Proceedings VCM 2012 35 phương pháp xây dựng và kết quả phân tích phổ công suất

Phương pháp xây dựng và kết quả phân tích phổ công suất dao động cầu gây bởi lưu thông thực tế Construction methods and results of power spectral analysis of vibration caused by the lif

Phương pháp xây dựng và kết quả phân tích phổ công suất

dao động cầu gây bởi lưu thông thực tế Construction methods and results of power spectral analysis

of vibration caused by the life traffic Ngô Kiều Nhi, Lê Bảo Quỳnh, Nguyễn Ngọc Hải, Phạm Bảo Toàn, Nguyễn Quang Thành

Trường ĐHBK Thành Phố Hồ Chí Minh e-Mail: ngokieunhi@yahoo.com, baoquynhbk@gmail.com, nnhbckt04@gmail.com

phambaotoan04@yahoo.com, quangthanh_818@yahoo.com.vn

Tóm tắt:

Bài báo đề xuất một phương pháp xây dựng phổ từ số liệu dao động ngẫu nhiên thu thập được trong điều kiện lưu thông thực tế diễn ra trên cầu Biện pháp này cho phép xác định các tần số riêng thấp nhất, miền tần

số cưỡng bức thực tế của các bộ phận chủ yếu của cầu : nhịp, trụ Sử dụng các số liệu đo thực tế của 37 cầu, bài báo trình bày các nhận xét sự khác biệt về dạng phổ, về tần số riêng của các nhóm cầu khác nhau

Abstract: This paper offers a method to built spectrum from random vibration data collected in life traffic

conditions occur on the bridge This measure allows us to identify the lowest frequencies, many actual forced frequency of the main parts of the bridges from the head Using actual data measured 37 bridge, this paper presents comments on the difference in frequencies of the spectrum as many different needs

Key word: Health Monitoring System, Vibration, Spectrum, Structural health monitoring System

Ký hiệu

Ký hiệu

||

Đơn vị Ý nghĩa

Dao động bé

v m/s2 Vận tốc của tải lưu thông

 , 

w z t Hàm độ võng

Chữ viết tắt

BTDUL Bê tông dự ứng lực

GTVT Giao thông vận tải

HCM Hồ Chí Minh

HMS Health Monitoring System

PCS ĐD Phổ công suất đại diện

BTLH Bê tông liên hợp

PTN

CHUD

Phòng thí nghiệm Cơ học ứng dụng

Trường Đại học Bách khoa

Tp.HCM

1 Mở đầu

Công trình cầu chiếm vị trí đặc biệt quan trọng trong mạng lưới giao thông Sự hư hỏng của chúng gây ra các tổn thất lớn về kinh tế, xã hội

Vì vậy nhiệm vụ đảm bảo an toàn chịu tải do lưu thông của chúng là việc hệ trọng của cơ quan quản lý Biện pháp đánh giá khả năng chịu lực của cầu một cách căn cơ được quy định trong Quy trình Kiểm định do Nhà nước ban hành [1] Khoảng cách giữa hai lần kiểm định được quy định từ 3 đến 5 năm Do các công tác cầu thực thi được đề ra theo Quy trình đòi hỏi nhiều chi phí nên trong thực tế việc kiểm định chỉ thực hiện khi có nhu cầu sửa chữa lớn Hiện trạng này khiến đơn vị quản lý có rất ít thông tin để đánh giá tình trạng cơ học ( liên kết, cơ tính vật liệu ), khả năng chịu tải thực tế của kết cấu Độ

an toàn khi sử dụng cầu được đảm bảo bởi hai biện pháp: tuần tra định kỳ ngày/lần, tuần/lần ( hay tháng/lần …) và biện pháp Kiểm định Khoảng 20 năm gần đây, trên thế giới sử dụng thêm một biện pháp đó là giám sát thường xuyên bằng việc thu thập các thông số ứng xử thực tế của cầu và các thông số môi trường liên quan Trong các thông số được giám sát thì thông số dao động là quan trọng bậc nhất

Biện pháp giám sát thường xuyên thoạt đầu dùng tại các cầu dây văng Ngày nay biện pháp này triển khai sang các cầu loại khác mà khả

năng đảm bảo của nó cho các phương tiện lưu

thông luôn cần được khẳng định

Thành phố Hồ Chí Minh có mạng lưới trên 1000

cầu Trong đó nhiều cầu đóng vai trò huyết

mạch như cầu Sài Gòn, Đồng Nai,… Trên thế

giới biện pháp thu thập số liệu thường xuyên

thực hiện bởi các hệ thống thu thập dữ liệu tự

động, gọi là Hệ thống theo dõi sức khỏe ( Health

Monitoring System, HMS ) [2] Các cảm biến

được cài đặt cố định tại các vị trí trên cầu Các

dữ liệu từ cảm biến thu thập liên tục 24/24 một

cách tự động Các thông số được đo bao gồm

các thông số ứng xử cơ học ( dao động, biến

dạng, độ võng ) và môi trường ( nhiệt độ, vận

tốc, gió, thủy văn, tải trọng…) Trong đó dao

động là thông số cơ bản không thể thiếu HMS

cho phép đồng thời thu thập thông tin từ số

lượng lớn các cảm biến Năm 2005 đến 2009

chúng tôi đã thực hiện thử nghiệm lập mạng thu

thập tự động liên tục dữ liệu từ trên 100 cảm

biến biến dạng lắp đặt tại cầu Sài Gòn [3] Nhận

định mà chúng tôi rút ra sau đợt thử nghiệm

trên là khả năng lập các hệ thống HMS là khả

thi Tuy nhiên chi phí để lắp đặt hệ thống này

không rẻ Vì vậy để kết hợp giữa hai nhiệm vụ

quản lý: giám sát cầu Sài Gòn và quản lý số

lượng xấp xỉ 1000 cầu với kinh phí chấp nhận

được trong điều kiện của đất nước, chúng tôi

chọn phương án sử dụng số liệu đo dao động

thực tế bằng biện pháp tổ chức đội cán bộ kỹ

thuật trực tiếp đến từng cầu thu thập số liệu

Thông số quan trọng nhất cần được xác định

trạng thái dao động của cầu là tần số riêng

Thông thường tần số riêng được xác định từ đồ

thị dao động tự do Để đảm bảo công việc đo

triển khai được với số lượng lớn cầu và khoảng

cách giữa hai kỳ đo cho mỗi cầu đáp ứng được

nhu cầu cập nhật số liệu, ví dụ từ 6 tháng đến 3

năm, thì thời gian đo đạc tại mỗi vị trí không

được quá lâu Vấn đề cần được giải quyết là có

biện pháp xác định tần số riêng từ tín hiệu dao

động ngẫu nhiên trong tình huống dao động bất

kỳ Bài báo này trình bày hai vấn đề:1-phương

pháp xây dựng phổ công suất từ tập các phổ

công suất Phổ xây dựng được đặt tên là phổ

công suất đại diện ( PCS ĐD ); 2-các nhận xét

về PCS ĐD từ các số liệu đo dao động thực tế

của 37 cầu

2 Cơ sở lý thuyết

2.1 Tần số riêng

Phương trình dao động của hệ đàn hồi dạng

thanh được biểu diễn ở dạng

     

1

n





  (1)

trong đó:

z - tọa độ dọc trục thanh

w - chuyển vị

t- thời gian

n

W - hàm dạng riêng thứ n Trong trường hợp dao động tự do, thì

T t n A ncosp t n n (2)

n

p - tần số riêng thứ n

n

 - góc pha Trường hợp dao động gây ra bởi tác dụng cưỡng bức thì T t n  sẽ là hàm có tần số của tần số tác động cưỡng bức, và biên độ phụ thuộc vào tỉ số giữa tần số cưỡng bức và tần số riêng của hệ Hiện tượng biên độ tăng cao xảy ra tại các giá trị tần số cưỡng bức trùng hay lân cận tần số riêng, gọi là hiện tượng cộng hưởng Để đảm bảo an toàn, quy trình thiết kế đòi hỏi thiết kế sao cho tần số riêng của các bộ phận, đặc biệt là nhịp không trùng với tần số của lực gây bởi lưu thông

- Theo [1] điều kiện tránh hiện tượng cộng hưởng là tần số riêng của cầu không nằm trong vùng tần số 1,6Hz – 3,3Hz Nếu nhịp ứng xử như dầm tựa đơn thì biểu thức tần số riêng sẽ là  2

EJ

A





 (3)

trong đó: E – môđun đàn hồi

J – Môment quán tính diện tích

A – diện tích tiết diện dầm – khối lượng riêng nl  n 

(4)

Các đối tượng di chuyển trên cầu tạo ra lực khiến cầu dao động Tần số dao động phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vận tốc, độ nhấp nhô bề mặt cầu, lực quán tính các chi tiết quay…Trong trường hợp phổ biến thì các phương tiện này tạo

ra dao động cưỡng bức với nhiều tần số không kiểm soát được

2.2 Phổ công suất

Hàm tự tương quan của tín hiệu x(t) được xác định bởi biểu thức :

  lim1    

T

x T

T









   (5)

Hàm phổ của R x   được gọi là phổ công suất (PCS) của x t , ký hiệu là S x   :

    t





  (6)

3 Nội dung nghiên cứu

3.1 Tổ chức đo dao động

Đối tượng đo: trụ, nhịp

Vị trí đo ( H 1 ) Đối với nhịp: vị trí đặt cảm

biến tại giữa nhịp, các phương đo: phương z và

x Để phục vụ công việc nghiên cứu, một số

trường hợp dao động được đo ở cả 3 phương;

Đối với trụ: vị trí đo là tại đỉnh phía trên các

phương đo gồm x, y, z

Số lượng cầu khảo sát: 37 cầu, được chọn ngẫu

nhiên;số liệu đo được thu thập tại tất cả các trụ

và nhịp của tất cả các cầu trên

Số đợt đo: 4 đợt cách nhau gần 3 tháng ( từ

10/2011 – 08/2012)

Phương tiện đo: cảm biến: cản biến đo gia tốc

dao động

+ Đo 3 phương: x, y, z

+ Tần số đáp ứng 45Hz

+ Tần số mẫu 100Hz mỗi phương

+ Đáp ứng gia tốc ±2.5g, ±3.3g, ±6.7g,

±10g

H.1 Cảm biến đo gia tốc

Bộ thu thập tín hiệu: 4 kênh

+ Đo 3 phương: x, y, z

+ Tần số đáp ứng 50Hz

+ Tần số mẫu 400Hz mỗi phương

H.2 Hộp thu 4 kênh

H.3 Thiết bị đo dao động

H.4 Sơ đồ đo dao động

H.5 Đo dao động nhịp cầu vượt Thủ Đức 1

3.2 Xây dựng phổ công suất đại diên (PCS ĐD)

Để tiết kiệm thời gian, tín hiệu dao động của cầu

sẽ được thu thập trong mọi hoàn cảnh lưu thông diễn ra, miễn sao tín hiệu vượt rõ so với nhiễu ban đầu của thiết bị Trên ( H.6 ) là một số đồ thị xây dựng từ dữ liệu thu cùng một vị trí tại các thời điểm khác nhau

a) b)

c) d)

H.6 Đồ thị tín hiệu gia tốc dao động nhịp 5 cầu

Sài Gòn

Phổ công suất S x   của các đồ thị sẽ rất khác biệt

Trên ( H.7 ) là phổ công suất tương ứng với các các đồ thị trên ( H.6.a ), ( H.6.b ), ( H.6.c ), ( H.6.d)

H.7 Phổ công suất của các đồ thị tương ứng

trên ( H.6 )

Cảm biến Dao động

l

y

x

z

Nhịp

Trụ l/2

Ta có nhận xét sau:

- Các PCS trên ( H.7 ) đồ thị a), b) chứa

vùng giá trị trội tập trung tại một vị trí,

tương ứng tần số 3,4Hz

- Đồ thị c) chứa 2 vùng trội tại vị trí 2,2;

3,4Hz

- Đồ thị d) chứa 5 vùng trội tại các vị trí 2,2;

3,4, 11,8; 18,8; 24,5Hz

Như vậy vùng trội tại 3,4Hz luôn tồn tại dù rằng

giá trị tại tần số này có thể có lúc nhỏ hơn các

cực trị tại các vùng khác Phổ hình a) đặc trưng

cho phổ dao động tự do tắt dần, giá trị lớn nhất

tại giá trị tần số riêng cơ bản

Khảo sát tất cả các phổ, chúng tôi có nhận xét

rằng vùng trội tại tần số riêng cơ bản luôn xuất

hiện Trên ( H.7 ) là các đồ thị tín hiệu gia tốc

dao dộng và phổ tương ứng

Như vậy, xác suất xuất hiện cực đại tại tần số

riêng f là lớn nhất Lưu ý rằng hệ số khuếch đại

tại tần số riêng cũng là lớn nhất, nên xác suất số

lần giá trị cực trị tại fcũng là lớn nhất so với tại

các tần số khác Kết hợp phổ công suất các tập

dữ liệu thu liên tiếp nhau tại cùng một vị trí theo

sơ đồ đề xuất trên ( H.9) ta được một phổ dạng

như trên ( H.8 ) Phổ thu được chúng tôi đặt tên

là phổ công xuất đại diện ( PCS ĐD)

H.8 PCS ĐD nhịp 1 cầu Giồng Ông Tố Mới

H.9 Giải thuật lập PCS ĐD

Trên ( H.10 ) là phổ công suất đại diện của các đợt đo khác nhau tại nhịp 2 cầu Giồng Ông Tố Mới

a) Đợt 1 ( ngày 19/07/2011 )

b) Đợt 2 ( ngày 22/12/2011)

c) Đợt 3 ( ngày 11/06/2012)

d) Đợt 4 ( ngày 11/07/2012)

H.10 PCS ĐD cầu Giồng Ông Tố Mới

3.3 Nhận xét PCS ĐD

1 Đặc điểm lặp lại giá trị tần số riêng

Sau 4 lần đo, khoảng cách thời điểm đo giữa lần

1 và lần 4 tối đa khoảng 8 tháng, cho thấy giá trị tần số riêng của cùng một đối tượng ( nhịp thứ n thuộc cầu A theo phương định trước thuộc cùng

1 cầu ) xê dịch không quá 0,2Hz Trên bảng 1 cho ví dụ về giá trị tần số riêng cơ bản dao dộng theo phươg thẳng đứng, ký hiệu là f , của 4 đợt z

đo của cầu Sài Gòn tại các nhịp 1và 2 ( dầm thuộc loại Bê tông dự ứng lực ) và nhịp 16 ( dầm thuộc loại Bê tông liên hợp)

Bảng 1: Giá trị f các nhịp thuộc cầu Sài Gòn z

Số Nhịp

Lần

đo

Tình trạng lưu thông

Tần

số (Hz)

1 Đo vào buổi sáng

xe lưu thông chủ yếu là tải xe buýt và tải nhỏ

3,8

2 Đo vào buổi sáng

xe lưu thông chủ

3,9

Dùng PCS trong tệp dữ liệu

Chuẩn hóa giá trị max

Đếm số lần xuất hiện n

của các giá trị max tại

cùng tần số

Xác định giá trị trong

các giá trị max f  

Dựng biểu đồ PCS ĐD

1

yếu là tải xe buýt và tải nhỏ 3 Đo vào ban đêm chủ yếu là tải lớn như container

3,8 4 Đo vào ban đêm chủ yếu là tải lớn như container

3,8

2

1 Đo vào buổi sáng xe lưu thông chủ yếu là tải xe buýt và tải nhỏ 3,5 2 Đo vào buổi sáng xe lưu thông chủ yếu là tải xe buýt và tải nhỏ 3,4 3 Đo vào ban đêm chủ yếu là tải lớn như container 3,5 4 Đo vào ban đêm chủ yếu là tải lớn như container 3,4

16

1 Đo vào buổi sáng xe lưu thông chủ yếu là tải xe buýt và tải nhỏ 2,3 2 Đo vào buổi sáng xe lưu thông chủ yếu là tải xe buýt và tải nhỏ 2,1 3 Đo vào ban đêm chủ yếu là tải lớn như container 2,3 4 Đo vào ban đêm chủ yếu là tải lớn như container 2,2 Nguyên nhân chênh lệch giữa các đợt đo là do độ lớn tải trọng lưu thông tại thời điểm đo Các cầu có lượng xe qua lại bình thường hoặc ít thì giá trị tần số riêng trong 4 đợt đo là như nhau Bảng 2 là giá trị tần số riêg cơ bản 4 lượt đo tại nhịp 1 cầu Bến Nọc Bảng 2 : Tần số f của cầu Bến Nọc z Cầu Bến Nọc Tần số (Hz) Nhịp Đợt đo phương 1 x 5 z 5 1

3

4

2 Vùng giá trị f của các nhịp 37 cầu được z

chọn khảo sát một cách ngẫu nhiên Kết quả cho thấy chúng khá phụ thuộc vào vật liệu

a Các cầu bê tông dự ứng lực có tần số f z của nhịp không vượt quá 5Hz

Bảng 3: Tần số f của một số cầu Bê tông dự z

ứng lực

Cá trê 1 1; 2; 3 4,6; 4,8; 4,9 Giồng Ông Tố 2 1; 2; 3 4,8; 4,7; 4,6 Giồng Ông Tố

Mới

1; 2; 3 5; 4,8; 4,5

Mỹ Thủy 2 1; 2; 3 4,8; 4,9; 4,7 Sài Gòn 1; 2; 3 3,8; 3,5; 3,4

Ông Nhiêu 1; 2; 3 4,8; 3,3; 4,9 Bình Phước 1 1; 2; 3 4,9; 4,7; 4,8 Sóng Thần 2 1; 2; 3 5

H.11 cho bảng thống kê số lượng các nhịp BTDUL có tần số ƒz cùng nằm trong một khoảng giá trị

H.11 Thống kê tần số ƒ z các nhịp BTDUL

a b Các nhịp thép, bê tông liên hợp có f tập z

trung trong khoảng 10Hz Trên bảng 4 thống kê tần số f của các nhịp một số cầu thép và thép z

liên hợp

Bảng 4: Tần số f nhịp thép và thép liên hợp z

Giồng Ông Tố

1

1; 2 20,5; 11,6

( H.12 ) cho bảng thống kê ƒz các nhịp Bê tông

liên hợp (BTLH) và thép

H.12 Thống kê tần số ƒ z các nhịp BTLH và thép

c Tần số riêng f các trụ có giá trị khoảng z

11Hz trở lên Trên bảng 5 liệt kê tần số f các z

trụ của một số cầu

Bảng 5: Tần số f của trụ z

3 Độ tin cậy giá trị tần số riêng được kiểm tra

không chỉ bởi độ lặp lại trong mỗi lần đo, độ lặp

lại trong các lần đo khác nhau, mà dưới góc độ

của các nhà quản lý, còn bởi sự so sánh với các

số liệu đo thực hiện bởi cơ quan Kiểm định

Trên bảng 6 thống kê số liệu đo bởi cơ quan

Kiểm định ( KĐ ) và số liệu đo thực hiện trong

dự án này ( DA ) của một số cầu

Bảng 6: So sánh giá trị tần số riêng

Tên

cầu

Đối

tượng

Tần số

Ông

Nhiêu

N1 4,23 4,83 4,425 11,9

N2 2,84 3,28 2,591 17,6

N3 3,61 4,83 2,278 12

N3 5,85 5,9 5,83 11,3 Ông

Dầu

N1 13,1 10,3 14,28 12,9 N2 10 10,3 10,87 12,4 N3 10 10,7 13,15 12,7 Chùm

Chụp

N1 4,87 11,8 12,82 12,8 N2 4,35 11,8 4,464 10,2

Sài Gòn

4,42

3,85 3,42

2,84

3,82

4,39

3,875 5,37

3,42

3,45

5,37

3,8 5,86

3,42

3,5

N16 2,93

4,88

|| 2,93

2,44

2

N17 5,44

4,39

|| 2,44

2,46

2,3

N18 2,93

4,39

|| 5,37

2,44

2

N30 4,65

4,8

10,4 2,44

3,91

3,42

N31 4,93

4,93

10,6 2,93

3,42

3,35

N32 4,93

3,91

10,6 2,93

2,93

3,35

f z – tần số riêng thấp nhất theo phương z

f x – tần số riêng thấp hất theo phương x Theo quy trình Kiểm định [1] thì giá trị tần số

z

f xác định từ đồ thị dao động tự do gây bởi

xung lực khi cho xe với tải quy định di chuyển trên cầu với một vận tốc quy định ngừng đột ngột bởi va chạm với vật cản đặt tại giữa nhịp Một số giá trị tần số riêng của hai biện pháp KĐ

và DA khác biệt được lý giải do sự hạn chế số lượng mẫu thu thập trong quá trình kiểm định bởi các ràng buộc về thời gian được tiến hành thu thập dữ liệu

Dựa vào kết quả so sánh giá trị tần số giữa Kiểm định và Dự án theo phương z và phương x của nhịp cầu Gò Công, cầu Ông Dầu, cầu Chùm Chụp (Bảng 6) cho chúng ta thấy những kết quả

đo thu được tương đương nhau

3.Số lượng tần số riêng thấp nhất xác định được

PCS ĐD có số lượng vùng trội có thể lớn hơn 1

Từ đây ta có thể xác định được không chỉ tần số riêng thấp nhất mà có thể xác định 2, 3 hoặc 4, 5 tần số riêng thấp nhất

Trên ( H.13 ) là PCS ĐD dao động phương z của nhịp 2 cầu Mỹ Thủy

H.13 PCS ĐD cầu Mỹ Thủy

Trên ( H.14 ) là PCS ĐD dao động phương z của

nhịp 2 cầu

H.14 PCS ĐD cầu Giồng Ông Tố 2

Trên ( H.15 ) là PCS ĐD dao động phương z của

nhịp 4 cầu Sóng Thần 2

H.15 PCS ĐD cầu Sóng Thần 2

Trên ( H.16 ) là PCS ĐD dao động phương z của

nhịp 8 cầu vượt Linh Xuân

H.16 PCS ĐD cầu vượt Linh Xuân

Vùng trội ở tần số thấp nhất luôn hiện hữu, tuy

nhiên tùy theo lượng và đặc điểm giao thông mà

các vùng trội ở vùng tần số cao xuất hiện hay

không Trên ( H.17 ) là PCS ĐD của nhịp 2 cầu

Sài Gòn trong 4 đợt đo khác nhau

a) Đợt 1

b) Đợt 2

c) Đợt 3

d) Đợt 4

H.17 PCS ĐD của nhịp 2 cầu Sài Gòn

4 Sự trùng lặp giá trị tần số riêng dao động của

phương z và phương x của nhịp

Một số cầu có tần số riêng của nhịp theo phương

x và z trùng nhau ( bảng 7 )

Bảng 7: Tần số riêng của một số cầu

Tần số

Thủ Đức 1 1; 2 4,7;

4,8

4,7; 4,8

Thủ Đức 2 1; 2 4,8;

4,9

4,7; 4,8

5 Quan hệ giữa các tần số riêng

Độ dài các nhịp của 37 cầu khảo sát nằm trong khoảng dưới 30m Mô hình ứng xử của chúng thường được cho là dầm đơn, uốn ngang phẳng Nếu mô hình này là đúng, thì tỉ số tần số riêng, suy từ (4) sẽ là f1:f2:f 3 1: 4 :1, 5 Tuy nhiên, khảo sát các số liệu trong trường hợp mà số tần

số riêng xác định được lớn hơn 1 thì chúng không tuân theo tỷ lệ trên Trên bảng 8 là tỷ số

tần số f z của một số nhịp

Bảng 8 : Tần số riêng của một số cầu

Tần số

Bến Nọc 1; 3 5; 5 5; 4,9

Thủ Đức 1 1; 2 4,7;

4,8

4,7; 4,8

Thủ Đức 2 1; 2 4,8;

4,9

4,7; 4,8

Như vậy, bài toán đặt ra là cần điều chỉnh lại mô hình cơ hệ sao cho ứng xử phù hợp với các số liệu thực tế đo được

6 Quan hệ tần số riêng giữa nhịp và trụ

Trụ là bệ đỡ của nhịp Lưu thông tác dụng lực trực tiếp lên nhịp khiến nhịp chuyển động Điều mong muốn là chuyển động của nhịp không truyền hoặc truyền ít lên trụ, hay trụ đủ cứng vững để các lực từ nhịp không gây ra chuyển động của trụ Sự phối hợp khảo sát tần số riêng giữa các trụ và nhịp liền kề cho phép hình dung

rõ ràng về tình trạng liên kết giữa chúng và độ cứng vững của trụ Khảo sát bảng 9 ta có thể đánh giá như sau:

Bảng 9: Tần số dao động theo các phương của

một số nhịp và trụ kề nhau của cầu Giồng Ông

Tố 2

Nhịp Tần số riêng (Hz)

Trụ

15,7 18,5

5,3

1

z

f của các trụ f z  10Hz vậy chúng có độ cứng

vững cao theo phương z

Các trụ 1, 2, 8, 9, 10, 11 có độ cứng vững cao

theo cả 3 phương Trụ 3 có f y trùng với f y của

2 nhịp lân cận là nhịp 3 và nhịp 4 Trụ 3, 4, 5 có

y

f thấp 4, 6 4,8Hz  vậy chúng có độ cứng

theo phương y thấp Các trụ 5, 7 có f y,f trùng x

với tần số tương ứng của các nhịp, do vậy rất

yếu

Trên bảng 10 là số liệu đo cầu Mỹ Thủy trong

trường hợp đặc biệt khi các xe lưu thông cùng

chiều với tải trọng lớn Kết quả cho thấy f y,f x

của tất cả các trụ và nhịp trùng với f z của nhịp

Chúng cho thấy hình ảnh chuyển động của hệ

các nhịp là tịnh tiến cùng với đỉnh trụ cầu Điều

này chứng tỏ các trụ dao động cưỡng bức cùng

nhịp, chúng tiếp nhận toàn bộ năng lượng lưu

thông Đây là tình trạng nguy hiểm

Bảng 10 Tần số dao động cầu Mỹ Thủy

1; 2

16

1; 2; 3; 4; 5

7.Từ PCS ĐD ta thấy vùng tần số cưỡng bức bởi

lưu thông trải trong một vùng rộng luôn chứa tần

số cơ bản Do vậy, hiện tượng cộng hưởng luôn luôn hiện hữu Tuy nhiên, trong thực tế thì biên

độ thành phần lực cưỡng bức trùng tần số riêng

có thể là bé so với những thành phần khác, do vậy biên độ gây ra bởi tổng hợp các tần số không quá cao

4 Kết luận

1 Phương pháp xây dựng PCS ĐD của tín hiệu

dao động ngẫu nhiên thực tế gây bởi lưu thông cho phép xác định giá trị tin cậy của các tần số riêng thấp nhất Điều này khiến cho biện pháp cập nhật giá trị tần số riêng có thể thự hiện liên

tục với kinh phí tiết kiệm là khả thi

2 Phối hợp giá trị tần số riêng 3 phương các chi

tiết kề nhau sẽ bổ sung hình ảnh phối hợp ứng

xử, từ đây cho phép nhận dạng các đối tượng

suy yếu của cơ hệ

3 Hướng khai thác số liệu đo dao động thực tế

sẽ góp phần đưa nhiệm vụ cập nhật tình trạng theo dõi “sức khỏe” khả thi cho mọi cầu, góp phần nâng cao hiệu quả công tác quản lý mạng lưới cầu của địa phương

Lời cảm ơn

Chúng tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ban lãnh đạo sở GTVT TP HCM Công trình nghiên cứu này chỉ tiến hành được với sự ủng hộ của sở GTVT TP HCM, nơi đã cho phép chúng tôi tiến hành các nghiên cứu lâu dài:

- Lập mạng thử nghiệm truyền tự động số liệu đo liên tục với số lượng cảm biến lớn trong thời gian dài tại cầu Sài Gòn [3]

- Đo dao động gây lưu thông của tất cả các nhịp và trụ thuộc 37 cầu trong thời gian dài [4]

Nhờ những sự giúp đỡ trên chúng tôi có cơ hội tiếp cận số lượng cầu đáng kể với kết cấu, tình trạng kỹ thuật đa dạng và thu thập các số liệu chân thật nhất phục vụ nghiên cứu

Tài liệu tham khảo

[1] Bộ giao thông vận tải Quy định kiểm định cầu ô tô 22 TCN 243-98(1998)

[2] C.K Lau, W.P.N Mak, K.Y Wong, W.Y.K

Chan and K.L.D Man: Structural health monitoring of three cable-supported bridges

in Hong Kong Structural Health Monitoring

2000 , F.-K Chang (ed.), Technomic

Publishing Co., Lancaster, Pennsylvania,

1999, 450-460

[3] Ngô Kiều Nhi.: Đề tài cấp cơ sở “Lập mạng

thử nghiệm đo tự động dao động biến dạng

các công trình cầu”, 2006 - 2009

[4] Ngô Kiều Nhi.: Dự án thuộc Sở GTVT Tp

“Thí điểm đo tự động dao động – biến dạng

công trình cầu ( 38 cầu )”, 2011

[5] Iwankiewicz R., Śniady P.: Vibration of a

beam under a random stream of moving

forces,Journal of Structural Mechanics, Vol

12, 1984, pp 13–26

[6] Śniady P.: Vibration of a beam due to a

random stream of moving forces with random

velocity, Jounal of Sound Vibration,Vol 97,

1984, pp.22-23

[7] Śniady P., Biernat S., Sieniawska R.,

Żukowski S.: Vibrations of the beam due to a

load moving with stochastic velocity,

Probabilistic Engineering Mechanics 16,

2001, pp 53–59

Ngô Kiều Nhi nhận bằng kỹ

sư thạc sĩ chuyên ngành Động lực học và Sức bền máy, bằng tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Nguyên lý máy tại trường Đại học Bách Khoa thành phố Kharkov, Liên Xô 1970-1974 – là cán bộ

giảng dạy của trường Đại Học Bách Khoa Hà

Nội Từ 1975 đến nay là cán bộ giảng dạy của

trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

Năm 2004 - được nhận chức danh Giáo sư Năm

2006 được nhận danh hiệu Nhà Giáo Nhân Dân

Là trưởng phòng PTN CHUD trường Đại Học

Bách Khoa Tp HCM từ 1993 đến nay Hướng

nghiên cứu chính: Theo dõi và chẩn đoán tình

trạng máy móc, kết cấu công trình; Kỹ thuật đo

lường, cân bằng và thiết kế chế tạo thiết bị đo,

máy cân bằng; Động lực học và điều khiển máy,

thiết kế chế tạo bộ điều khiển CNC nhiều bậc tự

do và các thiết bị tự động trên nền bộ CNC được

chế tạo

Đã nhận được các giải thưởng lớn: giải

“Kovalevskaia”, năm 2002, giải thưởng Khoa

học Công nghệ Việt nam “Nghiên cứu chế tạo

các thiết bị đo lường để phục vụ sản xuất” của

Chủ tịch nước khen tặng, năm 2005

Lê Bảo Quỳnh sinh năm 1989

Tháng 4-2012 Nhận bằng kỹ sư

Cơ kỹ thuật tại trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM về ứng dụng phân tích thành phần chính (PCA) trong vệc đo kiểm cầu

Đang là học viên cao học theo

hướng nghiên cứu tại trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Và là nghiên cứu viên PTN CHUD Hướng nghiên cứu chính: khai thác dữ liệu (data ming ) dao động ngẫu nhiên của kết

cấu

Phạm Bảo Toàn sinh năm

1986 Nhận bằng thạc sỹ Cơ học kỹ thuật năm 2012 tại trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM về nghiên cứu dao động cấu trúc, thu thập và xử lý tín hiệu Hiện là nghiên cứu viên của bộ môn Cơ

Kỹ Thuật (DEM) và PTN CHUD trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM Hướng nghiên cứu chính: Các phương pháp khai thác dữ liệu (data mining ) trong việc theo dõi tình trạng và phát hiện sớm hư hỏng của máy móc và cấu trúc

Nguyễn Quang Thành sinh năm 1988 Anh

nhận bằng kỹ sư ngành Cơ Học

Kỹ Thuật năm 2011 tại trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh về tính toán – mô phỏng – tối ưu tháp truyền hình Hiện tại anh đang làm nghiên cứu tại PTN Cơ Học Ứng Dụng của trường Đại Học Bách Khoa Tp

Hồ Chí Minh Hướng nghiên cứu chính là nhận biết khuyết tật thông qua việc nhận dạng và xử

lý các tín hiệu đo ngẫu nhiên nhằm phục vụ cho công tác đánh giá trình trạng cầu