Nghiên cứu ứng dụng phương pháp sóng âm thanh (acoustic emission) trong quan trắc và kiểm định chất lượng kết cấu công trình

LỜI NÓI ĐẦU Cuốn sách “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp sóng âm thanh Acoustic Emission trong quan trắc và kiểm định chất lượng kết cấu công trình” được tác giả giới thiệu các khái niệm

LỜI NÓI ĐẦU

Cuốn sách “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp sóng âm thanh (Acoustic Emission) trong quan trắc và kiểm định chất lượng kết cấu công trình” được tác

giả giới thiệu các khái niệm, phương pháp trong kiểm định công trình dựa trên các phương pháp không phá hủy (NDT) và một trong những phương pháp mới, đang được phát triển cũng như được quan tâm nhiều tới trong thời gian qua là phương pháp tán xạ sóng âm thanh (Acoustic Emission) Phương pháp tán xạ sóng âm thanh (Acoustic Emission) dựa trên nghiên cứu sóng âm thanh (Acoustic Emission - AE) - một loại sóng đàn hồi mất dần, được hình thành bởi hiện tượng giải phóng đột ngột năng lượng dồn ứ trong vật liệu bởi sự quy tụ và mở rộng các hư hại siêu nhỏ trong vật liệu Sự mất dần của sóng do hiện tượng hấp thụ - chuyển đổi từ công năng sang nhiệt năng của vật liệu Vì thế việc xuất hiện các tín hiệu sóng âm thanh AE là dấu hiệu xuống cấp của vật liệu so với lúc trước khi xuất hiện các tín hiệu đó Hiện tượng sóng âm thanh AE thể hiện sự hư hại của vật liệu, đồng thời thể hiện sự xuống cấp của kết cấu làm từ vật liệu đó Có thể nói, mỗi hiện tượng xảy ra trong vật liệu

sẽ gây ra sự thay đổi năng lượng bên trong vật liệu và hình thành tín hiệu sóng âm thanh Các thông tin về hư hại (nứt) và các hiện tượng khác tạo ra tín hiệu AE, đặc biệt là vị trí tạo ra tín hiệu, hướng phát triển của hư hại đều có thể áp dụng phương pháp sóng âm thanh

Cuốn sách là tài liệu chuyên sâu nhằm phục vụ cho các học viên cao học, sinh viên đại học thuộc các khối ngành kỹ thuật, các cán bộ kỹ thuật và bạn đọc có quan tâm đến lĩnh vực kiểm tra, kiểm định công trình

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các cá nhân và tập thể đã đọc và góp ý cho bản thảo cuốn sách này để cuốn sách sớm được ra mắt bạn đọc

Sách được biên soạn lần đầu, tuy đã có nhiều cố gắng, song khó tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phê bình của các bạn đồng nghiệp, sinh viên, học viên và bạn đọc để cuốn sách được hoàn thiện hơn trong lần xuất bản sau Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ email: chinhlm@tlu.edu.vn

Tác giả

MỞ ĐẦU

I ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Trong lĩnh vực xây dựng cũng như cơ sở hạ tầng giao thông, đặc biệt đối với các công trình cầu thì kết cấu bê tông cốt thép là loại kết cấu phổ biến, được áp dụng rộng rãi từ hàng chục năm nay Cũng chính vì thế mà nhiều công trình đã có tuổi và xuống cấp Để đảm bảo an toàn khai thác các công trình nêu trên, hàng loạt các công tác kiểm định, sửa chữa và gia cố cần phải được triển khai thực hiện

Trong những năm vừa qua, được sự quan tâm của Chính phủ, hệ thống cơ sở hạ tầng đường bộ đã từng bước được nâng cấp, các cầu yếu đã từng bước được đầu tư xây dựng bằng các dự án riêng hoặc lồng ghép trong các dự án đầu tư nâng cấp mở rộng đường Tuy nhiên, do điều kiện nguồn lực hạn hẹp, đến nay vẫn còn nhiều tuyến chưa được nâng cấp hoặc chỉ mới được nâng cấp phần tuyến, nên trên hệ thống quốc lộ trong cả nước vẫn tồn tại các cầu yếu làm ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác của các tuyến đường, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn giao thông, có khả năng ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản của người dân

Dưới tác động liên tục thay đổi của các điều kiện khai thác, điều kiện khí hậu thời tiết trong suốt quá trình khai thác của công trình, các công trình cầu bê tông cốt thép ngày càng xuống cấp, do đó việc triển khai các công tác kiểm định và quan trắc theo chu kỳ đối với các công trình cầu yếu trong quá trình khai thác là hết sức cần thiết Một trong những hợp phần quan trọng của quan trắc theo chu kỳ

là công tác kiểm tra định kỳ thực hiện bởi các kỹ sư có kinh nghiệm Các công tác kiểm tra phải được hỗ trợ bằng các phương pháp kiểm định không phá hủy, cho phép đánh giá được trạng thái kết cấu của công trình, đặc biệt đối với những vị trí khó tiếp cận bằng mắt thường Việc xác định sớm và chính xác các hư hại xảy ra bên trong kết cấu trong quá trình khai thác nhằm đưa ra các quyết định hợp lý trong khai thác, sửa chữa và bảo trì công trình, cho phép khai thác công trình liên tục không bị gián đoạn Đối với các công trình cầu thì việc này càng quan trọng hơn, vì sự phát triển của hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông phụ thuộc nhiều vào chúng Trong khi có nhiều công trình được xây dựng trong những thập niên 70 - 80 của thế kỷ trước, việc phải đóng cầu vì sự suy giảm của trạng thái công trình dẫn đến nhiều thiệt hại về kinh tế Vì thế, việc phát triển và áp dụng các giải pháp kiểm

định, quan trắc và bảo trì các công trình cầu yếu là hết sức cần thiết Hệ thống quan trắc loại này cần phải tập trung vào hai yếu tố:

 Sự biến đổi của tải trọng trong quá trình khai thác

 Sự tích lũy của các hư hại bên trong kết cấu

Việc quan trắc và kiểm định hợp lý các công trình cầu sẽ hỗ trợ các cơ quan chức năng quản lý và khai thác công trình hiệu quả hơn, kéo dài tuổi thọ của công trình, tối ưu hóa các công tác duy tu bảo dưỡng và sửa chữa, sử dụng nguồn vốn bảo trì một cách hợp lý

II HIỆN TRẠNG CÁC CẦU YẾU TRÊN HỆ THỐNG CÁC QUỐC LỘ

Theo số liệu quản lý và thống kê của Tổng cục Đường bộ, đến thời điểm năm

2014 trên các tuyến quốc lộ trong cả nước vẫn tồn tại 343 vị trí cầu yếu trong tổng

số 4239 vị trí cầu Hầu hết các cầu được xây dựng trước năm 1975, kết cấu thượng

bộ, hạ bộ đã bị xuống cấp, rung lắc mạnh và độ võng lớn, một số cầu không đáp ứng nhu cầu thoát lũ, khổ cầu hẹp Một số cầu được đầu tư sau năm 1975, tuy nhiên có tải trọng thiết kế thấp và bắt đầu có dấu hiệu xuống cấp hoặc không đảm bảo thoát lũ

do diễn biến bất thường của khí hậu Các vị trí cầu này đều có tải trọng khai thác không đồng bộ với tuyến Dựa trên mật độ giao thông, tính chất tuyến đường (độc đạo hoặc có đường song hành), hiện trạng của từng cầu, Bộ Giao thông Vận tải phân danh mục cầu yếu thành 2 nhóm cụ thể như sau (theo Báo cáo năm 2012):

 Nhóm ưu tiên 1: Bao gồm 79 cầu yếu nằm trên các tuyến có mật độ giao thông lớn, đường độc đạo, các giải pháp sửa chữa không khả thi

 Nhóm ưu tiên 2: Bao gồm 264 cầu yếu nằm trên quốc lộ có mật độ giao thông thấp hơn hoặc có đường song hành Trong trường hợp nguồn lực khó khăn có thể sửa chữa để duy trì tình trạng khai thác như hiện nay

Chương 1

KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH

1.1 KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH LÀ GÌ ?

Cơ sở của kiểm định chất lượng công trình là công tác kiểm tra công trình, được tiến hành thực hiện bởi đội ngũ kỹ sư, chuyên gia có kinh nghiệm, nhằm đánh giá chất lượng công trình mới, đang khai thác hoặc xuống cấp để có kế hoạch khai thác, duy tu, bảo trì một cách hợp lý nhằm kéo dài tuổi thọ của công trình

Trên cơ sở các số liệu kiểm tra (chẩn đoán kỹ thuật công trình) ta có thể đánh giá được:

- Hiện trạng chất lượng công trình;

- Xác định khả năng chịu tải của công trình;

- Khả năng tiếp tục sử dụng của công trình;

- Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ công trình;

- Đưa ra những chế độ thay đổi trong khai thác công trình

Nội dung kiểm định về cơ bản gồm 4 phần: quản lý cầu, thử nghiệm cầu, sửa chữa và tăng cường cầu

1.1.1 Quản lý cầu

Quản lý cầu nghiên cứu nội dung và phương pháp quản lý Nội dung quản lý bao gồm quản lý hồ sơ cầu và quan trọng hơn là quản lý tình trạng kỹ thuật của cầu Người quản lý cần nắm được đầy đủ các thông tin về cầu, những hư hỏng hiện có, nguyên nhân của các hư hỏng từ đó đề ra chế độ khai thác (chẳng hạn quy định khoảng cách tối thiểu giữa các xe, tốc độ tối đa của xe trên cầu, ), chế độ bảo dưỡng, tiến hành các sửa chữa nhỏ ngay khi hư hỏng mới xuất hiện theo kinh phí quản lý hàng năm, hoặc lập kế hoạch xin sửa chữa lớn, tăng cường cầu

Phương pháp quản lý đề cập đến các hình thức kiểm tra để nắm được đầy đủ và kịp thời tình trạng kỹ thuật của cầu, trên cơ sở đó tiến hành phân loại cầu và đề ra được trình tự ưu tiên sửa chữa, tăng cường hoặc thay thế bằng cầu mới để nâng cao hiệu quả kinh tế và đảm bảo tuổi thọ của cầu

1.1.3 Sửa chữa cầu

Sửa chữa cầu nhằm khắc phục những hư hỏng xuất hiện trên cầu để đưa cầu trở lại làm việc như đã được thiết kế mà không làm thay đổi chế độ làm việc chung của toàn bộ công trình

Sửa chữa cầu có thể là những công việc rất nhỏ như trám vá chỗ vỡ bê tông, bơm keo vào vết nứt, nhưng cũng có thể là sửa chữa lớn như thay thế một thanh, một nút dàn

Trong sửa chữa cầu bê tông cốt thép, vật liệu để sửa chữa có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và giá thành sửa chữa (ở đây có đề cập đến vật liệu như vữa êpoxy,

bê tông polyme v.v.…)

Các sửa chữa được chia thành những sửa chữa thông thường có thể thực hiện được ở công trường, hoặc những sửa chữa đòi hỏi phải có trình độ chuyên môn nhất định như nắn cong, vênh bằng gia công nhiệt…

1.1.4 Tăng cường cầu

Tăng cường cầu không phải là sửa chữa cầu mà là những công việc được tiến hành để nâng cao khả năng chịu tải của cầu so với hiện tại hoặc so với thiết kế ban đầu Tăng cường cầu có thể không hoặc có làm thay đổi sơ đồ làm việc của cầu, ví

dụ một dàn giản đơn khi chỉ thêm vật liệu cho các thanh dàn thì sau khi tăng cường vẫn là dàn giản đơn, nhưng nếu thêm trụ đỡ thì tùy theo cách đặt gối trên trụ mà dàn trở thành siêu tĩnh khi chịu hoạt tải hay khi chịu cả tĩnh tải và hoạt tải Trên các cầu được tăng cường có những hư hỏng, trước khi tăng cường hoặc trong lúc tăng cường người ta thường kết hợp sửa chữa các hư hỏng đó

Kiểm định cầu là công tác có tính thực nghiệm, ngoài việc nghiên cứu, nắm vững

lý thuyết thông qua các tài liệu chuyên môn, người học cũng cần được tham gia thực hành trong phòng thí nghiêm để biết sử dụng các thiết bị đo, tốt nhất là được tham gia thử nghiệm tại hiện trường, ở đó người học còn học tập được cách bố trí điểm

đo, cách tổ chức đo đạc lấy số liệu, thu thập số liệu và xử lý số liệu

Cuối cùng cũng cần lưu ý rằng kiểm định cầu thực chất là “khám sức khoẻ, khám bệnh” cho cầu nên người học chỉ nắm được đầy đủ kiến thức của công tác này nếu trước đó họ đã có các kiến thức về thiết kế và thi công cầu

1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM TRONG KIỂM ĐỊNH CÔNG TRÌNH

1.2.1 Phân loại chất lượng cầu

Phân loại chất lượng cầu là một công việc rất cần thiết để phục vụ cho việc khai thác duy tu, sửa chữa cầu Việc phân loại cầu còn giúp cho các cơ quan quản lý có

kế hoạch đúng đắn về sửa chữa, tăng cường hoặc xây dựng cầu mới thay thế cho cầu

cũ đã hư hỏng, nhằm đảm bảo khai thác có hiệu quả một tuyến đường hoặc cả mạng lưới giao thông nói chung

Để phân loại cầu cần phải có tiêu chuẩn phân loại Hiện nay ở nước ta chưa có một quy định và hướng dẫn thống nhất về phân loại chất lượng cầu, ở đây xin giới thiệu cách phân loại của ESCAP (Ủy ban Kinh tế và Xã hội Châu Á - Thái Bình Dương) Theo tài liệu này tiêu chuẩn để phân loại cầu là:

- Biên độ biến dạng;

- Mức độ ảnh hưởng đến an toàn vận tải;

- Sự cấp thiết phải tiến hành các biện pháp để duy trì chức năng làm việc bình thường của công trình

Theo tiêu chuẩn này người ta phân cầu làm 4 loại chính như sau:

- Loại A: Bao gồm những cầu có chất lượng còn tốt, không có khuyết tật hay hư hỏng hoặc có nhưng không đáng kể, không cần sửa chữa Các khuyết tật hay hư hỏng nếu có chưa ảnh hưởng đến chức năng làm việc của các bộ phận kết cấu, cầu khai thác an toàn với tải trọng thiết kế;

- Loại B: Bao gồm các cầu có hư hỏng hay khuyết tật nhưng ở mức độ nhẹ, sự phát triển của hư hỏng hay khuyết tật chưa rõ ràng và không đáng lo ngại Các hư hỏng hay khuyết tật không ảnh hưởng đến an toàn trong khai thác nên có thể sửa chữa hoặc không, nếu sửa chữa thì có thể tiến hành vào thời điểm nào tùy ý;

- Loại C: Trên các cầu thuộc loại này có những khuyết tật hay hư hỏng mà hiện tại chưa ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng không đáng kể đến khả năng chịu lực của cầu, tuy nhiên nếu hư hỏng, khuyết tật phát triển thì sẽ làm suy giảm khả năng chịu lực của cầu;

- Loại D: Công trình thuộc loại D là công trình có những hư hỏng đáng kể, đã hoặc sẽ làm suy giảm chức năng chịu lực của cầu Người ta còn phân loại D thành 3 loại nhỏ là D1, D2, D3:

Bảng 1.1 Phân loại cầu

Loại Tình trạng cầu Ảnh hưởng đến

Cầu còn tốt, hư hỏng hay khuyết

tật nhẹ, sự phát triển của hư hỏng

hay khuyết tật không rõ ràng và

không đáng lo ngại

Hiện tại không có ảnh hưởng Nhẹ

Có thể sửa chữa hoặc không

C

Mức độ hư hỏng và khuyết tật của

công trình trong tương lai sẽ phát

triển, cầu trở thành loại D1, do đó

phải phòng ngừa để điều đó không

xảy ra

Hiện tại chưa ảnh hưởng nhưng trong tương lai có thể ảnh hưởng

Hư hỏng và khuyết tật có thể phát triển

Sửa chữa vào thời điểm thích hợp, nếu không cầu trở thành loại D1

D1

Hư hỏng và khuyết tật đang

phát triển, cần thực hiện các

biện pháp ngăn ngừa để

không ảnh hưởng đến an toàn

của công trình trong tương lai

Đe dọa đến an toàn vận tải trong tương

lai

Hư hỏng và khuyết tật đang phát triển có thể dẫn đến suy yếu chức năng của cầu

Sửa chữa vào thời điểm thích hợp

D2

Hư hỏng và khuyết tật đã ảnh

hưởng đến chức năng làm

việc của cầu, khả năng chịu

tải của cầu cũng bị ảnh hưởng

Đe dọa đến an toàn vận tải trong tương lai gần, nguy hiểm khi có ngoại lực không bình thường

Hư hỏng, khuyết tật và sự suy giảm chức năng của cầu đang phát triển

Cần tiến hành sửa chữa sớm

D

D3

Hư hỏng, khuyết tật liên quan

tới chức năng chủ yếu của

công trình, ảnh hưởng đến an

toàn của cầu

Nguy hiểm sắp xảy ra

Nghiêm trọng

Cần tiến hành sửa chữa ngay

+ Loại D1: Công trình thuộc loại D2 là khi công trình đã có những hư hỏng, tuy nhiên hiện tại công trình không có vấn đề về an toàn nhưng chức năng làm việc của chúng có thể bị ảnh hưởng bất lợi trong tương lai, vì vậy phải tiến hành sửa chữa các

hư hỏng ở thời điểm thích hợp, chẳng hạn sửa chữa mố, trụ vào mùa khô ;

+ Loại D2: Công trình thuộc loại D2 khi trên công trình có những hư hỏng, hiện tại công trình chưa có vấn đề về an toàn nhưng chức năng làm việc của chúng đã bắt đầu bị ảnh hưởng, do đó cần tiến hành sửa chữa sớm

+ Loại D3: Thuộc loại này là các công trình có hư hỏng lớn, không còn khả năng khai thác bình thường, phải tiến hành sửa chữa hay tăng cường ngay lập tức, khi chưa sửa chữa kịp phải giảm tải trọng khai thác của cầu

Việc phân loại cầu như đã trình bày ở trên được tóm tắt trên bảng 1.1

 Kiểm tra công trình là việc xem xét bằng trực quan hoặc bằng thiết bị chuyên

dụng để đánh giá hiện trạng công trình nhằm phát hiện các dấu hiệu hư hỏng của công trình Công tác kiểm tra công trình nhằm mục đích đánh giá hiện trạng của công trình đang được khai thác Trên cơ sở đó xây dựng các khuyến cáo (đề nghị) về việc tiếp tục sử dụng và khai thác công trình

 Bảo trì công trình là tập hợp các hoạt động nhằm duy trì hoạt động bình thường

và đảm bảo an toàn sử dụng công trình Công tác bảo trì đường bộ bao gồm công tác bảo dưỡng thường xuyên; sửa chữa định kỳ và sửa chữa đột xuất

 Bảo dưỡng thường xuyên là các thao tác kỹ thuật được tiến hành thường xuyên

nhằm phòng ngừa và khắc phục kịp thời những hư hỏng nhỏ của các bộ phận công trình và thiết bị Bảo dưỡng thường xuyên để hạn chế tối đa sự phát triển từ hư hỏng nhỏ trở thành hư hỏng lớn Các công việc này được thực hiện thường xuyên liên tục

để đảm bảo giao thông vận tải được an toàn, thông suốt và êm thuận Công tác bảo dưỡng thường xuyên bao gồm việc phòng ngừa và sửa chữa nhỏ

 Sửa chữa nhỏ là khắc phục những hư hỏng nhỏ của các bộ phận công trình và

thiết bị

 Sửa chữa định kỳ là khắc phục những hư hỏng công trình theo thời hạn quy

định, kết hợp khắc phục một số khuyết tật của công trình xuất hiện trong quá trình khai thác, nhằm khôi phục tình trạng kỹ thuật ban đầu và cải thiện điều kiện khai thác của công trình (nếu cần thiết) Công tác sửa chữa định kỳ bao gồm công tác sửa chữa vừa và công tác sửa chữa lớn

 Sửa chữa vừa là sửa chữa những hư hỏng, khắc phục những biểu hiện xuống

cấp của bộ phận, kết cấu công trình có thể ảnh hưởng đến chất lượng khai thác và gây mất an toàn khai thác

 Sửa chữa lớn là công việc sửa chữa tiến hành khi có hư hỏng hoặc xuống cấp ở

nhiều bộ phận công trình nhằm khôi phục chất lượng ban đầu của công trình

 Sửa chữa đột xuất là công việc sửa chữa công trình chịu các tác động đột xuất

như gió bão, lũ lụt, động đất, va đập, cháy hoặc những tác động đột xuất khác đã dẫn tới những hư hỏng, xuống cấp cần được sửa chữa kịp thời để đảm bảo giao thông liên tục

 Quan trắc công trình là sự quan sát, đo đạc các thông số kỹ thuật của công

trình theo yêu cầu của thiết kế trong quá trình sử dụng

Tất cả các công trình nói chung đều khác nhau về: sơ đồ kết cấu, sơ đồ nhịp, vật liệu, điều kiện cụ thể như thời tiết, khí hậu , thời gian thi công, chế độ khai thác, sự tồn tại các loại hư hỏng Các dạng tồn tại này phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố khác nhau

Để thuận tiện cho việc quản lý và khai thác, xu thế chung của tất cả các nước trên thế giới hiện nay (đặc biệt là các nước đang phát triển) là xây dựng hoàn chỉnh một

hệ thống tiêu chuẩn để phân loại chất lượng kỹ thuật của công trình, nhằm quản lý

và đánh giá công trình một cách thống nhất

Đánh giá phân loại chất lượng kỹ thuật công trình theo tiêu chuẩn Mỹ:

Tùy theo mức độ hư hỏng và tình trạng suy giảm các chức năng làm việc của công trình mà chất lượng kỹ thuật công trình được sắp xếp vào một trong các loại cơ bản như sau:

- Loại A: Các công trình bị ảnh hưởng bất lợi do những hư hỏng, khuyết tật gây ra:

- Loại C: Các công trình không bị suy yếu về chức năng làm việc nhưng có các

Vấn đề quan trọng đặt ra là phải phân loại những công trình thuộc loại A Công trình loại này chia thành 3 loại: AA, Al, A2 nhằm xem xét kỹ sự suy yếu chức năng làm việc và thời điểm tiến hành biện pháp sửa chữa của kết cấu một cách phù hợp + AA: Công trình không có khả năng sử dụng bình thường và phải lập tức tiến hành các biện pháp sửa chữa hoặc tăng cường

+ A1: Là công trình hiện tại chưa có vấn đề gì về an toàn nhưng đòi hỏi một số biện pháp nhất định thực hiện sửa chữa sớm

+ A2: Là công trình hiện tại không có vấn đề gì về an toàn, nó có thể bị ảnh hưởng nhưng chưa cấp thiết, chức năng an toàn vận tải có thể bị ảnh hưởng trong tương lai Đòi hỏi phải lập kế hoạch, chuẩn bị các biện pháp sửa chữa ở những thời điểm thích hợp

Về cơ bản thì cách phân loại công trình của Mỹ khá tương đồng với cách phân loại công trình của ESCAP

1.2.2 Phân loại công tác kiểm tra

Công tác kiểm tra công trình được chia thành 3 loại:

- Công tác kiểm tra tổng quát (kiểm tra định kỳ): Đề cập đến toàn bộ công trình, thường tiến hành khoảng 2 năm một lần;

- Công tác kiểm tra chi tiết (không định kỳ): Được tiến hành khi có những dấu hiệu không bình thường hoặc tùy theo điều kiện thực tế của công trình;

- Công tác kiểm tra toàn diện: Xem xét cả công trình và môi trường xung quanh

Bảng 1.2 Mục đích và loại kiểm tra

Loại kiểm tra Mục đích kiểm tra

Tổng quát

Chi tiết

Toàn diện

1 Để xác định các công trình thuộc loại A bằng những chẩn đoán kết

cấu sơ bộ X X

2 Thực hiện việc chẩn đoán công trình một cách chi tiết với độ chính

3 Đc chọn lựa về phương pháp, thời gian tiến hành sửa chữa X

4 Đổ điều tra nhằm phát hiện những thay đổi chủ yếu từ nền đất và để

xác nhận công trình thuộc loại A X X

5 Đc điều tra nhằm phát hiện những điều kiện môi trường chù yếu

bàng việc khảo sát trên không và để xác nhận công trình thuộc loại A X X X

6 Hợp tác với những tổ chức bên ngoài X

1.3 TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN CỦA PHƯƠNG PHÁP SÓNG ÂM THANH

Ở VIỆT NAM

Trong lĩnh vực xây dựng cơ sở hạ tầng, ngoài kết cấu bê tông cốt thép thì kết cấu thép cũng là loại kết cấu phổ biến, được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ hàng chục năm nay So với các kết cấu BTCT có tuổi thọ về cơ bản lớn hơn, các loại kết cấu thép dễ bị ảnh hưởng nhiều hơn từ sự biến đổi môi trường xung quanh, đặc biệt trong điều kiện thời tiết nóng ẩm của Việt Nam Trong thời gian qua, nhiều công trình đã có tuổi thọ khai thác cao và xuống cấp Để đảm bảo an toàn khai thác các công trình nêu trên, hàng loạt các công tác kiểm định, sửa chữa và gia cố cần phải được triển khai thực hiện Hiện nay trên thế giới có nhiều giải pháp nhằm kiểm định chất lượng kết cấu thép một cách hiệu quả mà không ảnh hưởng đến kết cấu, đến điều kiện làm việc của kết cấu đó là sử dụng phương pháp không phá hủy Một trong những phương pháp được sử dụng nhiều nhất chính là phương pháp sóng âm thanh hay còn gọi là phương pháp phát xạ âm thanh (Acoustic Emission) Khác với

phương pháp siêu âm, trong đó nguồn âm thanh là do một thiết bị tạo ra, sau đó tín hiệu âm thanh sẽ đi qua môi trường vật liệu và các hư hại trong vật liệu sẽ làm thay đổi tín hiệu âm thanh đó Trong phương pháp sóng âm thanh thì không có nguồn tín hiệu âm thanh nhân tạo nào được tạo ra, mà nguồn âm thanh chính là những hư hại hoặc những biến đổi trong vật liệu cấu thành dưới tác động của các tổ hợp tải trọng khai thác tác động lên công trình Phương pháp này không phải là mới, nó được phát triển từ những năm 80 của thế kỷ XX, nhưng khi đó công nghệ thông tin cũng như sự phát triển của máy tính chưa đáp ứng được nhu cầu của phương pháp, khi mà nguồn

âm thanh trong kết cấu tạo ra là rất nhỏ, cần phải có những biện pháp đo đạc và phân tích hữu hiệu Ngày nay, trong một vài thập niên vừa qua, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, phương pháp này trở lại thành một công cụ rất hữu ích Nó có thể được áp dụng như một biện pháp kiểm tra định kỳ hoặc quan trắc liên tục trong thời gian thực của kết cấu, tùy thuộc vào nhu cầu và tính chất của công trình

Trong những năm vừa qua, được sự quan tâm của Chính phủ, hệ thống cơ sở hạ tầng đường bộ đã từng bước được nâng cấp, các cầu yếu đã từng bước được đầu tư xây dựng bằng các dự án riêng hoặc lồng ghép trong các dự án đầu tư nâng cấp mở rộng đường Tuy nhiên, do điều kiện nguồn lực hạn hẹp, đến nay vẫn còn nhiều tuyến chưa được nâng cấp hoặc chỉ mới được nâng cấp phần tuyến nên trên hệ thống quốc lộ trong cả nước vẫn tồn tại các cầu yếu làm ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác của các tuyến đường, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn giao thông, có khả năng ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản của người dân

Để giảm thiểu các nguy cơ nêu trên, nhiều phương pháp không phá hủy hiện đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau Trong phần này cũng sẽ giới thiệu về ứng dụng của phương pháp kiểm tra bằng sóng âm thanh đang được áp dụng hiện nay trên thế giới Đồng thời qua đó xây dựng đề xuất giải pháp và các bước triển khai thực hiện công tác kiểm định và quan trắc kết cấu công trình bằng phương pháp sóng âm thanh (acoustic emission) Để thực hiện được các nội dung này cần thiết

phải có một hệ thống kiểm định khách quan kết cấu thép áp dụng phương pháp sóng

âm thanh AE, cho phép đánh giá mức độ hư hại (xuống cấp) của từng cấu kiện cũng như toàn bộ kết cấu Hệ thống này sẽ được dựa trên cơ sở phân tích, xác định và phát hiện các hiện tượng hư hại cùng với việc xuất hiện các tín hiệu sóng âm thanh Điều này cho phép giám sát và quan trắc các quá trình hình thành và diễn biến của

hư hại trong toàn kết cấu dưới tác động của tổ hợp tải trọng khai thác mà không cần đến việc phân tích đánh giá các trạng thái ứng suất và biến dạng hay tác động liên hoàn của các hư hại dưới sự ảnh hưởng của yếu tố môi trường xung quanh lên toàn

kết cấu như: tải trọng khai thác, tải trọng khác từ sự biến đổi của nhiệt độ, độ ẩm, gió hay các yếu tố môi trường khác

Hệ thống này sẽ bao gồm các hợp phần sau: phương pháp đo đạc sử dụng sóng

âm thanh cùng với việc phân tích số liệu, cơ sở dữ liệu cho phép xác định và phân loại các hiện tượng hư hại cùng với quy trình thực hiện cho phép xác định các hư hại đang xảy ra trong kết cấu Việc lựa chọn phương pháp không phá hủy sử dụng sóng

âm thanh được dựa trên các ưu điểm vượt trội của giải pháp này, bao gồm:

- Phương pháp sóng âm thanh AE cho phép xác định vị trí các hư hại mang tính

“động” khó có thể phát hiện bằng các phương pháp truyền thống;

- Phương pháp sóng âm thanh AE thu nhận các tín hiệu hư hại dưới tác động của nhiều yếu tố trong quá trình khai thác thực tế, đòi hỏi phải quan trắc lâu dài mới phát hiện được;

- Công tác đo đạc và quan trắc có thể thực hiện trong nhiều điều kiện khác nhau Đặc biệt có thể áp dụng trong quá trình khai thác của công trình, thử tải công trình

và kết quả nhận được trực tiếp ngay trong quá trình thực hiện;

- Phương pháp sóng âm thanh AE cho phép xác định nhiều dạng hư hại khác nhau với nhiều loại kết cấu với vật liệu khác nhau, trong khi các phương pháp truyền thống chỉ tập trung vào một vài dạng hư hại;

- Phương pháp sóng âm thanh AE cho phép theo dõi và đánh giá mức độ phát triển của hư hại nhằm đưa ra các quyết định kịp thời và hợp lý với công tác duy tu bảo trì công trình để khai thác công trình một cách hiệu quả;

- Phương pháp sóng âm thanh AE cho phép xác định nguồn gốc của các tín hiệu

âm thanh do đâu gây ra

Chương 2

CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM ĐỊNH KHÔNG PHÁ HỦY

Kiểm tra không phá hủy hoặc kiểm tra không tổn hại (tiếng Anh: Non-Destructive

Testing - NDT), hay còn gọi là đánh giá không phá hủy (Non-Destructive Evaluation

- NDE), kiểm định không phá hủy (Non-Destructive Inspection - NDI), hoặc dò

khuyết tật là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm tra mà không làm tổn hại đến khả năng sử dụng của chúng Trong kỹ thuật sửa chữa cơ khí, có một số phương pháp kiểm tra không phá hủy nhằm tìm ra các khuyết tật hoặc tiềm năng hư hỏng của chi tiết máy hoặc thiết bị, mắt thường nhiều khi không thấy được mà không ảnh hưởng đến chi tiết, thiết bị

Hình 2.1 Kiểm tra chất lượng mối hàn kết cấu

bằng phương pháp kiểm tra siêu âm (UT)

Khái niệm kiểm tra không phá hủy tự nó đã giải nghĩa chính xác NDT theo đúng nghĩa đen là kiểm tra một vật mà không phá hủy nó Nói theo cách khác, chúng ta có thể tìm thấy các khuyết tật trong nhiều vật bằng kim loại bằng cách sử dụng dòng điện xoáy mà không bao giờ làm hư hại đến vật mà chúng ta đang kiểm tra Điều này rất quan trọng vì nếu chúng ta phá hủy vật mà chúng ta đang kiểm tra, nó sẽ không còn tình trạng tốt để có thể kiểm tra ở cùng một vị trí NDT rất quan trọng bởi hầu hết các khuyết tật mà chúng ta tìm không thể nhìn thấy bằng mắt thường vì nó bị

bao bọc bởi lớp sơn hoặc một lớp mạ kim loại Hoặc cũng có thể khuyết tật đó quá nhỏ không thể nhìn thấy bằng mắt thường hoặc bất cứ phương pháp kiểm tra bằng quan sát nào khác Vì vậy, các phương pháp kiểm tra như phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy đã được phát triển để theo dõi khuyết tật

Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật như vết nứt, rỗ khí, ngậm xỉ, tách lớp, không ngấu, không thấu trong các mối hàn, kiểm tra ăn mòn của kim loại, tách lớp của vật liệu composit, đo độ cứng của vật liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông, đo bề dày vật liệu, xác định kích thước và định vị cốt thép trong bê tông v.v

Mục đích của việc dò khuyết tật đối với công trình, thiết bị nhằm đánh giá tính chất vật liệu trước khi chúng bị hư hỏng, dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật quy định được công nhận hoặc biến dạng suy biến xác định qua nhiều năm, để bảo đảm đúng chất lượng sản phẩm và tính năng làm việc của công trình, thiết bị và cũng nhằm khai thác hết khả năng của các kết cấu kỹ thuật Hạn chế rủi ro hoặc các khuyết tật nhằm tăng cường tính toàn vẹn trong khai thác và tính an toàn trong xây lắp, tiết kiệm chi phí

Hình 2.2 Một số các phương pháp kiểm tra không phá hủy

Kiểm tra không phá hủy gồm rất nhiều phương pháp khác nhau và thường được chia thành hai nhóm chính theo khả năng phát hiện khuyết tật của chúng, đó là:

- Các phương pháp có khả năng phát hiện các khuyết tật nằm sâu bên trong (và cả trên bề mặt) của đối tượng kiểm tra:

+ Phương pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing - RT);

+ Phương pháp kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing - UT);

+ Phương pháp sóng âm thanh (Acoustic Emission Testing - AE)

- Các phương pháp có khả năng phát hiện các khuyết tật bề mặt (và gần bề mặt) [30, 33]

+ Phương pháp kiểm tra trực quan (Visual testing - VT);

+ Phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (Liquid Penetrant Testing - PT); + Phương pháp kiểm tra bột từ (Magnetic Particle Testing - MT);

+ Phương pháp kiểm tra dòng xoáy (Eddy Current Testing - ET);

+ Kiểm tra rò rỉ (Leak Testing - LT)

Ưu điểm của các phương pháp không phá hủy

Ưu điểm của phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) này so với các phương pháp phá hủy (DT) đó là NDT không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của vật kiểm sau này Ngoài ra, phương pháp NDT có thể kiểm tra 100% vật kiểm, trong khi

đó phương pháp DT chỉ có thể kiểm tra xác suất Phương pháp NDT có thể kiểm tra ngay khi vật kiểm nằm trên dây chuyền sản xuất mà không phải ngưng dây chuyền sản xuất lại Ưu điểm của các phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) so với các phương pháp phá hủy (DT):

- NDT không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của vật kiểm sau này

- NDT có thể kiểm tra 100% vật kiểm, và đảm bảo 100% sản phẩm xuất xưởng đạt chất lượng

Trong khi đó các phương pháp phá hủy lại có ưu điểm là cho kết quả trực tiếp, còn NDT chỉ cho được các kết quả gián tiếp (thông qua so sánh với mẫu chuẩn) mà thôi Trong chế tạo, khi áp dụng kiểm tra không phá hủy, ta có thể dễ dàng phát hiện những khuyết tật, từ đó có thể loại bỏ các bán sản phẩm, tiết kiệm chi phí, sửa chữa khắc phục sai sót

Hình 2.3a Các phương pháp kiểm tra không phá hủy chủ yếu

Trong các phương pháp NDT đã nêu trên, mỗi phương pháp đều có ưu điểm riêng, không phương pháp nào có thể thay thế được phương pháp nào Ứng với mỗi trường hợp cụ thể mà ta lựa chọn những phương pháp kiểm tra phù hợp Khi áp dụng kiểm tra không phá hủy, ta có thể dễ dàng phát hiện những khuyết tật, từ đó sửa chữa khắc phục sai sót Do đó, công trình khi hoàn thành sẽ có các chi tiết sai hỏng thấp nhất

Ứng dụng của các phương pháp không phá hủy

Kiểm tra không phá hủy cũng được sử dụng rộng rãi để đánh giá độ toàn vẹn của các sản phẩm, công trình công nghiệp đang hoạt động Nhờ sớm phát hiện được các hỏng hóc, kịp thời thay thế khắc phục, nên ta có tiết kiệm được chi phí sửa chữa, tránh được các thảm họa có thể xảy ra NDT còn là công cụ quan trọng trong nghiên cứa chế tạo vật liệu mới, tối ưu hóa các quy trình sản xuất, quy trình hàn thông qua các thử nghiệm, phát hiện các sai sót trong thiết kế, vật liệu, sảm phẩm NDT là công cụ quan trọng để giảm giá thành, nâng cao sức cạnh tranh của các doanh nghiệp chế tạo, sản xuất

Hình 2.3b Ứng phương pháp kiểm tra không phá hủy để kiểm tra công trình cầu

Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật như là nứt, rỗ, xỉ, tách lớp, hàn không ngấu, không thấu trong các mối hàn , Kiểm tra độ cứng của vật liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông (trong cọc khoan nhồi), đo bề dày vật liệu trong trường hợp không tiếp xúc được hai mặt (thường ứng dụng trong tàu thủy), đo cốt thép (trong các công trình xây dựng ), v.v Ví dụ: trong nhà máy lọc dầu, hóa chất, nhiệt điện, các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy được sử dụng trong chương trình bảo dưỡng phòng ngừa cho các thiết bị tĩnh như bồn bể, tháp phản ứng, nồi hơi, trao đổi nhiệt v.v (hình 2.4)

Hình 2.4 Ứng dụng các kỹ thuật kiểm tra NDT cho việc kiểm tra các thiết bị trao đổi nhiệt,

ống tube nồi hơi, lò phản ứng, tháp bồn bể và đường ống

(Ghi chú: SM - Strain Measurement; Sump - Replica Method;

EVA - Extreame Value Analysis)

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA BỀ MẶT

2.1.1 Phương pháp kiểm tra trực quan (Visual testing - VT)

Phương pháp kiểm tra trực quan hay còn gọi là kiểm tra bằng thị giác và quang học (VT) liên quan đến việc sử dụng đôi mắt của nhân viên kiểm tra để tìm khuyết tật Nhân viên kiểm tra cũng có thể sử dụng các công cụ đặc biệt như kính lúp, gương, hoặc borescopes (dụng cụ quang học có đèn dùng để kiểm tra bên trong ống)

để tiếp cận gần hơn điểm kiểm tra (hình 2.5)

Hình 2.5 Ống ngắm nội soi “Borescope” sử dụng trong kiểm tra trực quan (VT)

Kiểm tra bằng thị giác có thể kiểm tra mức độ từ đơn giản đến rất phức tạp theo các quy trình khác nhau:

- Kiểm tra điều kiện bề mặt của vật thể kiểm tra;

- Kiểm tra sự liên kết của các vật liệu ở trên bề mặt;

- Kiểm tra hình dạng của chi tiết;

- Kiểm tra các dấu hiệu rò rỉ;

- Kiểm tra các khuyết tật ở những nơi con người không thể tiếp cận được (chẳng hạn những nơi có mức độ phóng xạ cao, bề mặt bên trong các đường ống…)

Hình 2.6 Thiết bị nội soi có gắn màn hình kỹ thuật số

Hình 2.7 Ví dụ sử dụng ông ngắm nội soi “Borescope” trong kiểm tra trực quan (VT)

Dụng cụ sử dụng trong phương pháp kiểm tra trực quan gồm có:

- Nội soi, kính lúp, kính khuếch đại ánh sáng;

- Thiết bị ghi nhận hình ảnh có độ phóng đại cho phép kiểm tra các bình áp lực và bồn lớn…;

- Thiết bị dạng robot cho phép quan sát được những nơi nguy hiểm và những

vùng hẹp không tiếp cận được, như là các ống dẫn dầu và khí, lò phản ứng hạt nhân;

ghi nhận được từ camera ở đáy lò phản ứng hạt nhân

2.1.2 Phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (Liquid Penetrant Testing- PT)

Một trong những phương pháp hay sử dụng nhất để phát hiện các vết nứt trên bề mặt kim loại, mối hàn sau khi gia công, đặc biệt là các vật liệu không nhiễm từ như thép không gỉ Trong phương pháp này người ta phun một chất lỏng có khả năng thẩm thấu cao và có màu sắc dễ phân biệt (thường là màu đỏ) lên bề mặt vật cần kiểm tra Nếu trên bề mặt có các vết nứt dù là rất nhỏ, chất thẩm thấu sẽ ngấm vào

và đọng lại ở các khe nứt Sau khi chờ cho quá trình ngấm kết thúc, người ta loại bỏ hết phần chất thẩm thấu thừa trên bề mặt và tiếp tục phun lên bề mặt kiểm tra một chất khác gọi là “chất hiện màu” làm cho phần chất thẩm thấu đã ngấm vào các vết nứt nổi rõ lên cho phép ghi nhận các vết nứt rất nhỏ, mắt thường không phát hiện được Tuy nhiên, để có thể áp dụng phương pháp này, bề mặt vật kiểm tra phải rất sạch và khô, vì vậy nó không thích hợp với các bề mặt bị bám bẩn và có độ nhám

cao Mặt khác, mặc dù không đòi hỏi phải đầu tư thiết bị, việc kiểm tra PT đòi hỏi người kiểm tra phải thực sự có kinh nghiệm và được đào tạo đầy đủ

Phương pháp thẩm thấu chất lỏng được dựa trên hiện tượng mao dẫn Đây là một phương pháp được áp dụng để phát hiện những vị trí bất liên tục hở ra trên bề mặt vật liệu, của bất cứ sản phẩm công nghiệp nào được chế tạo từ những vật liệu không xốp Phương pháp này được sử dụng phổ biến để kiểm tra những vật liệu không từ tính Trong phương pháp này, chất thấm lỏng được phun lên bề mặt của sản phẩm trong một thời gian nhất định, sau đó phần chất thấm còn dư được loại bỏ khỏi bề mặt Bề mặt sau đó được làm khô và phủ chất hiện lên nó Những chất thấm nằm trong vị trí bất liên tục sẽ bị chất hiện hấp thụ tạo thành chỉ thị kiểm tra, phản ánh vị trí và bản chất của vị trí bất liên tục Triển khai phương pháp này gồm các bước:

- Làm sạch bề mặt vật kiểm, khi đó các chất bẩn sẽ được loại bỏ và không che lấp những khuyết tật hở ra bề mặt;

- Xịt một lớp chất thẩm thấu lên bề mặt, lớp chất thẩm thấu này sẽ đi vào và nằm trong các khuyết tật hở bề mặt Có hai loại chất thẩm thấu, đó là chất thẩm thấu khả kiến (có màu nhìn thấy được dưới ánh sáng thường) và chất thẩm thấu huỳnh quang (chỉ nhìn thấy khi chiếu ánh sáng đen);

- Chờ một thời gian để chất thẩm thấu đi sâu vào khuyết tật;

- Làm sạch chất thấm dư trên bề mặt bằng chất tẩy rửa Trong bước này không được xịt trực tiếp chất tẩy rửa lên bề mặt vật kiểm tránh trường hợp chất thẩm thấu trong khuyết tật cũng bị lau sạch;

- Áp dụng chất hiện lên bề mặt vật kiểm Chất hiện có tác dụng hút chất thẩm thấu đọng lại ở trong khuyết tật lên bề mặt vật kiểm nhờ hiện tượng mao dẫn ngược;

- Dựa trên các hiển thị (nhuộm màu, hay dưới ánh sáng cực tím) thì người ta có thể phát hiện và đánh giá khuyết tật;

- Sau khi đánh giá khuyết tật, ta sử dụng chất tẩy rửa làm sạch vật kiểm

Hình 2.10 Thiết bị và hóa chất sử dụng trong quá trình kiểm tra thẩm thấu chất lỏng

Phương pháp thẩm thấu lỏng chỉ có thể áp dụng để kiểm tra những khuyết tật thông ra bề mặt Phương pháp có thể áp dụng cho tất cả các loại vật liệu trừ vật liệu xốp Đây là một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy đơn giản, rẻ tiền

và hiệu quả

Hình 2.11 Các bước cơ bản trong quá trình thực hiện kiểm tra thẩm thấu chất lỏng

 Ưu điểm của phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng:

- Rất nhạy với những khuyết tật nằm trên bề mặt, nếu được sử dụng phù hợp;

- Thiết bị và vật tư được dùng trong phương pháp này tương đối rẻ tiền;

- Quá trình thấm lỏng tương đối đơn giản và không gây ra vấn đề rắc rối;

- Hình dạng của chi tiết kiểm tra không là vấn đề quan trọng

 Một số hạn chế của phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng:

- Các khuyết tật phải hở ra trên bề mặt;

- Vật liệu được kiểm tra phải không xốp;

- Quá trình kiểm tra bằng chất thấm lỏng khá bẩn;

- Giá thành kiểm tra tương đối cao;

- Trong phương pháp này các kết quả không dễ dàng giữ được lâu

2.1.3 Phương pháp kiểm tra bằng bột từ tính (Magnetic Particle Testing - MT)

Phương pháp kiểm tra bằng bột từ tính được dùng để kiểm tra các vật liệu dễ nhiễm từ Phương pháp này có khả năng phát hiện những khuyết tật hở ra trên bề

mặt và ngay sát dưới bề mặt Trong phương pháp này, vật thể kiểm tra trước hết được cho nhiễm từ bằng cách dùng một nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện, hoặc cho dòng điện đi qua trực tiếp, hoặc chạy xung quanh vật thể kiểm tra Từ trường cảm ứng vào trong vật thể kiểm tra gồm có các đường sức từ Nơi nào có khuyết tật sẽ làm rối loạn đường sức, một vài đường sức này phải đi ra và quay vào vật thể Những điểm đi ra và đi vào này tạo thành những cực từ trái ngược nhau Phương pháp kiểm tra bằng từ tính (kiểm tra bột từ) được áp dụng cho các vật liệu từ tính có thể phát hiện các rạn nứt bề mặt dù rất nhỏ, các khuyết tật ở dưới bề mặt Các khuyết tật có thể phát hiện bao gồm: rạn nứt bề mặt ở mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, sự nóng chảy không đủ, các rạn nứt phía dưới bề mặt, rỗ xốp lẫn xỉ và

độ ngấu mối hàn không đầy đủ

Hình 2.12 Nguyên tắc làm việc của phương pháp kiểm tra bằng từ tính

Mặc dù không sử dụng được với các vật liệu không nhiễm từ như thép không gỉ,

MT là phương pháp có độ tin cậy và độ nhạy cao, không đòi hỏi bề mặt kiểm tra phải quá sạch và nhẵn như khi kiểm tra thẩm thấu MT được áp dụng phổ biến trong việc kiểm tra định kỳ các nồi hơi và bình áp lực có nguy cơ nứt cao sau một thời gian sử dụng như bồn chứa NH3 hóa lỏng, các nắp nồi hấp, bình khử khí, bao hơi và bao bùn của nồi hơi nhà máy nhiệt điện, bề mặt ống lò của nồi hơi ống lò, ống lửa v.v Mặt khác, phương pháp này cũng thường áp dụng như biện pháp kiểm tra bổ sung đối với các mối hàn, chi tiết gia công sau khi xử lý nhiệt Trong phương pháp này, vùng cần kiểm tra sẽ được từ hoá bằng cách cho tiếp xúc với một nam châm điện đặc biệt được gọi là “gông từ” Sau khi từ hóa, bề mặt vùng cần kiểm tra sẽ được phun lên một lớp bột sắt từ (thường có màu đen) Nếu trên vùng kiểm tra không có các khuyết tật hay vết nứt, các hạt sắt từ này sẽ phân bố một cách đều đặn dọc theo các đường sức từ trường Nếu có các vết nứt hay khuyết tật, các đường từ trường bị gián đoạn sẽ làm cho các hạt sắt từ tập trung cục bộ tại vùng có khuyết tật Bằng việc xem xét kỹ sự phân bố của các hạt sắt từ trên vùng kiểm tra, người ta dễ

dàng phát hiện ra các vị trí bị nứt hay có các khuyết tật bề mặt Trong thực tế, để dễ phân biệt vị trí có khuyết tật, người ta thường phun lên bề mặt vùng kiểm một lớp dung môi màu trắng có tác dụng làm nổi bật màu đen của các hạt sắt từ, hoặc sử dụng đèn huỳnh quang tia cực tím trong những trường hợp đòi hỏi độ nhạy cao

Hình 2.13 Sơ đồ nam châm điện DC sử dụng để kiểm tra ở hiện trường

Khi những bột từ tính nhỏ được rắc hoặc phun lên bề mặt vật thể kiểm tra thì những cực từ này sẽ hút các bột từ tính để tạo thành chỉ thị nhìn thấy được gần giống như kích thước và hình dạng của khuyết tật Kiểm tra bột từ được phân biệt qua hai phương pháp theo dạng chất kiểm tra là bột từ, đó là:

- Kiểm tra ánh sáng ban ngày hoặc có nguồn sáng với cường độ sáng > 500 lux (kiểm tra tương phản - đen/trắng);

- Kiểm tra bột từ phát quang (dưới ánh sáng đèn cực tím - UV trong khi vật được che tối)

Trong cả hai phương pháp, một vật liệu có tính chất từ (ví dụ thép cacbon) phải được từ hóa đầy đủ Nó hình thành các đường sức từ đồng đều và chạy song song đối với bề mặt qua chi tiết (dòng chảy lực của từ trường) Ở các vị trí tách vật liệu/ bất bình thường, nằm trên bề mặt hoặc gần bề mặt và cắt ngang dòng chảy từ trường Tại đó xuất hiện từ thông phân tán ra bên ngoài bề mặt (dòng từ ảo) Khu vực này có thể tạo ra khả năng nhìn thấy bằng một chỉ báo bột từ với chất kiểm tra bột từ phù hợp

Phương pháp này có thể áp dụng với các khe nứt và khuyết tật có độ rộng khe hở tối thiểu khoảng 1 mm khi độ sâu tối thiểu là 10 mm và chiều dài khe hở tối thiểu khoảng 0,2 - 1 mm

 Ưu điểm của phương pháp:

- Là phương pháp kiểm tra tương đối đơn giản, nhanh và chi phí hợp lý;

- Có thể chứng minh rõ ràng các bất bình thường rất nhỏ và mịn (độ nhạy cảm cao);

- Có thể tìm được các bất bình thường nằm sâu dưới bề mặt tới 1 mm;

Nó được xem như là phương pháp rất hiệu quả để kiểm tra các mối hàn góc trong kết cấu thép

Hình 2.14 Bộ thiết bị dùng trong quá trình kiểm tra bằng từ tính

Hình 2.15 Các bước thực hiện kiểm tra từ

 Nhược điểm của phương pháp:

- Được tiến hành với nhiều trang thiết bị;

- Luôn cần phải có nguồn điện;

- Bề mặt phải làm sạch không dầu, mỡ, gỉ, các lớp sơn dày và lớp cắt cháy v.v ;

- Không thể chứng minh các lỗi với chiều sâu hơn 1 mm trong thể tích của chi tiết;

- Người kiểm tra yêu cầu cần có kinh nghiệm cao;

- Không dùng được cho các vật liệu không nhiễm từ;

- Chỉ nhạy đối với các khuyết tật có góc nằm trong khoảng từ 45o đến 90o so với hướng của các đường sức từ;

- Thiết bị đắt tiền;

Các điều kiện tiến hành kiểm tra:

- Vật kiểm tra phải có tính chất từ tính (có khả năng dẫn từ), độ từ thẩm mR > 300;

- Phải đạt được sự tiếp cận một phía;

- Bề mặt phải khô, không có dầu, mỡ, nước và bẩn gỉ;

- Nhiệt độ kiểm tra trong các điều kiện đặc biệt tới 300oC;

- Các lớp phủ không được dày quá 150 mm;

- Đối tượng kiểm tra phải được từ hóa

Hình 2.16 Các chỉ thị điển hình trong quá trình kiểm tra từ

2.1.4 Phương pháp kiểm tra dòng xoáy (Eddy Current Testing - ET)

Phương pháp kiểm tra dòng xoáy (Eddy Current Testing - ET) được dựa trên hiệu ứng về cảm ứng điện từ Dòng điện xoáy được tạo ra trong vật thể kiểm tra bằng cách đưa nó lại gần cuộn cảm có dòng điện xoay chiều Từ trường xoay chiều của cuộn cảm bị thay đổi do từ trường của dòng điện xoáy Sự thay đổi này phụ thuộc vào điều kiện của phần chi tiết nằm gần cuộn cảm, nó được biểu hiện như một điện

kế hoặc biểu diễn trên màn hình CRT

Hình 2.17 Sơ đồ phương pháp kiểm tra dòng điện xoáy (Eddy Current Testing - ET)

Nếu một vật dẫn điện đưa gần đến một cuộn dây có dòng điện xoay chiều chạy qua, bên trong vật dẫn này sẽ xuất hiện một dòng điện khép kín (eddy current), biến thiên Dòng điện xoay chiều này mạnh hay yếu phụ thuộc vào vật dẫn có khuyết tật hay không có khuyết tật Thiết bị dòng xoáy có thể đo được dòng điện xoay chiều này và từ đó cho ta biết trong vật kiểm tra có vết nứt hay không Phương pháp này rất nhạy để phát hiện các vết nứt bề mặt và gần bề mặt trong các đối tượng làm bằng chất dẫn điện như nhôm, đồng, titan v.v Phương pháp cũng có thể đánh giá được

độ dẫn điện, đo được chiều dày lớp phủ, đánh giá mức độ ăn mòn Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong ngành Hàng không

Hình 2.18 Thiết bị dùng trong kiểm tra dòng điện xoáy

Ngoài ra, phương pháp kiểm tra dòng điện xoáy còn được dùng để:

- Phát hiện các khuyết tật trong các cấu kiện dạng ống;

- Phân loại vật liệu;

- Đo bề dày của thành mỏng chỉ từ một phía;

- Không cần tiếp xúc trực tiếp giữa đầu dò và vật thể kiểm tra

- Thiết bị được chế tạo dễ di chuyển

Một số hạn chế của phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy:

- Người thực hiện cần phải có nhiều kinh nghiệm

- Chỉ dùng được cho các vật liệu dẫn điện

- Bị giới hạn về khả năng xuyên sâu

- Khó áp dụng trên những vật liệu sắt từ

Hình 2.19 Một số ứng dụng điển hình của phương pháp kiểm tra dòng điện xoáy

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SÂU

2.2.1 Phương pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing - RT)

Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ được dùng để xác định khuyết tật bên trong của nhiều loại vật liệu và có cấu hình khác nhau Một phim chụp ảnh bức

xạ thích hợp được đặt phía sau vật cần kiểm tra và được chiếu bởi một chùm tia X hoặc tia  đi qua nó

Hình 2.20 Máy phát tia X

Kiểm tra độ gỉ mòn của ống trao đổi nhiệt trong các nhà máy nhiệt điện và điện hạt nhân

Cường độ của chùm tia X hoặc tia  khi đi qua vật thể bị thay đổi tùy theo cấu trúc bên trong của vật thể và như vậy sau khi rửa phim đã chụp sẽ hiện ra hình ảnh bóng, được biết đó là ảnh chụp bức xạ của sản phẩm Có nghĩa là khi đi qua vật, chùm tia phóng xạ bị suy yếu đi, mức độ suy giảm của chùm phụ thuộc vào loại vật liệu (nhẹ hay nặng) và chiều dày mà nó đi qua

Hình 2.21 Nguồn phát bức xạ gamma

Hình 2.23 Phương pháp chụp ảnh bức xạ (Radiographic Testing - RT)

Khi đi qua các vùng có khuyết tật, rỗ khí chẳng hạn, cường độ của chùm tia bị suy giảm ít hơn khi đi qua vùng không có khuyết tật Nếu ta đặt tấm phim ở phía sau vật kiểm tra (tương tự như đặt phim X-quang sau lưng bệnh nhân khi chụp phổi) ta

sẽ thấy trên ảnh chụp được, có các vùng hình tròn đen sẫm hơn rất nhiều so với vùng xung quanh Đó chính là hình chiếu của khuyết tật trên phim Ta cũng có thể xác định được kích thước của khuyết tật qua ảnh chụp được Sau đó phim được giải đoán để có được những thông tin về khuyết tật bên trong sản phẩm Phương pháp này được dùng rộng rãi cho tất cả các loại sản phẩm như vật rèn, đúc và hàn…

Hình 2.23 Quá trình thực hiện chụp ảnh bức xạ

 Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ:

- Phương pháp này có thể được dùng để kiểm tra những vật liệu có diện tích lớn chỉ trong một lần;

- Có tác dụng hữu hiệu đối với tất cả các vật liệu;

- Phương pháp này có thể được dùng để kiểm tra sự sai hỏng bên trong cấu trúc vật liệu, sự lắp ráp sai các chi tiết, sự lệch hàng;

- Kết quả kiểm tra có khả năng lưu trữ được lâu;

- Có các thiết bị để kiểm tra chất lượng phim chụp bức xạ;

- Quá trình giải đoán phim được thực hiện trong những điều kiện rất tiện nghi

 Một số hạn chế của phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ:

- Chùm bức xạ tia X hoặc tia  gây nguy hiểm cho sức khỏe con người;

- Phương pháp này không thể phát hiện được các khuyết tật dạng phẳng một cách

dễ dàng;

- Cần phải tiếp xúc được cả hai mặt của vật thể kiểm tra;

- Bị giới hạn về bề dày kiểm tra;

- Có một số vị trí trong một số chi tiết không thể chụp được do cấu tạo hình học;

- Độ nhạy kiểm tra giảm theo bề dày của vật thể kiểm tra;

- Tính kinh tế thấp;

- Không dễ tự động hóa;

- Người thực hiện phương pháp này cần có nhiều kinh nghiệm trong việc giải đoán ảnh chụp trên phim

Hình 2.24 Một số hình ảnh bức xạ kiểm tra mối hàn

Hình 2.25 Hình ảnh bức xạ kiểm tra chất lượng bê tông cốt thép

2.2.2 Phương pháp kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing - UT)

Phương pháp siêu âm là một trong 5 phương pháp được ứng dụng rộng rãi để đo chiều dày vật liệu, đánh giá ăn mòn, phát hiện tách lớp, phát hiện khuyết tật trong mối hàn và trong các kết cấu kim loại, cũng như kết cấu composite Kiểm tra siêu

âm cũng được sử dụng rộng rãi để đánh giá cường độ bê tông, khuyết tật (lỗ rỗng, vết nứt trong bê tông) Ưu điểm nổi bật của phương pháp là nhanh, chính xác, thiết

bị tương đối rẻ và có thể cho ta biết cả chiều sâu của khuyết tật Tuy nhiên, phương pháp cũng có nhiều hạn chế như bỏ sót nhiều khuyết tật có mặt phẳng định hướng song song với chùm siêu âm, kết quả kiểm tra phụ thuộc rất nhiều vào kỹ năng của

kỹ thuật viên và số liệu không lưu trữ, kiểm chứng được

Sóng âm tần số cao được truyền vào vật liệu và chúng sẽ bị phản xạ do bề mặt hay khuyết tật Năng lượng sóng âm bị phản xạ được biểu diễn theo thời gian, người

kiểm tra có thể giải đoán được bề mặt phản xạ đáy hay khuyết tật được chỉ ra trên màn hình hiển thị của thiết bị siêu âm cho biết độ sâu và vị trí của nó

Hình 2.26 Sơ đồ kiểm tra bằng phương pháp siêu âm

Hình 2.27 Sơ đồ kiểm tra khuyết tật trong kết cấu thép

 Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra siêu âm:

- Có độ nhạy cao cho phép phát hiện được các khuyết tật nhỏ;

- Có khả năng xuyên thấu cao (khoảng tới 6 - 7 m sâu bên trong khối thép) cho phép kiểm tra các tiết diện rất dày;

- Có độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và kích thước khuyết tật;

- Cho đáp án nhanh, vì thế cho phép kiểm tra nhanh và tự động;

- Chỉ cần tiếp xúc từ một phía của vật được kiểm tra

 Các hạn chế của phương pháp kiểm tra siêu âm:

- Hình dạng của vật thể kiểm tra có thể gây khó khăn cho công việc kiểm tra;

- Khó kiểm tra các vật liệu có cấu tạo bên trong phức tạp;

- Phương pháp này cần phải sử dụng chất tiếp âm;

- Đầu dò phải được tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu trong quá trình kiểm tra;

- Hướng của khuyết tật có ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật;

- Thiết bị đắt tiền;

- Nhân viên kiểm tra cần phải có rất nhiều kinh nghiệm

Hình 2.28 Kiểm tra kết cấu bê tông cốt thép bằng phương pháp siêu âm

Hình 2.29 Kiểm tra nghiệm thu chất lượng

dầm bê tông cốt thép dự ứng lực trước khi lắp đặt

Chương 3

SÓNG ÂM THANH AE TRONG KIỂM ĐỊNH KẾT CẤU THÉP

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Dưới tác động liên tục thay đổi của các điều kiện khai thác, điều kiện khí hậu thời tiết trong suốt quá trình khai thác của công trình, các công trình cầu ngày càng xuống cấp, vì vậy việc triển khai các công tác kiểm định và quan trắc theo chu kỳ đối với các công trình cầu yếu trong quá trình khai thác là hết sức cần thiết

Một trong những hợp phần quan trọng của quan trắc theo chu kỳ là công tác kiểm tra định kỳ thực hiện bởi các kỹ sư có kinh nghiệm Các công tác kiểm tra phải được

hỗ trợ bằng các phương pháp kiểm định không phá hủy cho phép đánh giá được trạng thái kết cấu của công trình, đặc biệt đối với những vị trí khó tiếp cận bằng mắt thường Việc xác định sớm và chính xác các hư hại xảy ra bên trong kết cấu trong quá trình khai thác cho phép đưa ra các quyết định hợp lý trong khai thác, sửa chữa và bảo trì công trình, cho phép khai thác công trình liên tục không bị gián đoạn [1, 3, 6, 7, 9] Đối với các công trình cầu thì việc này càng quan trọng hơn, vì sự phát triển của

hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông phụ thuộc nhiều vào chúng Trong khi đó, nhiều công trình được xây dựng trong những thập niên 70 - 80 của thế kỷ trước, việc phải đóng cầu vì sự suy giảm của trạng thái công trình dẫn đến nhiều thiệt hại về kinh tế

Vì thế, việc phát triển và áp dụng các giải pháp kiểm định, quan trắc và bảo trì các công trình cầu yếu là hết sức cần thiết Hệ thống quan trắc loại này cần phải tập trung vào hai yếu tố:

- Sự biến đổi của tải trọng trong quá trình khai thác;

- Sự tích lũy của các hư hại bên trong kết cấu

Việc quan trắc và kiểm định hợp lý các công trình cầu sẽ hỗ trợ các cơ quan chức năng quản lý và khai thác công trình hợp lý hơn, kéo dài tuổi thọ của công trình, tối

ưu hóa các công tác duy tu bảo dưỡng và sửa chữa, sử dụng nguồn vốn bảo trì một cách hợp lý [4, 5, 10]

Từ những yếu tố trên, việc phát triển các phương pháp kiểm định và quan trắc mới với kết cấu thép có nhiều ý nghĩa thiết thực để nâng cao chất lượng quản lý và khai thác cơ sở hạ tầng giao thông, khi mà:

- Tải trọng khai thác hiện nay ở các cầu phần lớn đều vượt quá tải trọng thiết kế;

- Nhiều công trình cầu đã có tuổi thọ cao, có nhiều hư hại đã xuất hiện và tích lũy;

- Các quy trình kiểm tra kiểm định hiện nay có tính chủ quan, các phương pháp kiểm định chỉ mang tính chất cục bộ chứ không bao quát tổng thể công trình

Điều cần thiết là thiết lập một phương pháp kiểm định, quan trắc mang tính khách quan, dựa trên phân tích các hiện tượng hư hại xảy ra trong kết cấu, bao quát toàn bộ công trình Giải pháp này phải là phương pháp không phá hủy, không có ảnh hưởng đến kết cấu và khai thác của công trình và cho phép [29, 30]:

- Phát hiện và xác định chính xác các vị trí phát triển hư hại;

- Quan trắc quá trình phát triển hư hại theo thời gian;

- Phản ánh được quá trình hư hỏng dưới sự ảnh hưởng của các yếu tố tác động khác nhau;

- Quan trắc trong điều kiện hiện trường phức tạp, không ảnh hưởng đến khai thác của công trình;

- Đánh giá ảnh hưởng của các tổ hợp tải trọng khai thác và các yếu tố môi trường lên các hư hại;

- Loại bỏ hay hạn chế tối đa các yếu tố chủ quan trong quá trình đánh giá trạng thái kết cấu công trình cũng như đưa ra các quyết định;

- Cung cấp cơ sở dữ liệu để có thể dự báo tuổi thọ của cả hoặc một phần công trình cầu

Những yêu cầu trên có thể đạt được nhờ ứng dụng phương pháp quan trắc bằng sóng âm thanh (AE) Bằng cách phân tích và so sánh các tín hiệu sóng âm thanh thu thập được trong quá trình nghiên cứu và kiểm định công trình với cơ sở dữ liệu mẫu được xây dựng trong suốt quá trình phát triển của phương pháp này, cho phép phát hiện và xác định chính xác vị trí cũng như phân loại yếu tố dẫn đến các hư hại trong kết cấu Phương pháp này có thể áp dụng cho cả kết cấu bê tông cốt thép và cả kết cấu dự ứng lực, cho phép quan trắc cục bộ cũng như tổng thể kết cấu hay công trình nhằm phát hiện sự phát triển của các hư hại bên trong kết cấu dưới tác động của các

tổ hợp tải trọng khai thác thực [14, 28, 35, 36, 37]

3.2 NỀN TẢNG CỦA PHƯƠNG PHÁP SÓNG ÂM THANH (AE)

3.2.1 Các khái niệm ứng dụng trong kiểm định bằng sóng âm thanh AE

Dưới đây là các khái niệm cơ bản được sử dụng trong phương pháp sóng âm thanh Việc hiểu rõ các khái niệm dưới đây sẽ giúp chúng ta nắm vững các kiến thức

về sóng âm thanh cũng như sử dụng các thiết bị đo đạc một các chính xác, hiệu quả

Sóng âm thanh (Acoustic Emission - AE): Là một loại sóng đàn hồi mất dần,

được hình thành bởi hiện tượng giải phóng đột ngột năng lượng dồn ứ trong vật liệu bởi sự quy tụ và mở rộng các hư hại siêu nhỏ trong vật liệu Còn việc mất dần của sóng do hiện tượng hấp thụ - chuyển đổi từ công năng sang nhiệt năng của vật liệu Vì thế, việc xuất hiện các tín hiệu sóng âm thanh AE là dấu hiệu xuống cấp của vật liệu so với lúc trước khi xuất hiện các tín hiệu đó Hiện tượng sóng âm thanh AE thể hiện sự hư hại của vật liệu, đồng thời thể hiện sự xuống cấp của kết cấu làm từ vật liệu đó Theo Tiêu chuẩn Eurocode EN 1330-9:2002, khái niệm

“sóng âm thanh” được áp dụng khi các sóng đàn hồi nhất thời được hình thành bởi quá trình giải thoát năng lượng từ một vị trí có nguồn từ “cùng một khối vật liệu”

Sóng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố vật lý xảy ra bên trong và trên bề mặt kết cấu, thậm chí trong cả giới hạn nano của vật liệu Với cách hiểu rộng như trên, trong Eurocode thì sóng âm thanh cũng có thể được hình thành trong quá trình thủy hóa bê tông (hiện tượng co ngót bê tông)

Kênh truyền sóng âm thanh: Là một tổ hợp các thiết bị bao gồm: cảm biến sóng

âm thanh, thiết bị khuếch đại âm thanh, âm ly tăng âm, các bộ lọc âm thanh (cả thiết

bị cứng và phần mềm), bộ vi xử lý sóng âm thanh và các dây cáp kết nối Trong quá trình thực hiện kiểm tra bằng sóng âm thanh cho một cấu kiện hay cả một kết cấu công trình có thể phải sử dụng từ một đến nhiều kênh truyền sóng âm thanh, tùy thuộc vào kích thước của cấu kiện hoặc kết cấu

Cảm biến sóng âm thanh: Là thiết bị chuyển đổi điện áp (piezoelectric) của tín

hiệu âm thanh AE (sóng đàn hồi) thành sóng điện từ Các cảm biến loại này được chia làm 2 loại:

- Cảm biến tần rộng - có độ nhạy ổn định trong một khoảng tần số nhất định;

- Cảm biến cộng hưởng (resonant sensors) - độ nhạy của cảm biến phụ thuộc vào

tần số của tín hiệu

Miền đo đạc: Phân vùng một khu vực để đo đạc trên cấu kiện hoặc kết cấu, có

kích thước theo một phương, từ một vài đến vài chục centimet (tùy thuộc vào loại cảm biến và vật liệu đo đạc) Các tín hiệu hình thành trong miền đo đạc sẽ được thu nhận bởi cảm biến

Biến cố (sự kiện) AE (AE event): Sự thay đổi cục bộ của trạng thái vật liệu hình

thành sóng âm AE

Biên độ của tín hiệu AE (amplitude): Điện áp tối đa đo được (bằng µV hoặc dB)

do cảm biến bởi một tín hiệu sóng âm thanh AE gây ra Biên độ tín hiệu đo bằng dB được tính bằng công thức:

w 0

Giá trị ngưỡng của tín hiệu AE (treshold): Được cài đặt bởi phần mềm (dB)

biên độ lớn nhất của tín hiệu sóng AE - trong quá trình phân tích số liệu thì một phần tín hiệu vượt ngưỡng cũng sẽ được xem xét đánh giá

Chiều dài sóng AE (duration): Là thời gian (tính bằng µs) mà biên độ của tín

hiệu sóng vượt ngưỡng

Thời gian gia tăng của sóng AE (rise time): Là thời gian (bằng µs) tính từ khi

xuất hiện tín hiệu sóng vượt ngưỡng đến khi tín hiệu sóng đạt đỉnh cao nhất

Số lượng đỉnh vượt ngưỡng (counts): Là số lượng các đỉnh sóng đã vượt quá

ngưỡng điện áp cho phép

Số lượng đỉnh đến tần số tối đa (counts to peak): Là số lượng các đỉnh sóng đã

vượt ngưỡng điện áp cho phép đến khi đạt tần số tối đa

Năng lượng của tín hiệu (energy): Là một khu vực được giới hạn bởi đường bao

xác định bằng các đỉnh sóng vượt ngưỡng (1 µVs/biến cố)

Điện áp trung bình có hiệu (RMS): Đây là điện áp tạo ra năng lượng trung bình

ứng với công suất của điện áp đó và được tính bằng volt (V)

Mức tín hiệu AE trung bình (ASL): Là số lần thay đổi giá trị trung bình của tần

số và được tính bằng decibel [dB]

Tần số trung bình của tín hiệu AE (average frequency): Được xác định cho một tín hiệu sóng âm thanh AE đơn Giá trị này là thương của số lần đỉnh vượt ngưỡng (counts) chia cho chiều dài sóng (duration)

Số lần đỉnh vượt ngưỡng (counts)

FA =

Thời hạn của sóng (duration) [kHz] (3.2)

Tần số tiếng vọng của tín hiệu AE (reverberation frequency): Được xác định

cho một phần của tín hiệu sóng âm thanh AE đơn, mà ở đó đạt được giá trị tối đa của tín hiệu sóng AE Giá trị này được xác định bằng công thức:

Số lần đỉnh vượt ngưỡng (counts) – Số lần đỉnh đến tần số

tối đa (counts to peak)

FR =

Thời hạn của sóng (duration) – Thời gian gia tăng của sóng

(rise time)

[kHz] (3.3)

Tần số ban đầu của tín hiệu sóng AE (initiation frequency): Được xác định cho

một phần của tín hiệu sóng âm thanh AE đơn, mà ở đó hình thành trước khi đạt được tần số tối đa và được xác định bằng công thức:

Số lần đỉnh đến tần số tối đa (counts to peak)

FI =

Thời gian gia tăng của sóng (rise time) [kHz] (3.4)

Công suất của tín hiệu AE (signal strength): Khu vực được giới hạn bởi đường bao của toàn bộ tín hiệu sóng và được tính bằng công thức:

với: f+ - hàm thể hiện đường bao “dương” của tín hiệu sóng âm thanh;

f- - hàm thể hiện đường bao “âm” của tín hiệu sóng âm thanh;

t1 - thời gian mà đường bao của tín hiệu vượt quá ngưỡng cho phép;

t2 - thời gian mà đường bao của tín hiệu thấp hơn ngưỡng cho phép

Năng lượng tuyệt đối của tín hiệu AE (absolute energy): Năng lượng thực đo

đạc được trong quá trình hình thành tín hiệu sóng AE được xác định bằng đơn vị aJ (10-18J)

Hiệu ứng Felicity: Xuất hiện trong trường hợp tải trọng tác động lặp lại có xu hướng tăng dần tín hiệu AE một cách kiểm soát, khi tác động của tải trọng xuất hiện lần sau sẽ gây ra tín hiệu sóng AE ở mức thấp hơn so với tải trọng tối đa của lần trước

Hệ số Felicity - CBI (concrete beam integrity): Là tỷ lệ của tải trọng lần sau khi

gây ra tín hiệu sóng AE với tải trọng tối đa của lần xuất hiện trước

Hiệu ứng Kaisera: Hiện tượng này dựa trên cơ sở không xuất hiện các tín hiệu sóng AE khi ứng suất (tải trọng) tác động lên kết cấu nhỏ hơn ứng suất (tải trọng) lớn nhất xuất hiện từ lần trước

Vị trí nguồn tín hiệu AE: Là vị trí thực của nguyên nhân gây ra tín hiệu AE trong kết cấu được kiểm tra Vị trí này được xác định bởi hệ tọa độ của nơi gây ra tín hiệu

AE trên kết cấu, bằng cách xác định tốc độ lan truyền của tín hiệu AE cùng với sự chênh lệch về thời gian đến (thu nhận) các cảm biến khác nhau Về cơ bản có 4 phương pháp xác định vị trí của nguồn gây tín hiệu AE như sau:

- Xác định tuyến tính;

- Theo mặt phẳng;

- Theo thể tích;

- Theo phân vùng