Luận Án Tiến Sĩ Về Chẩn Đoán Dầm Cầu Qua Phân Tích Dao Động Và Thuật Toán Tối Ưu Hóa

• Tác giả: Hồ Khắc Hạnh
• Người hướng dẫn: Bùi Tiến Thành
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cầu - Hầm
• Đề tài: Chẩn Đoán Dầm Cầu Bằng Phân Tích Dao Động Và Thuật Toán Tối Ưu Hóa
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Đặt vấn đề nghiên cứu
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Phương pháp nghiên cứu
• 0.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 0.6. Nội dung của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIÁM SÁT SỨC KHỎE KẾT CẤU CÔNG TRÌNH DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP ĐO NHẬN DẠNG DAO ĐỘNG
• 1.1. Tổng quan về giám sát sức khỏe kết cấu công trình dựa vào kết quả đo các đặc trưng dao động
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về giám sát sức khỏe kết cấu công trình dựa trên phương pháp đo nhận dạng dao động
• 1.3. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam về giám sát sức khỏe kết cấu công trình dựa trên phương pháp đo nhận dạng dao động
• 1.4. Kết luận Chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG KẾT CẤU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO DAO ĐỘNG NGẪU NHIÊN
• 2.1. Cơ sở lý thuyết về dao động kết cấu
• 2.2. Các phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu dựa trên dao động
• 2.3. Phương pháp dựa trên sự thay đổi của tần số dao động riêng
• 2.4. Phương pháp dựa vào sự thay đổi của hình dạng dao động
• 2.5. Phương pháp dựa trên hàm đáp ứng tần số
• 2.6. Chẩn đoán hư hỏng kết cấu dựa trên kết quả đo nhận dạng dao động sử dụng thuật toán bầy đàn PSO
• 2.7. Chẩn đoán hư hỏng kết cấu dựa trên kết quả đo nhận dạng dao động sử dụng mạng nơ ron nhân tạo
• 2.8. Chẩn đoán hư hỏng kết cấu dựa trên kết quả đo nhận dạng dao động sử dụng thuật toán kết hợp PSO-ANN
• 2.9. Kết luận Chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PSO KẾT HỢP VỚI ANN ĐỂ CHẨN ĐOÁN CÁC HƯ HỎNG CHO MÔ HÌNH SỐ
• 3.1. Cầu dầm giản đơn
• 3.2. Trường hợp hư hỏng tại một phần tử
• 3.3. Trường hợp hư hỏng tại nhiều phần tử
• 3.4. Trường hợp hư hỏng tại một phần tử
• 3.5. Trường hợp hư hỏng tại nhiều phần tử
• 3.6. Cầu dàn thép liên tục
• 3.7. Trường hợp hư hỏng tại một phần tử
• 3.8. Trường hợp hư hỏng tại nhiều phần tử
• 3.9. Kết luận Chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG PSO KẾT HỢP VỚI ANN ĐỂ CHẨN ĐOÁN CÁC HƯ HỎNG TRÊN MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
• 4.1. Dầm giản đơn trong phòng thí nghiệm
• 4.2. Mô hình bài toán
• 4.3. Mô hình thực nghiệm
• 4.4. Phân tích, so sánh các kết quả thu được từ lý thuyết và thực nghiệm
• 4.5. Cầu Bến Quan
• 4.6. Giới thiệu về cầu Bến Quan
• 4.7. Mô hình thí nghiệm
• 4.8. Mô hình phần tử hữu hạn
• 4.9. Cập nhật mô hình và xác định hư hỏng trong kết cấu
• 4.10. Kết luận Chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

I. Giới thiệu về chẩn đoán dầm cầu

Chẩn đoán dầm cầu là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật xây dựng, đặc biệt là trong việc đảm bảo an toàn cho các công trình giao thông. Việc phát hiện sớm các hư hỏng trong kết cấu cầu giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí sửa chữa. Phân tích dao động là một phương pháp hiệu quả để đánh giá tình trạng sức khỏe của kết cấu. Phương pháp này dựa trên việc đo đạc và phân tích các đặc trưng động học như tần số dao động và dạng dao động. Những thông tin này cung cấp cái nhìn sâu sắc về tình trạng của dầm cầu, từ đó giúp đưa ra các quyết định sửa chữa kịp thời.

1.1. Tầm quan trọng của việc chẩn đoán

Việc chẩn đoán hư hỏng trong kết cấu cầu không chỉ giúp bảo vệ an toàn cho người và phương tiện tham gia giao thông mà còn bảo vệ tài sản công cộng. Các hư hỏng có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau như tác động của môi trường, tải trọng quá mức hoặc sự lão hóa của vật liệu. Do đó, việc áp dụng các phương pháp như phân tích rung và thuật toán tối ưu hóa là cần thiết để phát hiện và đánh giá mức độ nghiêm trọng của các hư hỏng này.

II. Phương pháp phân tích dao động

Phương pháp phân tích dao động được sử dụng để xác định các đặc trưng động học của kết cấu cầu. Quá trình này bao gồm việc đo đạc các tín hiệu dao động và phân tích chúng để xác định tần số dao động tự nhiên và dạng dao động. Phân tích kết cấu dựa trên các đặc trưng này cho phép xác định vị trí và mức độ hư hỏng. Việc sử dụng các công nghệ hiện đại như cảm biến và phần mềm phân tích giúp nâng cao độ chính xác của kết quả. Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ xây dựng tiên tiến trong việc lắp đặt các thiết bị đo đạc cũng góp phần quan trọng trong việc thu thập dữ liệu chính xác.

2.1. Các phương pháp đo đạc

Có nhiều phương pháp đo đạc khác nhau được sử dụng trong phân tích dao động, bao gồm đo đạc bằng cảm biến gia tốc và cảm biến chuyển vị. Các phương pháp này giúp thu thập dữ liệu về phản ứng của kết cấu dưới tác động của tải trọng. Dữ liệu thu thập được sẽ được phân tích để xác định các thông số như tần số dao động và hệ số giảm chấn. Việc sử dụng phân tích số kết hợp với thực nghiệm giúp tăng cường độ tin cậy của kết quả và cung cấp cái nhìn tổng quan về tình trạng sức khỏe của kết cấu.

III. Thuật toán tối ưu hóa bầy đàn

Thuật toán tối ưu hóa bầy đàn (PSO) là một trong những phương pháp tối ưu hóa hiệu quả được áp dụng trong chẩn đoán hư hỏng kết cấu. PSO hoạt động dựa trên nguyên lý mô phỏng hành vi của các sinh vật trong tự nhiên, giúp tìm kiếm giải pháp tối ưu cho các bài toán phức tạp. Kết hợp PSO với mạng nơ ron nhân tạo (ANN) tạo ra một phương pháp mạnh mẽ để cập nhật mô hình số hóa kết cấu. Việc này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác của mô hình mà còn giảm thiểu thời gian tính toán.

3.1. Ứng dụng PSO trong chẩn đoán

PSO được sử dụng để tối ưu hóa các tham số trong mô hình số hóa kết cấu, từ đó giúp xác định vị trí và mức độ hư hỏng. Việc áp dụng PSO trong chẩn đoán hư hỏng cho phép phát hiện các vấn đề tiềm ẩn mà có thể không được phát hiện qua các phương pháp truyền thống. Kết quả từ PSO có thể được sử dụng để điều chỉnh mô hình và cải thiện độ chính xác của các dự đoán về tình trạng sức khỏe của kết cấu.

IV. Kết luận và triển vọng

Nghiên cứu về chẩn đoán dầm cầu bằng phương pháp phân tích dao động và thuật toán tối ưu hóa bầy đàn đã mở ra nhiều triển vọng trong việc nâng cao độ chính xác và hiệu quả của các hệ thống giám sát sức khỏe kết cấu. Việc áp dụng các công nghệ hiện đại trong lĩnh vực này không chỉ giúp phát hiện sớm các hư hỏng mà còn góp phần bảo vệ an toàn cho người và phương tiện tham gia giao thông. Tương lai, việc phát triển các phương pháp mới và cải tiến các thuật toán hiện có sẽ tiếp tục là hướng nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực này.

4.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các thuật toán tối ưu hóa mới và cải tiến các phương pháp phân tích hiện có. Việc kết hợp các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong việc nâng cao hiệu quả của các hệ thống giám sát sức khỏe kết cấu. Ngoài ra, việc áp dụng các phương pháp này vào các loại kết cấu khác nhau cũng là một lĩnh vực nghiên cứu tiềm năng.