BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG Đ¾I HàC GIAO THÔNG V¾N TÀI -----------o0o----------- MAI ĐĄC ANH QUAN TRÀC VÀ ĐÁNH GIÁ K¾T CÂU CÄU Sþ DĀNG Hà CÀM BI¾N CÁP QUANG LU¾N ÁN TI¾N S) HÀ NÞI – 2024 BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG Đ¾I HàC GIAO THÔNG V¾N TÀI -----------o0o----------- MAI ĐĄC ANH QUAN TRÀC VÀ ĐÁNH GIÁ K¾T CÂU CÄU Sþ DĀNG Hà CÀM BI¾N CÁP QUANG Chuyên ngành : Kÿ thu¿t Xây dựng Công trình giao thông Mã så : 9580205 LU¾N ÁN TI¾N S) NG¯âI H¯àNG DẪN KHOA HàC: GS. Nguyßn Ngác Long HÀ NÞI – 2024 i LâI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cāu khoa học đác lÁp cÿa riêng tôi. Các sá liệu sử dụng phân tích trong luÁn án có ngußn gác rõ ràng, đã công bá theo đúng quy đánh. Các kÁt quÁ nghiên cāu trong luÁn án do tôi tự tìm hiáu, phân tích mát cách trung thực.
Việc tham khÁo các ngußn tài liệu đã đ°ợc thực hiện trích d¿n và ghi ngußn tài liệu tham khÁo đúng quy đánh. Hà Nội, ngày 02 tháng 04 năm 2024 Tác giÁ Mai Đąc Anh ii MĀC LĀC DANH MĀC HÌNH VÀ. v DANH MĀC BÀNG BIÂU. x DANH MĀC CHĀ VI¾T TÀT.
xii KÝ HIàU TOÁN HàC. Mục tiêu nghiên cāu. Ph°¢ng pháp nghiên cāu. Đái t°ợng và ph¿m vi nghiên cāu.
Ý ngh*a khoa học và thực tiễn. Nái dung cÿa luÁn án. 3 CH¯¡NG 1: TèNG QUAN VÀ GIÁM SÁT SĄC KHO¾ CÔNG TRÌNH Sþ DĀNG Hà CÀM BI¾N VÀ CÀM BI¾N QUANG. Téng quan vÁ há thång theo dõi sąc kho¿ công trình cÅu.
Téng quan vÁ các nghiên cąu giám sát sąc kho¿ công trình cÅu. Téng quan vÁ giám sát sąc kho¿ công trình sÿ dāng há cÁm bi¿n và cÁm bi¿n quang. K¿t lu¿n Ch°¢ng 1. 26 CH¯¡NG 2: LÝ THUY¾T TÍNH TOÁN VÀ CÁC Đ¾C TR¯NG C¡ LÝ CĂA CÀM BI¾N FBG.
Khái niám vÁ cÁm bi¿n FBG. Phân lo¿i cÁm bi¿n FBG. CÁm biÁn quang giÁn đ¢n. CÁm biÁn quang đßng nhÃt.
CÁm biÁn quang biÁn thiên theo chißu dài [72]. CÁm biÁn quang l°ới ghép nghiêng [73]. Đ¿c tr°ng c¢ hác căa cÁm bi¿n quang. KhÁ năng phÁn x¿ cÿa sợi quang học.
Đặc tr°ng cÿa băng thông. Đặc điám đá trễ nhóm và sự phân tán. Ành h°áng nhiệt đá. Các đ¿c tr°ng c¢ bÁn căa cÁm bi¿n quang FBG.
Mô đun đàn hßi và đá cāng. So sánh cÁm bi¿n FBG vái mßt så cÁm bi¿n truyÁn thång. Téng k¿t ch°¢ng 2. 60 CH¯¡NG 3: NGHIÊN CĄU ĄNG DĀNG CÀM BI¾N FBG Đ THEO DÕI Đ¾C TR¯NG ĐÞNG HàC CĂA K¾T CÂU MÔ HÌNH THÍ NGHIàM.
Thi¿t k¿ thí nghiám. Ti¿n hành đo đ¿c và phân tích så liáu. Thí nghiệm trên cÅu dàn thép. Thí nghiệm trên cÅu dây văng.
Phân tích k¿t quÁ. Đái với cÅu dàn thép. Đái với cÅu dây văng. Téng k¿t ch°¢ng 3.
103 CH¯¡NG 4: GIÁM SÁT SĄC KHâE K¾T CÂU Sþ DĀNG THU¾T TOÁN TäI ¯U ĐÀ XUÂT K¾T HþP DĀ LIàU THU Đ¯þC TĆ CÀM BI¾N QUANG 105 4. Xây dựng mô hình så. Mô hình phÅn tử hữu h¿n CÅu giàn thép. Mô hình phÅn tử hữu h¿n CÅu dây văng.
Thu¿t toán đÁ xuÃt. Ph°¢ng pháp Phân rã Giá trá riêng (Singular Value Decomposition - SVD). ThuÁt toán H5N1-SVD. Áp dāng thu¿t toán đÁ xuÃt đà c¿p nh¿t và xác đßnh h° hãng cho mô hình.
CÁp nhÁt mô hình sá. Xác đánh h° hßng cÅu giàn thép. Xác đánh h° hßng cÅu dây văng. K¿t lu¿n ch°¢ng 4.
152 CH¯¡NG 5: K¾T LU¾N VÀ KI¾N NGHÞ. 154 DANH MĀC CÁC CÔNG TRÌNH Đà CÔNG Bä CĂA LU¾N ÁN. 155 TÀI LIàU THAM KHÀO. 165 PhÅn 1: Mô hình cÅu dàn thép thí nghiệm (Matlab).
165 PhÅn 2: Mô hình cÅu dây văng thí nghiệm (Ansys APDL). 174 v DANH MĀC HÌNH VÀ Hình 1-1: Hệ tháng cÁm biÁn đ°ợc l¿p đặt trên CÅu Tsing Ma phục vụ cho việc giám sát sāc khße. 7 Hình 1-2: CÅu Akashi Kaiyo (NhÁt BÁn). 9 Hình 1-3: Hệ tháng quan tr¿c cÿa cÅu Akashi Kaikyo (NhÁt BÁn).
10 Hình 1-5: Hệ tháng quan tr¿c cÿa cÅu Tatara (NhÁt BÁn). 11 Hình 1-6: CÅu Tsingma 3 Hong Kong. 11 Hình 1-7: Hệ tháng quan tr¿c cÿa cÅu Tsingma (Hong Kông). 12 Hình 1-8: CÅu Rßng - Thành phá Đà Nẵng.
12 Hình 1-9: CÅu CÅn Th¢ 3 Tßnh CÅn Th¢. 13 Hình 1-10: Hệ quan tr¿c cÅu CÅn Th¢. 14 Hình 1-11: CÅu Bính 3 Thành phá HÁi Phòng. 14 Hình 1-12: S¢ đß các vá trí cÁm biÁn FBG đá giám sát biÁn d¿ng cÿa cÅu.
22 Hình 2-1: Mát bāc x¿ đ°ợc phÁn x¿ bái cÃu trúc m¿ng cÿa mát tinh thá và s¿ gây nhiễu nÁu tuân theo đánh luÁt Bragg. 27 Hình 2-2: Hình d¿ng sóng phÁn x¿ Bragg đián hình với các tham sá cÿa nó đ°ợc xác đánh. 29 Hình 2-3: Cách tử Bragg tháng nhÃt với chß sá biên đá và chu kỳ đißu chÁ không đái. 33 Hình 2-4: Phá phÁn x¿ đián hình cÿa trung tâm cách tử Bragg á b°ớc sóng 1550 nm nh° mát hàm cÿa b°ớc sóng.
35 Hình 2-5: S¢ đß cÿa CFBG và ph°¢ng pháp rßi r¿c hóa. (a) Phác thÁo FBG đ°ợc đa tÅn sá tuyÁn tính; (b) rßi r¿c t°¢ng āng CFBG thành MFBG tháng nhÃt. 36 Hình 2-6: Mô phßng phá CFBG bÁng mô hình dựa trên CMT. Biáu đß cho thÃy quang phá có đá dài Ā khác nhau nÁm trong khoÁng từ 20 mm đÁn 50 mm và hệ sá tác đá chia đa tÅn �㔉 bÁng 132 nm/mm; các tham sá cách tử khác là ĀĄÿĀĀ = 10 2 6, ĄÿĀĀ = 1,5, Āþ(0) = 1520 Ąă, āĀā = 0,4 và b°ớc rßi r¿c là Āā = 0,2 ăă.
39 Hình 2-7: Mô phßng sự biÁn đái cÿa phá CFBG với mô hình CMT, tiÁp xúc với các kiáu nhiệt đá khác nhau. (a) Các biÁn đái nhiệt đá áp dụng cho CFBG dài vi 50 mm với tác đá chia đa tÅn 1 nm/mm; (b) Phá phÁn x¿ CFBG thu đ°ợc cho từng cÃu hình nhiệt đá. Mßi biÁn đái đ°ợc hián thá cùng màu trong hai biáu đß. S¢ đß cÃu trúc cÿa TFBG �㗬 là chu kỳ cách tử và �㔉 biáu thá góc nghiêng.
Minh họa cÿa vect¢ sóng cho sự ghép cặp hình thái trong TFBG. Phá truyßn cÿa TFBG có góc nghiêng nhß h¢n h¢n 5 đá. 42 Hình 2-11: Cách tử Bragg sợi đßng nhÃt [74]. 43 Hình 2-12: Đáp āng phá phÁn x¿ và truyßn d¿n đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá c°ßng đá cách tử khác nhau đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74].
45 Hình 2-13: Đáp āng phá phÁn x¿ và thßi gian trễ so với b°ớc sóng đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá khác nhau cÿa c°ßng đá cách tử đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme[74]. 46 Hình 2-14: Tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt với chißu dài cách tử (Āā) á các giá trá ξ khác nhau [76]. 48 Hình 2-15: Ành h°áng cÿa chiÁt suÃt trung bình (·n) đÁn tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt đÁn chißu dài cách tử (Āā) đái với (a) ξ = 2,41 / m và (b) ξ = 61 / m [76]. 49 Hình 2-16: Ành h°áng cÿa chiÁt suÃt trung bình (·n) đÁn tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt đÁn chißu dài cách tử (Lg) dựa trên các giá trá tái °u cÿa (a) ξ = 2,41/m và (b) ξ = 61/m [76].
50 Hình 2-17: Ành h°áng cÿa sự biÁn thiên nhiệt đá (T) đÁn tính chÃt phân tán cÿa hàm POF đßng nhÃt đÁn chißu dài cách tử (Lg) (a) ξ = 2,41/m và (b) ξ = 61/m [76]. 50 Hình 2-18: Phá phÁn x¿ và truyßn d¿n so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá đá bßn cách tử khác nhau đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74]. 52 Hình 2-19: Phá phÁn x¿ và thßi gian trễ so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với các giá trá c°ßng đá cách tử khác nhau đái với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74]. 54 Hình 2-20: Phá phÁn x¿ và đá trễ thßi gian so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với đißu chÁ chß sá Δn = 1 × 10 2 4 cho các giá trá khác vii nhau cÿa chißu dài cách tử (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74].
55 Hình 2-21: Phá phÁn x¿ và đá trễ thßi gian so với sự thay đái nhiệt đá đái với cách tử Bragg đßng nhÃt với đißu chÁ chß sá Δn = 5 × 10 2 4 cho các giá trá khác nhau cÿa chißu dài cách tử (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74]. 56 Hình 3-1: Mô hình cÅu giàn thép trong phòng thí nghiệm. 62 Hình 3-2: BÁn v¿ chi tiÁt kÁt cÃu nháp. 63 Hình 3-3: Liên kÁt t¿i nút giàn.
65 Hình 3-6: Bá kẹp cáp quang. 65 Hình 3-7: Thông sá kích th°ớc bá kẹp cáp (mm). 65 Hình 3-8: Bá dò tín hiệu quang FAZT-I4G. 67 Hình 3-9: Giao diện phÅn mßm Femtosense.
68 Hình 3-10: Giao diện phÅn mßm MACEC. 69 Hình 3-11: ĐÅu đo nhÁn d¿ng dao đáng. 70 Hình 3-12: Cáp truyßn tín hiệu. 70 Hình 3-13: Bá thu tín hiệu.
71 Hình 3-14: Mô-đun thu tín hiệu. 72 Hình 3-16: Mô hình cÅu dây văng trong phòng thí nghiệm. 73 Hình 3-17: Neo dây cáp đ°ợc hàn cá đánh trên bÁn mặt cÅu. 74 Hình 3-18: Hệ tháng đißu chßnh lực căng dây văng t¿i đßnh tháp.
74 Hình 3-19: QuÁ nặng đ°ợc treo d°ới các neo cáp t¿i bÁn d°ới cÿa kÁt cÃu nháp. 75 Hình 3-20: Bá trí đÅu đo gia tác t¿i các vá trí theo s¢ đß đo. 77 Hình 3-21: Theo dõi dữ liệu đo theo thßi gian bÁng phÅn mßm LabView 2014. 78 Hình 3-23: L¿p đặt cÁm biÁn quang trên các thanh m¿ th°ợng và m¿ h¿.
79 Hình 3-24: (a) Vá trí cÁm biÁn quang t¿i nút giàn (b) t¿o kích thích dao đáng. 79 Hình 3-25: Giao diện phÅn mßm Fentosense trong quá trình đo. 80 Hình 3-26: Mát sá điám đo trong phòng thí nghiệm. 81 viii Hình 3-27: L¿p đặt cáp quang.
81 Hình 3-28: Mát sá điám đo FBG trên cÅu dây văng trong phòng thí nghiệm. 82 Hình 3-29: T¿o kích thích bÁng búa. 82 Hình 3-30: T¿o kích thích. 83 Hình 3-31: Mát sá điám đo cÁm biÁn gia tác trên cÅu dây văng trong phòng thí nghiệm 84 Hình 3-32: Biáu đß dữ liệu biÁn d¿ng theo mißn thßi gian.
84 Hình 3-33: Biáu đß dữ liệu biÁn d¿ng theo mißn tÅn sá .