QUAN TRẮC VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU CẦU SỬ DỤNG HỆ CẢM BIẾN CÁP QUANG
Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông (Mã số: 9580205)
Luận án “Quan trắc và đánh giá kết cấu cầu sử dụng hệ cảm biến cáp quang” tập trung vào việc ứng dụng công nghệ cảm biến sợi quang (FBG) trong giám sát sức khỏe công trình (SHM) cầu, một lĩnh vực đang nhận được sự quan tâm lớn nhưng còn hạn chế tại Việt Nam. Mục tiêu chính của nghiên cứu là xây dựng hệ thống quan trắc sử dụng cảm biến FBG, đánh giá hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống này trong việc thu thập đặc trưng động của kết cấu, nghiên cứu bài toán chẩn đoán hư hỏng dựa trên dữ liệu động, và đề xuất thuật toán cập nhật mô hình cũng như chẩn đoán hư hỏng.
Nghiên cứu áp dụng phương pháp tổng hợp phân tích lý thuyết, phương pháp số và phương pháp thực nghiệm. Đối tượng nghiên cứu bao gồm hệ thống cảm biến quang FBG cho cầu giàn và cầu dây văng, đặc trưng động học của chúng, mô hình số hóa, phương pháp xử lý số liệu và chẩn đoán hư hỏng. Luận án mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi đề xuất thuật toán tối ưu mới lai giữa H5N1 và SVD (H5N1-SVD) để cập nhật mô hình và chẩn đoán hư hỏng, đồng thời tạo cơ sở dữ liệu hữu ích cho lĩnh vực SHM.
Cấu trúc luận án gồm 5 chương. Chương 1 trình bày tổng quan về giám sát sức khỏe công trình sử dụng cảm biến và cảm biến quang. Chương 2 đi sâu vào lý thuyết tính toán và các đặc trưng cơ lý của cảm biến FBG, khẳng định ưu điểm vượt trội của chúng về độ bền, khả năng chịu lực và chống ăn mòn. Chương 3 mô tả nghiên cứu ứng dụng cảm biến FBG để theo dõi đặc trưng động học trên mô hình thí nghiệm cầu giàn thép và cầu dây văng, so sánh kết quả với cảm biến gia tốc truyền thống, cho thấy cảm biến quang có khả năng thu được nhiều hình thái dao động hơn. Chương 4 tập trung vào việc xây dựng mô hình số bằng Matlab và Ansys, sau đó áp dụng thuật toán H5N1-SVD đề xuất để cập nhật mô hình và xác định hư hỏng. Kết quả cho thấy thuật toán H5N1-SVD giảm đáng kể sai số trung bình giữa mô hình đo và mô hình tính (từ 6.75% xuống 4.1% cho cầu giàn và từ 3.69% xuống 1.59% cho cầu dây văng) và vượt trội trong việc chẩn đoán hư hỏng so với các thuật toán tối ưu khác như PSO, GA, SSA.
Tổng kết luận án khẳng định thành công trong việc xây dựng mô hình thí nghiệm, chứng minh hiệu quả của cảm biến quang FBG so với cảm biến gia tốc, đề xuất và ứng dụng thành công thuật toán H5N1-SVD trong cập nhật mô hình và chẩn đoán hư hỏng, mở ra tiền đề cho việc triển khai công nghệ này vào thực tế tại Việt Nam.
1.1. Tổng quan về hệ thống theo dõi sức khoẻ công trình cầu.
1.2. Tổng quan về các nghiên cứu giám sát sức khoẻ công trình cầu.
1.3. Tổng quan về giám sát sức khoẻ công trình sử dụng hệ cảm biến và cảm biến quang.
1.4. Kết luận Chương 1
2.1. Khái niệm về cảm biến FBG
2.2. Phân loại cảm biến FBG
2.2.1. Cảm biến quang giản đơn
2.2.2. Cảm biến quang biến thiên theo chiều dài
2.2.3. Cảm biến quang lưới ghép nghiêng
2.3. Đặc trưng cơ học của cảm biến quang
2.3.1. Khả năng phản xạ của sợi quang học
2.3.2. Đặc trưng của băng thông.
2.3.3. Đặc điểm độ trễ nhóm và sự phân tán
2.3.4. Ảnh hưởng nhiệt độ
2.4. Các đặc trưng cơ bản của cảm biến quang FBG
2.4.1. Cường độ
2.4.2. Mô đun đàn hồi và độ cứng
2.5. So sánh cảm biến FBG với các cảm biến khác
2.6. Tổng kết chương 2
3.1. Thiết kế thí nghiệm
3.1.1. Cầu giàn thép
3.1.1.1. Giới thiệu mô hình
3.1.1.2. Thiết bị sử dụng
3.1.2. Cầu dây văng
3.1.2.1. Giới thiệu mô hình
3.1.2.2. Thiết bị sử dụng
3.2. Tiến hành đo đạc và phân tích số liệu
3.2.1. Thí nghiệm trên cầu dàn thép
3.2.2. Thí nghiệm trên cầu dây văng
3.3. Phân tích kết quả
3.3.1. Đối với cầu dàn thép
3.3.1.1. Cảm biến FBG
3.3.1.2. Cảm biến gia tốc
3.3.1.3. So sánh kết quả cảm biến FBG và cảm biến gia tốc
3.3.2. Đối với cầu dây văng
3.3.2.1. Cảm biến FBG
3.3.2.2. Cảm biến gia tốc
3.3.2.3. So sánh kết quả cảm biến FBG và cảm biến gia tốc
3.4. Tổng kết chương 3
4.1. Xây dựng mô hình số
4.1.1. Mô hình phần tử hữu hạn Cầu giàn thép
4.1.1.1. Kết quả mô hình phần tử hữu hạn
4.1.1.2. So sánh kết quả mô hình PTHH và mô hình đo bằng cảm biến
4.1.2. Mô hình phần tử hữu hạn Cầu dây văng
4.1.2.1. Kết quả mô hình phần tử hữu hạn
4.1.2.2. So sánh kết quả mô hình PTHH và mô hình đo bằng cảm biến
4.2. Thuật toán đề xuất
4.2.1. Thuật toán H5N1
4.2.2. Phương pháp Phân rã Giá trị riêng (Singular Value Decomposition - SVD)
4.2.3. Thuật toán H5N1-SVD
4.3. Áp dụng thuật toán đề xuất để cập nhật và xác định hư hỏng cho mô hình
4.3.1. Cập nhật mô hình số
4.3.1.1. Cập nhật mô hình cầu giàn thép
4.3.1.2. Cập nhật mô hình cầu dây văng
4.3.2. Xác định hư hỏng cầu giàn thép
4.3.2.1. Dữ liệu hư hỏng
4.3.2.1.1. Hư hỏng 1 phần tử
4.3.2.1.2. Hư hỏng 2 phần tử
4.3.2.2. Kết quả xác định hư hỏng
4.3.3. Xác định hư hỏng cầu dây văng
4.3.3.1. Dữ liệu hư hỏng
4.3.3.2. Kết quả xác định hư hỏng
4.4. Kết luận chương 4
Kết luận:
Kiến nghị: