Nghiên cứu phát hiện sự suy giảm độ cứng của dầm sử dụng đường ảnh hưởng của chuyển vị

Trong nghiên cứu này, một phương pháp phát hiện hư hỏng của kết cấu được đề xuất bằng cách sử dụng chỉ số chuẩn hóa của hiệu đường ảnh hưởng chuyển vị của dầm làm dữ liệu đầu vào trong quy trình đánh giá. Đường ảnh hưởng chuyển vị dùng để đánh giá được tính toán từ kết quả phân tích ứng xử của mô hình phần tử hữu hạn của dầm bê tông cốt thép khi chịu tải trọng di động trên dầm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu phát hiện sự suy giảm độ cứng của dầm sử dụng đường ảnh hưởng của chuyển vị NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN SỰ SUY GIẢM ĐỘ CỨNG CỦA DẦM SỬ DỤNG ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG CỦA CHUYỂN VỊ Mã Khang, Nguyễn Tấn Niên, Hồ Ngọc Trung Kiên, Nguyễn Quân, Phạm Chí Hào Khoa Xây dựng, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: TS. Hà Minh Tuấn TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, một phương pháp phát hiện hư hỏng của kết cấu được đề xuất bằng cách sử dụng chỉ số chuẩn hóa của hiệu đường ảnh hưởng chuyển vị của dầm làm dữ liệu đầu vào trong quy trình đánh giá. Đường ảnh hưởng chuyển vị dùng để đánh giá được tính toán từ kết quả phân tích ứng xử của mô hình phần tử hữu hạn của dầm bê tông cốt thép khi chịu tải trọng di động trên dầm. Dầm bê tông cốt thép được mô phỏng bằng phần mềm SAP2000. Sau đó, tải trọng di động được gán để di động trên dầm từ vị trí đầu đến vị trí cuối dầm. Chuyển vị tại từng nút khảo sát sẽ được xuất ra ứng với từng trường hợp tải di động để vẽ đường ảnh hưởng. Kết quả phân tích chuyển vị của dầm trước và sau khi giả định hư hỏng ứng với từng trường hợp tải di động được phân tích để chẩn đoán vị trí giảm độ cứng. Từ đó, kết quả chẩn đoán hư hỏng trong dầm và tính khả thi của các phương pháp trong ứng dụng thực tiễn được phân tích và đánh giá. Từ khóa: đường ảnh hưởng chuyển vị, chẩn đoán vị trí hư hỏng, giảm mô đung đàn hồi. 1 MỞ ĐẦU Dầm cầu trục trong nhà thép công nghiệp trở nên xuống cấp trong thời gian sử dụng do các yếu tố khác nhau như phản ứng ăn mòn cốt thép, do đó dẫn đến mất chức năng, gây nguy hiểm trong quá trình vận hành. Dầm cầu trục là kết cấu chịu lực của cầu trục được thiết kế dạng hộp hoặc giàn không gian. Tùy thuộc vào tình trạng hư hỏng, hư hỏng cục bộ có thể dẫn đến rơi vật nặng hoặc hỏng toàn bộ. Vì vậy, cần phải đánh giá hư hỏng và sửa chữa hoặc gia cố theo yêu cầu định kỳ. Theo dõi sức khỏe kết cấu (SHM) là một phương pháp để đánh giá tính toàn vẹn kết cấu một cách định lượng. SHM nhằm cung cấp, tại mọi thời điểm trong suốt vòng đời của một kết cấu, chẩn đoán tình trạng của vật liệu, các bộ phận khác nhau và sự lắp ráp hoàn chỉnh của các bộ phận tạo thành kết cấu nói chung. Phương pháp xác định vị trí hư hỏng và mức độ hư hỏng của kết cấu bằng SHM được phân loại rộng rãi thành hai loại tập trung vào các đặc tính động và phản ứng tĩnh của kết cấu được khảo sát. Nhiều nghiên cứu liên quan đến việc áp dụng các phản ứng động để phát hiện hư hỏng đã được thực hiện (Dawari và cộng sự, 2013; Miyashita và cộng sự 2012), ví dụ, tần số tự nhiên và hình dạng mode dao động. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây (Watanabe và cộng sự, 2014) đã chứng minh rằng tần số tự nhiên bậc thấp không nhạy cảm với những thay đổi về độ cứng của cấu kiện. Hơn nữa, có đủ số lượng thiết bị đo là rất quan trọng để ước tính chính xác hình dạng mode dao động. 780 Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc áp dụng các thông số liên quan đến độ cứng của kết cấu như chuyển vị và độ cong liên quan đến các phương pháp phát hiện hư hỏng dựa trên dữ liệu tĩnh. Năm 2005, Chen và cộng sự (2005) đã chứng minh rằng các hư hỏng có thể được phát hiện trong mô hình khảo sát bằng cách tính hệ số GRC sử dụng các độ cong thu được từ dữ liệu dịch chuyển tại thời điểm khỏe mạnh và thời điểm suy giảm. Năm 2017, Ha và Fukada (2017) đã giới thiệu Chỉ số dựa trên chuyển vị (DBI) như một phương pháp xác định hư hỏng sử dụng sự thay đổi hình dạng chuyển vị để phát hiện hư hỏng kết cấu của mô hình dầm bê tông ứng suất trước (PC). Tuy nhiên, DBI chỉ sử dụng dữ liệu đầu vào có được từ tải trọng tĩnh và không xét đến tải trọng di động. Trong nghiên cứu này, một phương pháp phát hiện hư hỏng áp dụng chỉ số chuẩn hóa tập trung vào những thay đổi trong đường ảnh hưởng chuyển vị của dầm được đề xuất. Đầu tiên, phương pháp đề xuất sử dụng các đường ảnh hưởng chuyển vị làm đầu vào được giới thiệu và sử dụng trong nhiều tình huống để xác định các đặc tính hư hỏng của mô hình phần tử hữu hạn của dầm đơn giản. Sau đó, nghiên cứu thay đổi vị trí hư hỏng để đánh giá hiệu quả của phương pháp. 2 PHƯƠNG PHÁP DỰA VÀO ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG CỦA CHUYỂN VỊ Chuyển vị của dầm là tích phân của góc xoay được tính với công thức: ∫ (∫ (1) Trong đó, E là modun đàn hồi vật liệu, sẽ tỷ lệ nghịch với chuyển vị y, do đó khi giảm modun đàn hồi đi thì khoảng cách chuyển vị sẽ tăng lên. Năm 2017, bằng cách đánh giá các đường cong chuyển vị đo được của dầm khi chịu tải trọng tĩnh ở trạng thái bình thường và suy giảm chất lượng, Hà và Fukada đã tính toán DBI và xác định các vị trí hư hỏng của kết cấu. Nghiên cứu này khảo sát hiệu quả của DBI khi sử dụng đường ảnh hưởng chuyển vị có được từ tải trọng chuyển động. Như thể hiện trong Hình 1, đường ảnh hưởng của chuyển vị tại điểm C trong dầm đàn hồi có thể thu được bằng cách di chuyển liên tiếp tải đơn vị P từ gối A đến gối B. Sau đó, với thuộc tính của đường ảnh hưởng chuyển vị, từ định lý tương hỗ Maxwell – Betti, chuyển vị của điểm C do tải đơn vị đặt tại một điểm nhất định có độ lớn bằng với chuyển vị của điểm cụ thể đó được tạo ra bởi tải đơn vị đặt tại điểm C. Do đường ảnh hưởng chuyển vị quan sát được tại điểm C bằng với dạng đường chuyển vị của dầm khi tác dụng một tải trọng đơn vị lên điểm C, do đó, về mặt lý thuyết, DBI có thể được áp dụng cho tải trọng chuyển động. Trong nghiên cứu này, để giả định dầm hư hại, modun đàn hồi được giảm theo từng cấp độ để khảo sát sự thay đổi chuyển vị của dầm giả định so với dầm bình thường. Giả sử một tải trọng đơn vị di chuyển từ gối A đến gối B; chuyển vị nút tại điểm C được cho bởi phương trình sau: [ ] [( ( ) ( ] (2) [ ] [( ( ) ( ...