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
Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Mã số: 9580205
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
HÀ NỘI – 2024
Công trình được hoàn thành tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Người hướng dẫn khoa học : GS. TS. Nguyễn Ngọc Long
Phản biện 1: GS. TSKH. Nguyễn Đông Anh
Phản biện 2: PGS. TS Nguyễn Bình Hà
Phản biện 3: TS. Đỗ Hữu Thắng
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ
cấp Trường theo Quyết định Số 686 /QĐ-ĐHGTVT ngày 02 tháng
04 năm 2024
Họp tại: Trường Đại học Giao thông vận tải
Vào hồi: ………ngày…….tháng……..năm 2024
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải;
- Thư viện Quốc Gia.
1
MỞ ĐẦU
1. Mở đầu
Trong lĩnh vực giao thông hiện nay đang có sự quan tâm lớn trong
việc sử dụng các cảm biến quang để theo dõi liên tục khả năng chịu lực của
kết cấu lớn như cầu. Trường hợp số lượng điểm đo lớn, khó có thể lắp đặt
được hệ thống dây dẫn, thì với một bộ cảm biến quang, có thể phát hiện nhanh
hơn các vấn đề về kết cấu so với các cảm biến hiện tại. Cảm biến quang có
thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt và trong các khu vực thiếu nguồn
điện gần đó. Nếu một sợi quang đơn được đặt dọc theo chiều dài của một cây
cầu, các thay đổi kết cấu tại bất kỳ điểm cảm biến dọc theo sợi quang sẽ gây
ra những thay đổi có thể phát hiện trong nguồn sáng di chuyển trong sợi.
Mặc dù cảm biến quang có những ưu điểm vượt trội, tuy nhiên tại Việt
Nam lại có rất ít các nghiên cứu liên quan đến việc ứng dụng cảm biến quang
vào giám sát sức khoẻ công trình. Chính vì những ưu điểm vượt trội của cảm
biến quang, trong nội dung nghiên cứu của mình, nghiên cứu sinh tập trung
đi sâu nghiên cứu: “Quan trắc và đánh giá kết cấu cầu sử dụng hệ cảm
biến cáp quang” làm chủ đề nghiên cứu trong luận án của mình.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng hệ thống quan trắc kết cấu bằng cảm biến quang FBG
- Đánh giá hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống cảm biến quang trong
việc thu thập đặc trưng động của kết cấu
- Nghiên cứu bài toán chẩn đoán hư hỏng của kết cấu công trình cầu
dựa vào các dữ liệu động thu được từ các cảm biến.
- Đề xuất thuật toán để cập nhật mô hình và chẩn đoán hư hỏng trong
kết cấu.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp phân tích lý thuyết;
- Phương pháp số;
- Phương pháp phân tích số kết hợp với thực nghiệm.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống cảm biến quang FBG để giám sát kết cấu cầu giàn và cầu
dây văng
- Đặc trưng động học của kết cấu công trình cầu giàn và cầu dây văng;
- Mô hình số hóa kết cấu cầu giàn và cầu dây văng;
- Các phương pháp xử lý số liệu.
- Các loại cảm biến để thu thập dữ liệu giám sát sức khỏe công trình.
2
- Chẩn đoán vị trí và hư hỏng của kết cấu.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Sử dụng các loại cảm biến tiên tiến để thu thập dữ liệu giám sát sức
khỏe công trình.
- Đề xuất thuật toán tối ưu mới lai giữa thuật toán tối ưu và phương
pháp giảm kích thước ma trận (H5N1-SVD) để cập nhật mô hình, chẩn đoán
hư hỏng trong kết cấu.
- Tạo cơ sở dữ liệu công trình như một dạng hồ sơ lưu trữ giúp giám
sát sức khoẻ công trình.
- Kết quả của luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo hữu ích
cho lĩnh vực giám sát sức khoẻ công trình.
6. Nội dung của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án bao gồm những nội
dung như sau:
Chương 1 - Tổng quan về giám sát sức khoẻ công trình sử dụng hệ
cảm biến và cảm biến quang.
Chương 2 - Lý thuyết tính toán và các đặc trưng cơ lý của cảm biến
FBG
Chương 3 – Nghiên cứu ứng dụng cảm biến FBG để theo dõi đặc trưng
động học của kết cấu mô hình thí nghiệm
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
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIÁM SÁT SỨC KHOẺ CÔNG
TRÌNH SỬ DỤNG HỆ CẢM BIẾN VÀ CẢM BIẾN QUANG.
1.1. Tổng quan về hệ thống theo dõi sức khoẻ công trình cầu.
Những lợi ích rõ ràng, quan trọng nhất của quan trắc kết cấu cầu như
sau:
- Việc quan trắc sẽ làm giảm các rủi ro về các nguyên nhân không
lường trước.
- Công tác quan trắc giúp việc phát hiện kịp thời các khiếm khuvết về
mặt kết cấu và tăng độ an toàn cho công trình cầu.
- Việc quan trắc đảm bảo chất lượng lâu dài: Bằng việc cung cấp số
liệu liên tục về sự làm việc của công trình cầu, công tác quan trắc góp phần
đánh giá chất lượng thi công, vận hành, công tác duy tu bảo dưng và do dó
có thể loại bỏ các chi phí ẩn cho công việc không đạt chất lượng.
- Công tác quan trắc giúp ích cho công tác quản lý duy tu kết cấu cầu:
dữ liệu quan trắc có thể giúp cho việc thực hiện công tác "bảo dưng theo
nhu cầu".
- Ngoài ra hệ thống quan trắc sẽ cung cấp các thông tin tham khảo rất
bổ ích trong công tác thực hiện các dự án có quy mô tương tự trong lương
lai.
Chính vì tầm quan trọng của hệ thống giám sát sức khỏe kết cấu. Hiện
nay nhiều công trình cầu trên thế giới đang áp dụng các hệ thống SHM để
giám sát sức khỏe công trình cầu
1.2. Tổng quan về các nghiên cứu giám sát sức khoẻ công trình cầu.
Trong những thập kỷ gần đây, cập nhật mô hình để theo dõi sức khỏe
kết cấu dựa trên đặc trưng dao động ngày càng được sử dụng phổ biến hơn.
Ở Việt Nam, các nghiên cứu về lĩnh vực giám sát sức khỏe kết cấu đầu
tiên tập trung vào phát hiện các vết nứt tồn tại trong kết cấu, sau đó các nghiên
cứu tiếp tục đi vào phân tích sự phát triển của các vết nứt. Các nghiên cứu về
phát hiện hư hỏng trong kết cấu được thực hiện với nhiều loại kết cấu như
cầu đường, các loại nền móng, các giàn khoan...
Tuy nhiên các phương pháp giám sát sức khỏe kết cấu đã và đang thực
hiện ở Việt Nam chủ yếu phân tích hoặc xác định các đặc trưng động học của
kết cấu như tần số dao động riêng, hình dạng dao động...mà chưa xác định
được các tham số có thể thay đổi theo thời gian như các đặc trưng của vật
liệu (mô đun đàn hồi...), hình dạng mặt cắt, và điều kiện biên. Những tham
số này ảnh hưởng đến độ cứng cũng như sự làm việc của kết cấu và cũng
phản ánh rõ ràng nhất những ứng xử của kết cấu khi xảy ra các hư hỏng.