2. Mô đun đàn hồi và độ cứng ..................................................................................... 57
2.5. So sánh cảm biến FBG với một số cảm biến truyền thống ................................... 58
2.6. Tổng kết chương 2 .................................................................................................... 60
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CẢM BIẾN FBG ĐỂ THEO DÕI
ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC CỦA KẾT CẤU MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ................. 62
3.1. Thiết kế thí nghiệm ................................................................................................... 62
3.1.1. Cầu giàn thép ........................................................................................................... 62
3.1.2. Cầu dây văng ........................................................................................................... 73
3.2. Tiến hành đo đạc và phân tích số liệu .................................................................... 78
3.2.1. Thí nghiệm trên cầu dàn thép .................................................................................. 78
3.2.2. Thí nghiệm trên cầu dây văng ................................................................................. 81
3.3. Phân tích kết quả ...................................................................................................... 84
3.3.1. Đối với cầu dàn thép ................................................................................................ 84
3.3.2. Đối với cầu dây văng ............................................................................................... 95
3.4. Tổng kết chương 3 .................................................................................................. 103
CHƯƠNG 4: GIÁM SÁT SỨC KHỎE KẾT CẤU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
TỐI ƯU ĐỀ XUẤT KẾT HỢP DỮ LIỆU THU ĐƯỢC TỪ CẢM BIẾN QUANG 105
4.1. Xây dựng mô hình số .............................................................................................. 105
4.1.1. Mô hình phần tử hữu hạn Cầu giàn thép ............................................................... 105
4.1.2. Mô hình phần tử hữu hạn Cầu dây văng ................................................................ 113
4.2. Thuật toán đề xuất .................................................................................................. 119
4.2.1. Thuật toán H5N1 ................................................................................................... 119
4.2.2. Phương pháp Phân rã Giá trị riêng (Singular Value Decomposition - SVD) ........ 127
4.2.3. Thuật toán H5N1-SVD .......................................................................................... 128
4.3. Áp dụng thuật toán đề xuất để cập nhật và xác định hư hỏng cho mô hình .... 129
4.3.1. Cập nhật mô hình số .............................................................................................. 129
4.3.2. Xác định hư hỏng cầu giàn thép ............................................................................ 137
4.3.3. Xác định hư hỏng cầu dây văng ............................................................................ 143
4.4. Kết luận chương 4................................................................................................... 152
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 153
