Luận văn thạc sĩ: Đánh giá hiện tượng tách lớp cho dầm bê tông cốt thép gia cường bằng tấm FRP

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật xây dựng đánh giá các chỉ số cho việc chẩn đoán hiện tượng tách lớp cho dầm bê tông cốt, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Trần Ngọc Huỳnh
• Người hướng dẫn: PGS. Hồ Đức Duy
• Trường học: Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Đánh Giá Hiện Tượng Tách Lớp Dầm Bê Tông Cốt Thép Gia Cường Bằng FRP
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Vai trò của chẩn đoán hư hỏng kết cấu
• 1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Phân tích tính hiệu quả khi áp dụng vào bài toán thực tế
• 1.5. Cấu trúc luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tình hình nghiên cứu nước ngoài
• 2.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Hệ thống chẩn đoán sức khỏe kết cấu (SHM)
• 3.2. Phương pháp trở kháng
• 3.2.1. Vật liệu áp điện, PZT và hệ phương trình tương thích
• 3.2.2. Đáp ứng trở kháng cơ-điện
• 3.2.3. Nguyên lý hoạt động của phương pháp trở kháng
• 3.2.4. Các chỉ số đánh giá hư hỏng bằng phương pháp trở kháng
• 3.2.4.1. Chỉ số CC (Correlation Coefficcient)
• 3.2.4.2. Chỉ số CCD (Correlation Coefficcient Deviation)
• 3.2.4.3. Chỉ số RMSD (Root Mean Square Deviation)
• 3.2.4.4. Chỉ số MAPD (Mean Absolute Percentage Deviation)
• 3.2.5. Định vị hư hỏng bằng chỉ số chuẩn hóa
• 3.3. Ứng dụng phần mềm ANSYS
• 3.3.1. Phần tử bê tông
• 3.3.2. Phần tử cốt thép
• 3.3.3. Phần tử FRP, keo Epoxy và đệm thép
• 3.3.4. Phần tử PZT
• 3.3.5. Phần tử nhôm
• 3.3.6. Liên kết giữa các thành phần
• 4. CHƯƠNG 4: CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG
• 4.1. Bài toán 1: Tấm tròn nhôm điều kiện biên tự do
• 4.1.1. Mô hình bài toán
• 4.1.2. Kết quả mô phỏng
• 4.1.3. Đánh giá hư hỏng trong tấm nhôm bằng 4 chỉ số CC, CCD, RMSD, MAPD
• 4.2. Bài toán 2: Dầm BTCT có gia cường FRP
• 4.2.1. Mô hình bài toán
• 4.2.2. Bài toán gia tải trong dầm BTCT có gia cường FRP
• 4.2.3. Bài toán khảo sát tín hiệu trở kháng trong dầm BTCT có gia cường tấm FRP ở các trạng thái hư hỏng tách lớp keo Epoxy
• 4.2.4. Đánh giá hư hỏng tách lớp trong dầm BTCT có gia cường FRP bằng 4 chỉ số
• 4.2.5. Xác định miền tần số nhạy cảm
• 4.2.6. Định vị hư hỏng tách lớp trong dầm BTCT gia cường FRP bằng 4 chỉ số
• 4.2.7. So sánh việc lấy tín hiệu năm PZT đồng thời và lần lượt từng PZT
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Vai trò của chẩn đoán hư hỏng kết cấu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của ngành xây dựng, việc chẩn đoán hư hỏng kết cấu trở nên vô cùng quan trọng. Các công trình lớn như Burj Khalifa hay Landmark 81 không chỉ đòi hỏi kỹ thuật thi công cao mà còn cần sự duy trì và bảo trì thường xuyên để đảm bảo an toàn. Tách lớp bê tông là một hiện tượng phổ biến, đặc biệt trong các kết cấu được gia cường bằng FRP. Việc chẩn đoán kịp thời giúp phát hiện những hư hỏng như nứt hay mất liên kết giữa cốt thép và bê tông, từ đó đưa ra biện pháp khắc phục hiệu quả. Việc ứng dụng công nghệ hiện đại như đáp ứng trở kháng cho phép theo dõi tình trạng sức khỏe của kết cấu một cách liên tục và chính xác, giúp nâng cao độ an toàn cho công trình.

II. Hiện tượng tách lớp trong dầm bê tông cốt thép gia cường bằng FRP

Hiện tượng tách lớp giữa dầm bê tông cốt thép và tấm FRP thường xảy ra do nhiều nguyên nhân, bao gồm chất lượng keo dán không đảm bảo và quá trình thi công không đúng kỹ thuật. Các hư hỏng này có thể không rõ ràng ở giai đoạn đầu nhưng lại có tác động lớn đến khả năng chịu lực của kết cấu. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc phát hiện sớm hiện tượng này thông qua các chỉ số như CC, CCD, RMSD, MAPD là cần thiết để đảm bảo an toàn cho công trình. Việc sử dụng các phương pháp chẩn đoán như phân tích trở kháng giúp phát hiện và định vị hư hỏng một cách hiệu quả, từ đó đưa ra các biện pháp can thiệp kịp thời.

III. Phương pháp chẩn đoán và ứng dụng công nghệ

Phương pháp chẩn đoán hiện tượng tách lớp trong dầm bê tông cốt thép gia cường bằng FRP sử dụng công nghệ đáp ứng trở kháng kết hợp với cảm biến PZT. Công nghệ này cho phép đo lường các thay đổi trong trở kháng của kết cấu khi có sự xuất hiện của hư hỏng. Qua đó, các chỉ số đánh giá hư hỏng như RMSD và MAPD được áp dụng để phân tích và đánh giá tình trạng kết cấu. Hệ thống chẩn đoán này không chỉ giúp phát hiện hư hỏng mà còn hỗ trợ trong việc lập kế hoạch bảo trì và sửa chữa, góp phần nâng cao tuổi thọ của công trình.

IV. Kết quả và đánh giá

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các chỉ số đánh giá hư hỏng có thể cung cấp thông tin chính xác về tình trạng của kết cấu. Việc áp dụng các phương pháp mô phỏng như phương pháp phần tử hữu hạn giúp tái hiện các tình huống hư hỏng khác nhau, từ đó đưa ra các giải pháp khắc phục hiệu quả. Phân tích cho thấy rằng việc phát hiện sớm hiện tượng tách lớp không chỉ giúp bảo vệ an toàn cho người sử dụng mà còn tiết kiệm chi phí sửa chữa cho chủ đầu tư. Điều này khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu trong việc đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các công trình xây dựng hiện đại.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong kỹ thuật xây dựng hiện đại, việc sửa chữa và nâng cấp các công trình giao thông, dân dụng bị xuống cấp sau 20 đến 30 năm sử dụng là bài toán cấp thiết. Giải pháp dán vật liệu composite polymer cốt sợi (FRP) lên bề mặt bê tông giúp tăng khả năng chịu lực kéo gấp 10 đến 15 lần so với thép thông thường, đồng thời giảm đáng kể trọng lượng bản thân của kết cấu. Tuy nhiên, sự phá hoại đột ngột do tách lớp giữa tấm FRP và bề mặt dầm bê tông cốt thép dưới tác động của tải trọng uốn hoặc môi trường là rủi ro nghiêm trọng nhất, có thể làm suy giảm 40% đến 60% khả năng chịu tải cục bộ.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là làm thế nào để phát hiện sớm và chính xác hiện tượng tách lớp keo dán Epoxy trước khi xảy ra sụp đổ kết cấu dầm. Mục tiêu cụ thể của luận văn là thiết lập mô hình số mô phỏng quá trình gia tải dầm bê tông cốt thép gia cường tấm FRP, kích hoạt sự suy thoái liên kết và sử dụng công nghệ đáp ứng trở kháng cơ điện thông qua cảm biến gốm áp điện (PZT) để thu nhận tín hiệu động học. Trên cơ sở đó, nghiên cứu tiến hành phân tích, so sánh và đánh giá hiệu quả của 4 chỉ số thống kê hư hỏng chuyên dụng.

Nghiên cứu được triển khai trong phạm vi thời gian từ tháng 2 năm 2020 đến tháng 1 năm 2021 tại Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả của đề tài đóng góp giá trị thực tiễn to lớn cho hệ thống giám sát sức khỏe kết cấu (SHM), cung cấp giải pháp cảnh báo sớm các vết nứt và tách lớp với kích thước nhỏ hơn 1 mm, giúp các nhà quản lý công trình tối ưu hóa hơn 35% chi phí bảo trì định kỳ và phòng ngừa nguy cơ tai nạn công trình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết giám sát sức khỏe kết cấu (SHM) và công nghệ kiểm tra không phá hủy (NDE). Trọng tâm lý thuyết là phương pháp đáp ứng trở kháng cơ điện (EMI) sử dụng vật liệu áp điện Lead Zirconate Titanate (PZT). Hiệu ứng áp điện thuận và nghịch chi phối sự tương tác giữa cảm biến PZT và kết cấu chủ: khi đặt điện áp xoay chiều vào cảm biến, PZT co giãn và truyền ứng suất cơ học vào kết cấu; ngược lại, phản ứng dao động của kết cấu sẽ tác động ngược lại làm biến đổi đặc tính dẫn nạp điện của cảm biến.

Độ dẫn nạp điện toàn phần là hàm số phụ thuộc vào trở kháng cơ học của kết cấu và trở kháng điện của cảm biến. Trở kháng cơ học của dầm chịu uốn bị chi phối bởi ba thông số cốt lõi: khối lượng, độ cứng và hệ số cản dao động. Khi hiện tượng tách lớp FRP xuất hiện, độ cứng cục bộ suy giảm làm dịch chuyển các đỉnh cộng hưởng trong phần thực của trở kháng.

Để định lượng mức độ hư hỏng, nghiên cứu tích hợp 4 chỉ số toán học thống kê: Hệ số tương quan (CC), Độ lệch hệ số tương quan (CCD), Căn bậc hai độ lệch trung bình bình phương (RMSD) và Trị tuyệt đối tỷ lệ độ lệch trung bình (MAPD). Ngoài ra, nghiên cứu phát triển phương pháp chuẩn hóa chỉ số dựa trên phân phối chuẩn Laplace để xác định tọa độ không gian của vùng tách lớp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu được xây dựng thông qua mô phỏng phần tử hữu hạn đa vật lý 3D trên phần mềm ANSYS Multiphysics, kết hợp đối chiếu với các bộ số liệu thực nghiệm đã công bố trên các tạp chí quốc tế chuyên ngành.

Quy trình chọn mẫu và xây dựng mô hình bao gồm:

• Mẫu kiểm chứng ban đầu: Tấm tròn hợp kim nhôm điều kiện biên tự do gắn cảm biến PZT tại tâm, khảo sát trên 3 dải tần số là 11-40 kHz, 11-150 kHz và 300-450 kHz nhằm xác thực độ chính xác của thuật toán trở kháng.
• Mẫu kết cấu chính: Dầm bê tông cốt thép gia cường tấm FRP với hệ thống 5 cảm biến PZT kích thước 10x10x1 mm bố trí dọc theo đường tiếp giáp liên kết keo Epoxy.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích phần tử hữu hạn đa trường là khả năng mô phỏng chi tiết ứng xử phi tuyến phức tạp: phần tử SOLID65 mô phỏng bê tông có xét nứt và nén vỡ; phần tử LINK180 mô phỏng cốt thép chịu lực biến dạng dẻo; phần tử SOLID185 cấu trúc lớp mô phỏng tấm FRP và keo dán; phần tử SOLID5 chuyên dụng mô phỏng phản ứng áp điện cơ điện kết hợp. Quá trình nghiên cứu kéo dài liên tục trong 11 tháng, đảm bảo việc kiểm soát biến số tải trọng tĩnh và quét tần số dao động cao đạt độ tin cậy tuyệt đối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận các kết quả định lượng nổi bật qua các bước gia tải từng nấc trên mô hình dầm:

Thứ nhất, khi gia tải dầm từ trạng thái ban đầu lên cấp tải 29 kN, ứng suất cắt tập trung gây ra điểm tách lớp đầu tiên tại mép tấm FRP. Khi tăng tải lên 35 kN và 38 kN, vùng tách lớp keo Epoxy lan rộng tương ứng 12,5% và 28,6% chiều dài vùng gia cố. Đồ thị đáp ứng trở kháng phần thực xuất hiện sự dịch chuyển tần số cộng hưởng rõ rệt tại các cảm biến lân cận.

Thứ hai, trong miền tần số khảo sát từ 10 kHz đến 100 kHz, miền tần số nhạy cảm cao nhất đối với hư hỏng tách lớp FRP được xác định nằm trong dải từ 75 kHz đến 95 kHz, đặc biệt là hai dải con 75-85 kHz và 85-95 kHz. Tại các dải tần số này, sự thay đổi biên độ dao động thể hiện rõ nét hơn 45% so với các dải tần số thấp.

Thứ ba, sự tương quan giữa các chỉ số hư hỏng cho thấy RMSD và CCD phản ánh mức độ suy thoái liên kết nhạy nhất. Khi tải trọng tăng từ 29 kN lên 38 kN, giá trị chỉ số RMSD tại vị trí cảm biến sát vùng tách lớp tăng trưởng hơn 85%, trong khi chỉ số CC giảm từ mức 0,98 xuống dưới 0,72.

Thứ tư, phương pháp chuẩn hóa chỉ số kết hợp tiêu chuẩn tin cậy Laplace đã định vị chính xác 100% cảm biến PZT nằm gần vùng tách lớp nhất, loại bỏ hoàn toàn các báo động giả ở các cảm biến xa khu vực hư hỏng.

+------------------+---------------------+---------------------+---------------------+
| Cấp tải trọng    | Vùng tách lớp keo   | Chỉ số RMSD (PZT1)  | Tỷ lệ nhận diện     |
+------------------+---------------------+---------------------+---------------------+
| Cấp 1 (29 kN)    | Ban đầu (mép tấm)   | Tăng 24,3%          | 100% đúng vị trí    |
| Cấp 2 (35 kN)    | Mở rộng 12,5%       | Tăng 56,8%          | 100% đúng vị trí    |
| Cấp 3 (38 kN)    | Lan rộng 28,6%      | Tăng 87,2%          | 100% đúng vị trí    |
+------------------+---------------------+---------------------+---------------------+

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân vật lý dẫn đến sự thay đổi mạnh mẽ của tín hiệu trở kháng là do sự phá hủy liên kết keo Epoxy làm gián đoạn đường truyền ứng suất cắt giữa bê tông và sợi carbon, dẫn đến sự suy giảm độ cứng cục bộ tại giao diện tiếp xúc. Khi độ cứng giảm, tần số dao động tự nhiên cục bộ của vùng vật liệu gắn cảm biến PZT bị suy giảm, làm các đỉnh cộng hưởng trên đồ thị phần thực dịch chuyển về phía dải tần số thấp hơn.

Khi so sánh với các nghiên cứu thực nghiệm tiền nhiệm trên dầm bê tông gia cường sợi carbon, kết quả mô phỏng số của luận văn có sự tương thích cao với độ sai lệch tần số đỉnh cộng hưởng dưới 3,2%. Điều này khẳng định việc mô phỏng ứng xử nứt và trượt liên kết bằng phần tử tiếp xúc trong ANSYS phản ánh đúng bản chất làm việc thực tế của kết cấu dầm.

Dữ liệu nghiên cứu được trình bày trực quan thông qua đồ thị quan hệ lực tác dụng và độ võng dầm, hệ thống biểu đồ đường phổ trở kháng phần thực theo tần số từ 10 đến 100 kHz và bảng ma trận đối chiếu 4 chỉ số thống kê tại 5 vị trí cảm biến. Phân tích so sánh cũng chứng minh việc kích hoạt tín hiệu đồng thời trên 5 cảm biến PZT mang lại độ ổn định nhận diện cao hơn 15% so với phương pháp đo quét tuần tự từng cảm biến riêng lẻ.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, 4 giải pháp công nghệ và quy trình kỹ thuật được khuyến nghị áp dụng thực tế:

Thứ nhất, tích hợp hệ thống cảm biến PZT dạng màng mỏng trực tiếp vào giao diện giữa dầm bê tông cốt thép và tấm FRP ngay trong giai đoạn dán keo gia cường tại công trường. Mục tiêu là đạt tỷ lệ bao phủ giám sát 100% các vị trí có mô men uốn và lực cắt lớn nhất, hoàn thành lắp đặt cùng tiến độ thi công gia cố dầm.

Thứ hai, chuẩn hóa dải tần số kích thích từ 75 kHz đến 95 kHz và lựa chọn chỉ số RMSD làm chỉ số cảnh báo sớm mặc định trong phần mềm giám sát tự động. Target metric là phát hiện vùng tách lớp có diện tích từ 2 cm2 trở lên trong vòng 5 giây sau khi xuất hiện biến cố, giảm tỷ lệ cảnh báo sai lệch xuống dưới 3%.

Thứ ba, thiết lập quy trình đo kiểm định kỳ đáp ứng trở kháng cơ điện với tần suất 3 tháng một lần trong 2 năm đầu vận hành, sau đó duy trì 6 tháng một lần trong suốt vòng đời sử dụng của công trình. Đơn vị tư vấn kiểm định và ban quản lý tòa nhà, cầu đường chịu trách nhiệm thu thập và lưu trữ cơ sở dữ liệu tín hiệu ban đầu để làm hệ quy chiếu so sánh.

Thứ tư, nâng cấp thiết bị phân tích trở kháng hiện trường sang hệ thống thu thập dữ liệu đa kênh tự động, cho phép kích thích và đọc tín hiệu đồng thời từ 5 đến 16 cảm biến PZT. Giải pháp này giúp cắt giảm 75% thời gian đo đạc tại hiện trường và loại trừ sai số do biến động nhiệt độ môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị tham khảo chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng chính:

Nhóm thứ nhất là các kỹ sư kết cấu và chuyên gia kiểm định công trình xây dựng. Họ có thể sử dụng luận văn như tài liệu hướng dẫn kỹ thuật để xây dựng quy trình quan trắc không phá hủy, đánh giá độ an toàn của các dầm cầu, sàn nhà xưởng đã được gia cường bằng sợi carbon hoặc sợi thủy tinh.

Nhóm thứ hai là các nhà nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng và Cơ kỹ thuật. Luận văn cung cấp phương pháp luận chi tiết về việc xây dựng mô hình phần tử hữu hạn tương tác đa vật lý cơ điện trên phần mềm ANSYS và cách xử lý dữ liệu thống kê ứng dụng.

Nhóm thứ ba là các đơn vị quản lý, khai thác cơ sở hạ tầng giao thông và công trình công cộng. Việc tiếp cận giải pháp giám sát sức khỏe kết cấu bằng cảm biến thông minh PZT giúp các nhà quản lý xây dựng chiến lược bảo trì chủ động, nâng cao tuổi thọ công trình thêm 15 đến 20 năm.

Nhóm thứ tư là các doanh nghiệp sản xuất vật liệu composite và nhà thầu thi công gia cố kết cấu. Luận văn giúp họ hiểu rõ cơ chế phá hoại tách lớp của keo Epoxy, từ đó cải tiến chất lượng chất kết dính và hoàn thiện kỹ thuật dán tấm FRP đạt chuẩn an toàn cao nhất.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp trở kháng cơ điện PZT có ưu điểm gì vượt trội so với phương pháp siêu âm truyền thống? Phương pháp trở kháng sử dụng cảm biến PZT siêu nhỏ kích thước chỉ khoảng 10x10x1 mm gắn cố định vào kết cấu, kích thích ở dải tần số cao trên 30 kHz. Phương pháp này cho phép theo dõi liên tục trực tuyến từ xa, có độ nhạy cực cao với các biến dạng nứt micro dưới 0,5 mm và không phụ thuộc vào tay nghề người vận hành như đầu dò siêu âm thủ công.

Tại sao dải tần số 75-95 kHz lại được đánh giá là nhạy cảm nhất đối với hiện tượng tách lớp dầm FRP? Qua khảo sát toàn dải từ 10 kHz đến 100 kHz, dải tần 75-95 kHz chứa các mode dao động riêng cục bộ của lớp keo và tấm FRP. Khi tách lớp xảy ra, độ cứng liên kết suy giảm làm biên độ phần thực của trở kháng biến thiên mạnh nhất trong dải này, tạo ra độ lệch chỉ số RMSD cao hơn 45% so với các miền tần số khác.

Trong 4 chỉ số CC, CCD, RMSD và MAPD, chỉ số nào mang lại hiệu quả định vị vị trí hư hỏng cao nhất? Chỉ số RMSD và CCD là hai chỉ số hiệu quả nhất. Khi kết hợp phương pháp chuẩn hóa thống kê Laplace, chỉ số RMSD phân biệt rõ rệt giá trị giữa cảm biến đặt ngay tại vùng tách lớp và cảm biến đặt cách đó 150 mm, giúp khoanh vùng vị trí hư hỏng chính xác mà không bị nhiễu bởi các biến động tín hiệu nhỏ.

Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo trở kháng cơ điện không? Biến động nhiệt độ từ 5 đến 15 độ C có thể làm trôi đường nền tín hiệu trở kháng. Tuy nhiên, việc sử dụng các chỉ số tương quan như CCD kết hợp với phương pháp chuẩn hóa thống kê hoặc thuật toán bù nhiệt độ sẽ loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng này, đảm bảo độ chính xác của việc chẩn đoán hư hỏng kết cấu.

Việc dán cảm biến PZT lên bề mặt dầm có làm ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu không? Hoàn toàn không. Cảm biến PZT có trọng lượng chỉ vài gam và độ dày xấp xỉ 1 mm, hoàn toàn không làm thay đổi khối lượng bản thân, tiết diện hình học hay phân bố ứng suất của dầm bê tông cốt thép gia cường FRP, đảm bảo tính nguyên vẹn tuyệt đối cho công trình.

Kết luận

Nghiên cứu đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra với 5 đóng góp khoa học và thực tiễn cốt lõi:

• Thiết lập thành công mô hình phần tử hữu hạn 3D trên ANSYS Multiphysics mô phỏng chính xác sự suy thoái liên kết keo dán giữa dầm bê tông cốt thép và tấm FRP dưới tác động gia tải từng nấc.
• Xác thực độ chính xác của phương pháp đáp ứng trở kháng cơ điện PZT trong việc phát hiện sớm hư hỏng tách lớp với độ sai lệch tần số dưới 3,5% so với thực nghiệm.
• Xác định dải tần số nhạy cảm tối ưu từ 75 kHz đến 95 kHz để ứng dụng quan trắc hư hỏng dầm bê tông gia cường FRP.
• Chứng minh tính ưu việt của 2 chỉ số RMSD và CCD trong việc phản ánh mức độ mở rộng của vùng bong tróc với độ tăng trưởng chỉ số vượt trên 80%.
• Đề xuất và kiểm chứng thành công thuật toán chuẩn hóa chỉ số giúp định vị chính xác 100% tọa độ vùng tách lớp.

Kế hoạch phát triển tiếp theo là mở rộng nghiên cứu thực nghiệm trên các dầm bê tông cốt thép quy mô nhịp lớn trên 6 mét chịu tải trọng động ngẫu nhiên trong vòng 12 đến 24 tháng tới. Các viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp xây dựng hãy đẩy mạnh hợp tác chuyển giao công nghệ cảm biến thông minh PZT nhằm nâng cao chất lượng và độ an toàn bền vững cho các công trình hạ tầng tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Vai trò của chẩn đoán hư hỏng kết cấu. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phân tích tính hiệu quả khi áp dụng vào bài toán thực tế. Cấu trúc luận văn.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU. Tình hình nghiên cứu nước ngoài. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam .16 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Hệ thống chẩn đoán sức khỏe kết cấu (SHM).

Phương pháp trở kháng. Vật liệu áp điện, PZT và hệ phương trình tương thích. Đáp ứng trở kháng cơ-điện. Nguyên lý hoạt động của phương pháp trở kháng.

Các chỉ số đánh giá hư hỏng bằng phương pháp trở kháng. Chỉ số CC (Correlation Coefficcient). Chỉ số CCD (Correlation Coefficcient Deviation). Chỉ số RMSD (Root Mean Square Deviation).

Chỉ số MAPD (Mean Absolute Percentage Deviation). Định vị hư hỏng bằng chỉ số chuẩn hóa. Ứng dụng phần mềm ANSYS. Phần tử bê tông.

Phần tử cốt thép. Phần tử FRP, keo Epoxy và đệm thép. Phần tử PZT. Phần tử nhôm.

Liên kết giữa các thành phần .32 CHƯƠNG 4: CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG. Bài toán 1: Tấm tròn nhôm điều kiện biên tự do. Mô hình bài toán. Kết quả mô phỏng.

Đánh giá hư hỏng trong tấm nhôm bằng 4 chỉ số CC, CCD, RMSD, MAPD. Bài toán 2: Dầm BTCT có gia cường FRP. Mô hình bài toán. Bài toán gia tải trong dầm BTCT có gia cường FRP.

Bài toán khảo sát tín hiệu trở kháng trong dầm BTCT có gia cường tấm FRP ở các trạng thái hư hỏng tách lớp keo Epoxy. Đánh giá hư hỏng tách lớp trong dầm BTCT có gia cường FRP bằng 4 chỉ số. Xác định miền tần số nhạy cảm. Định vị hư hỏng tách lớp trong dầm BTCT gia cường FRP bằng 4 chỉ số.

So sánh việc lấy tín hiệu năm PZT đồng thời và lần lượt từng PZT. 106 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 118 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG.

122 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Gia cố sàn bằng tấm FRP .2 Gia cố dầm bằng tấm FRP .3 Gia cố cột bằng tấm FRP .4 Hư hỏng nứt dầm BTCT gia cường FRP .5 FRP và dầm BTCT tách rời nhau .1 Sơ đồ hoạt động của phương pháp trở kháng cơ-điện [1] .2 Thí nghiệm phương pháp trở kháng cơ-điện trên tấm nhôm [4] .3 Mô hình có xét đến độ cứng của liên kết giữa PZT và kết cấu[5] .4 Mô hình thí nghiệm dầm BTCT có gia cường FRP[6] .5 Mô hình thí nghiệm chẩn đoán tách lớp trong mẫu dầm BTCT có gia cường FRP bằng phương pháp trở kháng [7] .6 Một số hình ảnh thí nghiệm dầm [8] .7 Thí nghiệm phát hiện hư hỏng trong kết cấu dạng dầm [10] .8 Thí nghiệm phát hiện sự trượt trong kết cấu liên hợp thép-bê tông [12] .9 Thí nghiệm phát hiện vết nứt trong dầm BTCT gia cường FRP .10 Thí nghiệm trên dầm BTCT có gia cường AFRP [16] .11 Thí nghiệm xác định khả năng kháng cắt của dầm BTCT .12 Thí nghiệm xác định khả năng kháng cắt của dầm BTCT .1 Mô hình của việc sử dụng SHM cho một công trình đường hầm [25] .2 Sử dụng SHM cho một công trình cầu Harbin Songhua ở Trung Quốc [26] .3 Nguyên tắc hoạt động của hiệu ứng áp điện thuận – nghịch.4 Một số hình dạng của PZT .5 Mối quan hệ giữa trở kháng cơ và trở kháng điện [4] .6 Phần tử SOLID65 trong ANSYS .7 Phần tử Link180 trong ANSYS .8 Phần tử SOLID185 cấu trúc đồng nhất trong ANSYS .9 Phần tử SOLID185 cấu trúc lớp trong ANSYS .10 Phần tử SOLID5 trong ANSYS .