Nghiên cứu sử dụng chuyển vị nút để chẩn đoán hư hại trong kết cấu dạng dầm

Với mục đích góp phần vào các phương pháp theo dõi sức khỏe công trình hiệu quả, bài báo này trình bày một phương pháp ước tính chỉ sử dụng dữ liệu chuyển vị để phát hiện thiệt hại công trình. Cách tiếp cận dựa trên mối tương quan giữa hư hại công trình và các biến đổi trong các thông số đo được. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sử dụng chuyển vị nút để chẩn đoán hư hại trong kết cấu dạng dầm NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHUYỂN VỊ NÚT ĐỂ CHẨN ĐOÁN HƯ HẠI TRONG KẾT CẤU DẠNG DẦM Lê Liên Hưng, Nguyễn Phan Nhật Trung, Trần Thanh Phong, Phạm Phương Nam, Hồ Ngọc Sỹ Khoa Xây dựng, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: TS. Hà Minh Tuấn TÓM TẮT Với mục đ ch góp phần vào các phương pháp theo dõi sức khỏe công trình hiệu quả, bài báo này trình bày một phương pháp ước tính chỉ sử dụng dữ liệu chuyển vị để phát hiện thiệt hại công trình. Cách tiếp cận dựa trên mối tương quan giữa hư hại công trình và các biến đổi trong các thông số đo được. Cụ thể, chỉ số chẩn đoán mới “Chỉ số chuyển vị (DBI)” được sử dụng trong nhiều trường hợp để xác định các tình trạng hư hại. Các nghiên cứu được thực hiện bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn để đưa ra mối tương quan giữa DBI với vị trí thiệt hại. Ngoài ra, ảnh hưởng của các tham số ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp như số lượng phép đo và vị trí của các điểm quan sát cũng được kiểm tra. Kết quả chứng minh rằng DBI có thể được sử dụng như một con trỏ phù hợp để xác định vị trí hư hại. Từ khóa: Chẩn đoán sức khỏe công trình, chuyển vị nút, SAP2000, xây dựng. 1 GIỚI THIỆU Hiện nay số lượng công trình có tuổi đời hơn 50 năm ngày càng nhiều, dẫn việc chẩn đoán sớm hư hại trong kết cấu dần trở nên là một chủ đề bức thiết. Nếu như không đưa ra được chẩn đoán kịp thời, kết cấu có khả năng sẽ bị phá hoại một cách đột ngột, tác động đến tâm lý của người sử dụng. Trong bài báo cáo này, nghiên cứu đề xuất một phương pháp giúp chẩn đoán hư hại trong cấu kiện dạng dầm giúp kỹ sư có phương án giải quyết phá hoại kịp thời. Nghiên cứu khảo sát các trường hợp kết cấu dầm khác nhau thông qua việc thay đổi vị trí đặt tải, hư hại, mức độ hư hại và các thông số cơ bản khác của cấu kiện. Các trường hợp đặt tải qua 3 loại dầm cơ bản: dầm đơn giản, dầm liên tục, dầm đơn giản có đầu thừa, được giả định để khảo sát sự hiệu quả của phương pháp chẩn đoán hư hại bên trong cấu kiện dầm. Kết quả của phương pháp được lấy từ số liệu khi giả định nhiều trường hợp đặt tải cho lần lượt 3 loại dầm cơ bản. Qua đó, chỉ số chẩn đoán hư hại DBI [1] được tính toán từ dữ liệu chuyển vị nút đo được. Từ chỉ số chuyển vị, DBI được phân tích để xác định vị trí hư hại hay phần tử hư hại giả định ban đầu và kết quả chẩn đoán này được hiển thị trên biểu đồ Line Chart. 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chuyển vị của dầm là tích phân của góc xoay được tính với công thức: ∫ ∫ (1) 447 Trong đó, E là modun đ n hồi vật liệu, sẽ tỷ lệ nghịch với chuyển vị y, do đó khi giảm modun đ n hồi đi thì khoảng cách chuyển vị sẽ tăng lên. Trong nghiên cứu này, để giả định dầm hư hại, modun đ n hồi được giảm theo từng cấp độ để khảo sát sự thay đổi chuyển vị của dầm giả định so với dầm bình thường với modun đ n hồi ứng với cấp độ bền bê tông (xem Hình 1 và Hình 2). Từ kết quả chuyển vị của dầm, một ma trận chuyển vị của dầm được xác định như sau: [ ] (2) [ ] Trong đó, x là vị trí nút được xác định trên dầm, yi/d là giá trị chuyển vị của dầm bình thường/hư hại (m). Từ ma trận chuyển vị, sự chệnh lệch giá trị yi và yd được xác định: | | (3) Với giá trị chênh lệch chuyển vị giữa dầm bình thường và dầm giả định hư hại, chỉ số chỉ ra vị trí hư hại DBI được tính với công thức: [ ] (4) Hình 1: Dầm đơn giản bình thường Hình 2: Dầm đơn giản giả định hư hại phần tử thứ 3 3 DẦM ĐƠN GIẢN 3.1 Sơ đồ tính Dầm được mô phỏng bằng phần mềm SAP2000. Mô hình dài 8m, được chia thành 8 phần tử bằng nhau, mỗi phần dài 1 m. Vật liệu sử dụng bê tông B25 với trọng lượng riêng 2.50 T/m3 (khô cứng tự nhiên) và modun đ n hồi E = 30000 MPa. Kích thước mặt cắt ngang của dầm bxh = 20 x 40 cm. Sơ đồ tính như Hình 3 với tải tập trung đặt tại giữa nhịp. Hình 3: Mô hình dầm đơn giản mô phỏng Hình 4: Tiết diện dầm 448 3.2 Các trường hợp khảo sát Các trường hợp khảo sát được trình bày trong Bảng 1. Trường hợp A2 nhằm xác định khả năng hư hại của phương pháp, giả định dầm hư hại ở phần tử thứ 3 (Hình 2), modun đ n hồi E của đoạn dầm thứ 3 giảm 10%. Trường hợp A3 sẽ khảo sát khả năng nhận biết phá hoại ở bất kỳ phần tử nào của dầm, chẳng hạn như phần tử sát gối tựa (phần tử 8). Trường hợp A4 sẽ khảo sát sự hiệu quả của phương pháp khi tải trọng tác dụng lên dầm chỉ còn 10 kN so với 100 kN ban đầu. Để nghiên cứu trường hợp vị trí đặt tải thay đổi, trường hợp A5 sẽ được khảo sát. Mức độ phá hoại của dầm được thể hiện qua việc khảo sát trường hợp A6 với việc giảm modun đ n hồi xuống một nửa so với ban đầu. Với 2 tải tập trung, sẽ khảo sát việc hư hại xảy ra bên trong và bên ngoài vị trí đặt 2 tải, ứng với trường hợp A7 và A8. Trường hợp A9 sẽ khảo sát việc phát hiện hư hại đối với dầm đơn giản chịu tải phân bố đều. Bảng 1: Các trường hợp khảo sát với case A1 là dầm bình thường Độ lớn Độ giảm Trường Số đoạn Phần tử Vị trí đặt tải Loại tải trọng tải trọng modun đàn hợp ...