Nghiên cứu sử dụng đường biến dạng để chẩn đoán hư hại trong bản sàn bê tông cốt thép

Bài viết Nghiên cứu sử dụng đường biến dạng để chẩn đoán hư hại trong bản sàn bê tông cốt thép được nghiên cứu 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 chẩn đoán chỉ sử dụng đường biến dạng để phát hiện sự giảm độ cứng của bản sàn bê tông cốt thép.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sử dụng đường biến dạng để chẩn đoán hư hại trong bản sàn bê tông cốt thép NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐƯỜNG BIẾN DẠNG ĐỂ CHẨN ĐOÁN HƯ HẠI TRONG BẢN SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP Phan Minh Mỹ*, Phạm Thuận*, Phạm Huỳnh Anh Tuấn*, Nguyễn Hồng Phát* Khoa Xây Dựng, Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh (HUTECH) GVHD: TS. Hà Minh Tuấn TÓM TẮT 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 chẩn đoán chỉ sử dụng đường biến dạng để phát hiện sự giảm độ cứng của bản sàn bê tông cốt thép. Cách tiếp cận dựa trên mối tương quan giữa đường biến dạng của bản sàn đo được tại hai trạng hái có hư hỏng và không có hư hỏng. Cụ thể, chỉ số chẩn đoán mới “Chỉ số bảo toàn chuyển vị (DAC)” được sử dụng trong nhiều trường hợp để xác định sự xuất hiện của việc giảm độ cứng. Dữ liệu đường biến dạng được tính toán bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn dựa trên phần mềm thương mại ETABS. Nhiều kịch bản hư hỏng được giả định để khảo sát độ nhạy của chỉ số DAC trong việc phát hiện hư hỏng trên bản. Kết quả chứng minh rằng DAC có thể được sử dụng như một chỉ số đánh giá để xác định sự xuất hiện của hư hỏng. Từ khóa: bản bê tông cốt thép, đường biến dạng, ETABS, sự suy giảm độ cứng. 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. 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. 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 1255 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). Trong bài báo cáo này, nghiên cứu đề xuất một phương pháp giúp chẩn đoán sự xuất hiện hư hại trong cấu kiện bản sàn bê tông cốt thép giúp kỹ sư có phương án bảo trì kịp thời. Nghiên cứu khảo sát các trường hợp kết cấu sàn khác nhau thông qua việc thay đổi vị trí hư hại. Kết quả của phương pháp được lấy từ số liệu khi giả định nhiều trường hợp hư hại cho kết cấu bản sàn dạng ô bản đơn kê 4 cạnh. Qua đó, chỉ số bảo toàn chuyển vị (DAC) được tính toán từ dữ liệu đường biến dạng đo được. Từ chỉ số DAC được phân tích để xác định vị trí của phần tử suy giảm độ cứng và kết quả chẩn đoán này được hiển thị trên biểu đồ DAC. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong nghiên cứu này, chỉ số bảo toàn chuyển vị (DAC) được sử dụng để xác định sự xuất hiện của hư hỏng trên kết cấu dựa vào dữ liệu chuyển vị đo đạc tại mặt dưới của bản sàn bê tông cốt thép (BTCT). Nếu kết cấu đã bị phá hoại bởi điều kiện môi trường hoặc tải trọng tác dụng, thì độ cứng của kết cấu được điều chỉnh lại và việc đo đạc chuyển vị của kết cấu ở trạng thái hư hỏng không còn tương ứng với trạng thái ban đầu. Trong nghiên cứu này hệ số DAC (Displacement Assurance Criterion) được đề xuất và sử dụng cho việc phát hiện ra phần tử suy giảm độ cứng của bản sàn BTCT. Hệ số DAC minh họa cho mối quan hệ giữa hai đường cong chuyển vị ở hai trạng thái khác nhau. 2 (∑???? ????=1 ???????????? ???????????? ) DAC = ∑???? 2 ∑???? ???? 2 (2) ????=1 ???????????? ????=1 ???????? Trong đó: - ???????????? (j = 1 ~ n+1) là chuyển vị đã được chuẩn hóa khi dầm ở trạng thái ban đầu (bản sàn chưa bị hư hỏng) - ???????????? (j = 1 ~ n+1) là chuyển vị đã được chuẩn hóa khi bản sàn ở trạng thái bị hư hỏng. Trong nghiên cứu này thì đường cong chuyển vị của bản sàn theo hai phương đã được chuẩn hóa khi bản sàn không có hư hỏng được xem xét như đường cong tham chiếu. Trong trường hợp, hai đường cong khảo sát đồng nhất thì hệ số DAC=1. Ngược lại, nếu có bất kỳ sự suy giảm nào của kết cấu thì hệ số DAC < 1. 3. BÀI TOÁN ÁP DỤNG 1256 Nghiên cứu mô phỏng một ô bản đơn bằng bê tông cốt thép có kích thước hai phương là 4m x 4m (Hình 2), chiều dày bản 100mm chịu tải trọng bản thân và tải trọng phân bố đều 0.3 T/m2 tác dụng trên bản. Các biên của ô bản được giả định là có liên kết ngàm (Hình 1(a)). Bê tông đ ...