Xác định chiều sâu vết nứt trong kết cấu bê tông bằng sóng siêu âm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết thực hiện mô phỏng số xác định chiều sâu của ba loại vết nứt: Vết nứt thẳng đứng, vết nứt ngang và vết nứt xiên. Kết quả mô phỏng số được kiểm tra, đối chiếu với chiều sâu vết nứt thực tế.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Xác định chiều sâu vết nứt trong kết cấu bê tông bằng sóng siêu âm

Tuyển tập Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ nhất về Động lực học và Điều khiển Đà Nẵng, ngày 19-20/7/2019, tr. 68-75, DOI 10.15625/vap.2019000258 Xác định chiều sâu vết nứt trong kết cấu bê tông bằng sóng siêu âm Vương Lê Thắng, Lê Cung, và Nguyễn Đình Sơn Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng E-mail: vlthang@dut.udn.vn Tóm tắt nhận xung ở đầu thu, vì vậy đối với các vết nứt phức tạp, Có nhiều phương pháp để xác định chiều sâu của vết nứt trong kết quả là không tin cậy. Ví dụ trường hợp đối với các vết bê tông. Phương pháp sử dụng sóng siêu âm có nhiều ưu điểm nứt khép kín rồi lại hở, tại vị trí khép kín sóng vẫn có thể và được sử dụng phổ biến. Dựa trên các thông số lan truyền của truyền qua, khi đó phép đo chiều sâu vết nứt sẽ không sóng dọc (P-wave) như: quãng đường, vận tốc và thời gian lan chính xác. Để giải quyết được trường hợp này, cần thiết truyền từ điểm phát sóng đến điểm nhận sóng, có thể xác định phải thực hiện các mô phỏng kết hợp thực nghiệm để được chiều sâu vết nứt. Bài báo trình bày phương pháp sử dụng kiểm chứng kết quả. Hơn nữa, tiêu chuẩn chỉ dừng lại ở sóng siêu âm và các công thức đơn giản nhằm xác định chiều việc hướng dẫn thực nghiệm cách xác định chiều sâu vết sâu vết nứt. Thời gian lan truyền sóng siêu âm được xác định nứt thẳng đứng, chưa xét đến các dạng khác của vết nứt bằng việc mô phỏng số quá trình lan truyền sóng trong bê tông, như vết nứt ngang, vết nứt xiên,… sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và chương trình tính toán Ở Việt Nam, các hướng nghiên cứu về dùng phương được xây dựng dựa trên công cụ toán học Matlab. Bài báo thực pháp siêu âm để xác định khuyết tật trong bê tông có thể hiện mô phỏng số xác định chiều sâu của ba loại vết nứt: vết nứt kể ra như sau: nghiên cứu sử dụng TCVN 9357-2012 để thẳng đứng, vết nứt ngang và vết nứt xiên. Kết quả mô phỏng số đo đạc thực tế vết nứt tại Hồ chứa nước Cửa Đạt [2], được kiểm tra, đối chiếu với chiều sâu vết nứt thực tế. nghiên cứu các phương pháp đo sóng ứng suất để xác Từ khóa: Mô phỏng (simulation), vết nứt thẳng đứng (vertical định vận tốc truyền sóng trong bê tông [3], nghiên cứu crack), vết nứt ngang (horizontal crack), vết nứt xiên (inclined xác định môđun đàn hồi tấm bê tông bằng phương pháp crack), sóng siêu âm (ultrasonic wave). siêu âm [4], nghiên cứu đánh giá khuyết tật cọc khoan nhồi bằng xung siêu âm [5], nghiên cứu dùng sóng siêu âm để khảo sát vết nứt trong bê tông tuổi sớm [6],... Nhìn 1. Đặt vấn đề chung các nghiên cứu trong nước về xác định chiều sâu Các vết nứt thường xuất hiện trong các kết cấu bê vết nứt là sử dụng công thức trong TCVN 9357-2012 để tông. Sự xuất hiện các vết nứt này do nhiều nguyên nhân đi xác định chiều sâu vết nứt bề mặt thẳng đứng đơn giản như tải trọng thay đổi, lún lệch không đều, co ngót,... Một trong bê tông. Chưa có các nghiên cứu để xác định chiều số trường hợp, các vết nứt chỉ ảnh hưởng đến thẩm mỹ bề sâu các vết nứt phức tạp trong bê tông. mặt bê tông. Tuy nhiên trong hầu hết các trường hợp, Trên thế giới, các nghiên cứu về dùng sóng siêu âm chúng là dấu hiệu của sự suy giảm cường độ và tuổi thọ để xác định các đặc tính vết nứt là khá nhiều. Các nghiên kết cấu. Để đánh giá hư hỏng của kết cấu bê tông do các cứu có thể chia ra hai hướng chính là các phương pháp vết nứt, quan trọng là xác định các thông số hình học vết thực nghiệm để đo đạc xác định vết nứt [7-10], các nứt bao gồm chiều rộng, phần mở miệng của vết nứt mở nghiên cứu mô phỏng kết hợp thực nghiệm để đối chiếu và quan trọng hơn cả là độ sâu của vết nứt. Tùy thuộc vào kết quả [11, 12]. Các nghiên cứu về thực nghiệm, ngoài loại kết cấu, bản chất của sự nứt và độ sâu của vết nứt, cách xác định chiều sâu vết nứt bề mặt thẳng đứng như các vết nứt cần phải được sửa chữa. trong TCVN 9357-2012, có một số nghiên cứu khác trình TCVN 9357-2012 hướng dẫn thực nghiệm cách xác bày các cách bố trí đầu dò khác để tăng độ chính xác của định chiều sâu vết nứt bề mặt thẳng đứng bằng xung sóng phép đo. Về các nghiên cứu mô phỏng, một số nghiên siêu âm [1]. Thực nghiệm được thực hiện như sau: đặt hai cứu đã thành công trong việc mô phỏng để xác định đầu dò phát-thu xung đối xứng với vết nứt và cách vết chiều sâu vết nứt bề mặt thẳng góc trong bê tông bằng nứt khoảng cách x xác định được thời gian đầu tiên nhận sóng siêu âm [11, 12]. Tuy nhiên nghiên cứu mới chỉ được ở đầu thu (t1). Tương tự thực hiện với trường hợp 2 dừng lại ở trường hợp vết nứt bề mặt thẳng góc đơn giản đầu phát-thu đặt đối xứng và cách vết nứt khoảng cách mà chưa xét đối với vết nứt phức tạp. Việc mô phỏng kết 2x, ta xác định được thời gian đầu tiên nhận sóng t2. Căn hợp với thực nghiệm để xác định chiều sâu vết nứt phức cứ các thời gian thu được (t1 và t2), khoảng cách x và vận tạp vẫn là thách thức đối với các nhà nghiên cứu. tốc xung siêu âm trong bê tông, Tiêu chuẩn đưa ra công Từ việc tổng quan các nghiên cứu trong nước và trên thức xác định chiều sâu vết nứt. Hạn chế của tiêu chuẩn thế giới, bài báo nhận thấy sự cần thiết phải tiến hành mô là chỉ cung cấp công thức xác định chiều sâu vết nứt mà phỏng kết hợp thực nghiệm để xác định chiều sâu vết nứt không hướng dẫn cơ sở lý thuyết của phép đo. Ngoài ra, trong kết cấu bê tông bằng sóng siêu âm. Trong nghiên do chỉ dựa vào yếu tố thu được là thời gian đầu tiên khi cứu này, trước tiên bài báo tạo dựng ra vết nứt với nhiều trường hợp như: vết nứt thẳng đứng, vết nứt ngang và vết
Vương Lê Thắng, Lê Cung và Nguyễn Đình Sơn nứt xiên. Sau đó dùng phương pháp số để mô phỏng quá 2.2. Đặc tính lan truyền của sóng dọc và sóng ngang trình lan truyền sóng và xác định chiều sâu các vết nứt khi xuất hiện vết nứt này bằng sóng siêu âm và kiểm tra lại với vết nứt thực tế Khi tạo ra một tác động (Impact) trên bề mặt vật thể, đã tạo dựng. Quá trình mô phỏng được thực hiện bằng tác động gây ra các sóng lan truyền như hình 1. Sóng dọc phương pháp phần tử hữu hạn, thông qua công cụ toán và sóng ngang lan truyền bên trong vật thể và sóng học Matlab. Rayleigh lan truyền trên bề mặt. Impact 2. Cơ sở lý thuyết Rayleigh Wave 2.1. Phương trình chi phối lan truyền sóng âm trong môi trường đàn hồi Sóng âm lan truyền trong môi trường đàn hồi dưới S-Wave Front hai dạng: - Sóng khối: có thể là sóng dọc (P-wave) hoặc sóng P-Wave Front Crack ngang (S-wave). - Sóng bề mặt: sóng Rayleigh. Hình 1. Đặc điểm lan truyền của các sóng Các sóng ngang và sóng dọc thường được sử dụng Sóng dọc có đặc điểm lan truyền nhanh hơn sóng cho phương pháp siêu âm đối với các công trình xây ngang, do vậy nó sẽ đến đỉnh của vết nứt trước. Đỉnh vết dựng. Trong khi đó, sóng Rayleigh được sử dụng trong nứt lúc này sẽ đóng vai trò như một nguồn phát mới, phát lĩnh vực địa chấn. ra các sóng ngang và sóng dọc thứ cấp như hình 2. Phương trình lan truyền sóng được thể hiện như sau Impact [13, 14]: u       .u  2u (1) Trong đó: S-Diffracted  là khối lượng riêng; u là chuyển vị,  và toán tử S-Wave Laplac 2 được định nghĩa: P-Diffracted u1 u2 u 3 2 2 2    ; 2    (2) P-Wave x 1 x 2 x 3 x 12 x 22 x 32 Hình 2. Sóng âm lan truyền qua vết nứt u1, u2, u3 là ba thành phần chuyển vị theo 3 phương của Nếu ta bố trí đầu phát tại vị trí gây tác động, đầu thu hệ tọa độ Descartes (x1, x2, x3). đối xứng với đầu phát qua vị trí vết nứt (hình 3). Khi đó , µ là các hệ số La-mé: vị trí đầu phát và đầu thu chính là các vị trí để xác định E E quãng đường ngắn nhất mà sóng lan truyền khi có vết  ;  (3) 1   1  2   2 1   nứt. H H E là môđun đàn hồi, ν là hệ số Poisson. Theo phân tách Helmholtz [13, 14], chuyển vị được Impact tách làm hai thành phần gồm dịch chuyển  và xoay  Transducer Transducer như sau: u       D Khi đó phương trình lan truyền sóng (1) được phân Crack tách thành hai thành phần như sau: 1  2   C p2 (4) 1 2  2  Cs Hình 3. Sơ đồ bố trí đầu phát và thu sóng để xác định chiều sâu Hay có thể phân thành hai loại sóng, sóng dọc lan truyền vết nứt mở thẳng đứng với vận tốc Cp và sóng ngang lan truyền với vận tốc Cs. Do sóng dọc lan truyền với vận tốc nhanh hơn sóng 1 ngang, do vậy sóng đến đầu thu sớm nhất chính là sóng    2  2 Cp    dọc. Khi đó nếu biết vận tốc lan truyền sóng dọc trong vật    (5) kiểm là Cp, thời điểm đầu tiên thu được sóng tại vị trí thu 1 là t, quãng đường lan truyền sóng S sẽ được tính như sau:  2 Cs    S  Cp  t (6)  Công thức (6) chính là cơ sở để xác định chiều sâu và vị trí vết nứt bằng phương pháp sóng siêu âm.
Xác định chiều sâu vết nứt trong kết cấu bê tông bằng sóng siêu âm 2.3 Công thức xác định chiều sâu và vị trí vết nứt H H 2.3.1. Vết nứt mở thẳng đứng và vết nứt ngang Impact Với sơ đồ bố trí đầu dò đối xứng hai bên so với vết Transducer nứt (hình 3), quãng đường truyền sóng S được tính như Db sau: B 2 S  Crack   H D 2 2 (7) 2 trong đó: S là quãng đường truyền sóng ngắn nhất, H là khoảng cách từ vết nứt đến đầu thu (phát), D là chiều sâu vết nứt. Hình 5. Sơ đồ bố trí đầu phát-thu để xác định chiều sâu Thay công thức (6) vào phương trình (7), ta xác định vết nứt xiên được chiều sâu vết nứt thẳng đứng như sau: C t  2 2.4. Phương pháp Phần tử hữu hạn đối với bài toán D   p   H2 (8) truyền sóng  2  Sử dụng phương pháp Phần tử hữu hạn (finite   element method) đối với bài toán sóng. Khi đó phương trong đó: Cp là vận tốc lan truyền của sóng dọc, t là thời trình để giải bài toán lan truyền sóng bằng phương pháp gian lan truyền của sóng dọc trên quãng đường ngắn nhất FEM được thể hiện như sau [15, 16]: S từ đầu phát đến đầu thu.   KQ  F Để xác định chiều sâu vết nứt ngang ta bố trí đầu dò MQ (9) như hình 4. Khi đó chiều sâu vết nứt ngang cũng được Trong đó: M là ma trận khối lượng tổng thể, K là ma xác định theo công thức (8). trận độ cứng tổng thể, F là véctơ tải trọng, Q là ma trận H H chuyển vị nút tổng thể. Ma trận giảm chấn được giả sử bỏ qua trong bài báo này. Đối với bài toán mô phỏng hai chiều, vật rắn được Impact Transducer Transducer chia thành các phần tử tam giác. Ma trận khối lượng và ma trận độ cứng được xác định như sau [15, 16]: Ma trận độ cứng: D ke  te Ae BT DB (10) Crack Trong đó: te là bề dày phần tử, Ae là diện tích phần tử, B là ma trận liên hệ biến dạng-chuyển vị nút của phần tử, D là ma trận liên hệ ứng suất-biến dạng. Do bề dày kết cấu khá lớn, kết cấu được giả thiết chịu ứng biến dạng phẳng. Khi đó: Hình 4. Sơ đồ bố trí đầu phát-thu để xác định chiều sâu vết nứt ngang 1    0  E   D  1 v 0 (11) 2.3.2. Vết nứt xiên (1   )(1  2 )    0 0 (1  2 ) / 2  Để xác định vị trí vết nứt xiên, ta bố trí đầu phát-thu như hình 5. Khi đó bằng cách áp dụng công thức (8) ta Trong đó: E và ν lần lượt là môđun đàn hồi và hệ số xác định được chiều sâu của 2 điểm A và B. Poisson của vật liệu. Ma trận khối lượng của phần tử tam giác được viết H H như sau: 2 0 1 0 0 1 Impact 0 2 0 1  1 0 Transducer   Aete 1 0 2 0 0 1 me    (12) Da 12  0 1 0 1 2 0 A Crack 1 0 1 0 2 0    0 1 0 1 0 2 Ma trận độ cứng tổng thể K và ma trận khối lượng tổng thể M của toàn bộ kết cấu được ghép nối từ các ma trận độ cứng và ma trận khối lượng của các phần tử. 2.5. Phương pháp Newmark Để giải phương trình (9), bài báo sử dụng phương
Vương Lê Thắng, Lê Cung và Nguyễn Đình Sơn pháp Newmark để giải, vì đây là phương pháp có cách hay điều kiện bề mặt-tự do (free-surface condition); Điều giải đơn giản, nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác và thích kiện vận tốc bằng không [20, 21] (zero-velocity hợp với bài toán động lực học. conditions) tương đương với các điều kiện dịch chuyển Rời rạc hóa phương trình (9) tại từng bước thời gian bằng không (zero-displacement conditions), còn gọi là (i+1): điều kiện Dirichlet hay điều kiện bề mặt cố định MQ   KQ  F (13) (rigid-surface condition). i 1 i 1 i 1 Các giá trị tại thời điểm i+1 được tính toán từ giá trị  Điều kiện biên ứng suất tự do đã biết ở thời điểm i. Vận tốc và chuyển vị tại thời điểm Trên bề mặt biên S của môi trường (vật rắn), điều i+1 được xác định bằng phương trình [16, 17]: kiện ứng suất-tự do [20, 21] (điều kiện biên Neumann) được viết như sau: Tn = Ti .ni   ij ni e j  0   1  2  2  Qi 1  Qi  Qi t      t Qi  t Qi 1 Trong đó Tn : véctơ ứng suất trên bề mặt biên; e1, e2,  2  (14) Q  Q  Q  t  (1   )tQ  tQ  e3: các cơ sở của hệ tọa độ Descartes; n1, n2, n3: các thành  i 1 i i i i 1 phần của véctơ pháp tuyến ngoài n của biên trong hệ Với t là bước thời gian;   1/ 2,   1/ 4 là tọa độ Descartes. các tham số gia tốc trung bình trong phương pháp  Điều kiện biên vận tốc hay dịch chuyển bằng không Newmark. Thay (14) vào (13), ta nhận được giá trị gia tốc Điều kiện vận tốc bằng không [20, 21] (zero-velocity  tại bước thời gian i+1. Thay giá trị Q Q  vào (14), conditions) tương đương với các điều kiện dịch chuyển i 1 i 1 bằng không (zero-displacement conditions), còn gọi là ta nhận được giá trị chuyển bị Q và vận tốc Q  tại điều kiện Dirichlet hay điều kiện bề mặt cố định i 1 i 1 bước thời gian i+1. (rigid-surface condition). Trên bề mặt biên S của vật rắn: 2.6. Tiêu chuẩn ổn định của bài toán q1 S  0; q 2 S  0; q 3 S  0 . Trong đó q1, q2, q3: Tính ổn định được đảm bảo bằng cách chọn bước các chuyển vị trong hệ tọa độ Descartes. thời gian phù hợp. Nếu bước thời gian quá nhỏ, việc giải Trong bài báo này, điều kiện biên ứng suất tự do bài toán sẽ mất rất nhiều thời gian. Ngược lại, nếu bước được sử dụng cho các bề mặt tự do của mẫu thử. Đối với thời gian quá lớn, việc tính toán có thể không thực hiện trường hợp vết nứt, nhằm đơn giản hóa bài toán, giả thiết được do không hội tụ. Điều kiện ổn định như sau: vết nứt hở (các bề mặt của vết nứt không tiếp xúc với L nhau) được sử dụng. Vì vậy, điều kiện biên ứng suất tự do t  tcr  (15) cL cũng được áp đặt trên các bề mặt của vết nứt. Trong đó: ΔL là kích thước của phần tử nhỏ nhất, cL 3. Mô phỏng số là vận tốc sóng dọc, Δtcr là bước thời gian tới hạn. Giả thiết rằng biến dạng của phần tử là nhỏ, do đó bước thời 3.1. Vết nứt thẳng đứng gian tới hạn được chọn là thời gian mà sóng dọc truyền Mẫu khảo sát: kích thước mẫu 30x20cm, vết nứt thẳng qua phần tử nhỏ nhất. đứng bề mặt có bề rộng 2mm và sâu 5cm, như hình 6. Kích thước rời rạc theo không gian được chọn sao cho bước sóng nhỏ nhất của tín hiệu phải chứa tối thiểu 8 H=7cm H=7cm nút lưới. Điều kiện này dẫn đến biểu thức sau đây [18, 19]: Impact 1 1 cmin Transducer Transducer x  min  (16) 8 8 f max D=5cm Trong đó: λmin là bước sóng nhỏ nhất, cmin là vận tốc nhỏ nhất của trong môi trường và fmax là tần số lớn nhất Crack 20cm của tín hiệu. 2.7. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên 30cm 2.7.1. Điều kiện ban đầu Hình 6. Sơ đồ bố trí phép đo xác định chiều sâu Kết cấu bê tông được giả sử là cân bằng tại thời điểm vết nứt thẳng đứng ban đầu t=0, do đó chuyển vị, vận tốc và gia tốc tại thời điểm ban đầu xem như bằng 0 tại mọi điểm trong kết cấu. Bố trí đầu dò phát và thu: hai đầu dò phát-thu đặt trên bề mặt mẫu và đối xứng qua vết nứt. Khoảng cách từ đầu phát và thu đến vết nứt là 7cm. 2.7.2. Điều kiện biên Nguồn phát: như đã trình bày ở phần trước, sóng dọc Đối với bài toán lan truyền sóng âm trong vật thể đàn sẽ được xét đến để xác định chiều sâu vết nứt. Giả thiết hồi, các điều kiện thường được sử dụng trong bài toán đầu dò phát sóng tại một điểm, điểm phát sóng bao gồm: Điều kiện ứng suất-tự do (stress-free (x=8cm;y=20cm), chuyển vị tại điểm phát sóng là một conditions) [20, 21], còn được gọi là điều kiện Neumann
Xác định chiều sâu vết nứt trong kết cấu bê tông bằng sóng siêu âm hàm sin như sau: qpy=q0*sin(.t) Trong đó: qpy là chuyển vị theo phương y (vì là sóng dọc); q0 là biên độ của sóng (q0=0,0001m); =2пf; f là tần số phát sóng (f=54khz). Giá trị chuyển vị tại điểm phát sóng theo thời gian được thể hiện qua hình 7. Hình 9. Giá trị chuyển vị uy tại điểm nhận sóng Dựa trên kết quả chuyển vị tại điểm phát sóng (hình 7), giá trị chuyển vị dương lớn nhất thứ hai là tại bước thời gian k=14. Dựa trên kết quả chuyển vị tại điểm nhận sóng sóng (hình 9), giá trị chuyển vị dương lớn nhất thứ hai là tại bước thời gian k=48. Như vậy, số bước thời gian Hình 7. Giá trị chuyển vị uy tại điểm phát sóng lan truyền sóng sẽ là 48-14=34 bước. Khi đó, thời gian lan truyền sóng được xác định bằng số bước thời gian lan Quá trình mô phỏng số được thực hiện bằng phương truyền sóng nhân với bước thời gian (34t). pháp FEM, các thông số mô phỏng như sau: kích thước Áp dụng công thức xác định chiều sâu vết nứt thẳng rời rạc không gian, thỏa mãn công thức 16, x=5mm; đứng (công thức 8), ta xác định được chiều sâu vết như Bước thời gian mô phỏng, thỏa mãn công thức 15, sau: t=Cp/x, với Cp là vận tốc lan truyền của sóng dọc 2 trong bê tông (giả thiết Cp=3000m/s). Số bước thời gian C t  mô phỏng lựa chọn k=100. Vật liệu bê tông được giả thiết D   p   H2  2  là vật liệu đồng nhất, có các đặc tính vật liệu như sau:   khối lượng riêng ρ=2500kg/m3, môđun đàn hồi Eb=2.104 Trong đó: Cp=3000m/s; t=kt=34x1.67.10-6=5,83.10-5s; MPa, hệ số Poisson ν=0,2. H=7cm. Kết quả tính được chiều sâu vết nứt thẳng đứng Quá trình mô phỏng được thực hiện qua công cụ hỗ D=4,82cm. trợ toán học Matlab, hình ảnh mô phỏng được thể hiện qua hình 8. 3.2. Vết nứt ngang Mẫu khảo sát: kích thước mẫu 30x20cm, vết nứt ngang có bề rộng 2mm và sâu 5cm, như hình 9. H=10cm H=10cm Impact Transducer Transducer D=5cm 20cm Crack Hình 8. Hình ảnh lan truyền sóng P-wave trong mẫu với trường hợp vết nứt thẳng góc 30cm Hình 10. Sơ đồ bố trí phép đo xác định chiều sâu vết nứt ngang. Kết quả chuyển vị uy tại điểm nhận sóng được thể hiện qua hình 9. Các thông số mô phỏng lấy giống trường hợp vết nứt thẳng đứng, hình ảnh lan truyền sóng được thể hiện ở hình 11.
Vương Lê Thắng, Lê Cung và Nguyễn Đình Sơn H=10cm H=10cm Impact Transducer Db=2cm B 20cm Crack Xb=19cm 30cm Hình 11. Hình ảnh lan truyền sóng P-wave trong mẫu với Hình 13. Sơ đồ bố trí phép đo xác định chiều sâu vết nứt xiên. trường hợp vết nứt ngang Các thông số mô phỏng lấy giống hai trường hợp như Hình ảnh lan truyền sóng cho thấy tại vị trí vết nứt, đối với vết nứt thẳng đứng và vết nứt ngang. Hình ảnh lan sóng sẽ phản xạ, khi đó giống như một nguồn thứ cấp truyền sóng thể hiện ở hình 14. phát sóng. Điều này phù hợp với cơ sở lý thuyết đã trình bày ở phần trước. Kết quả chuyển vị tại điểm nhận sóng thể hiện qua hình 12. Hình 12. Giá trị chuyển vị uy tại điểm nhận sóng để xác định chiều sâu vết nứt ngang Tương tự như trường hợp vết nứt thẳng đứng, dựa trên kết quả từ hình 12 và hình 7, số bước thời gian lan truyền sóng sẽ là 44 bước. Áp dụng công thức tính toán chiều sâu vết nứt (công thức 8), ta xác định được chiều sâu vết nứt ngang là D=4,58cm. Hình 14. Hình ảnh lan truyền sóng P-wave trong mẫu với trường hợp vết nứt xiên góc 3.3. Vết nứt xiên Mẫu khảo sát: kích thước mẫu 30x20cm, vết nứt xiên Từ hình 14 cho thấy, tại vị trí vết nứt sóng sẽ phản xạ có bề rộng 2mm, như hình 13. ngược lên, điều này là phù hợp với cơ sở lý thuyết đã H=10cm H=10cm phân tích ở phần trước. Kết quả giá trị nhận được tại 2 vị trí nhận sóng thuộc hình 13, để xác định chiều sâu của 2 điểm A và điểm B Impact Transducer được thể hiện hình 15. Da=4cm A Crack 20cm Xa=11cm 30cm
Xác định chiều sâu vết nứt trong kết cấu bê tông bằng sóng siêu âm 4. Kết luận Bài báo trình bày phương pháp mô phỏng nhằm xác định chiều sâu vết nứt trong bê tông sử dụng sóng siêu âm. Việc mô phỏng số được thực hiện bằng phương pháp phần tử hữu hạn, nhờ công cụ toán học Matlab. Kết quả xác định chiều sâu vết nứt từ mô phỏng được so sánh với với chiều sâu thực tế trên mẫu để kiểm tra chương trình mô phỏng. Sự thành công của chương trình mô phỏng là cơ sở để thời gian đến nhóm nghiên cứu tiến hành các thực nghiệm để đối chiếu với kết quả mô phỏng, từ đó đề xuất các phương pháp xác định chiều sâu vết nứt, khắc phục được các hạn chế trong TCVN 9357-2012. a) Giá trị nhận sóng để xác định chiều sâu điểm A Lời cảm ơn Bài báo này được tài trợ bởi Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN với đề tài có mã số: T2019-02-67. Tài liệu tham khảo [1] T. C. V. N. 9357-2012, "Bê tông nặng - Phương pháp thử không phá hủy - Đánh giá chất lượng bê tông bằng vận tốc xung siêu âm," ed, 2012. [2] N. Hữu Huế, "Phương pháp thí nghiệm hiện trường kiểm tra đo đạc vết nứt bê tông bản mặt đập chính-hồ chứa nước Cửa Đạt (The field test method for measuring cracks in concrete of Cua Dat lake)," Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, 2016. b) Giá trị nhận sóng để xác định chiều sâu điểm B [3] L. X. C. Trần Văn Khuê, "Nghiên cứu phương pháp đo Hình 15. Giá trị chuyển vị uy tại điểm nhận sóng sóng ứng suất xác định vận tốc truyền sóng trong bê Tương tự trường hợp vết nứt thẳng đứng và vết nứt tông," Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải số 29 tháng ngang, dựa trên kết quả từ hình 15 và hình 7, số bước thời 03/2010, pp. 81-87, 2010. gian lan truyền sóng ứng với hai điểm A và B sẽ là 43 và [4] L. M. Tu, "Xác định môđun đàn hồi tấm bê tông xi măng 41 bước. mặt đường bằng phương pháp siêu âm (Ultrasonic testing Áp dụng công thức tính toán chiều sâu vết nứt (công methods in determining elastic modulus of concrete thức 8), ta xác định được chiều sâu điểm A là Da=3,95cm pavement plates)," 2016. và chiều sâu điểm B: Db=2,25cm. [5] T. T. Q. Huy and K. Đ. Q. Mỹ, "Xác định và đánh giá khuyết tật cọc khoan nhồi bằng phương pháp xung siêu 3.4. So sánh kết quả mô phỏng so với vết nứt thực tế Kết quả chiều sâu vết nứt bằng chương trình mô âm truyền qua hai ống (Identification and evaluation of phỏng được so sánh với chiều sâu vết nứt thực tế, thể bored pile defects by ultrasonic pulses transmitted through hiện ở bảng 1. two tubes)," 2015. Bảng 1. So sánh kết quả chiều sâu các vết nứt từ mô phỏng [6] H. P. Nam, "Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật sóng âm để và thực tế khảo sát vết nứt trong bê tông khối lớn ở tuổi sớm Chiều sâu loại Tính toán từ mô (Investigation of cracking in massive concrete at early vết nứt Từ thực tế phỏng ages by acoustic emission technique)," 2015. Vết nứt thẳng đứng 5cm 4,82cm [7] S. Tanaka and M. M. ISLAM, "Detection and Vết nứt ngang 5cm 4,58cm Identification of an Inclined Crack in Concrete Structures Điểm A: 4cm Điểm A: 3,95cm Using an Ultrasonic Sensor," SICE Journal of Control, Vết nứt xiên Measurement, and System Integration, vol. 2, pp. 88-93, Điểm B: 2cm Điểm B: 2,25cm 2009. Kết quả từ bảng 1 cho thấy, kết quả mô phỏng cho [8] S. A. Kumar and M. Santhanam, "Detection of concrete ra giá trị chiều sâu các vết nứt thẳng đứng, ngang và xiên damage using ultrasonic pulse velocity method," in gần bằng so với giá trị thực tế. Điều này cho thấy độ tin cậy của chương trình mô phỏng đã thiết lập. National Seminar on Non-destructive Evaluation, 2006. [9] W. Xinjiang and X. Tangdai, "Research on Crack Depth
Vương Lê Thắng, Lê Cung và Nguyễn Đình Sơn Measurement in Concrete by Using Rayleigh Waves," 1998. [10] R. C. Pinto, A. Medeiros, I. Padaratz, and P. B. Andrade, "Use of ultrasound to estimate depth of surface opening cracks in concrete structures," E-Journal of Nondestructive Testing and Ultrasonics, vol. 8, pp. 1-11, 2010. [11] K. C. Arne, "Crack depth measurement in reinforced concrete using ultrasonic techniques," Georgia Institute of Technology, 2014. [12] M. E. Seher, "Finite element simulation of crack depth measurements in concrete using diffuse ultrasound," Georgia Institute of Technology, 2011. [13] A. Bedford and D. Drumheller, Introduction to Elastic Wave Propagation, 1994. [14] G. Müller and M. Weber, Theory of elastic waves: Geoforschungszentrum, 2007. [15] N. N. K. Trần Ích Thịnh, Phương pháp phần tử hữu hạn. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2007. [16] L. C. Vuong Le Thang, Nguyen Dinh Son, "A two-dimention simulation of ultrasonic wave propagation in concrete using finite element method," International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET), vol. 10, pp. 566-580, 2019. [17] T. Xue, "Finite element modeling of ultrasonic wave propagation with application to acoustic microscopy," Doctor of philosophy, Dissertation, Electrical and Computer Engineering, Iowa State University, 1996. [18] F. Schubert and B. Köhler, "Three-dimensional time domain modeling of ultrasonic wave propagation in concrete in explicit consideration of aggregates and porosity," Journal of computational acoustics, vol. 9, pp. 1543-1560, 2001. [19] F. Schubert, A. Peiffer, B. Köhler, and T. Sanderson, "The elastodynamic finite integration technique for waves in cylindrical geometries," The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 104, pp. 2604-2614, 1998. [20] D. Appelö and N. A. Petersson, "A stable finite difference method for the elastic wave equation on complex geometries with free surfaces," Communications in Computational Physics, vol. 5, pp. 84-107, 2009. [21] J. Virieux, "P-SV wave propagation in heterogeneous media: Velocity-stress finite-difference method," Geophysics, vol. 51, pp. 889-901, 1986.